1. 주강의 종류
강의 주조품을 강주물, 또는 주강이라고 부른다. 주강은 단조강이나 압연강재와는 달리 소성가공을 하지 않고 사용하므로 그 성질은 용해 및 주조법에 의해서 상당히 영향을 받는다. 주강의 특징으로서는 복잡한 임의의 형상을 자유롭게 구현할 수 있으므로 기계가공 공정을 상당히 감소 시킬 수가 있다. 또한 단조강이나 압연강재에 비해 이방성이 없으므로 단조성이나, 절삭성을 고려하지 않고 재질을 선정할 수 있다. 다량생산이 가능하며 생산비가 저렴한 반면, 종래부터 주강은 신뢰성이 낮고 강인성에서 뒤진다고 인식되어 왔다. 최근에는 용해,주조,열처리기술 등이 진보하여 신뢰성이 상당히 향상되고 있다.
a. 성능별 분류 : 구조용, 고온용, 저온용, 내마모용, 내식용, 내열용으로 구분한다.
- 저온용 : 상온이하 극저온까지의 사용온도에서 인성을 요하는 구조용강임
- 고온용 : 보통 550℃까지 사용
- 내열용 : 600℃이상에서 사용
b. 규격에 의한 분류
KS, JIS, ASTM등 규격은 대개 a항과 같이 분류하나, 일부는 c항의 화학성분별 분류방법
도 병용하고 있다.
c. 주강의 화학조성별 분류
Table1. 주강품의 분류예
|
탄소강주강 저탄소강주강 중탄소강주강 고탄소강주강 |
Si< 0.5%, Mn<0.8% 함유하고, 합금성분은 함유하지 않은 것 탄소함량에 따라 구분 C가 0.2%이하 C가 0.2%∼0.5%범위 C가 0.5%이상 |
|
합금강주강 저합금주강 고합금주강 |
합금성분을 탄소강 보다 많이 함유하며, 합금성분의 합계가 대략 5%이하인 것 합금성분의 합계가 대략 10% 이상인 것 |
※주강을 보통주강과 특수주강으로 구별하기도 하는데, 이는 탄소강주강과 합금강주강과의 구별로 보면 된다.
d. 기지조직에 따른 분류
1. Ferrite기지, 또는 Ferrite＋Pearlite기지로 구성된 것
2. Martensite기지로 구성된 것
3. Austenite기지
4. Ferrite＋Austenite기지, 5. 기타 2∼3相의 혼합기지로 구성된 것
2. 탄소강주강(보통주강)
탄소강주강은 Carbon을 주성분으로 하고 Si, Mn, P, S 5대 원소로 구성된다.
Mn은 S의 영향을 감소시키기 위해 첨가되기도 하고, Si은 deoxidation을 위해 첨가 되지만 기본적으로는 장입재료로 부터 들어오는 불순물로 간주된다.
S의 주된 source는 Blast furnace(고로) 또는 cupolar(용선로)에서 사용하는 코우크스로부터 들어온다. P,Mn,Si의 주된 source는 flux로 사용하는 철광석 석회석, 환원제로 사용하는 첨가제이다. Si은 주조품의 유동성(fluidity) 확보를 위해 어느정도 최소량이 필요하다. 타성분, 특히 Cu,Ni 등과 같이 쉽게 산화되기 어려운 원소는 장입재로부터 회수된다. 이 두가지 외에도 Cr,Mo,V등은 Spec.에 따라서 성적서 제출여부를 결정 가능함..
1) 저탄소강주강 : C가 0.2%이하, 철도차량, 자동차부품, 용접구조물등 외에 내마모용으로써 표면침탄경화 기어등에 사용된다.
2) 중탄소강주강 : C가 0.2%∼0.5%범위 이며, 열처리에 의해 우수한 기계적성질이 얻어지는 것과 용접성이 비교적 양호하다는 등의 잇점을 갖고 있는 관계로 보통주강중에서는 사용범위가 가장 넓으며 선박, 철도등의 수송기계, 공작기계, 제철.제강 설비, 토목건설기계, 석유화학공업, 발전관계, 건축 구조물등 모든 분야에 사용되고 있다.
3) 고탄소강주강 : C가 0.5%이상 이고, 주로 내마모용으로 사용되며 금속가공용의 다이스, 공구, 광산토목기계의 내마모부품으로 사용되고 있다. Table2 에는 탄소주강품, Table3에는 저합금주강품의 용도에 관해 나타냈다.
