현대산업의 기초소재인 철강의 성능은 화학성분에 의해 직접적으로 결정됩니다. 그 중 탄소(C), 망간(Mn), 규소(Si), 황(S), 인(P) 5대 원소는 금속 조직, 결정 구조 및 불순물 분포를 변화시켜 강철의 강도, 인성, 가공성 및 내식성에 큰 영향을 미칩니다.
첫째, 탄소(C) 원소 : 코어 레귤레이터의 강도와 가소성
탄소는 강철의 가장 중요한 합금 원소이며, 그 함량은 강철 성능에 결정적인 역할을 합니다. 아-강(탄소 함량 0.02%~0.77%) 범위에서는 탄소 함량이 증가함에 따라 페라이트 매트릭스의 침탄 입자 수, 인장 강도 및 경도가 선형적으로 증가했지만 연신율 및 충격 인성이 크게 감소했습니다. 탄소 함량이 공융점(0.77%)을 초과하여 포정강을 형성하게 되면 펄라이트 라멜라 사이의 간격이 좁아져 강도가 지속적으로 증가하지만 결정입계의 탄화물 편향으로 인해 취성의 위험이 발생합니다.
일반적인 사례에 따르면 템퍼링 처리 후 중탄소강의 탄소 함량은 0.45%, 인장 강도는 최대 800MPa, 연신율은 15%로 유지됩니다. 경도는 HRC62이지만 탄소함량은 고탄소강의 1.2%이지만 충격인성은 10J/cm² 미만입니다. 용접 성능, 탄소 함량 0.1% 증가, 용접 균열 민감도 지수 20% 증가, 저-수소 전극을 사용하고 150도 이상으로 예열해야 합니다.
둘째, 망간(Mn) 원소 : 이중 레귤레이터의 담금질성 및 열간 가공성
약한 탄화물-형성 원소인 망간은 고용 강화와 조직 제어 이중 메커니즘을 통해 강의 성능을 향상시킵니다. 페라이트에서 망간 원자는 철 원자를 대체하여 격자 왜곡을 유발하고 항복 강도는 약 30MPa/% 증가합니다. 오스테나이트에서는 망간이 -상 영역을 팽창시켜 Ac3의 임계 온도가 50{11}}80도 증가하여 경화성이 크게 향상됩니다. 실험 데이터에 따르면 1.2% 망간을 함유한 45개의 강철은 물 담금질 후 HRC45 경도에 도달할 수 있으며 이는 망간이 없는 강철보다 3 로크웰 경도 수준이 더 높습니다.
In terms of hot working performance, manganese and sulfur form high melting point MnS (melting point 1610℃), which replaces low melting point FeS (melting point 988℃) to eliminate thermal embrittlement. However, excess manganese (>1.5%)은 뜨임 시 결정립 조대화를 일으키고, 뜨임 취성 지수가 40% 증가하며, 잔류 오스테나이트는 700도에서 유지하여 제거해야 합니다. 일반적인 응용 분야에서 0.8%-1.2% 망간을 함유한 20MnSi 강철은 건설 철근에 널리 사용되며 항복 강도는 Q235 강철에 비해 25% 증가합니다.
세 번째, 실리콘(Si) 원소: 고용강화 및 내식성 시너지 강화제
강력한 페라이트-형성 원소인 실리콘은 고용 강화와 표면 산화막의 이중 메커니즘을 통해 강의 특성을 향상시킵니다. 페라이트에서는 실리콘 원자의 반경이 철 원자의 반경보다 11% 더 커서 격자 변형이 발생하여 항복 강도가 약 50MPa/% 증가합니다. 표면산화 실험 결과, 800도에서 24시간 동안 산화된 강철의 규소 함유량은 1.5%로, SiO2 치밀한 보호층이 형성되어 산화막의 두께가 일반 강철보다 60% 얇아졌습니다.
기계 가공성 측면에서 실리콘 함량이 0.8%를 초과하면 냉간 변형 저항이 20% 증가하므로 변형량이 작은 다중{2}}공정이 필요합니다. 일반적인 응용 분야에서는 자동차 커넥팅 로드 제조에 사용되는 40SiMn강의 실리콘 함량이 0.2% -0.5%로 일반 탄소강보다 피로 수명이 1.5배 향상됩니다. 황산 중간 부식 속도에서 고규소 주철의 15% -20%의 실리콘 함량<0.1mm / a, become the preferred material for corrosion-resistant parts of chemical equipment.
넷째, 황(S)원소 : 보이지 않는 파괴자의 열간 가공 성능
강철 입자 경계에 FeS 함유물 형태의 유황은 주로 열처리 및 용접 두 장면에 반영됩니다. FeS와 Fe는 공결정 융점이 988도에 불과하며 강철을 1150도까지 가열하면 액체 FeS의 결정립계가 국부 강도를 저하시켜 열 균열이 발생하기 쉽습니다. 실험 데이터에 따르면 연속 주조 공정에서 강의 황 함량이 0.05%인 경우 열 균열 발생률이 황 함량 0.01%에 비해 5배 더 높습니다.
용접 성능 측면에서 볼 때, 황과 산소의 반응으로 생성된 SO2 가스는 용접부에 기공을 형성하여 용접 금속의 유효 단면적을 30% 감소시킵니다. 일반적인 사례에서는 수동 아크 용접에서 Q235 강철의 황 함량이 0.08%이고 용접 금속 충격 인성이 8J/cm ² 미만이며 모재의 1/3에 불과하다는 것을 보여줍니다. 희토류 원소를 첨가하여 황화물의 높은 녹는점을 형성하는 현대 제철 공정으로 인해 황 위험 지수가 70% 감소했습니다.
5, 인(P) 원소: 치명적인 킬러의 저온-인성
인은 페라이트 고용도 0.9%, 원자 반경이 철 원자보다 14% 더 커서 심각한 격자 왜곡을 유발합니다. 실험 데이터에 따르면 충격 인성이 정상 온도보다 65% 낮을 때 -20도에서 강철의 0.1% 인 함량이 나타나는데, 이는 피닝 효과의 전위 이동에 대한 키르히너 가스 클러스터의 {100} 결정 평면 바이어스 형성에 있는 인 원자에서 비롯됩니다. 저온 취성 실험에 따르면 인 함량이 0.15%인 강철은 -40도에서 디컨벌루션형 파괴를 겪고 전형적인 정이십면체 특징을 특징으로 하는 파괴를 겪는 것으로 나타났습니다.
절삭 가공성 측면에서는 인과 황의 시너지 효과로 절삭력이 20% 감소하고 공구 수명이 1.5-배 증가했습니다. 일반적인 응용 분야에서 인 함량이 0.08%-0.15%인 쾌삭강 1215는 표면 거칠기가 최대 Ra0.8μm인 정밀 부품 가공에 널리 사용됩니다. 그러나 인 함량이 0.12%를 초과하면 해양 환경에서 강철의 부식 속도가 3배 증가하므로 보호막을 형성하기 위해 구리 원소를 첨가하여 이를 억제해야 합니다.
