합금강 원소 조합

합금강의 주요 합금 원소로는 실리콘, 망간, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 티타늄, 니오븀, 지르코늄, 코발트, 알루미늄, 구리, 붕소, 희토류 등이 있습니다.
1. 탄소(C): 강재의 탄소 함량이 증가하면 항복점과 인장 강도는 증가하지만, 가소성과 내충격성은 감소합니다. 탄소 함량이 0.23%를 초과하면 강재의 용접성이 저하되므로 용접용으로 사용됩니다. 저합금 구조용 강재의 탄소 함량은 일반적으로 0.20%를 넘지 않습니다. 탄소 함량이 높으면 강의 대기 부식 저항성이 감소하고, 노천 저장고에서 고탄소강은 쉽게 녹슬게 됩니다. 또한, 탄소는 강의 저온 취성과 노화 민감성을 증가시킬 수 있습니다.
2. 규소(Si): 규소는 제강 공정에서 환원제 및 탈산제로 첨가되므로 킬드강에는 0.15~0.30%의 규소가 함유되어 있습니다. 강의 규소 함량이 0.50~0.60%를 초과하면 합금 원소로 간주됩니다. 규소는 강의 탄성 한계, 항복점 및 인장 강도를 크게 증가시킬 수 있으므로 스프링강에 널리 사용됩니다. 담금질 및 템퍼링된 구조용 강에 1.0~1.2%의 규소를 첨가하면 강도를 15~20%까지 높일 수 있습니다. 규소는 몰리브덴, 텅스텐, 크롬 등과 결합하여 내식성과 내산화성을 향상시키고 내열강을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 1~4%의 규소를 함유하는 저탄소강은 투자율이 매우 높아 전기 산업에서 규소강판을 만드는 데 사용됩니다. 규소 함량이 증가하면 강의 용접 성능이 저하됩니다.

3. 망간(Mn): 제강 공정에서 망간은 우수한 탈산제 및 탈황제 역할을 합니다. 일반적으로 강에는 0.30~0.50%의 망간이 함유되어 있습니다. 탄소강에 0.70% 이상 첨가하면 "망간강"이라고 합니다. 일반강보다 망간 함량이 높은 강은 충분한 인성을 가질 뿐만 아니라 강도와 경도가 더 높고, 강의 경화능을 향상시키며, 강의 열간 가공성을 향상시킵니다. 예를 들어, 16Mn 강의 항복점은 A3 강보다 40% 높습니다. 11~14%의 망간을 함유한 강은 매우 높은 내마모성을 가지며 굴삭기 버킷, 볼밀 라이닝 등에 사용됩니다. 망간 함량이 증가하면 강의 내식성이 약해지고 용접 성능이 저하됩니다.
4. 인(P): 일반적으로 인은 강의 유해 원소로, 강의 냉간 취성을 증가시키고, 용접 성능을 저하시키며, 가소성을 감소시키고, 냉간 굽힘 가공성을 저하시킵니다. 따라서 강의 인 함량은 일반적으로 0.045% 미만으로 유지되어야 하며, 고품질 강의 기준은 더욱 낮아집니다.
5. 황(S): 황은 일반적인 환경에서도 유해한 원소입니다. 강을 고온 취성화시키고, 연성과 인성을 감소시키며, 단조 및 압연 시 균열을 유발합니다. 또한 용접 성능에 악영향을 미쳐 내식성을 저하시킵니다. 따라서 일반적으로 황 함량은 0.055% 미만이어야 하며, 고품질 강은 0.040% 미만이어야 합니다. 강에 0.08~0.20%의 황을 첨가하면 절삭성이 향상되어 쾌삭강이라고 불립니다.
6. 크롬(Cr): 구조용 강 및 공구강에서 크롬은 강도, 경도 및 내마모성을 크게 향상시키지만, 동시에 가소성과 인성을 저하시킵니다. 또한 크롬은 강의 내산화성과 내식성을 향상시켜 스테인리스강 및 내열강의 중요한 합금 원소입니다.