Table 2. 탄소강주강품의 용도例
|
|
강 종 |
수磁率 |
강도 |
내마모성 |
용접성 |
용 도 |
|
탄소강주강품 |
SC 37 SC 42 |
○ - |
- - |
- - |
○ ○ |
-전동기 부품 -용접용 구조물 |
|
SC 46 SC 49 |
- - |
○ ○ |
- ○ |
- - |
-철도수송용(대차연결기,하우징) -일반구조용부품 -발전소기기 -제철설비용품 | |
|
용접구조용주강품 |
SCW42 SCW49 |
- - |
- ○ |
- - |
○ ○ |
-선박용부품 -건설기계, 용접구조부품 |
|
SCW55 SCW63 |
- - |
○ ○ |
○ ○ |
○ ○ |
-고장력 강판과의 용접 일체구조 로 되는 고강도부품(불도져 Blade, 콘넥터, 브라켓트) |
3. 합금강주강
1) 저합금강 주강
저합금강 주강은 기계적성능 및 물리적성질 그리고 내식성등의 개선을 위하여 Carbon이외에 합금원소를 의도적으로 첨가한 것으로 합금원소 첨가량의 범위는 다음과 같다.
|
Mn |
1.65%이상 |
|
Si |
0.60%이상 |
|
Cu |
0.60%이상 |
|
Al |
∼3.99% |
|
Cr |
∼3.99% |
또한 Co, Cb, Mo, Ni, Ti, W, V, Zr 그밖에도 합금첨가 효과를 얻기 위해 다른 원소들을 첨가할 수도 있다. 합금원소의 첨가효과는 첨가된 원소가 steel내에서 완전히 용해 되어야 극대화 될 수 있다. 만약 어떤 원소가 Fe 또는 steel내에 존재하는 다른 원소와 화합물(compound)를 형성하거나, 형성하려는 경향을 가진다면 합금원소의 첨가효과는 감소 할 것이다. 예를들면 경화능(Hardenability)을 향상시키기 위해 Cr을 첨가하는 경우, Cr carbides가 오스테나이트에 고용 되도록 열처리시 austenite화 온도를 충분히 높여 주어야 한다. 그렇지 못한 경우 Cr과 Carbon의 첨가에 의한 경화능 증가효과는 줄어들게 되는 것이다.
Table 3. 구조용 저합금강 주강품의 용도例
|
강 종 |
규격(JIS) |
고강도 |
내마모성 |
인성 |
내식성 |
주요용도 |
|
저 Mn주강 |
SCMn 1,2,3,5 |
○ |
○ |
- |
- |
-건설,광산기계 부품(Sprocket Roller, Track Shoe 등)용접구조용 고강도부품 |
|
Si-Mn주강 |
SCSiMn 2 |
○ |
○ |
- |
- | |
|
Mn-Cr주강 |
SCMnCr 2,3,4 |
○ |
- |
- |
○ |
대형치차,차륜, 굴삭부품,건설기기용 |
|
Mn-Mo주강 |
SCMnM 3 |
○ |
- |
○ |
- | |
|
Cr-Mo주강 |
SCCrM 1,3 |
○ |
○ |
○ |
○ |
브레카용 Chisel,분쇄기용, 해머,치차,캠, |
|
Mn-Cr-Mo주강 |
SCMnCrM 2,3 |
○ |
○ |
○ |
○ | |
|
Ni-Cr-Mo주강 |
SCNCrM 2 |
○ |
○ |
○ |
○ |
2) 고합금 내마모주강
재료가 내마모성을 목적으로 사용되는 경우 일반적으로 내마모성은 사용하는 재료의 경도와 관계가 있으며 경도가 증가할수록 마모성은 좋아진다. 그러나 경도증가와 함께 인성이 저하되므로 재질의 선정시에는 반드시 사용조건을 충분히 검토하여 화학성분과 열처리 조건을 결정해야 한다. 내마모주강은 martensite(저합금)계와 austenite계(고망간계)로 분류할 수 있다.
a. Martensite(저합금)계 내마모주강
토목건설용 기계등에서는 구조물로써 높은 강도와 인성이 필요함과 동시에 표층부 혹은 국부적으로 경도를 높게 함으로써 이 부분의 내마모성을 높이려고 하는 경우가 많다.
이를 위해서 일반적으로는 C함량이 높고 소입성이 좋은 재질인 고장력탄소강, 합금강 중에서 C합량이 0.3%이상의 것을 사용한다. 반면 내마모용 주강관련 KS, JIS등에는 표준재질이 적어서 각 메이커별로 독자적인 규격을 채용하는 경우도 많다.
Table 4. 고합금 내마모주강, 주물의 분류 물성비교
|
강 종 |
인성(충격치) |
초기경도 |
|
高 Mn 鋼 |
대 |
소 |
|
高 Mn-Cr鋼 |
|
|
|
저Mn강 저Cr강 저Mn-Cr-V강 저Ni-Cr강,Ni-Cr-Mo강 |
중∼소 |
소∼중 |
|
3∼5Cr-Mo강 13Cr-Mo-V강 16Cr-Mo-V강 고Cr강(고C), 고Cr주철 Chilled주물, 백선 |
소 |
대 |
b. Austenite계(고망간계)
고 Mn강은 발명자의 이름을 따서 Hadfield강 이라고도 부르는 대표적인 내마모강이며 광범위하게 이용되는 非磁性의 austenite기지의 강이다. 이 강의 특징은
① 가공경화성이 매우크며, 이 효과에 의해 고경도의 표면층을 얻을 수 있다는 것과
② 높은 인장강도와 신율을 갖고, 점성이 매우높고 충격에 강하다는 점과
③ 보통주강에 비해 제작공수가 적어도 되며 경제적으로 값이 싸다는 점을 들 수 있다.
