가스텅스텐아크용접기능사 합금강 — 내식강·고장력강과 특수 합금

합금강은 탄소강에 니켈·크롬·몰리브덴·텅스텐·바나듐 같은 특수원소를 넣어 성능을 높인 강이다. 특수원소는 오스테나이트 결정립을 조정하고 변태 속도를 바꾸어 경화능을 높이며 소성 가공성을 개량한다. 반면 황은 강의 유해 불순물로 적열취성을 일으켜 가공성을 나쁘게 하므로, 성능을 높이려고 첨가하는 특수원소가 아니라 제거 대상이다. 인(P)도 유해 불순물로 함께 묶어 기억한다.

탄소강에 니켈이나 크롬을 넣으면 표면에 얇은 산화 피막이 생겨 대기 중이나 수중, 산에서도 부식에 잘 견딘다. 이렇게 내식성을 부여한 합금강이 스테인리스강이고, '녹이 슬지 않는 강'이라는 뜻의 불수강이라고도 한다. 크롬을 다량 넣고 니켈을 더하면 표면에 치밀한 부동태 피막이 생겨 내식성이 매우 좋아지므로, 스테인리스강은 내식강 가운데 가장 대표적인 특수 용도용 합금강이다. 주강은 녹여 틀에 부어 만든 강, 탄소강은 합금을 거의 넣지 않은 보통강이라 내식 합금강이 아니다.

합금 원소는 맡은 효과가 서로 다르다. 몰리브덴은 고온에서 강도가 떨어지는 것을 억제하고 인성을 높이며 저온 취성을 방지한다. 결정립 미세화와 담금질성 향상 효과도 있어 내열강이나 고온·고압 배관재, 특수 공구강에 첨가된다. 알루미늄은 탈산과 질화용, 티타늄은 탈산과 결정립 미세화용, 구리는 내식성 향상용이다. 니켈·크롬·망간·몰리브덴·텅스텐은 대표적인 합금 원소이고, 흑연은 탄소가 다른 원소와 결합하지 않고 유리된 형태로 주로 주철 조직에 나타나는 것이라 합금 원소로 분류하지 않는다.

철강은 탄소 함유량에 따라 순철, 강, 주철로 나뉜다. 탄소 0.02% 이하는 순철, 0.02~2.11%는 강, 2.11% 이상은 주철이다. 선철은 용광로에서 처음 만들어진 원료이고, 주강과 주물은 주조라는 가공 방식에 따른 이름이라 탄소량에 따른 분류가 아니다.

고장력강은 보통 연강보다 훨씬 강한 저합금강이다. 같은 힘을 버티는 데 필요한 판두께와 단면을 줄일 수 있어 재료를 절약하고 구조물이 가벼워진다. 판이 얇아지면 이어 붙이는 용접 길이와 공수도 줄고 내식성도 향상된다. 그러므로 구조물이 무거워진다는 설명은 실제와 반대다.

합금강은 특수원소를 넣어 결정입자를 미세화하므로 강도와 인성이 향상되고, 내식성과 내마멸성이 좋아지며 고온에서도 기계적 성질이 잘 떨어지지 않는다. 결정입자가 조대화되면 오히려 부러지기 쉬운 취성 재료가 되므로, 입자 조대화는 합금강의 장점이 아니라 결점이다.

플래티나이트는 철에 니켈을 약 46% 넣은 합금이다. 열팽창계수가 유리와 매우 비슷해 함께 봉입해도 유리가 깨지지 않아 전구나 진공관의 도입선으로 쓰이고, 성질이 백금과 비슷해 값비싼 백금의 대용재로도 쓰인다. 인바는 니켈 36%로 열팽창이 거의 없어 정밀 기준기용, 퍼멀로이는 자기투자율이 높은 자성 재료, 엘린바는 온도가 변해도 탄성률이 일정한 스프링 재료다.

크롬-몰리브덴강은 담금질이 쉽고 뜨임메짐이 적으며 열간가공이 용이하고 다듬질 표면이 아름다우며 용접성과 고온강도가 좋아 니켈-크롬강과 함께 널리 쓰이는 구조용 합금강이다. 보일러 관, 볼트·너트, 화력발전 배관 같은 고온 부품에 쓰인다. 크롬강은 담금질성은 좋지만 뜨임메짐이 커서 맞지 않고, 니켈강은 고온강도보다 저온 인성 위주이며, 크롬-망간강도 이 특징 전체와 맞지 않는다.