탄소강(Carbon Steel)-성질_성분_영향

탄소강(Carbon Steel)-성질_성분_영향

탄소강(Carbon Steel)

주로 철과 탄소로 이루어진 합금으로, 강철의 일종입니다. 탄소강은 일반적으로 0.05%에서 2.0%까지 탄소 함유량을 가지며, 이 탄소 함유량에 따라 강의 강도, 경도 및 다른 물리적 특성이 달라집니다.

탄소강은 다양한 형태와 종류로 사용되며, 주로 건축, 자동차, 가구, 도구, 강구조물, 밧줄 및 전선 제조 등 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 탄소강은 비교적 저렴하게 생산되며, 강도와 내구성 면에서 다양한 요구 사항을 충족할 수 있기 때문에 널리 사용됩니다.

탄소강은 주로 다음과 같은 종류로 분류됩니다:

저탄소강 (Low Carbon Steel) : 0.05%에서 0.30% 사이의 탄소 함유량을 가지며, 용접 용이하고 가공이 쉬워서 일반적으로 자동차 패널, 파이프 및 가구 등에 사용됩니다.

중탄소강 (Medium Carbon Steel) : 0.30%에서 0.60% 사이의 탄소 함유량을 가지며, 강도가 높고 경도가 뛰어나므로 경강재, 체인, 베어링 등에 사용됩니다.

고탄소강 (High Carbon Steel) : 0.60% 이상의 탄소 함유량을 가지며, 매우 높은 강도와 경도를 가지므로 칼날, 스프링 및 공구 제조에 사용됩니다.

탄소강은 탄소 함유량에 따라 다양한 열처리 및 가공 과정을 통해 원하는 물리적 특성을 얻을 수 있습니다.

1. 탄소강의 성질

성질	탄소함유량 증가시	특징
물리적	- 비열, 전기저항, 항자력 올라감 - 비중, 열팽창계수, 열전도 떨어짐	--
기계적	- 인장강도, 경도, 담금질효과 올라감 - 연신율, 인성, 단면수축률, 비중, 용융점 떨어짐	--
화학적	--	산에 약함

2. 탄소강의 취성 종류

탄소강의 취성(Carbonitriding)은 강철이나 다른 탄소 함량을 가진 합금강의 표면에 일정량의 탄소와 질소를 확산시켜 표면 경도와 내마모성을 향상시키는 열처리 공정입니다. 취성은 주로 저·중탄소 강을 다루며, 주요 목적은 강의 표면 경도를 향상시키고 내부의 강도와 연성을 유지하는 것입니다.

이과정은 다음과 같이 이루어집니다.

강의 표면에 질소와 탄소의 확산을 촉진하는 환경을 조성합니다. 이 환경은 탄소화물의 가스나 고체 미립자, 예를 들어 아연 분말과 같은 것을 사용하여 제공됩니다.

강을 일정한 온도에서 가열하며 환경 내에서 일정한 시간 동안 처리합니다. 이렇게 함으로써 탄소와 질소가 강의 표면에 투입됩니다.

다음으로 빠르게 냉각하여 취성층을 형성하고 원하는 경도를 부여합니다.

탄소강의 취성은 강의 표면 특성을 개선하는데 사용되며, 그 결과 표면 경도, 내마모성, 피로 강도가 향상됩니다. 이러한 특성은 자동차 엔진 부품, 기계 부품, 공구 등의 제조에서 중요합니다.

취성 종류	온도 (℃)	특성
저온 취성	-30 ~ -20	-
상온 취성	상온	인(P)를 함유한 강에서 나타남
청열 취성	200 ~ 300	인(P)를 함유한 강에서 나타남
뜨임 취성	500 ~ 600	Ni-Cr강에서 담금질뜨임 후 나타남 (Mo 첨가로 방지)
적열 취성	900 이상	황(S)를 함유한 강에서 나타남 (Mn 첨가로 방지)

3. 탄소강에 함유된 성분과 영향

원소	영향
망간(Mn)	- 강도, 경도, 인성, 점성, 담금질성 올라감. - 연성 떨어짐. 황(S)의 해 제거(적열취성 감소).
인(P)	- 강도, 경도 올라감. - 연신율 떨어짐. - 편석발생, 냉간가공 저하. - 결정립을 거칠게 함. - 상온메짐 원인.
구리(Cu)	- 부식 저항 증가. - 압연 시 균열발생.
규소(Si)	- 강도, 경도, 주조성 올라감. - 냉간 가공성 떨어짐.
황(S)	- 강도, 경도, 인성, 절삭성 좋아짐. - 적열취성 발생.
탄소(C)	- 강도, 경도, 탄성한도 올라감. - 연신율, 충격값, 용접성, 냉간 가공성 떨어짐.
수소(H)	헤어크랙, 백점 발생.