개념 한 쪽
철강제품은 화학성분, 가공법, 열처리 공정에 따라 기계적 성질이 크게 달라진다는 점을 중심으로 학습한다. 탄소와 불순물의 영향, 냉간가공과 열처리에 따른 강도·연성 변화, 그리고 대표적인 강종의 특성을 구분하는 능력을 요구한다는 점을 이해한다.
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출제기준 단원 「철강제품」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 열처리 명칭 판별 | 1 | 가열·냉각 조건으로 열처리 공정명을 가리기 |
| 취성 유발 성분 식별 | 1 | 화학성분과 취성 영향의 연결 고리를 묻기 |
| 탄성계수 이용 변형 계산 | 1 | 후크의 법칙으로 변형량을 계산하기 |
강재의 기계적 성질은 화학적 성분에 크게 좌우된다는 점을 이해한다. 탄소 함량이 증가하면 경도와 강도가 상승하고 연성과 신장은 감소한다는 원리를 기억한다. 반대로 인(P)과 황(S) 등 불순물은 취성을 증가시키는 유해 원소로 작용한다는 사실을 인지한다.
가공법에 따른 분류에서는 재료를 만드는 제조 공정과 이미 만든 재료를 성형하는 가공 공정을 구분한다는 점을 명확히 한다. 제강은 철을 만드는 제조 공정이며, 압연·인발·단조는 이미 만들어진 강재를 성형하는 가공법에 속한다는 기준을 유지한다.
냉간가공은 상온에서의 소성 변형을 의미하며, 이로 인해 전위 이동이 방해되어 변형 경화가 발생한다는 점을 이해한다. 결과적으로 인장강도와 경도는 증가하지만 연성과 신장은 감소하여 신장률이 줄어드는 상반된 관계를 기억한다.
열처리 방법은 가열 온도와 냉각 속도, 목적에 따라 구분한다는 점을 숙지한다. 예컨대, 변태점 이상으로 가열한 후 공기 중에서 서서히 냉각하는 처리는 불림(또는 불림질)이며 조직을 치밀하게 하고 잔류응력을 제거하는 목적을 가진다. 담금질은 급랭으로 경도를 높이는 처리가 되고, 담금질 후에 변태점 이하에서 가열하는 처리는 뜨임으로 담금질에 의한 취성을 줄여 인성을 향상시키는 목적을 가진다.
탄성계수와 응력·변형의 관계는 후크의 법칙으로 기술된다는 점을 이해한다. 변형량은 응력과 길이에 비례하고 탄성계수에 반비례하므로 단위 일치에 유의하여 계산해야 한다는 점을 실무적으로 적용한다.
(참고 예제 추가) 강의 열처리 관련 용어 판별 문제는 냉각 속도와 목적을 기준으로 접근한다. 예컨대 '변태점 이상 가열 후 공기중 서서히 냉각'이라는 조건은 불림으로 연결된다는 원리를 적용한다.
강의 열처리 방법중 변태점 이상 온도로 가열해서 공기중에서 서서히 냉각, 강속의 조직이 치밀하게 되고 변형이 제거되는 것을 무엇이라 하는가?
정답 ① · 문항은 강의 열처리 방법 중 변태점 이상으로 가열한 뒤 공기 중에서 서서히 냉각시켜 조직을 치밀화하고 잔류 변형을 제거하는 처리를 묻고 있다. 이러한 처리는 불림(어닐링)으로 정의되며 변태점 이상 가열과 서냉을 통해 조직이 안정화된다.
변태점 이상 가열 후 공기 중 서냉하여 잔류응력을 제거하고 조직을 치밀하게 하는 것은 불림(어닐링)이다.
강(鋼)의 화학적 성분중에서 취성(brittleness)을 증가시키는 가장 큰 성분은?
정답 ② · 문항은 강의 화학성분 중 취성을 가장 증가시키는 원소를 묻고 있다. 인(P)은 결정립계로 편석되어 저온에서 인성을 급격히 저하시켜 저온 취성을 유발하는 주요 불순물로 알려져 있다.
강재에서 인(P)은 결정립 경계에 편석되어 저온 취성을 유발하는 주요 불순물 원소입니다.
탄성계수가 2.1×10⁶kg/cm²인 길이 50cm의 강재에 20t/cm²의 응력이 작용할 때 발생하는 변형량은?
정답 ③ · 변형량(δ)은 응력(σ)을 탄성계수(E)로 나눈 변형률(ε)에 원래 길이(L)를 곱하여 구합니다. 변형률 ε = 20(t/cm²) / 2.1×10^6(t/cm² or kg/cm²×10^3) ≈ 9.523×10^-6입니다.
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