저합금강이란: 구성, 특성 및 용도

기계적 성질

저합금강은 까다로운 환경을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 기계적 특성으로 인해 표준 탄소강보다 더 강하고, 더 까다롭고, 더 오래 지속됩니다.

강도 및 경도

저합금강은 일반적으로 일반 탄소강보다 인장 및 항복 강도가 높습니다.

• 인장강도: 일반적으로 합금 및 열처리에 따라 500~1,200MPa 범위입니다.
• 항복 강도: 보통 350~1,000MPa 사이입니다.

즉, 이 강철은 구부러지거나 부러지지 않고 더 무거운 하중을 견딜 수 있습니다. 경도 또한 향상됩니다. 예를 들어

• 몰리브덴과 바나듐을 첨가하면 로크웰 경도는 등급과 처리에 따라 25 HRC에서 40 HRC 이상까지 다양합니다.

연성 및 인성

저합금강은 강도와 성형성 사이의 균형이 잘 잡혀 있습니다.

• 휴식 시 신장: 일반적으로 12%에서 25% 사이에 속하며, 이는 강철이 부러지기 전에 늘어날 수 있음을 의미합니다.
• 샤피 V-노치 충격 에너지: 실온에서 20J~100J 이상, -20°C에서 27J 이상(ASTM A633과 같은 거친 등급의 경우)까지 가능.

피로 및 내마모성

반복적인 스트레스는 시간이 지남에 따라 부품의 고장을 일으킬 수 있습니다. 저합금강은 일반 탄소강에 비해 피로에 더 잘 견딥니다.

• 피로 강도: 많은 저합금강의 경우, 표면 마감, 하중 유형, 그리고 열처리.
• 내마모성: 강철 매트릭스에서 더 복잡한 탄화물을 형성하는 크롬 및 몰리브덴과 같은 원소에 의해 강화됩니다.

물리적 특성

저합금강은 기계적 강도만 제공하는 것이 아닙니다. 물리적 특성도 다양한 환경에서 얼마나 잘 작동하는지에 영향을 미칩니다.

밀도 및 융점

저합금강의 밀도는 일반 탄소강과 비슷한 약 7.85g/cm³입니다. 따라서 상대적으로 무겁기 때문에 무게와 안정성이 필요한 구조 부품에 유용합니다.

녹는점은 일반적으로 합금 원소에 따라 1425°C~1540°C(2597°F~2800°F) 사이입니다. 예를 들어

• 4140 스틸 (표준 저합금강)은 약 1416°C~1460°C에서 녹습니다.
• 니켈 또는 크롬 함량이 높으면 녹는점이 높아질 수 있습니다.

전기 및 열 전도성

저합금강은 구리나 알루미늄과 같은 순수 금속에 비해 전기와 열의 전도성이 떨어집니다:

• 전기 전도성: 약 10% IACS(국제 어닐링 구리 표준), 구리는 100%입니다.
• 열 전도성: 일반적으로 25~50W/m-K인 반면 구리는 380W/m-K 이상입니다.

이 때문에 저합금강은 전기 배선이나 방열판에는 사용되지 않습니다. 하지만 전도도가 낮기 때문에 더운 환경에서 더 안정적입니다. 실리콘과 망간과 같은 합금 원소는 전도도를 더욱 낮추지만 구조적 안정성을 높입니다.

부식 저항

저합금강은 일반 탄소강보다 녹에 더 잘 견디지만 스테인리스강만큼은 아닙니다. 내식성은 합금 원소의 종류와 양에 따라 달라집니다:

• 크롬 (0.5% 이상)은 부식을 늦추는 데 도움이 되는 수동 산화물 층을 형성합니다.
• 구리 (약 0.2% - 0.5%)는 습한 환경이나 해양 환경에서 저항력을 높여줍니다.

예를 들어 ASTM A588과 같은 풍화강은 구리, 크롬, 니켈을 사용하여 대기에 노출될 때 보호 표면층을 형성합니다. 그러나 대부분의 저합금강은 여전히 코팅, 아연 도금 또는 그림 특히 실외 또는 화학 물질이 많은 환경에서 장기간 보호할 수 있습니다.

저합금강의 분류

저합금강은 엔지니어, 제조업체 및 구매자가 올바른 소재를 선택하는 데 도움이 되는 공식적인 분류 체계로 구성되어 있습니다. 이러한 시스템은 강철의 구성, 강도, 용접성, 마모 또는 부식에 대한 저항성을 정의합니다.

ASTM 및 SAE 표준

저합금강을 분류하는 데는 일반적으로 두 가지 주요 시스템이 사용됩니다: ASTM과 SAE입니다.

ASTM (미국 재료 시험 협회)는 강철의 제조 및 시험 방법에 대한 규격을 제공합니다. 이러한 표준은 건설, 구조물, 파이프라인, 압력 용기 등에 널리 사용됩니다.

예시:

• ASTM A572 - 고강도 저합금 구조용 강철입니다.
• ASTM A514 - 중장비에 사용되는 담금질 및 강화 합금강입니다.

SAE (미국자동차공학회)는 4자리 숫자 체계를 사용합니다. 기계 공학 및 자동차 설계에서 자주 사용됩니다.

예시:

• SAE 4140 - 우수한 강도, 인성 및 내마모성으로 알려진 크롬-몰리브덴 강철입니다.

학년 번호 및 명칭 이해

강재 등급 번호는 단순한 라벨이 아니라 강재에 무엇이 들어 있고 어떻게 작동하는지에 대한 단서를 제공합니다.

SAE 등급:

• 처음 두 자리는 주요 합금 그룹을 나타냅니다.
• 마지막 두 자리는 대략적인 탄소 함량을 100분의 1 퍼센트로 나타냅니다.

ASTM 등급:

• 문자와 숫자를 혼합하여 적용 분야와 강도 수준을 설명합니다.

고강도 저합금(HSLA) 강재

HSLA 강재는 저합금강의 하위 범주입니다. 일반 탄소강에 비해 더 높은 중량 대비 강도, 향상된 용접성 및 향상된 내식성을 제공하도록 특별히 개발되었습니다.

일반적인 HSLA 등급:

• ASTM A572 - 교량과 건물에 사용됩니다.
• ASTM A588 - 실외 구조물의 내후성으로 잘 알려져 있습니다.
• ASTM A709 - 고속도로 및 철도 교량 건설에 널리 사용됩니다.