제조 재료로서의 강철의 용도 및 장점과 단점

이 강철 재료와 제조 응용 분야에 대해 알아보세요. 강철은 fsnhsd 고객이 기계 가공 및 다양한 판금 제조에 선호하는 재료인 강력하고 다재다능한 금속입니다. 철과 소량의 탄소, 때로는 다른 원소로 구성된 합금입니다. 탄소는 강철의 강도와 내구성에 직접적인 영향을 미칩니다. 그러나 크롬, 니켈, 몰리브덴, 실리콘과 같은 다른 합금 원소를 추가함으로써 다양한 강철이 개발되었습니다. 이러한 요소는 내마모성 또는 내식성과 같은 향상된 특성을 제공할 수 있습니다. 거의 모든 용도에 적합한 강철 등급이 있습니다. 이 기사에서는 강철, 그 구성, 유형, 특성 및 용도를 정의합니다.

강철이란 무엇입니까?

가장 단순한 형태의 강철은 탄소 함량이 2% 미만인 철 금속입니다. 그러나 다른 속성을 가진 여러 등급의 강철 합금을 만들기 위해 다른 많은 요소를 추가할 수도 있습니다. 일반적인 합금 원소에는 크롬, 망간, 니켈이 포함됩니다.

철강의 역사는 철의 역사에서 시작됩니다. 철의 발견과 등장은 우리가 지금 철기 시대라고 부르는 시대에 시작되었습니다. 이는 기원전 12세기 경에 시작되었습니다(정확한 시기는 지역에 따라 다르지만). 철의 출현은 기원전 5세기경 유럽에서 시작된 것으로 추정된다. 초기 강철(강도를 높이기 위해 철에 탄소를 첨가함)은 그 무렵 중국에서 만들어졌지만, 철 함량이 너무 낮아 진짜 강철로 간주할 수 없는 경우가 많았습니다. 기원전 400년경 인도에서는 작은 도가니에서 철과 숯을 함께 녹여 진짜 강철을 만들었습니다.

중세부터 현대까지 전 세계적으로 다양한 강철과 주철(탄소 함량이 높음)이 개발되었습니다. 1751년 영국의 벤저민 헌츠먼(Benjamin Huntsman)은 도가니를 가열하기 위해 나무에서 나온 숯 대신 지질학적 자원에서 나온 석탄을 사용하여 중요한 발전을 이루었습니다. Henry Bessemer가 1855년에 철강 제조 공정에 대한 영국 특허를 획득했을 때 훨씬 더 큰 돌파구가 마련되었습니다. 그의 공정은 용철(및 그 첨가물) 위에 직접 공기를 불어넣는 방식입니다. 이것이 현대 상업용 철강 생산의 기초가 되었습니다.

1912~1914년이 되어서야 스테인리스강이 처음으로 크롬과 니켈을 첨가하여 만들어졌습니다. 이러한 재료는 제2차 세계대전이 끝날 무렵에 점진적으로 개발되고 개선되었습니다.

철강 조성

기본적으로 강철은 철과 탄소로 만들어지지만, 수천 가지의 다양한 등급의 강철을 만들기 위해 다른 많은 합금 원소가 추가됩니다. 연강 또는 탄소강은 일반적으로 99% 이상의 철, 0.25% 미만의 탄소, 비슷한 양의 망간, 미량의 인과 황을 함유합니다. 이에 비해, 일반적인 등급의 스테인레스강(304)에는 철 약 70%, 크롬 18% 이상, 니켈 8%만 포함되어 있습니다. 망간, 규소, 인 및 탄소도 이러한 유형의 강철에서 다양한 양으로 발견됩니다. 다양한 강철의 다른 합금 원소로는 몰리브덴, 바나듐 및 붕소가 있습니다. 각 유형의 강철은 다양한 조성의 여러 등급으로 제공되므로 다양한 특성을 갖습니다.

제강: 강철을 만드는 과정

철강은 주로 고로 또는 전기로의 두 가지 제련 공정을 통해 생산됩니다.