이러한 특성을 이용하여, 커다란 충격하중 하에서 마모되기 쉬운 부분에 내마모부품으로써 이용된다. 대표적인 예로는 철도의 Rail Crossing, 파쇄기용 齒板, Mandrel, 파쇄기용 Hammer, Ball Mill의 Liner 등이 있다. 고망간강의 또하나의 특성은 透磁率이 거의 1에 가까워, austenite계 stainless강과 동등한 非磁性 재료로, Ni, Cr을 합금한 특수 고망간강주강의 경우, 發電機 전자강판의 押金具, 고압 碍子의 지지金具등 에 적용되고 있다. 내마모용 고망간강 주강의 화학조성을 Table 5에 나타냈다. JIS에 5종이 규격화 되어 있고 BS, DIN, ASTM에도 규격화 되어 거의 세계공통규격이다.
이들 규격(Table 5참조)은 모두1.1%C- 13%Mn을 중심으로 하며,
- 延靭性을 중시하여 탄소량을 낮게, Mn량은 높게 규정한 재료와,
- 항복점을 높이기 위해 C를 높게하고, Cr, V을 첨가한 재료 Group으로 형성되어 있다.
이 중에는 SCMnH 11종의 생산량이 최대이고, 대표적인 재료로 파쇄기부품을 중심으로 범용적으로 채용되고 있다. SCMnH 2종은 Rail Crossing과 고속회전Hammer에 많이 적용되고 있는 재료이다.
Table 5. 고망간강 주강품의 규격(JIS G5131-1991)
a) 화학성분
|
기 호 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
V |
|
SCMnH 1 |
0.90-1.30 |
- |
11.0-14.0 |
0.100이하 |
0.050이하 |
- |
- |
|
SCMnH 2 |
0.90-1.20 |
0.80이하 |
11.0-14.0 |
0.070이하 |
0.040이하 |
- |
- |
|
SCMnH 3 |
0.90-1.20 |
0.30-0.80 |
11.0-14.0 |
0.050이하 |
0.035이하 |
- |
- |
|
SCMnH 11 |
0.90-1.30 |
0.80이하 |
11.0-14.0 |
0.070이하 |
0.040이하 |
1.50-2.50 |
- |
|
SCMnH 21 |
0.90-1.35 |
0.80이하 |
11.0-14.0 |
0.070이하 |
0.040이하 |
2.00-3.00 |
0.40-0.70 |
b) 기계적성질
|
기 호 |
수인처리온도(℃) |
항복강도(MPa) |
인장강도(MPa) |
신율(%) |
|
SCMnH 1 |
약1000 |
- |
- |
- |
|
SCMnH 2 |
약1000 |
- |
740 |
35이상 |
|
SCMnH 3 |
약1050 |
- |
740 |
35이상 |
|
SCMnH 11 |
약1050 |
390이상 |
740 |
20이상 |
|
SCMnH 21 |
약1050 |
440이상 |
740 |
10이상 |
▶ 결정립미세화에 의한 기계적성질의 개선효과
고망간강 주강의 결정립을, 통상 얻을 수 있는 오스테나이트 결정입도번호 2에서, ＋2정도까지 미세화 하면, 항복, 인장 강도, 신율이 대폭 개선되어, 소성변형에 따른 주조부품의 파손, 탈락사고 방지 및 피로강도 개선에도 효과가 있다는 것이 잘 알려져 있다. 근래 결정립 미세화방법으로 (1) 합금법 (2) 기계적 전자기적 교반법 (3) 열처리법 (4) 저온주조법등이 연구되고 있다.
3) 내식주강
a. 내식주강의 분류 : 통상적인 조직의 구성으로 보면 Martensite계, Ferrite계, Ferrite- Austenite계, Austenite계, 석출경화계로 구분된다. 그러나 이러한 분류법은 편의상 구분하는 것도 있다는 것에 유의할 필요가 있다.
예를들면 17-4PH강은 Martensite계로 분류하지만, 소위 18-8스텐레스강은 일본에서는 관습적으로 Austenite계로 분류하는 관습이 있음에 반해 미국에서는 Ferrite-Austenite계 또는 Austenite계로도 분류되기도 한다.
Table 6. 내식주강의 종류
|
강 종 |
조 직 |
대표강종 |
|
Cr계 또는 이것에 다른 원소가 약간 첨가된 것 |
마르텐사이트, 페라이트 |
13Cr 18Cr |
|
Cr-Ni계 또는 이것에 다른원소가 약간 첨가된 것 |
페라이트.오스테나이트 오스테나이트 |
25Cr-5Ni 18Cr-8Ni |
b. 내식주강의 규격 : JIS에서는 23종의 스텐레스강 주강품이 규정되어 있으며, 미국에서는 ASTM A217-83, A351-83, A487-83, A743-83, A744-83, A747-83 등에 용도에 따라 스텐레스주강이 36종으로 규정되어 있다. ASTM은 강종별 명칭을 ACI(Alloy Casting Institute)의 호칭을 채용하였고, 미국에서는 이것을 일반적으로 사용하고 있다.
