탄소강과 합금강의 차이점 이해하기
탄소강과 합금강의 정의
강철은 우리 모두가 알다시피 철과 탄소의 합금을 총칭하는 용어입니다. 탄소강은 탄소 함량이 2.11% 미만인 철-탄소 합금입니다. 화학적 조성에서 철과 탄소 외에도 규소, 망간, 인, 황과 같은 소량의 불순물이 포함되어 있으며, 다른 합금 원소는 없습니다.
탄소강 생산량은 전체 철강 생산량의 약 80%를 차지하며, 건설, 교량, 차량, 선박, 기계 제조, 산업, 석유화학, 해양 개발 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
합금강은 탄소강에 크롬, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 바나듐, 망간, 구리, 알루미늄, 몰리브덴 등과 같은 하나 이상의 합금 원소를 첨가하여 특정 물성을 향상시킨 강입니다. 이러한 화학 원소들은 다양한 비율/조합으로 첨가되어 경도 증가, 내식성 향상, 강도 강화, 성형성 개선, 용접성 변화 등과 같은 다양한 효과를 나타냅니다.
합금강 생산량은 전체 철강 생산량의 약 20%를 차지하며 기계 제조, 석유화학, 건설, 생활용품, 의료기기, 합성섬유, 운송 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
탄소강과 합금강의 분류
- 탄소강의 분류
탄소 함량에 따라 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 나눌 수 있으며, 탄소 함량이 높을수록 경도는 높아지고 인성은 낮아집니다.
저탄소강: 탄소 함량 C%≤0.25%. 체결 부품 제조에 일반적으로 사용되는 저탄소강에는 A3강, Q215A강, Q235강, 20#강, 22#강 등이 있습니다.
중탄소강: 탄소 함량 0.25%＜C%≤0.45%. 체결 부품 제조에 일반적으로 사용되는 중탄소강에는 35#강, 45#강 등이 있습니다.
고탄소강: 탄소 함량 C%＞0.45%. 고탄소강은 탄소 함량이 높고 단단하면서도 부서지기 쉬워 시중에서 판매되는 체결 부품 제조에는 거의 사용되지 않습니다.
- 합금강의 분류
합금 원소의 총 함량에 따라 저합금강, 중합금강, 고합금강으로 나뉘며, 합금 함량과 조성에 따라 성능이 다릅니다.
저합금강: 총 합금 함량 ≤5%;
중합금강: 5%＜총 합금 함량 ≤10%
고합금강: 합금 함량 > 10%.
체결 부품 제작에 일반적으로 사용되는 합금강에는 30CrMo, 40Cr, 35CrMo, 42CrMo 등이 있습니다.
탄소강과 합금강의 특성
- 탄소강의 특성
탄소강의 성능은 탄소 함량에 따라 달라집니다. 탄소 함량이 높을수록 강도와 경도는 높아지고, 소성, 인성 및 용접성은 낮아집니다.
장점: 우수한 가소성과 용접성; 저렴한 가격, 용이한 제련; 우수한 가공 기술; 탄소 함량 조절 또는 가공 방법 변경을 통해 성능 향상 가능;
단점: 강도가 다소 약함; 경화성이 떨어짐; 저온 저항성이 불충분함; 내식성이 낮음; 자기 전도성이 낮음; 자기장에서 쉽게 자화됨.
- 합금강의 특성
합금에 첨가되는 다양한 원소들은 각기 다른 특성을 지닙니다.
장점: 우수한 종합 성능; 특수 용도에 적합; 높은 강도 및 인성; 우수한 경화성, 변형 및 균열 방지; 내마모성, 내식성, 내저온성, 내열성, 비자성 등;
단점: 가격이 비싸고, 성형 및 열처리 공정이 더 복잡합니다.
탄소강과 합금강의 용도
- 탄소강의 용도
탄소강은 건축 자재, 용기, 상자, 용광로 본체, 농기계, 소형 하중 지지 부품, 와셔, 코터핀, 타이로드, 스탬핑 및 용접 부품 등 다양한 제품을 제조하는 데 널리 사용됩니다.
체결 부품 제조에 사용되는 탄소강
Q215A 강철은 와셔 제조에 적합합니다.
Q235강은 볼트, 너트, 스크류 슬리브, 코터핀, 리벳 등의 제조에 적합하며, 주로 4.8등급 볼트, 4등급 너트, 소형 나사와 같이 경도 요구 사항이 없는 제품에 사용됩니다.
35# 강재와 45# 강재는 고품질 탄소강 구조물에 속하며, 주로 8.8 등급 볼트, 8 등급 너트 및 8.8 등급 육각 패스너 제조에 사용됩니다.
- 합금강의 용도
합금강은 자동차, 선박, 항공기 등의 운송 수단 부품, 공작 기계, 로켓, 미사일 등의 부품, 그리고 다양한 롤링 베어링, 절삭 공구, 측정 공구, 스프링, 열간 및 냉간 금형, 롤링 금형, 계측기 등을 제조하는 데 사용될 수 있습니다.
증기 터빈, 보일러, 화학 설비 등과 같이 내열성 및 내식성이 요구되는 특수한 환경에 사용됩니다.
체결 부품 제조에 사용되는 합금강
주로 고강도 볼트와 너트 생산에 사용되며, 10.9 등급 재료에는 30CrMo와 40Cr이 포함되고, 12.9 등급 재료에는 35CrMo, 42CrMo 등이 포함됩니다.
30CrMo는 고하중을 받는 볼트와 스터드, 증기 터빈 및 보일러와 같은 고온(450℃ 이하) 환경에 사용되는 다양한 체결 부품, 고온(500℃ 이하) 고압 환경에 사용되는 플랜지와 너트 제조에 자주 사용됩니다.
40Cr은 스크류 슬리브, 핀, 커넥팅 로드 스크류, 너트 등의 제조에 적합합니다.
35CrMo는 증기 터빈 발전기용 체결구와 같이 고하중을 받는 다양한 체결구를 제조하는 데 자주 사용됩니다. 또한 보일러와 같이 고온(480℃ 미만) 환경에서 사용되는 다양한 체결구에도 사용됩니다.
42CrMo는 35CrMo보다 더 높은 강도가 요구되는 체결 부품 제조에 적합합니다.
탄소강과 합금강의 특성을 고려하여 체결재 재료를 선택할 때, 사용 요구사항을 충족한다는 전제 하에 탄소강을 우선적으로 고려할 수 있습니다. 그러나 규격이 크거나, 형상이 복잡하거나, 강도 및 정밀도 요구사항이 높거나, 고온 경도 및 기타 특수 성능이 요구되는 경우에는 합금강을 사용해야 합니다.
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