개념 한 쪽
강재는 뜨거워지면 약해지되 한 번 예외가 있다. 250~300℃의 청열취성 구간에서 인장강도가 일시적으로 최대가 된다는 사실이 이 영역의 핵심 숫자다.
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약 250~300℃ 구간입니다. 청열취성 현상으로 강도가 일시적으로 최대가 되며, 이 구간을 지나면 강도가 급격히 떨어져 500℃에서 상온의 약 절반, 600℃에서 약 3분의 1이 됩니다.
출제기준 단원 「강재의 종류 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 금속 재료 성질의 옳고 그름 판정(여러 금속) | 1 | 여러 금속 재료에 대한 성질 진위 판정 |
| 알루미늄 성질 판단 | 1 | 알루미늄의 물리·화학적 성질 중 틀린 설명 찾기 |
| 강의 조직·기계적 성질 판단 | 1 | 강의 조직·탄소량·온도 효과에 관한 옳고 그름 판정 |
강재의 인장강도는 온도에 따라 달라진다. 상온에서 온도가 오르면 강도가 낮아지는 것이 원칙이지만, 약 250~300℃ 구간에서는 청열취성(Blue brittleness) 현상으로 인장강도가 일시적으로 최대가 된다. 이 구간에서는 강도가 높아지는 대신 깨지기 쉬워지고 신율이 200~300℃에서 최소가 된다. 인장강도가 100℃에서 최대가 된다는 설명은 틀렸고, 온도가 더 오르면 500℃에서 상온 강도의 약 절반, 600℃에서 약 3분의 1로 떨어진다. 화재 시 강구조의 취약성을 설명하는 근거가 되는 수치다.
인장강도의 계산도 묻는다. 인장강도는 최대하중을 단면적으로 나눈 값(σ = P/A)으로, 항복점하중은 계산에 쓰지 않는다. 지름 18mm 강봉의 단면적은 π × 0.9² ≈ 2.543㎠이므로 최대하중 4,100kg을 나누면 약 1,611kg/㎠가 된다.
알루미늄과 그 밖의 금속 재료도 세트를 이룬다. 알루미늄은 전도성이 동 다음으로 좋고 빛을 잘 반사하며, 비중이 철의 약 3분의 1이고, 녹는점이 약 660℃로 낮아 내화성이 크다고 할 수 없다. 콘크리트의 알칼리 성분과 반응해 부식되기 쉽고, 상온에서 압연 가공하면 가공 경화로 경도와 인장강도는 증가하지만 연신율은 감소한다. 주석은 연성이 좋아 구리·아연과 쉽게 합금을 이루며 납땜 등에 널리 쓰여 「합금화가 어렵다」는 설명은 틀리고, 납은 비중이 커 방사선 차폐용으로, 동은 전기전도율이 높지만 산에 침식되며, 티타늄은 내식성이 강해 지붕재 등에 쓰인다. 강판 제품 중 데크 플레이트는 콘크리트 슬래브의 거푸집 패널 겸 바닥판·지붕판으로 쓰인다.
금속 재료의 성질도 함께 나온다. 이종 금속을 접촉시키면 전위차 때문에 한쪽이 부식되는 전지작용이 생긴다. 전기전도도는 온도가 낮을수록 커진다. 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 배열한 조직이라 인장강도가 높다. 단조는 금속을 두들기거나 눌러 성형하는 가공법이지 열처리가 아니다. 스테인리스강은 탄소량이 많을수록 경도는 높아지지만 내식성은 떨어진다. 납은 산과 알칼리에 모두 약하다.
출제 패턴은 ① 강재의 인장강도가 최대가 되는 온도(250~300℃, 청열취성) 고르기, ② 온도-강도 관계의 틀린 설명(100℃에서 최대) 찾기, ③ 500℃·600℃에서의 강도 비율(1/2, 1/3), ④ 인장강도 계산(최대하중 ÷ 단면적, 항복점하중 제외), ⑤ 알루미늄의 틀린 설명(내화성이 크다, 연신율 증가), ⑥ 금속의 용도 매칭(납=방사선 차폐, 동=전도·산에 부식, 주석=납땜), ⑦ 슬래브 거푸집 겸용 판재(데크 플레이트)다. 「덥혀지면 약해지는데 250~300℃만 예외」 하나로 온도 문제가 정리된다.
⑤ 부식 — 이종 금속 접촉이 부식을 막는다고 뒤집은 선지가 오답이다. ⑥ 공정 — 단조를 열처리로 분류한 선지가 오답이다. ⑦ 스테인리스 — 탄소가 많을수록 내식성이 좋아진다고 한 선지가 오답이다.
금속재료의 특성에 대한 설명 중 틀린 것은?
정답 ③ · 금속재료 각각의 특성 설명 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 동은 전기전도율과 열전도율이 매우 뛰어나지만 산이나 암모니아 등에 대해서는 침식될 수 있으므로 침식되지 않는다는 서술은 틀렸다.
동은 산에 의해 쉽게 부식되므로, 산에 침식되지 않는다는 설명은 틀린 서술입니다.
강의 일반적인 성질에 관한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ② · 이 문제는 탄소강의 조직 성분과 기계적 성질 간의 상관관계를 묻고 있다. 탄소강의 기본 조직 중 순철에 가까운 페라이트는 매우 연하고 연성이 큰 반면 인장강도는 가장 낮으며, 페라이트와 시멘타이트가 교대로 층을 이룬 펄라이트는 비교적 높은 인장강도를 나타낸다.
펄라이트는 페라이트와 시멘타이트의 층상 구조로 인장강도가 높으므로, '가장 낮다'는 서술이 명백한 오류이다.
알루미늄의 성질에 관한 기술 중 틀린 것은?
정답 ② · 건축 및 산업용 재료로 쓰이는 알루미늄의 물리적 및 화학적 성질을 묻는 문제이다. 알루미늄은 표면에 치밀한 산화알루미늄 피막이 형성되어 대기 중 내식성은 우수하지만, 산과 알칼리 모두에 반응하는 양쪽성 금속이므로 알칼리와 염분(해수)에는 피막이 쉽게 파괴된다.
알루미늄은 산화피막으로 내식성이 좋으나 알카리에는 약하며, 해수에도 부식될 수 있어 알카리 내성 기술은 틀렸다.
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