※ 합금명칭 기호표시 C F- 8 M
④③ ②①
① 특수원소의 첨가표시(이 경우 Mo)
② 탄소함유량의 상한치 표시(% ×100)
③ 합금의 표준 Cr-Ni 조성을 표시 A→Z의순으로 Ni량이 증가
④ Corrosion resistant의 약자
Table 7에는 Stainless주강에 관한 ACI(ASTM)규격과 강종별 특징을, 그리고 Table 8, 9에는
내식주강의 일반적인 특징 및 용도예를 나타냈다.
Table 7. Stainless주강에 관한 ASTM규격과 강종
|
ASTM 규격번호 |
규격명칭 |
규정된 강종(ACI호칭) |
|
A217-83 |
마르텐사이트계 스텐레스주강 압력용기 제품, 고온용 |
CA-15
|
|
A351-83 |
오스테나이트계, 고온용 |
CD-4MCu CF-3,CF-3A,CF-3M,CF-3MA CF-8,CF-8A,CF-8M,CF-8C CF-10,CF-10M,CF-10MC,CF-10SMnN CG-6MMN,CG-8M CH-8,CH-10,CH-20 CK-20 CN-7M |
|
A487-83 |
압력용 |
CA-15a, CA-15M, CA-6NM |
|
A743-83 |
Fe-Cr,Fe-Cr-Ni,Ni-Base계 주강, 일반 내식용 주강 |
CA-6N,CA-6NM,CA-15,CA-15M,CA-40 CB-30 CC-50 CD-4MCu CE-30 CF-3,CF-3M,CF-8,CF-8M,CF-8C CF-10SMnN,CF-16F,CF-16FA,CF-20 CG-6MMN, CG-8M, CG-12 CH-20 CK-20 CN-7M, CN-7MS |
|
A744-83 |
Fe-Cr-Ni, Ni-Base계 주강, 심한 부식환경용 |
CD-4MCu CF-3,CF-3M,CF-8,CF-8M,CF-8C CG-8M CN-7M, CN-7MS |
|
A747-83 |
석출강화용 주강 (precipitation hardening) |
CB7Cu-1, CB7Cu-2 |
Table 8 내식주강의 일반적인 특징 및 용도
|
주성분 |
JIS (KS) |
ACI
|
특 징 |
용 도 |
|
13Cr |
SCS1 (SSC1) |
CA15 CA15M |
대기,고속유동수,증기,약산/약알칼리에 내식성이있다. CA15M은 Mo를 첨가하여 내식성을 개선시킨 것임 |
펌프케이싱,밸브,부싱,라이나,임펠라,터빈블레이드,水車라이나 |
|
SCS2 (SSC2) |
CA40 |
CA15와 유사한 성질이나, 소입에 의한 경화가 커서 내마모, 내침식용으로 사용됨 |
펌프부품, 컷팅블레이드 실린더라이나,증기터빈부품 | |
|
|
(SCS5) (SSC5) |
CA6NM |
CA15에 Ni, Mo를 첨가하여 내식성,용접성을 개선함. Crack감수성이 낮고 Cavitation에 대한 저항이 크다. |
水車라이나,펌프,케이싱,프로펠라 |
|
고Cr |
|
CB30 |
13Cr 보다도 내식성이 우수함. 초산,알탈리용액, 각종 유기약품에 대해 내식성이 있다. 760도까지의 산화성 분위기에 견딤. |
펌프부품,케이싱,임펠라,밸브바디,시이트,부싱,실린더라이 나,교반기봉, 튜브서포트 |
|
17Cr-4Ni |
SCS24 |
CB7Cu |
인성이 있으며 내식성도 좋다. 해수에 견딤. 선박용으로 사용됨. 석출경화에 의한 경도를 요하는곳에 사용 |
프로펠라,펌프,밸브,화학 공업용부품,기어,항공기부품 |
|
고Cr |
|
CC50 |
고온에서 산화저항이 커서 S분위기에 견딘다. 초산산화성산, 광산수 중의 저농도 유산에 견딤. 가공성 양호 |
펌프부품,케이싱,임펠라,밸브바디,시이트,부싱,실린더라이나,교반기봉, 튜브서포트 |
|
고Cr-Ni |
(SCS11) |
CD4MCu |
일반적으로 CF-8, CF-8M 보다 내식성이 좋다. 염화물용액 또는 증기에서 응력부식균열(SCC)에 강하다. 시효경화성이 있다. |
亞硫酸공업,밸브,섬유공업용,밸브, 펌프 및 부품, 선박용부품,프로펠라
|
|
|
CE30 |
C가 높지만 입간부식의 위험은 없다. 주방상태로 18-8에 상당하는 내식성을 갖는다. 亞硫酸鹽용액 등에 대해 내식성을 갖는다. | ||
|
18Cr-8Ni |
SCS13 |
CF8 CF8A |
