주강에 대한 공통 요소의 영향

강철 주조 공정에 C를 첨가하는 것은 일반적인 주조 방식입니다. C 함량이 2% 미만인 경우 주강이라고 하고, 2% 이상인 경우 C강이라고 합니다. 그러나 C 자체는 강도와 경도가 없습니다. 그러나 고용체의 탄화철인 Fe(3)C는 강도와 경도를 조절하는 주요 원소입니다.

C의 주요 역할

스테인리스 스틸 주조에서 C 함량이 증가하면 강철의 강도, 경도 및 경화성이 증가합니다. 그러나 가소성, 인성, 자기 및 전기적 특성은 감소합니다. 강철에서 C와 특정 합금 원소의 조합은 강철의 특성에 다양한 영향을 미치는 다양한 탄화물을 형성합니다.
일부 강철 주조 범위의 C 함량: C강 0.03 ~ 1.04%, 고속 공구강 0.75 ~ 1.60%, 열간 가공 공구강 0.22 ~ 0.70%, 냉간 가공 공구강 0.45 ~ 2.85%.

탈산 및 담수화 공정에서 용강에서 Mn을 볼 수 있지만, 이 시점에서는 1% 미만의 양으로 강철에 남아 있습니다. 강철에 포함된 Mn의 양이 1%를 초과하는 경우, Mn은 의도적으로 추가된 합금 원소입니다.

Mn의 주요 역할

강철 주조의 인장 강도, 경화성, 높은 인성 및 가공 특성을 향상시킵니다. S를 함유한 강철에서 Mn은 S로 인한 고온 및 저온 취성을 최소화합니다. Mn 함량이 높은 강철은 힘든 작업이나 충격 후 내마모성이 높습니다. 그러나 강철의 입자 성장을 촉진하고 두 번째 유형의 템퍼링 취성을 증가시키는 경향이 있습니다. Mn 원소는 구조용 강재, 철근 강재 및 스프링 강재에 사용됩니다.
함량 범위의 일부 강철 주조에서 Mn: C강 0.25 ~ 0.65%, Mn강 1.6 ~ 1.9%, 냉간 공구강 0.30 ~ 2.50%, 정통 Cr - Ni 스테인리스강 2.00 ~ 15.5%.

Si는 페라이트 형성 원소입니다. A(1) 및 A(3) 온도를 높입니다. Si는 흑연 효과가 있기 때문에 일반적으로 탄화물의 안정제로서 강철에서 Mn과 결합됩니다. 일반적으로 사용되는 탈산화제입니다.

Si의 주요 역할

전기 강판에서 Si는 투과성과 저항성을 높이고 히스테리시스 손실이 얕습니다. Si는 산화에 강한 일부 고온 내성 강재를 만듭니다. 또한 강철 주조는 Si와 Mn의 조합을 통해 경화성, 강도 및 충격 인성을 향상시킵니다. 특히 담금질 및 템퍼링 후 강철의 항복 한계와 탄성 한계를 향상시킬 수 있습니다. 강철 주조의 높은 Si 함량, 자기 특성 및 저항은 크게 증가합니다. 그러나 Si는 흑연화를 촉진하는 경향이 있으며 강철에 높은 수준의 C가 포함되어 있으면 그 효과는 더욱 커집니다.
일반 강철의 Si 함량은 0.17~0.37%입니다.

Cr의 주요 역할

스테인리스 스틸 주조에는 Cr이 강철의 경도를 향상시킬 때 충분한 C가 포함되어 있습니다. 일반적으로 1% C를 함유한 저크롬강은 매우 단단합니다. 저C강에 Cr을 첨가하면 강도는 향상되지만 연성은 감소할 수 있습니다. Cr은 강철의 고온 강도와 경화성을 향상시키며, 고C강에서는 내마모성을 향상시킵니다.