고로는 철광석과 코크스(휘발성 성분을 제거하기 위해 처리된 석탄)를 용광로에 넣고 공기와 함께 연소시킵니다. 또한 광석에 있는 철을 금속 형태로 줄이기 위해 석회를 첨가합니다. 이것은 소위 선철을 생산하고, 이를 직접 산소로에 공급하여 용강을 생산합니다.

전기 아크로에서는 철광석이 먼저 직접 환원로에서 천연 가스와 함께 연소됩니다. 철 금속은 제강을 위해 전기 아크로로 보내집니다. 대형 전극을 용광로에 담그고 전기를 사용하여 금속을 녹이는 전극 사이에 고온 아크를 생성합니다. 합금 원소가 전기로 섹션에 추가됩니다.

두 공정 후, 용강은 열간 압연기를 통해 연속적으로 주조된 후 판, 바, 튜브 등과 같은 다양한 모양으로 압연됩니다. 이는 열간 압연이나 냉간 압연으로 수행할 수 있습니다. 생산되는 강철의 종류에 따라 템퍼링이나 어닐링과 같은 다른 마무리 공정도 수행할 수 있습니다.

제조에 사용되는 철강의 특성

철강의 일반적인 특성은 다음과 같습니다.

강도: 강철은 고강도 재료, 특히 인장 강도가 높으며 구조적 하중을 견디는 데 사용할 수 있습니다.
내구성 : 강철은 내구성이 매우 뛰어나 100년 이상 지속될 수 있습니다. 강철은 팽창하거나 크리프하지 않지만 매우 단단한 상태를 유지합니다.
다용도성: 강철은 매우 다재다능한 소재입니다. 다양한 등급이 수천 가지 응용 분야에 사용될 수 있습니다.
가공성: 대부분의 철강은 등급에 따라 가공이 용이합니다. 특정 등급의 강(쾌삭강)은 가공성이 더 높습니다.
용접성: 대부분의 강철 등급은 용접하기 쉽지만 일부는 특수한 용접 절차가 필요합니다.
내식성: 강철은 부식에 더 잘 견디기 위해 크롬, 니켈, 몰리브덴과 같은 다른 원소와 합금될 수 있습니다.
전기 전도성: 강철은 일반적으로 다른 금속에 비해 열 전도성과 전기 전도성이 낮습니다. 강력하고 내열성이 있는 차폐재로 사용할 수 있습니다.
재활용성: 철강은 완전히 재활용 가능하며 그 가치로 인해 전 세계 철강의 상당 부분(>60%)이 재활용됩니다.

강철 막대

다양한 종류의 강철

강철에는 다양한 유형이 있으며, 각 유형은 합금 원소의 유형과 양에 따라 정의됩니다. 세부사항은 다음과 같습니다:

1. 스테인레스 스틸

광범위하게 말하면, 스테인리스강은 구성에 크롬이 포함되어 있다는 사실로 정의됩니다. 오스테나이트계 스테인리스강(18/8 및 18/10, 또는 304 및 316)이 가장 널리 사용되며 크롬과 니켈을 함유하고 있습니다. 그러나 특별한 공학적 특성을 지닌 마르텐사이트 및 이중 스테인리스강도 있습니다. 스테인레스 스틸의 가치는 무엇보다 뛰어난 내식성과 세척이 용이하다는 데 있습니다. 높은 내열성과 강도가 결합되어 특정 산업에서 중심 위치를 차지합니다. 예를 들어, 낙농 산업 및 기타 식품 및 음료 산업의 거의 모든 가공 장비는

2. 탄소강

탄소강은 일반적으로 탄소와 철, 소량의 망간, 인, 황으로 구성된 가장 단순한 강철 합금을 말합니다. 각 강종을 결정하는 핵심 요소는 강재에 함유된 탄소의 양입니다. 탄소 함량은 0.05%~2%입니다. 탄소 함량은 강도, 취성(연성) 및 용접성과 같은 각 탄소강 유형의 많은 특성에 영향을 미칩니다. 탄소강은 구조물, 자동차 부품 및 기타 다양한 응용 분야에 사용됩니다.