가장 대표적인 18-8이다.硝酸,有機酸등의 강산화성 酸에 내식성이 있다. C가 낮은 경우 내식성이 좋다. 기계적성질, 용접성이 좋다. CF8A는 Ferrite량을 많게하여 항복강도, 용접성, 및 耐응력부식균열성을 향상한 것임. 그러나 CF-8A는 425℃ 이상에서는 사용하지 않는다. |
펌프,밸브부품,실린더라이나,회전차단기부품, 스프레이 노즐, 프로펠라, 라이나, 리턴밴드, 롤, 오토클레이브, 슬리브,원자력용파이프, 기타
|
|
SCS19
|
CF3 CF3A |
CF 8의 C를 낮게 한 것으로 Cr탄화물의 석출이 중간온도에서 거의 없고, 耐입간부식성을 갖는다. 용접구조품에 적당하다. CF3A는 Ferrite량을 많게하여 항복강도, 용접성, 및 耐응력부식균열성을 향상한 것임. CF-3A는 425℃이상에서는 사용하지 않는다. |
Table 9 내식주강의 일반적인 특징 및 용도
|
주성분 |
JIS |
ACI |
특 징 |
용 도 |
|
18Cr-8Ni |
SCS21 |
CF8C |
보통의 18-8과 같으나 중간온도에 있어서의 Cr탄화물의 석출이 없고, 耐입간부식성이 있다. 용접구조품에 적당하다. |
보통의 18-8에 준한다. 고온밸브, 제트엔진 부품
|
|
18Cr-11Ni-Mo |
SCS14 |
CF8M |
18-8 보다도 Mo가 첨가되어 내식성은 우수하다. 질상과 같은 산화성酸, 황산과 같은 非산화성酸, 특히 희박황산, 유기산에 내식성이 있다. 孔蝕을 일으키지 않는다. 고온강도가 높다. |
펌프,밸브브품 교반부품, 피팅, 제트엔진 부품, 믹싱프로펠러,로울, 스프레이 노즐 |
|
SCS16 |
CF3M CF3MA |
앞서 말한 C를 낮게한 것이며 Cr탄화물의 석출이 중간온도에서 거의 없고, 耐입간부식성이 있다. 용접구조품에 적당하다. |
밸브
| |
|
(SCS22) |
CF10MC |
일반적으로 CF8-M에 대하여 Cr탄화물의 석출을 방지하고 耐입간부식성이 있다. | ||
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18Cr-8Ni |
SCS12 |
CF20 |
보통의 18-8과 거의 같으나 기계적성질이 약간 높고 내식성은 어느정도 낮은 사용조건에 적합하다. |
펌프부품,케이싱,임펠라,밸브바디,시이트,부싱,실린더라이나,교반기봉, 튜브서포트 |
|
|
CF16F CF16Fa |
Se,P,Mo혹은 S,Mo를 첨가하여 쾌삭성을 부여한 것 내식성은 보통의 18-8보다도 뒤진다. |
亞硫酸공업,밸브,섬유공업용,밸브, 펌프 및 부품, 선박용부품,프로펠라
| |
|
18Cr-11Ni-Mo |
|
CG8M |
Mo를 높인 것으로 耐孔蝕性이 우수하다. | |
|
18Cr-8Ni |
SCS17 |
CH20 CH10 CH8 |
熱硝酸에 내식성이 있다. 熱希薄硫酸에 내식성이 있다. 일반적으로 18-8보다 우수하다. 가열에 의한 탄화물의 석출이 적고, 입계부식에 강하다. |
펌프,밸브부품,다이제스터부품, 배소장치,스트레이너
|
|
25Cr-30Ni |
SCS18 |
CK20 |
위와 비슷하나 고온내식성이 개선됨. |
펌프,밸브부품, 다이제스터부품,제트엔진부품,리턴밴드 |
|
20Cr-30Ni |
SCS23 |
CN7M |
고온황산 및 환원약품에 강하며 희박염산, 염욕액에 대한 내식성이 있다. |
필터,열교환기부품,산세조용 로울,탱크,포트,밸브부품 |
4) 내열강주강
약 650℃이상에서 사용되는 고Cr계 및 고Cr-Ni계의 고합금강주강을 내열주강이라고 부른다. Stainless주강과 거의 동일한 Cr,Ni 함유량인 것도 있는데, 모두 C 및 Si 함유량이 높고 Creep강도와 내산화성의 개선을 목적으로 하는점이 다르다.
Fe-Cr계: Cr 8∼30%, Ni<10%
Fe-Cr-Ni계: Cr≥18%, Ni≥8%
Fe-Ni-Cr계: Cr≥10%, Ni≥23%
a. 내열주강의 특성
내열주강은 일반적으로 단조재나 압연재처럼 소성가공을 실시하지 않으므로 내열성을 더욱 향상시킬 수 있는 유효한 합금성분의 첨가가 용이하다. 예를들면 C 또는Cr을 높일수 있어서 단조재, 압연재보다도 높은 creep강도 및 파단강도를 얻을 수 있다.