최대 25%까지 다량 첨가하면 Cr은 강철 표면에 보호 산화물 층을 형성하여 내식성을 향상시킵니다. Ni와 같은 원소와 결합하여 강철의 산화 저항성과 열 강도를 향상시키고 내식성을 더욱 향상시킵니다. Cr은 입자 성장을 촉진하여 강철의 취성을 증가시킵니다. Cr은 구조용, 공구용, 베어링용, 스테인리스 및 내열강에 널리 사용되는 원소입니다.

W는 고체 탄화물 형성 원소입니다. 매우 단단하고 안정적인 탄화물인 W(2)C, WC 및 복합 탄화물인 Fe(4)W(2)C를 형성합니다. 이러한 탄화물은 매우 천천히 그리고 매우 높은 온도에서만 용해됩니다. W는 공구강, 특히 고속 공구강의 중요한 구성 요소입니다. 이러한 강에서 W는 2차 경화 후 경도를 크게 증가시킵니다. 페라이트 형성 원소인 W는 A(4) 온도를 낮추고 A(3) 온도를 높입니다.

W의 주요 역할

W는 입자 성장을 억제하여 입자 정제 효과가 있습니다. W는 열간 가공 및 열처리 시 탈탄을 감소시킵니다. 담금질 및 강화강의 고온 경도를 증가시킵니다. 일부 고온 합금에서 W는 크리프 강도를 증가시킵니다. W가 포함된 스테인리스강 주물은 600~700℃ 탄화물로 가열되어도 침전되지 않으므로 강이 연화되는 것을 방지할 수 있습니다. 고속 공구강 및 합금 공구강에 더 많이 사용되는 원소 중 하나입니다. 그러나 주강 내산화성에는 적합하지 않습니다.
W 일부 강철 함량 범위에서: W-Cr강 1.75%, 고속 공구강 1.15 ~ 21.0%, 열간 가공 공구강 0 ~ 19.0%, 냉간 가공 공구강 0 ~ 2.0%, 내충격성 강 0 ~ 3.0%.

Mo는 견고한 탄화물 형성 원소입니다. 단단하고 안정적인 탄화물 Mo(2)C는 물론 Fe(4)Mo(2)C 및 Fe(21)MoC(6)와 같은 다른 복합 탄화물을 형성합니다.

Mo:

소량으로 변형률을 효과적으로 줄이고 주강의 고온 강도 및 크리프 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 특히 염산 용액에서 스테인리스강의 내식성을 향상시킬 수 있습니다. W는 고속 공구강에서도 비슷한 역할을 하며, W 대신 Mo를 사용하는 경우가 많으며, 이는 W가 포함된 강에서 탄화물 축적을 줄이고 기계적 특성을 개선합니다. Mo는 인장 강도가 높고 가소성이 좋은 Mo강의 필수 구성 요소 중 하나입니다. Cr강에서는 가공성과 기계적 특성을 개선하기 위해 Mo를 첨가합니다. Ni-Mo강에서 Mo는 주조 스테인리스강의 표면 경도를 높입니다.
일부 강철 함량 범위의 Mo: Mo강 0.15 ~ 0.60%, 고속 공구강 0 ~ 10.0%, 열간 가공 공구강 0 ~ 5.5%, 냉간 가공 공구강 0 ~ 1.8%, 정통 Cr - Ni 스테인리스강 0 ~ 4.0%, 마르텐사이트 Cr강 0 ~ 1.25%, 페로크롬강 0 ~ 1.25%.

V는 카바이드를 형성하는 고체 원소입니다. 카바이드 VC를 형성합니다. V는 주강에 미세 입자 및 확산 탄화물과 질화물로 존재합니다. 이들은 평균 열처리 온도에서 분해되지 않으며 입자 성장을 억제할 수 있습니다. 고온에서 충분한 양의 탄소와 용해성 V가 존재하면 가장 중요한 2차 경화 효과를 관찰할 수 있습니다.