3. 합금강

합금강은 크롬, 니켈, 몰리브덴, 망간, 붕소, 규소 및 바나듐과 같은 추가 합금 원소(탄소 제외)를 포함하는 강철을 가리키는 광범위한 용어입니다. 합금 원소는 합금의 1% ~ 50%를 구성할 수 있습니다. 저합금강은 일반적으로 8% 미만의 합금 원소를 포함하는 것으로 간주되는 반면, 고합금강은 8% 이상의 합금 원소를 포함합니다. 매우 광범위한 범주입니다. 이 등급은 유제품 생산업체를 위한 스테인리스강이나 자동차 산업을 위한 초고장력강 등 다양한 응용 분야에 사용됩니다.

4. 공구강

공구강은 공구로 사용하기 위해 신중하게 개발된 다양한 강입니다. 매우 단단하고 내구성이 있으며 내마모성이 뛰어납니다. 다양한 등급의 공구강이 있지만 일반적으로 탄소 함량이 0.7%~1.5%이고 망간 함량이 낮으며 열처리됩니다. 예를 들어, 공구강은 착암기 비트와 단조 금형을 만드는 데 사용됩니다.

5. 내후성강

내후성강은 실외 응용 분야에서 내식성(즉, 내후성)을 위해 사용되는 일종의 저합금강입니다. 이 강에는 내식성을 향상시키기 위해 소량의 크롬, 니켈, 구리가 합금되어 있습니다. 부식 메커니즘은 강철 표면에 부동화 산화물 층을 형성하여 추가 부식을 억제합니다. 교량 및 기타 구조물의 구조 부재로 자주 사용되는 내후성 강재는 100년 이상의 수명을 가지며 유지 관리가 거의 필요하지 않습니다.

6. 전기강판

전기강판은 실리콘 합금(일반적으로 2~3.5% 함유)으로 균일한 자기 특성을 가지고 있습니다. 이 합금은 모터 및 변압기와 같은 전기 부품 제조에 사용됩니다.

7. 고속도강

고속도강은 회전식 톱날과 같이 빠르게 움직이는 도구를 만드는 데 특별히 사용되는 공구강의 하위 범주입니다. 이 강철은 합금 원소로 텅스텐과 몰리브덴을 함유하고 있으며 열처리를 통해 초경질 표면을 만듭니다. 고속도강은 탁월한 경도와 내마모성으로 인해 높은 평가를 받고 있습니다.

철강 특성

강철의 특성은 등급에 따라 다릅니다. 아래 표 1은 일부 철강 특성을 보여줍니다.

표 1: 철강 특성 및 용도

재산	설명하다	철강 사례	이점	애플리케이션
힘	높은 하중을 견딜 수 있음	고강도 저합금(HSLA)강	힘	구조용 빔
연성	유연성	HD50(고연성)	다양한 모양으로 쉽게 성형 가능	선체
부식 방지	다양한 환경에서 부식에 강함	304, 316 등의 스테인레스 스틸	다양한 유체 및 환경과 호환 가능	식품 및 음료 가공, 산성 환경

강철의 물리적 성질

강철은 일반적으로 경도 및 강도와 같은 물리적 특성으로 알려져 있습니다. 아래 표 2에는 강의 일부 물리적 특성이 나열되어 있습니다.

표 2: 강철의 물리적 특성

재산	설명하다	철강 사례	일반적인 값 범위	단위
경도	표면 변형에 대한 저항성	공구강(D2)	200 – 1180	브리넬 경도값(kg/mm2)
인장강도	인장 하중을 견디는 능력	크롬 바나듐 강철 (6150)	250 – 600	MPa
열전도도	열전달	탄소강 (등급 C1010)	15 – 45	와트/(미터·켈빈)
열팽창	온도에 따른 부피 변화	오스테나이트계 스테인리스강(304, 316)	10 – 17	106 쌀/(쌀·℃)

강철의 화학적 성질

강철의 화학적 성질은 합금마다 다릅니다. 아래 표 3에는 강철의 일부 화학적 특성이 나열되어 있습니다.