내열주강은 일반적으로 as-cast 상태로 사용된다. 따라서 주조한 그대로의 물리적 기계적성질을 생각해서 용도에 적합한 재질을 선정해야 한다. 또한 내열주강은 보통주강보다도 수축율이 크고, 열전도도가 낮으며 고 Cr계에서는 유동성이 나쁜 관계로 수축, 균열, 탕경등의 주조결함이 생기기 쉬우므로 주조방안에 특히 유의해야 한다.
b. 내열주강이 구비해야 할 제성질
① 표면의 안정성(내산화성과 내식성)
② 최고 사용온도에서의 creep강도
③ 사용온도 靭性
④ 침탄질화에 대한 저항성
⑤ thermal fatigue에 대한 저항성
⑥ 내마모성 ⑦ 열팽창계수 ⑧ 상온강도
⑨ 열전도도 ⑩ 가공성 ⑪ 용접성
등을 들 수 있는데 모든 조건을 갖춘 만능의 내열강주강은 존재하지 않으므로 사용조건을
잘 검토하여 용도에 맞는 강종을 가장 경제적으로 선택할 필요가 있다.
c. 내열강주강의 강종 선정의 지침
강종선정의 지침으로는 상세한 사용조건과 강종의 특징을 잘 살려서 가장 경제적으로 선정해야 하는데, 사용조건으로서 검토해야 할 사항은
① 사용온도(상용온도와 최고온도) ② 사용분위기의 종류 ③ 연료의 종류
④ 주강품과 접촉하는 용융금속 또는 鹽의 종류
⑤ 하중의 종류와 크기
⑥ 가열방법(연속인가, 단열인가, 단열인 경우에는 온도범위, 주기, 도수 등)
⑦ 부품에 생기는 온도구배 ⑧ 팽창계수 ⑨ 마모의 상황
⑩ 원하는 수명과 가격 등이다.
한편, 내열강주강의 선정지침중의 하나로 화학성분에 관해 다음과 같은것을 고려할 수
있다.
① C량이 증가할수록 고온인장강도는 커진다.
② Si량이 증가할수록 고온강도는 감소하나 침탄에 대한 저항성은 커진다.
③ Cr량이 증가할수록 내식성 내산화성이 커진다.
④ Ni량이 증가할수록 고온에서의 인장강도는 어느정도 떨어지나 열충격에 대한 저항성은
커진다.
⑤ Ni량이 증가할수록 침탄되기 힘들게 된다.
Table 10. ACI에 의한 내열강의 분류
|
분류 |
대표성분 |
금속조직 |
JIS |
ACI |
|
Fe-Cr계 |
9Cr-1Mo |
tempered martensite(bainite) |
|
HA |
|
28Cr |
ferrite |
SCH 2 |
HC | |
|
28Cr-5Mo |
ferrite,austenite |
SCH 11 |
HD | |
|
Fe-Cr-Ni계 |
28Cr-10Ni |
austenite,ferrite,탄화물 |
|
HE |
|
20Cr-10Ni |
austenite,탄화물 |
SCH 12 |
HF | |
|
26Cr-12Ni |
TypeⅠ austenite,ferrite TypeⅡ austenite |
SCH 13 |
HH | |
|
28Cr-15Ni |
austenite,탄화물(ferrite를 함유하는 것이 있음) |
SCH 18 |
HI | |
|
26Cr-20Ni |
austenite,탄화물 |
SCH 21 SCH 22 |
HK | |
|
30Cr-20Ni |
〃 |
SCH 23 |
HL | |
|
Fe-Ni-Cr계 |
25Ni-20Cr |
austenite,탄화물 |
|
HN |
|
35Ni-26Cr |
〃 |
SCH 24 |
HP | |
|
35Ni-17Cr |
〃 |
SCH 15 |
HT | |
|
39Ni-19Cr |
〃 |
SCH 16 |
HU | |
|
60Ni-12Cr |
〃 |
|
HW | |
|
66Ni-17Cr |
〃 |
|
HX |
ACI(Alloy Casting Institute; 미국합금주강협회, 15강종 규정)
ASTM A297-83(14강종을 규정) , A447-82(HH TypeⅠ,Ⅱ규정)
JIS 5122-1980(16강종으로 규정)
1. 주강의 종류
강의 주조품을 강주물, 또는 주강이라고 부른다. 주강은 단조강이나 압연강재와는 달리 소성가공을 하지 않고 사용하므로 그 성질은 용해 및 주조법에 의해서 상당히 영향을 받는다. 주강의 특징으로서는 복잡한 임의의 형상을 자유롭게 구현할 수 있으므로 기계가공 공정을 상당히 감소 시킬 수가 있다. 또한 단조강이나 압연강재에 비해 이방성이 없으므로 단조성이나, 절삭성을 고려하지 않고 재질을 선정할 수 있다. 다량생산이 가능하며 생산비가 저렴한 반면, 종래부터 주강은 신뢰성이 낮고 강인성에서 뒤진다고 인식되어 왔다. 최근에는 용해,주조,열처리기술 등이 진보하여 신뢰성이 상당히 향상되고 있다.
a. 성능별 분류 : 구조용, 고온용, 저온용, 내마모용, 내식용, 내열용으로 구분한다.