V의 주요 역할

V는 곡물 정제에 필수적인 원소입니다. 오스테나이트의 성장을 억제하며, 0.1% V만 있으면 경화 중 입자 성장을 효과적으로 억제할 수 있습니다. 그러나 주강이 탄화물 및 질화물 입자의 용해를 억제하는 온도로 가열되면 입자 성장이 즉시 시작됩니다.
철, 탄소 함량 비율이 5.7보다 크면 스테인리스강 입계 부식을 방지하거나 줄일 수 있습니다. 그리고 고온, 고압 및 수소 부식 능력에 대한 주조 스테인레스 스틸 저항성을 크게 향상시킵니다. 입자를 정제하고 합금 원소의 전달 속도를 늦출 수 있지만 주철 강철의 고온 산화 저항은 좋지 않습니다.
일부 강철 및 합금 함량 범위: 크롬 - V강 0.10 ~ 0.20%, 고속 공구강 0.90 ~ 5.25%, 열간 공구강 0 ~ 2.20%, 냉간 공구강 0 ~ 5.15%.

Co는 탄화물 형성 원소입니다. 철보다 탄화물을 형성하는 경향이 약간 더 강합니다. 강철의 고온 특성과 산화 및 부식에 대한 저항성을 향상시킵니다. Co는 일부 초경 고속 공구강, 일부 영구 자석 합금 및 고온 합금의 중요한 구성 요소입니다.

의 주요 역할은 Co:

Co는 침전 경화 과정을 촉진하여 강도와 인성을 크게 향상시킵니다. Co는 페라이트 또는 오스티나이트에 용해되어 온도 상승 시 연화를 억제합니다.
일부 강철 및 합금의 Co 함량 범위입니다: 고속 공구강의 경우 0~13.0%, 열간 가공 공구강의 경우 0~4.5%

Ti는 고체 카바이드 형성 원소입니다. 고용체 상태에서는 안정적인 용액 강화 효과가 매우 강하지만 동시에 고용체의 인성을 감소시킵니다.

Ti의 주도적인 역할:

중간 크롬강에서 Ti는 고용체에서 탄소를 끌어내어 마르텐사이트 경도와 경화성을 감소시킵니다. 고크롬강에서 Ti는 오스테나이트의 형성을 방지합니다. 오스테나이트계 스테인리스강에서 Ti는 고온에서 고용체에서 탄소를 회수하여 입자 경계에서 크롬 탄화물이 형성되는 것을 방지합니다. 오스테나이트계 고온 합금에서 Ti는 침전 경화를 촉진합니다. 퇴적 고강도 저합금강에서 Ti는 강철의 인성을 향상시킵니다. Ti는 입자를 정제하고 탄소를 고정하여 주철강의 용접성을 향상시킬 수 있습니다.
고강도 저합금강의 Ti 함량 범위는 0~0.10%입니다.

납은 용융강에 대한 용해도가 제한적입니다. 납은 강철보다 밀도가 훨씬 뛰어나기 때문에 용융된 강철에 가라앉아 강철에서 분리됩니다. 납은 강철에 내포물 형태로 존재합니다. 이 내포물은 부드러우며 간질 윤활제 역할을 합니다. 약 0.20%의 함량과 매우 작은 입자의 존재는 다른 특성에 큰 영향을 미치지 않고 강철의 가공성을 향상시킬 수 있습니다.

Ni는 탄화물을 형성하지 않습니다. 주철강에 Ni가 존재하면 철의 탄화물이 불안정해져 흑연화가 촉진됩니다. Ni는 간단한 대체 고체 용액을 개발하여 페라이트를 강화하는 역할을 합니다. 오스테나이트 형성 원소인 Ni는 A(4) 온도를 높이고 A(3) 온도를 낮춤으로써 오스테나이트를 안정화시킵니다. 순수 철에 25% Ni가 251% 이상 함유된 경우, 상온으로 천천히 냉각해도 순수한 오스테나이트 합금이 됩니다.

