가스텅스텐아크용접기능사 주철과 주강 — 표준조직·청열메짐과 고속도강

탄소강의 표준 조직은 강을 천천히 냉각했을 때 얻어지는 평형에 가까운 조직이다. 페라이트는 부드러운 순철 조직, 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트가 층으로 겹친 조직, 시멘타이트는 매우 단단한 철-탄소 화합물로 모두 표준 조직이다. 마텐자이트는 담금질처럼 아주 빠르게 냉각할 때 고온의 오스테나이트가 탄소를 밖으로 내보내지 못한 채 변태한 불안정한 조직이므로 표준 조직이 아니다.

미하나이트주철은 녹인 쇳물에 Fe-Si나 Ca-Si 같은 접종제를 넣어 만든 고급 주철이다. 접종 처리로 흑연이 곱고 고르게 분포하고 바탕 조직이 펄라이트로 바뀌어 강도와 인성이 크게 향상된다. 백주철과 칠드주철은 흑연 없이 시멘타이트 조직으로 굳어 단단하지만 부서지기 쉽고, 흑심가단주철은 백주철을 오랫동안 열처리해 흑연을 덩어리로 바꾼 것이라 접종 처리와 다르다.

강은 탄소량에 따라 조직이 달라진다. 탄소 약 0.8%인 공석강은 냉각할 때 오스테나이트가 전부 펄라이트로 변태해 100% 펄라이트 조직이 된다. 아공석강은 페라이트와 펄라이트, 과공석강은 펄라이트와 시멘타이트가 섞인 조직이므로 순수한 펄라이트만으로 된 강은 공석강이다.

합금강은 탄소강에 크롬·니켈·몰리브덴 같은 특수원소를 넣어 성질을 개선한 강이다. 결정입자가 미세화되어 강도와 인성이 향상되고, 내식성과 내마멸성이 좋아지며 고온에서도 기계적 성질이 잘 떨어지지 않는다. 반대로 결정입자가 조대화되면 부러지기 쉬운 취성 재료가 되므로 이것은 합금강의 장점이 아니라 결점이다.

스테인리스강은 강에 크롬을 다량 넣고 니켈을 더하기도 하여 표면에 치밀한 부동태 피막을 만든 강이다. 이 피막 덕분에 내식성이 매우 좋아 내식강 가운데 가장 대표적인 특수 용도용 합금강으로 꼽힌다. 주강은 녹여 틀에 부어 만든 강, 탄소강은 합금을 거의 넣지 않은 보통강이라 내식 합금강이 아니며, 알루미늄강은 강 분류에 없는 말이다.

불림은 탄소강을 A3 또는 Acm선보다 30~50℃ 높은 온도로 가열한 뒤 공기 중에서 식히는 열처리다. 결정 입자를 곱고 균일하게 만들어 표준 조직을 얻는다. 풀림은 가열로 안에서 천천히 식히고, 뜨임은 담금질한 강을 A1 변태점 아래에서 다시 가열하며, 담금질은 물이나 기름으로 급랭하므로 공랭 조건과 구분한다.

탄소강을 200~300℃로 가열하면 연신율과 단면 수축률이 상온보다 오히려 낮아져 단단하고 깨지기 쉬워지며 표면에 청색 산화 피막이 생긴다. 이것이 청열메짐이다. 적열메짐은 800~1000℃ 부근의 높은 온도에서 황 같은 불순물 때문에 생기는 메짐이라 온도대가 다르고, 상온메짐과 저온메짐도 200~300℃ 조건과 맞지 않는다.

철강은 탄소 함유량으로 분류한다. 탄소 약 0.02% 미만은 순철, 0.02~2.0%는 강, 2.0~6.7%는 주철이다. 성질이나 조직, 제작 방법은 탄소량에 따라 달라지는 결과일 뿐 분류 기준이 아니다.

마르텐자이트 조직의 스테인리스강 S80은 강도가 높은 대신 내식성이 오스테나이트계보다 약하다. 니켈은 표면의 부동화 피막을 안정시키고 몰리브덴은 바닷물 같은 환경에서 생기는 점식을 막아 내식성을 개량한다. 탄소를 늘리고 크롬을 줄이면 내식성이 오히려 나빠지고, 티타늄과 바나듐은 경도를 올리는 탄화물을 만드는 원소이며, 아연과 주석은 스테인리스 개량 원소가 아니다.

고속도강은 탄소강에 텅스텐·크롬·바나듐·코발트 등을 많이 첨가한 공구강이다. 절삭 열로 500~600℃까지 올라가도 경도가 유지되는 적열경도와 뛰어난 내마멸성을 갖추어 드릴·밀링 커터 같은 고속 절삭 공구에 쓰인다. 초경합금은 탄화물과 코발트를 소결한 것이고, 스텔라이트는 코발트계 주조 합금이며, 합금 공구강은 이보다 낮은 온도용이라 500~600℃ 조건에 미치지 못한다.