표 3: 강철의 화학적 성질

강철 종류	부식 방지	산화	반동	자기	안정화
탄소강	제한된	특히 습한 환경에서는 더욱 그렇습니다.	산소와 반응	자기	좋아요
공구강	좋아요	특히 습한 환경에서는 더욱 그렇습니다.	산소와 반응	자기	좋아요
오스테나이트계 스테인리스강(304, 316)	훌륭한	최소한 패시베이션막 형성	일반적으로 반응하지 않음(불활성)	비자성	훌륭한
마르텐사이트계 스테인리스강(410, 420)	훌륭한	최소한 패시베이션막 형성	일반적으로 반응하지 않음(불활성)	자기	훌륭한

철강의 산업적 응용

강철은 다양한 유형과 등급으로 제공되는 매우 다재다능한 금속입니다. 해당 응용 프로그램 중 일부는 다음과 같습니다.

1. 교통

철강은 다양한 방법으로 운송에 사용됩니다. 교량이나 철도 선로와 같은 기반 시설은 강철로 건설됩니다. 또한 열차, 자동차, 대형 선박의 틀을 형성합니다. 강철의 놀라운 강도는 이러한 용도에 이상적입니다.

2. 건설

강철은 건설 산업에서 주로 구조적 하중 지지 부품으로 널리 사용됩니다. 강철은 강도와 강성이 높기 때문이다.

3.제조

제조업에서는 특히 기계 부품과 도구에 강철을 많이 사용합니다. 강철의 강도로 인해 고강도 작업에 널리 사용됩니다.

4. 포장

강철은 음식과 음료 캔을 만드는 데 사용됩니다. 강철은 내구성이 뛰어나고 재활용이 가능하기 때문에 이상적인 소재입니다.

5.의료기기

스테인레스 스틸은 내식성 때문에 의료기기에 널리 사용됩니다. 이는 자연적으로 미생물 성장을 촉진하지 않으며 세척이 쉽고 고압멸균도 가능합니다. 수술 도구와 의료 기구는 스테인리스 스틸로 제작되는 경우가 많습니다.

6.스포츠 장비

강철은 자전거, 골프채 등 스포츠 장비에 사용됩니다. 강철은 무거운 하중을 운반하는 품목에 사용되므로 강도와 내구성이 중요합니다.

7. 에너지 생산

강철은 강도와 자기 특성으로 인해 에너지 생산 및 전달에 사용됩니다. 발전기, 변압기 및 전기 모터에서 발견됩니다. 또한 구조용 타워 및 강화 케이블에도 사용됩니다.

강철로 만든 손잡이

철강 제조의 장점과 단점

강철은 매우 유용한 재료가 되는 몇 가지 특성을 가지고 있습니다.

강도: 강철은 무거운 하중을 견디고 변형에 저항할 수 있는 강력하고 내구성이 있는 소재입니다. 건설 및 인프라 프로젝트에 이상적입니다.
다양성: 강철은 성형, 성형, 기계 가공 및 용접이 가능합니다. 다양한 구성 요소로 만들 수 있습니다.
치수 안정성: 강철은 매우 단단하고 변형에 대한 저항력이 좋습니다.
재활용 가능: 강철은 무한히 재활용 가능합니다. 고철은 녹여 재처리할 수 있습니다.
안전: 강철은 불연성 재료이며 가열되어도 유해한 성분을 방출하지 않습니다. 그러므로 강철은 안전한 건축자재이다.

그러나 강철은 모든 목적에 완벽한 재료는 아닙니다. 강철에는 다음과 같이 용도가 제한될 수 있는 단점이 있습니다.

부식: 강철(특히 탄소강)은 습한 환경에서 부식되며 합리적인 사용 수명을 달성하려면 보호 코팅(예: 페인트)과 정기적인 유지 관리가 필요할 수 있습니다.
무게: 강철은 상대적으로 무거운 재료입니다. 이 무게는 전체 무게가 주요 관심사인 항공우주와 같은 산업에서 그 가치를 제한할 수 있습니다.
에너지 요구사항: 제강에는 많은 에너지가 필요합니다. 현대 기술이 향상되었지만 철강의 에너지 발자국은 여전히 상대적으로 높습니다.
열 전도성: 강철은 열을 잘 전도하므로 대형 강철 건물의 단열, 냉각 및 난방이 복잡해질 수 있습니다.
비용: 강철은 다른 많은 재료보다 비쌉니다. 특히 전문가용 강철과 스테인리스강의 경우 더욱 그렇습니다.

일반화하다

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