Ni의 주도적인 역할:

최대 5% Ni를 함유한 합금강에서 Ni는 강도와 인성을 향상시킵니다. Ni는 크롬 함량이 높은 오스테나이트 형성을 가능하게 하여 오스테나이트 크롬-Ni 스테인리스강을 만듭니다. 특히 스테인리스강과 내열강에 널리 사용됩니다. 소량의 탄소를 함유한 고니켈강은 등방성 이종 결정 변환의 열 히스테리시스를 크게 증가시킵니다. 이로 인해 600°C로 가열하면 마르텐사이트 노화강에서 마르텐사이트가 유지됩니다. Ni는 열팽창 계수를 감소시키고, 높은 Ni 합금에서는 투과성을 증가시킵니다. 주강에 Ni 함량이 높을 경우 크롬과 결합하면 강철의 내식성과 내열성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

Nb는 강수량 경화와 페라이트 입자를 더욱 정제하여 강도를 높입니다.

Nb의 주요 역할

소량의 Nb(약 0.02%)는 탄소강의 인장 및 항복 강도를 효과적으로 높일 수 있습니다. Nb는 일부 고강도 저합금강의 필수 구성 요소입니다.
함량이 탄소 함량의 8배를 초과하면 주강의 거의 모든 탄소를 고정할 수 있습니다. 오토텐틱강은 산화 매체를 통해 주강의 입계 부식을 방지합니다. 강철에 탄소를 고정하고 침전 경화 효과로 인해 크리프 강도와 같은 고온 강재의 고온 특성을 향상시킬 수 있습니다.

구리는 오스티나이트 형성 원소입니다. 구리는 흑연화되는 경향이 있으므로 연강에만 1.5% 이하의 양으로 첨가됩니다.
구리의 주요 역할은 침전 경화를 통해 내식성을 개선하고 합금의 인장 강도를 높이는 것입니다. 구리는 침전 경화가 일어나지 않는 강철의 항복 강도를 약간 증가시킬 수 있습니다. 그러나 스테인리스강 주조의 가소성과 인성은 감소합니다. 탄소강은 경화성을 증가시키고 연성을 감소시킵니다. 구리 함량이 0.4%-0.5%를 초과하면 열간 가공 중에 강철 부품의 표면에 균열이 발생하기 쉽습니다.

알루미늄은 철보다 탄화물 형성 능력이 낮습니다. Al은 스테인리스강 주조에서 흑연화를 촉진합니다.

Al:

알과 질소 또는 O를 혼합하여 입자 성장을 억제하는 효과적인 미세 분산을 생성합니다. 질소의 저온 확산(질화)을 통해 효과적인 표면 경화층을 생성합니다. 또한 Al은 주철강 표면에 고체 산화알루미늄 층을 형성하여 강철의 부식 저항성을 높입니다. Al은 주조된 스테인리스강 입자를 정제하여 강재의 강도와 인성을 높입니다.
일부 강철 및 합금의 Al 함량은 일반 강철의 경우 0.01~0.03%, 페라이트계 스테인리스강의 경우 0~0.30%, 침전 경화 스테인리스강의 경우 0~1.5% 범위입니다.

B는 2300°C에서 녹는 매우 단단한 고체입니다.

B의 주요 역할

완전 탈산 주조 스테인리스강에 미량의 B(0.0005~0.005%)를 첨가하면 강철의 경화성이 크게 향상될 수 있습니다. 이는 냉각 중 상전이율이 감소하기 때문이지만 탄소 함량이 증가하면 경화성이 감소합니다. 따라서 탄소 함량이 0.6% 미만인 저탄소강 또는 중탄소강에 B를 첨가하면 상당한 효과가 있습니다. 소량의 B를 첨가하면 더 비싼 다른 합금 원소의 양을 절반으로 줄이면서도 강철을 주조하여 동일한 변형률을 유지할 수 있습니다. B는 주조 스테인리스강의 연성 및 기계적 특성을 향상시킵니다.

