합금강의 종류 및 특징

1. 구조용 특수강

 

1) 크롬강 (Cr)   

강에 크롬을 가하면 매우 가늘게 되어 강도와 경도가 현저하게 증가하고 내마모성, 내식성,  내열성이 많이 개선됩니다. 또한 담금질이 잘되나 뜨임, 메짐이 있어 580~680℃에서 급랭시키며 주로 자동차 부품 등에 많이 쓰인다.

 

2) 니켈-크롬강 (Ni-Cr)  

니켈강과 크롬 강의 장점을 조합한 것으로 기계적 성질이 한층 개선된 대표적 강인강입니다. 강인성을 증가시키면서, 담금질성을 뚜렷하게 개량하므로 극히 큰 단강재에 적당합니다. 

강인하고 내열, 내식, 내마모성이 상당이 좋기 때문에 크랭크 축 연결봉, 기어 등의 중요 부품에 사용되어집니다. 850℃에서 담금질하고 600℃에서 뜨임하면 강인한 소르바이트(sorbite) 조직이 됩니다.

 

3) 니켈-크롬-몰리브덴강 (Ni-Cr-Mo)   

담금질 균열이 잘 일어나지 않고 뜨임 취성도 없기 때문에 열처리 효과가  좋으며 구조용 합금강 중에서는 가장 좋습니다.

 

2. 공구강

공구강은 금속, 플라스틱 또는 목대 등을 원하는 형태로 가공 및 성형하는 데 사용되는 강종으로 내마모성, 상온 및 고온 경도, 내열성, 강도 및 인성 등이 용도에 맞게 갖추어져 있어야만 합니다.

 

1) 탄소공구강   

재료를 절삭 및 성형하는 데 사용되는 공구강 중 가장 오래된 것으로서 그 특성은 비교적 높은 탄소량에 의해서 나타납니다. STC 1 ~ STC 7까지 총 7종이 있으며, 탄소량은 0.7 ~ 1.5% 범위이고 수랭에 의해서 경화됩니다.

 

2) 합금공구강

a. 수냉 경화형 공구강  

탄소공구강에 0.25% 정도의 V을 함유한 강으로서 탄소공구강과 마찬가지로 경화능이 작기 때문에 수냉으로 경화시킵니다. 높은 온도에서 경화시켜도 결정립이 미세한 상태로 되며 경화능이 낮아서 중심부까지 경화되지 않기 때문에 인성이 우수한 편입니다.

 

b. 내충격용 공구강  

전단용 칼, 끌 및 리벳 세트 등과 같이 반복하중하에서 사용되는 용도로 적합합니다. 이 강의 가장 중요한 성질은 인성이므로 내충격용 공구강의 탄소량은 약 0.50% 정도로 다른 공구강보다 비교적 낮은 편이며 사용 경도도 HRC 56 ~ 60 정도로 다소 낮은 편에 속합니다.

 

c. 냉간가공용 공구강

* 유냉경화형 : 퀜칭경도가 높고, 낮은 퀜칭경도 에서도 경화능이 우수하며, 복잡한 형상의 공구나 금형의 열처리 시에도 균열의 염려가 없고, 예리한 절삭 날을 유지할 수 있는 특징이 있으나, 고속절삭용이나 열간 가공용 으로는 사용하는 데 한계가 있습니다.

 

* 공랭경화형 공구강 : 블랭킹 다이, 성형용 다이 및 인발 다이 등과 같이 큰 인성과 어느 정도의 내마모성이 요구되는 용도로 특히 적합합니다. 이 강은 유냉경화형 공구강에 비해서 퀜칭 및 템퍼링 후의 치수 변화가 1/4 정도밖에 되지 않으므로 복잡한 형상의 다이에도 사용할 수 있습니다.

 

* 고탄소-고크롬 공구강 : 고속절삭 공구강의 대용강으로 개발된 것이지만 고속절삭 시에 충분한 경도를   얻을 수 없고, 또한 너무 취약하기 때문에 이러한 용도로는 사용이 제한되어 왔다.

 

그러나 내마모성이 우수하고, 강도가 크기 때문에 냉간가공용 금형강으로서 매우 유용하게 사용되고 있다. 이 강종의 주된 용도는 펀치, 블랭킹 다이, 냉간성형용 다이, 인발 및 압출 다이 등에 사용되고 있다.

 

d. 열간가공용 공구강  

열간가공용 공구강은 열간 압출, 열간단조 및 다이캐스팅 다이 등과 같은 용도로 사용되는 강종이며 일반적으로 아래와 같은 성질이 요구됩니다.

 

* 기계적 충격과 열충격 (특히 수냉시) 에 대한 저항성. 이 공구강의 내충격성을 향상시키기 위해서는 탄소량이 적어야 합니다.  

* 고온에서 마식(erosion) 및 마모에 대한 저항성

* 열처리 시 변형에 대한 저항성이 있어야 하며 복잡한 형상의 금형은 열처리시 변형되기 쉽다.  

* 열 균열 (heat checking)에 대한 저항성.

3. 고속도 공구강

 고속도강(high speed steel)은 금속을 고속으로 절삭하는 데 사용되는 공구강으로서, 절삭속도가 크기 때문에 공구의 tip 부분이 빨갛게 될 정도의 고온으로 가열되므로 이 온도에서의 연화 저항성을 가져야만 합니다.

 

이와 같은 적열 범위에서 연화에 견디는 능력을 적열 경도라 하며, 고속도강에서는 매우 중요한 성질입니다. 이 강은 또한 계속되는 사용에도 예리한 절삭날을 유지할 수 있도록 하기 위하여 우수한 내마모성과 경도를 가져야 하고 사용 중 충격에 견딜 수 있는 인성을 가져야 합니다.

 

고속도강은 W 계와 Mo 계의 2종류로 구분됩니다. 함유된 합금원소 중 W과 Mo은 탄화물 형성과 적열 경도를 위해서 첨가되며 V은 내마모성, Cr은 내산화성과 경도 향상 그리고 Co는 고온경도를 증가시키기 위하여 첨가됩니다.

 

4. 내열강

 내열강이란 고온, 고압에 견디며 강도가 크고 내산화성이 있어야 한다.  화력발전, 항공기, 열전대 보호관, 내연 기관 밸브,  화학 공업용 기계장치 등에는 내열강이 사용됩니다.  

 

※ 내열성을 주는 원소  

1) 고공산화에 대한 저항을 증가시키고 황을 함유한 가스에 의한 침식을 덜어줍니다.

2) 고온, 고압 수소에 의한 탈탄과 메짐을 방지합니다.

3) 침탄을 방지합니다.

4) Austenite 조직으로 하며 그 안정도를 높여 줍니다.  

5) 크롬 Ferrite 강의 높은 온도에서의 결정 입자 성장을 억제합니다.

6) 저 크롬 강의 자경성을 억제합니다. 

7) 저크롬강의 뜨임 메짐을 없애줍니다.

8) 질화 작용을 덜어줍니다.

 

5. 초내열합금(SuperAlloy)

초내열합금은 1938년경부터 오늘날까지 불과 50여년간에 엄청난 발전을 거듭하며 주로 젯트 엔진의 대형화, 고성능화에 큰 역할을 담당해 왔습니다.

 

Mo이나 W 합금은 고온 강도는 크지만 내산화성이 좋지 않습니다. 따라서 Ni 기 와 Co 기의 초내열합금은 강도와 내산화성이 겸비되어 있어서 매우 우수한 합금으로 알려져 있습니다.