- 저온용 : 상온이하 극저온까지의 사용온도에서 인성을 요하는 구조용강임
- 고온용 : 보통 550℃까지 사용
- 내열용 : 600℃이상에서 사용
b. 규격에 의한 분류
KS, JIS, ASTM등 규격은 대개 a항과 같이 분류하나, 일부는 c항의 화학성분별 분류방법
도 병용하고 있다.
c. 주강의 화학조성별 분류
Table1. 주강품의 분류예
|
탄소강주강 저탄소강주강 중탄소강주강 고탄소강주강 |
Si< 0.5%, Mn<0.8% 함유하고, 합금성분은 함유하지 않은 것 탄소함량에 따라 구분 C가 0.2%이하 C가 0.2%∼0.5%범위 C가 0.5%이상 |
|
합금강주강 저합금주강 고합금주강 |
합금성분을 탄소강 보다 많이 함유하며, 합금성분의 합계가 대략 5%이하인 것 합금성분의 합계가 대략 10% 이상인 것 |
※주강을 보통주강과 특수주강으로 구별하기도 하는데, 이는 탄소강주강과 합금강주강과의 구별로 보면 된다.
d. 기지조직에 따른 분류
1. Ferrite기지, 또는 Ferrite＋Pearlite기지로 구성된 것
2. Martensite기지로 구성된 것
3. Austenite기지
4. Ferrite＋Austenite기지, 5. 기타 2∼3相의 혼합기지로 구성된 것
2. 탄소강주강(보통주강)
탄소강주강은 Carbon을 주성분으로 하고 Si, Mn, P, S 5대 원소로 구성된다.
Mn은 S의 영향을 감소시키기 위해 첨가되기도 하고, Si은 deoxidation을 위해 첨가 되지만 기본적으로는 장입재료로 부터 들어오는 불순물로 간주된다.
S의 주된 source는 Blast furnace(고로) 또는 cupolar(용선로)에서 사용하는 코우크스로부터 들어온다. P,Mn,Si의 주된 source는 flux로 사용하는 철광석 석회석, 환원제로 사용하는 첨가제이다. Si은 주조품의 유동성(fluidity) 확보를 위해 어느정도 최소량이 필요하다. 타성분, 특히 Cu,Ni 등과 같이 쉽게 산화되기 어려운 원소는 장입재로부터 회수된다. 이 두가지 외에도 Cr,Mo,V등은 Spec.에 따라서 성적서 제출여부를 결정 가능함..
1) 저탄소강주강 : C가 0.2%이하, 철도차량, 자동차부품, 용접구조물등 외에 내마모용으로써 표면침탄경화 기어등에 사용된다.
2) 중탄소강주강 : C가 0.2%∼0.5%범위 이며, 열처리에 의해 우수한 기계적성질이 얻어지는 것과 용접성이 비교적 양호하다는 등의 잇점을 갖고 있는 관계로 보통주강중에서는 사용범위가 가장 넓으며 선박, 철도등의 수송기계, 공작기계, 제철.제강 설비, 토목건설기계, 석유화학공업, 발전관계, 건축 구조물등 모든 분야에 사용되고 있다.
3) 고탄소강주강 : C가 0.5%이상 이고, 주로 내마모용으로 사용되며 금속가공용의 다이스, 공구, 광산토목기계의 내마모부품으로 사용되고 있다. Table2 에는 탄소주강품, Table3에는 저합금주강품의 용도에 관해 나타냈다.
Table 2. 탄소강주강품의 용도例
|
|
강 종 |
수磁率 |
강도 |
내마모성 |
용접성 |
용 도 |
|
탄소강주강품 |
SC 37 SC 42 |
○ - |
- - |
- - |
○ ○ |
-전동기 부품 -용접용 구조물 |
|
SC 46 SC 49 |
- - |
○ ○ |
- ○ |
- - |
-철도수송용(대차연결기,하우징) -일반구조용부품 -발전소기기 -제철설비용품 | |
|
용접구조용주강품 |
SCW42 SCW49 |
- - |
- ○ |
- - |
○ ○ |
-선박용부품 -건설기계, 용접구조부품 |
|
SCW55 SCW63 |
- - |
○ ○ |
○ ○ |
○ ○ |
-고장력 강판과의 용접 일체구조 로 되는 고강도부품(불도져 Blade, 콘넥터, 브라켓트) |
3. 합금강주강
1) 저합금강 주강
저합금강 주강은 기계적성능 및 물리적성질 그리고 내식성등의 개선을 위하여 Carbon이외에 합금원소를 의도적으로 첨가한 것으로 합금원소 첨가량의 범위는 다음과 같다.
|
Mn |
1.65%이상 |
|
Si |
0.60%이상 |
|
Cu |
0.60%이상 |
|
Al |
∼3.99% |
|
Cr |
∼3.99% |
또한 Co, Cb, Mo, Ni, Ti, W, V, Zr 그밖에도 합금첨가 효과를 얻기 위해 다른 원소들을 첨가할 수도 있다. 합금원소의 첨가효과는 첨가된 원소가 steel내에서 완전히 용해 되어야 극대화 될 수 있다. 만약 어떤 원소가 Fe 또는 steel내에 존재하는 다른 원소와 화합물(compound)를 형성하거나, 형성하려는 경향을 가진다면 합금원소의 첨가효과는 감소 할 것이다. 예를들면 경화능(Hardenability)을 향상시키기 위해 Cr을 첨가하는 경우, Cr carbides가 오스테나이트에 고용 되도록 열처리시 austenite화 온도를 충분히 높여 주어야 한다. 그렇지 못한 경우 Cr과 Carbon의 첨가에 의한 경화능 증가효과는 줄어들게 되는 것이다.