7. 니켈(Ni): 니켈은 우수한 가소성과 인성을 유지하면서 강의 강도를 향상시킬 수 있습니다. 니켈은 산과 알칼리에 대한 내식성이 뛰어나고, 고온에서 녹슬지 않으며 내열성이 뛰어납니다. 그러나 니켈은 희소 자원이므로 니켈-크롬 강 대신 다른 합금 원소를 사용해야 합니다.
8. 몰리브덴(Mo): 몰리브덴은 강의 결정립을 미세화하고, 담금질성과 열 강도 특성을 향상시키며, 고온에서 충분한 강도와 크리프 저항성을 유지합니다(고온에서 장기간 응력을 가하면 변형이 발생하는데, 이를 크리프라고 합니다). 구조용 강에 몰리브덴을 첨가하면 기계적 성질을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 담금질로 인한 합금강의 취성을 억제할 수 있습니다. 공구강의 경우, 적색도를 향상시킬 수 있습니다.
9. 티타늄(Ti): 티타늄은 강의 강력한 탈산제입니다. 강의 내부 조직을 치밀하게 만들고 결정립계를 미세화하며, 노화 민감도와 저온 취성을 감소시킵니다. 용접 성능을 향상시킵니다. 크롬 18 니켈 9 오스테나이트계 스테인리스강에 적절한 티타늄을 첨가하면 입계 부식을 방지할 수 있습니다.
10. 바나듐(V): 바나듐은 강철의 우수한 탈산제입니다. 강철에 0.5%의 바나듐을 첨가하면 조직 결정립을 미세화하고 강도와 인성을 향상시킬 수 있습니다. 바나듐과 탄소가 형성하는 탄화물은 고온 고압에서 수소 부식에 대한 저항성을 향상시킬 수 있습니다.

11. 텅스텐(W): 텅스텐은 녹는점이 높고 비중이 큽니다. 텅스텐은 우리 삶에 없어서는 안 될 합금 원소입니다. 텅스텐과 탄소는 높은 경도와 내마모성을 가진 텅스텐 카바이드를 형성합니다. 공구강에 텅스텐을 첨가하면 적경도와 열 강도를 크게 향상시킬 수 있으며, 절삭 공구와 단조 금형으로 사용됩니다.
12. 니오븀(Nb): 니오븀은 결정립을 미세화하고, 강의 과열 민감도와 템퍼링 취성을 감소시키며, 강도를 증가시키지만, 가소성과 인성은 감소합니다. 일반 저합금강에 니오븀을 첨가하면 대기 부식 및 고온에서의 수소, 질소, 암모니아 부식에 대한 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 니오븀은 용접성을 향상시킵니다. 오스테나이트계 스테인리스강에 니오븀을 첨가하면 입계 부식을 방지할 수 있습니다.
13. 코발트(Co): 코발트는 희귀한 귀금속으로, 주로 내열강, 자성체 등 특수강과 합금에 사용됩니다.
14. 구리(Cu): 우한 철강(Wuhan Iron and Steel Co., Ltd.)에서 다예(Daye) 광석을 사용하여 생산하는 강재에는 구리가 함유되는 경우가 많습니다. 구리는 강도와 인성, 특히 대기 부식 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 단점은 열간 가공 시 열취성이 발생하기 쉽고, 구리 함량이 0.5%를 초과하면 가소성이 크게 감소한다는 것입니다. 구리 함량이 0.50% 미만이면 용접성에 영향을 미치지 않습니다.
15. 알루미늄(Al): 알루미늄은 강에서 흔히 사용되는 탈산제입니다. 강에 소량의 알루미늄을 첨가하면 입자를 미세화하고 충격 인성을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 딥 드로잉 박판에 사용되는 08Al 강과 같습니다. 알루미늄은 또한 산화 방지 및 내부식성을 가지고 있습니다. 알루미늄, 크롬, 실리콘의 조합은 강의 고온 박리 성능과 고온 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 알루미늄의 단점은 강의 열간 가공 성능, 용접 성능 및 절삭 성능에 영향을 미친다는 것입니다.
16. 붕소(B): 강철에 미량의 붕소를 첨가하면 강철의 밀도와 열간 압연 특성을 개선하고 강도를 증가시킬 수 있습니다.
17. 질소(N): 질소는 강의 강도, 저온 인성, 용접성을 향상시키고 노화 민감도를 증가시킬 수 있습니다.
18. 희토류(Xt): 희토류 원소는 주기율표에서 원자번호 57~71번인 란타넘족 원소 15개를 말합니다. 이 원소들은 모두 금속이지만, 산화물이 "토"와 매우 유사하기 때문에 일반적으로 희토류라고 불립니다. 강철에 희토류를 첨가하면 강철 내 개재물의 조성, 형상, 분포 및 특성을 변화시켜 인성, 용접성, 냉간 가공 특성 등 다양한 특성을 향상시킬 수 있습니다. 쟁기날 강철에 희토류를 첨가하면 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.
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