금속 재료 철강에 대해 알아보자

철광석으로부터 철을 인류가 제조하기 시작한 것은 기원전 2000년경으로 추정하고 있습니다. 기원전 1000년경에는 지중해 연안 국가에 철의 보급이 이루어진 것으로 보고 있습니다. 하지만 오늘날 우리들이 사용하고 있는 강철의 역사는 짧은 편입니다. 철강의 역사와 종류에 대해 살펴보겠습니다.

 

철강의 현대 역사

14세기 초에 처음으로 목탄을 사용하는 용광로로 선철을 제조하기 시작했고, 18세기에 와서야 목탄 대신에 코크스를 사용하는 데 성공하였습니다. 18세기에 석탄을 사용하여 선철을 연철로 정련하는 교련 법이 개발되게 됩니다. 하지만 18세기 중반까지 가단 철의 대량생산이 불가능했기 때문에 고민이 있던 중, 1856년 영국의 헨리 베세머의 발명으로 철의 시대에서 강의 시대로 바뀌는 제철 역사의 전환점이 되었습니다.

 

헨리 베세머는 전로법을 개발했는데, 전로법의 개선과 함께 고철을 주원료로 하고 평로법에 비해 생산성이 우수하고, 강의 품질을 유연하게 조절할 수 있어 특수강 생산에도 알맞은 전기로 법이 개발되어 근대적인 제강 기술이 확립이 되었습니다. 

 

 철강의 구분

철강은 크게 강, 순철, 선철 이렇게 세 가지로 분류가 됩니다. 강은 탄소를 0.035~1.7% 포함한 것이나 보통 0.04~0.7% 정도의 것이 많습니다. 강에는 다른 금속원소가 많이 포함되어 있지 않고 주로 탄소만 함유된 것을 탄소강 또는 보통강이라 하고, 크롬, 망간, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 등의 특수 금속 원소가 포함된 강을 특수강 또는 합금강이라고 합니다.

 

강은 제강 방법에 따라 처리 방법, 탈산도, 용도에 따라 종류가 다양해집니다. 제강 방법에 따라 전로강, 전기로강, 평로강으로, 주입 후 처리 방법에 따라서는 단강, 주강, 압연강으로 나누어집니다. 탈산도에 따라서는 반진정강, 진정강, 림드 강으로 용도에 따라서는 보통강, 저탄소강, 스프링강, 특수 공구 강, 다이스강, 탄소 공구강, 자석강, 베어링강, 내식강 등으로 나누어집니다.   

 

순철은 규소(si), 탄소(C), 망간(Mn), 인(P), 유황(s)의 5원소 합계가 0.01% 이하이고, 99.9% 이상은 금속원소 철(Fe)로 구성되어있는 불순물이 거의 포함되어 있지 않은 철을 말합니다. 순철은 질이 너무 연해서 그 용도가 한정되어 기계구조용에는 거의 쓰이지 않고, 전기용 재료나 철강의 성질을 알아보는 실험용 등으로 쓰이고 있습니다. 순철은 가단성이 좋지만, 연질이며 담금질이 불가능한 것이 특징입니다. 

 

선철은 철광석을 원료로 하여 고로에서 만들어집니다. 철광석의 제련에는 코크스, 목탄 등이 열원으로 사용되기 때문에 비교적 많은 탄소가 포함되어 있습니다. 선철은 탄소의량이 1.7% 이상 함유되어 있고, 융점이 낮습니다. 주조성이 좋고 경질이며, 메짐성이 크며, 담금질이 불가능한 것이 특징입니다. 

 

일반적으로 사용하는 철은 3.5~4.5%의 탄소를 함유하고 있으며, 전성과 연성이 거의 없어 그대로는 가공할 수 없기 때문에 재차 정련해서 탄소량을 저하해 강을 만들며, 선철 자체는 용융점이 1,150~1,250℃로 비교적 낮고 용해하기 쉬워서 각종 주물을 만드는 원료로 사용되고 있습니다.   

 

탄소강의 구분 

탄소강은 탄소만을 함유한 것을 탄소강 또는 강이라고 합니다. 탄소량의 정도에 따라 나누어지기도 하는데, 최저 탄소강, 저탄소강, 중위 탄소강, 고탄소강, 최고 탄소강으로 구분하는 경우도 있습니다. 경도에 따른 분류는 특수 극연강, 극연강, 연강, 반연강, 반경 강, 경강, 최경 강으로 구분됩니다. 

 

특수 극연강은 탄소량이 0.08% 이하여야 되며, 담금질은 불가능하고 굴곡은 가능합니다. 그래서 발판이나 전선관으로 쓰입니다. 극연강은 탄소량이 0.08~0.12% 이하이고, 철선이나 못, 용접관, 리벳 등으로 사용되고 있습니다. 연강은 탄소량이 0.12~0.2%이고, 철골이나 철근, 볼트, 강봉 등으로 사용되고 있습니다 

 

반연 강은 탄소량 0.20~0.3%이고, 레일이나 차량, 기계용 형강, 조선판, 경량 등에 쓰이고 있습니다. 반경 강은 탄소량이 0.3~0.4%입니다. 반경 강은 담금질과 굴곡이 가능합니다. 그렇기 때문에 강널말뚝이나 축재, 시트파일에 널리 쓰이고 있습니다. 

 

경강은 탄소량이 0.4~0.5%이고, 담금질은 가능하나 굴곡은 불가능합니다. 그렇기 때문에 공구나 스프링, 레일, 실린더, 피아노선, 차륜 등에 널리 쓰이고 있습니다. 최경 강은 탄소량이 0.5~0.6% 함량이 되어있고, 담금질은 가능하지만, 굴곡은 불가능합니다. 그렇기 때문에 칼날이나 나사, 레일, 차륜 등에 널리 쓰이고 있습니다.