강의 5대 원소

정의

강의 5대 원소는 탄소, 규소, 망간, 인, 황이다.

철에 함유되어 강의 기계적 성질과 용접성을 결정하는 기본 원소다.

쉽게 말해 강은 철에 소량의 원소가 섞인 합금이다.

원소의 역할

C, Si, Mn은 강도와 탈산을 위해 넣는 원소이고, P와 S는 제련 중 남는 불순원소다.

어느 원소든 양이 늘면 강도는 대체로 오르고 연성과 인성은 떨어진다.

탄소는 강도를 올리는 대신 연신율·충격치와 용접성을 떨어뜨린다.

탄소와 인장강도

탄소는 강의 기계적 성질에 가장 큰 영향을 주는 원소다.

0.8% 이하에서는 함유량에 거의 비례해 강도가 증가한다.

아공석강은 탄소가 늘면 인장강도가 오른다.

과공석 영역에서는 시멘타이트가 늘어 인장강도가 떨어진다.

황과 망간

황은 강에 존재하는 대표적인 해로운 불순원소다.

철과 결합한 FeS가 결정립계에 저융점 상을 만들어 열간 가공 중 균열을 일으킨다.

망간을 넣으면 황이 MnS로 고정되어 적열취성이 줄어든다.

탄소당량 계산

탄소당량은 합금원소의 영향을 탄소 하나로 환산한 값이다.

IIW 식으로 계산해 보자. 각 항이 어느 원소의 영향인지 함께 본다.

탄소 0.20%, 망간 1.00% 등을 대입하면 항별 값은 0.20, 0.167, 0.050, 0.013이다.

합은 0.430이므로 탄소당량은 약 0.43%다. 일반적으로 0.4%를 넘으면 예열이 필요하다.

정리

정리하면 5대 원소는 강의 강도·연성·인성·용접성을 결정하는 기본 원소다.

답안에서는 원소별 영향 두 가지씩과 탄소당량 관리를 함께 쓴다.

탄소는 강도 증가와 용접성 저하, 황은 적열취성을 반드시 함께 쓴다.