개념 한 쪽
합금강은 철을 기본으로 여러 원소를 더해 성질을 조절한 재료로, 구성 원소와 제조·열처리 방식에 따라 물성 차이가 크게 난다. 시험에서는 합금 원소의 역할, 강종 분류, 표준 열처리법, 그리고 시편 관찰을 위한 부식액 같은 실무적 지식을 묻는다.
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출제기준 단원 「합금강」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 열처리 냉각법 판별 | 1 | 오스테나이트화 후 냉각 매체에 따라 열처리명을 고른다 |
| 철강 미세조직용 부식액 | 1 | 철강 시편 관찰에 쓰이는 대표적 부식액을 가린다 |
| 전기강판 특성 이해 | 1 | 전기강판의 와전류 저감을 위한 구조적 성질을 설명한다 |
철강에서 중요하게 다루는 다섯 가지 원소는 탄소, 규소, 망간, 인, 황이다. 탄소는 강도의 주요 조절인자이며, 규소와 망간은 탈산 작용과 성질 개선에 기여한다. 인과 황은 주로 불순물로 취급되어 함량을 엄격히 관리해야 한다.
강종은 제조 과정의 탈산 정도에 따라 성질이 달라진다. 가볍게 탈산한 림드강(Rimmed steel)은 응고 중 CO 기포가 많아 표면에 기포 및 편석이 발생하기 쉬워 균질성이 떨어진다. 반대로 완전 탈산한 킬드강(Killed steel)은 기포가 거의 없어 균질하고 편석이 적다. 캡트강과 세미킬드강은 그 중간 특성을 보인다.
특수강의 예로 해드필드강(Hadfield steel)은 고망간강으로 오스테나이트 조직을 가지며 표면의 가공경화로 내마모성이 뛰어나면서도 전체적으로 인성이 유지되는 특성을 가진다. 주철은 탄소 함량이 높아 액상 유동성이 좋아 주물 성형이 용이하나 흑연 영향으로 충격 저항이 작아 취성인 특징을 보인다.
열처리와 냉각 방식은 조직과 기계적 성질을 결정한다. 오스테나이트화 온도에서 공기 중 냉각하면 노멀라이징(Normalizing)으로 조직을 균일화하고 결정립을 미세화한다. 담금질 후 A1 변태점 이하에서 가열하여 인성을 높이는 공정은 뜨임(Tempering)으로, 퀜칭과는 목적과 온도 범위가 다르다. 또한 순철의 자기변태점(A2)은 큐리점으로 약 768℃이며 이 온도에서 자성 특성이 변한다.
미세조직 관찰을 위한 시편 처리도 실무에 포함된다. 철강 시편의 대표적 부식액은 나이탈(Nital)로, 질산과 알코올(에탄올 또는 메탄올)을 혼합한 용액이 결정립계를 뚜렷하게 보여 미세조직 관찰을 용이하게 한다.
시험에서는 탈산 정도와 기포 발생의 관계나 냉각 매체에 따른 열처리 명칭을 묻는 문항이 자주 출제된다. 예컨대 '가볍게 탈산되어 기포 및 편석이 많은 강'이라는 서술이 나오면 림드강을 떠올려야 한다. '오스테나이트화 후 공기 중 냉각'이라는 표현이 있으면 노멀라이징을 정답으로 선택해야 한다. 미세조직 관찰용 부식액으로는 나이탈(질산+알코올)을 연결하여 기억해야 한다.
탄소강의 표준 조직을 얻기 위해 오스테나이트화 온도에서 공기 중에 냉각하는 열처리 방법은?
정답 ① · 노멀라이징(Normalizing, 정규화)은 강을 적정 온도(A3 또는 Acm 이상)까지 가열한 후 공기 중에서 냉각하는 열처리 방법입니다. 이 과정을 통해 조직을 미세화하고 결정을 정방향으로 정돈하여 표준 조직을 얻으며, 기계적 성질을 개선하고 잔류응력을 제거합니다.
오스테나이트화 후 공기 중 냉각하여 표준 조직을 얻는 열처리는 노멀라이징이다.
주로 철강용 부식액으로 사용되는 것은?
정답 ④ · 문쯔 메탈(Muntz metal)은 구리(Cu) 약 60%, 아연(Zn) 약 40%로 구성된 황동 합금입니다. 이 조성은 상온에서 α상과 β상의 혼합 조직(α + β)을 가지게 되며, 이로 인해 인장 강도가 크지만 연신율이 감소하여 상온에서의 전연성이 낮은 특성을 보입니다.
철강의 미세 조직 관찰용 부식액으로 가장 일반적인 것은 질산과 알코올을 혼합한 나이탈(Nital)이다.
전기강판에 요구되는 특성을 설명한 것 중 옳은 것은?
정답 ④ · 전기강판은 변압기나 모터의 철심으로 사용되는 자성 재료로, 와전류 손실을 줄이는 것이 중요합니다. 박판으로 적층하여 사용하는 이유는 와전류의 이동 경로를 차단하기 위함이며, 이때 층간 절연을 위해 표면에 절연 코팅을 하여 층간 저항을 높여야 와전류 손실(철손)을 최소화할 수 있습니다.
전기강판은 와전류 손실을 줄이기 위해 박판 적층 시 층간 저항이 높아야 합니다.
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