개념 한 쪽
선철과 철강에 관련된 기본적인 원소와 재료 구분, 주석(주철)과 강의 특성, 그리고 용탕 처리에 따른 명칭을 이해하는 것이 핵심이다. 출제는 원소의 목록, 특정 주철의 명칭과 접종제, 탈산 상태에 따른 강의 분류 등 기초 정의와 대응을 묻는다.
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출제기준 단원 「기타 재료」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 선철의 5대 원소 고르기 | 1 | 선철의 기본 구성 원소 목록을 식별하기 |
| 스테인리스강 특성 판별 | 1 | 18-8 스테인리스강의 특성(조성·자성)을 구분하기 |
| 주철의 접종제·명칭 매칭 | 1 | 접종제에 따른 주철 명칭과 구상화제 선택을 연결하기 |
선철에는 철 이외에 제철 공정에서 불가피하게 함유되는 주요 불순물과 원소들이 존재한다. 통상 선철의 5대 원소는 탄소, 황, 망간, 인, 규소로 정의되며, 탄소는 강도의 핵심 요소이고 황과 인은 일반적으로 유해 불순물로 간주된다. 망간과 규소는 제련 과정에서 산화제 역할이나 잔류로 관찰된다고 정리한다.
강과 주철의 분류와 명칭은 성분과 공정에 따라 달라진다. 예컨대 고속도강 SKH2는 텅스텐계 합금으로 주요 조성이 W 18%, Cr 4%, V 1%로 표기되는 대표 재료이며, 특정 용도에 따라 고유 조성을 기억해야 한다. 18-8 스테인리스강은 Cr 18%, Ni 8%를 가지며 오스테나이트 조직으로 비자성을 띠는 특성이 있다는 점을 강조한다.
주철의 조직과 개선법도 자주 묻는다. 구상흑연주철은 흑연이 구상으로 형성되도록 Mg 등의 구상화제가 쓰이며, 황이 적은 선철에서는 Mg가 널리 사용되는 구상화체이다. 반면 미해나이트 주철은 주철용탕에 칼슘-실리사이드 등 접종제를 첨가하여 흑연을 미세화시켜 강인성을 높인 회주철이라는 정의를 제시한다.
용강의 탈산 정도에 따른 명칭은 용어 문제로 출제되기 쉬우므로 숙지해야 한다. 규소-철계나 알루미늄 분말처럼 탈산력이 큰 물질을 넣어 완전히 탈산한 강은 킬드강이라 부르며, 주조할 때 가스가 거의 발생하지 않아 치밀한 조직을 만든다.
결정 구조의 기본 수치나 합금 원소의 영향력과 같은 사항은 출제 패턴이므로 핵심값과 역할을 암기하는 것이 유리하다. 탄소 함량은 강재의 경도와 인성, 용접성 등 기계적 성질에 가장 큰 영향을 미치는 인자로 취급된다고 정리한다.
문제 유형은 원소 목록 확인, 특정 재료의 조성 또는 명칭 대조, 공정용어(예: 킬드강) 매칭 등으로 단순화된다. 예를 들어 '선철의 5대 원소'를 묻는 문항이면 탄소·황·망간·인·규소를 선택해야 한다. '구상흑연주철의 구상화제'를 묻는 문항에서는 황 함량이 낮은 선철에서 Mg가 구상화제로 사용된다는 정보를 이용해 정답을 도출한다. '완전 탈산 강'을 묻는 문제는 킬드강을 선택하는 방식으로 접근한다.
일반적으로 선철에서 철 이외의 5대 원소는?
정답 ③ · 문제는 선철(주조로 얻은 철)에 흔히 포함되는 주요 5개 원소를 묻고 있다. 선철에는 탄소가 주성분으로 존재하고 공정상 불가피하게 황, 망간, 인, 규소가 함께 함유되는 것이 일반적이다.
선철의 5대 원소는 탄소, 황, 망간, 인, 규소이며, 이는 제철 공정에서 불가피하게 함유된다.
18-8 스테인리스강에 해당되지 않는 것은?
정답 ③ · 문제는 18-8 스테인리스강의 성질 중 틀린 것을 찾는 것이다. 18-8 스테인리스강은 약 18% Cr과 8% Ni을 포함한 오스테나이트계 조직을 가지며 이 조직은 비자성 특성을 나타내므로 상자성이라고 한 진술이 틀렸다.
18-8 스테인리스강은 오스테나이트 조직을 가져 비자성(상자성 아님)을 띠며, 내식성이 우수한 대표 강종이다.
주철용탕에 최초로 칼슘-실리테이트를 접종하여 만든 강인한 회주철은?
정답 ④ · 미해나이트 주철(Meehanite cast iron)은 용융된 주철 용탕에 칼슘-실리사이드(Ca-Si) 등의 접종제(inoculant)를 첨가하여 석탄의 핵 생성을 촉진하고 조직을 미세화하여 기계적 성질을 대폭 향상시킨 강인한 회주철을 말합니다. 이는 일반적인 회주철보다 인장 강도와 강성이 우수합니다.
주철 용탕에 칼슘-실리사이드를 접종해 조직을 미세화하고 강인함을 높인 회주철을 미해나이트 주철이라고 한다.
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