S는 주강에 가장 해로운 원소입니다. 취성 황화물 FeS를 형성하여 강철에 가장 해로운 영향을 미칩니다. 황화물은 강철에 0.01%만큼 낮은 양으로 존재하며 입자 경계를 따라 황화물 침전을 자극할 수도 있습니다.

S의 주요 역할

주강에 충분한 양의 망간을 첨가하면 S는 고온의 작업 온도에서 플라스틱인 MnS를 형성합니다. S는 강철의 비금속 개재물을 증가시켜 강철 강도를 감소시키고 강철 용접 특성을 크게 감소시킬 수 있습니다. 열간 가공에서는 취성(고온 취성)이 발생하기 쉽지만 S 함량이 약간 높으면 저탄소강의 가공성이 향상될 수 있습니다.
일반 강철의 S 함량은 ≤ 0.045%입니다.

S는 주강에 가장 해로운 원소입니다. S는 취성 황화물 FeS를 형성하여 강철에 가장 해로운 영향을 미칩니다. 황화물은 강철에 0.01%만큼 낮은 양으로 존재하며 입자 경계를 따라 황화물 침전을 자극할 수도 있습니다.

S의 주요 역할

주강에 충분한 양의 망간을 첨가하면 S는 고온의 작업 온도에서 플라스틱인 MnS를 형성합니다. S는 강철의 비금속 개재물을 증가시켜 강철 강도를 감소시키고 강철 용접 특성을 크게 감소시킬 수 있습니다. 열간 가공에서는 취성(고온 취성)이 발생하기 쉽지만 S 함량이 약간 높으면 저탄소강의 가공성이 향상될 수 있습니다.
일반 강철의 S 함량은 ≤ 0.045%입니다.

강철의 N은 질화물을 형성할 수도 있고 응고 후 틈새에 용해될 수도 있습니다. 두 경우 모두 N은 강철을 취화시켜 냉간 가공에 적합하지 않게 만듭니다. 따라서 가소성이 높은 연강을 생산하려면 N 함량을 0.002% 정도로 낮춰야 합니다. N 함량을 줄이면 담금질 노화도 줄어듭니다. 열간 압연 또는 단조강에서 인은 소위 "변칙 영역"을 만들어 강철의 약점이 됩니다.

수소는 실온에서 강철에 확산될 수 있습니다. 이러한 확산은 온도가 천천히 상승할 때 더 효과적입니다. 수소 함량이 약 0.0005%보다 크면 강철의 연성이 감소합니다. 수소 함량이 0.0005%를 초과하면 강철의 내부 파열이 발생할 수 있습니다. 이는 일반적으로 압연 또는 단조 후 금속이 냉각되는 동안 발생합니다.
이는 강철에 수소 취성을 유발할 수 있는 백색 반점과 같은 허용할 수 없는 결함이 발생하기 쉽고 용접부의 열 영향 영역에서 냉간 균열(지연 균열)을 유발하는 필수 요소이기도 합니다.

제강의 블로잉 공정 중에 많은 양의 O가 용융 풀에 불어넣어집니다. 블로잉 공정이 끝날 때까지 강철에는 과도한 O가 포함되어 있으며, 탈산되지 않으면 후속 주입 작업에 영향을 미칩니다. 그리고 강철 응고 공정에서 O는 다량의 산화물 침전 형태입니다. 주조 스테인리스강은 또한 산화물 비금속 내포물을 생성하여 강철의 가소성과 충격 인성을 감소시켜 강철을 부서지기 쉽게 만듭니다.

함량이 0.20%를 초과하지 않기 때문에 주조 스테인리스강의 일반적인 기계적 특성은 크지 않지만 템퍼링 취성에 대한 민감도는 증가합니다.

소량의 Zr은 곡물의 역할을 탈기, 정제 및 정제했습니다. 강철의 저온 인성은 유익합니다. 또한 노화 현상을 제거하고 강철 스탬핑 특성을 향상시킬 수 있습니다.