Table 3. 구조용 저합금강 주강품의 용도例
|
강 종 |
규격(JIS) |
고강도 |
내마모성 |
인성 |
내식성 |
주요용도 |
|
저 Mn주강 |
SCMn 1,2,3,5 |
○ |
○ |
- |
- |
-건설,광산기계 부품(Sprocket Roller, Track Shoe 등)용접구조용 고강도부품 |
|
Si-Mn주강 |
SCSiMn 2 |
○ |
○ |
- |
- | |
|
Mn-Cr주강 |
SCMnCr 2,3,4 |
○ |
- |
- |
○ |
대형치차,차륜, 굴삭부품,건설기기용 |
|
Mn-Mo주강 |
SCMnM 3 |
○ |
- |
○ |
- | |
|
Cr-Mo주강 |
SCCrM 1,3 |
○ |
○ |
○ |
○ |
브레카용 Chisel,분쇄기용, 해머,치차,캠, |
|
Mn-Cr-Mo주강 |
SCMnCrM 2,3 |
○ |
○ |
○ |
○ | |
|
Ni-Cr-Mo주강 |
SCNCrM 2 |
○ |
○ |
○ |
○ |
2) 고합금 내마모주강
재료가 내마모성을 목적으로 사용되는 경우 일반적으로 내마모성은 사용하는 재료의 경도와 관계가 있으며 경도가 증가할수록 마모성은 좋아진다. 그러나 경도증가와 함께 인성이 저하되므로 재질의 선정시에는 반드시 사용조건을 충분히 검토하여 화학성분과 열처리 조건을 결정해야 한다. 내마모주강은 martensite(저합금)계와 austenite계(고망간계)로 분류할 수 있다.
a. Martensite(저합금)계 내마모주강
토목건설용 기계등에서는 구조물로써 높은 강도와 인성이 필요함과 동시에 표층부 혹은 국부적으로 경도를 높게 함으로써 이 부분의 내마모성을 높이려고 하는 경우가 많다.
이를 위해서 일반적으로는 C함량이 높고 소입성이 좋은 재질인 고장력탄소강, 합금강 중에서 C합량이 0.3%이상의 것을 사용한다. 반면 내마모용 주강관련 KS, JIS등에는 표준재질이 적어서 각 메이커별로 독자적인 규격을 채용하는 경우도 많다.
Table 4. 고합금 내마모주강, 주물의 분류 물성비교
|
강 종 |
인성(충격치) |
초기경도 |
|
高 Mn 鋼 |
대 |
소 |
|
高 Mn-Cr鋼 |
|
|
|
저Mn강 저Cr강 저Mn-Cr-V강 저Ni-Cr강,Ni-Cr-Mo강 |
중∼소 |
소∼중 |
|
3∼5Cr-Mo강 13Cr-Mo-V강 16Cr-Mo-V강 고Cr강(고C), 고Cr주철 Chilled주물, 백선 |
소 |
대 |
b. Austenite계(고망간계)
고 Mn강은 발명자의 이름을 따서 Hadfield강 이라고도 부르는 대표적인 내마모강이며 광범위하게 이용되는 非磁性의 austenite기지의 강이다. 이 강의 특징은
① 가공경화성이 매우크며, 이 효과에 의해 고경도의 표면층을 얻을 수 있다는 것과
② 높은 인장강도와 신율을 갖고, 점성이 매우높고 충격에 강하다는 점과
③ 보통주강에 비해 제작공수가 적어도 되며 경제적으로 값이 싸다는 점을 들 수 있다.
이러한 특성을 이용하여, 커다란 충격하중 하에서 마모되기 쉬운 부분에 내마모부품으로써 이용된다. 대표적인 예로는 철도의 Rail Crossing, 파쇄기용 齒板, Mandrel, 파쇄기용 Hammer, Ball Mill의 Liner 등이 있다. 고망간강의 또하나의 특성은 透磁率이 거의 1에 가까워, austenite계 stainless강과 동등한 非磁性 재료로, Ni, Cr을 합금한 특수 고망간강주강의 경우, 發電機 전자강판의 押金具, 고압 碍子의 지지金具등 에 적용되고 있다. 내마모용 고망간강 주강의 화학조성을 Table 5에 나타냈다. JIS에 5종이 규격화 되어 있고 BS, DIN, ASTM에도 규격화 되어 거의 세계공통규격이다.
이들 규격(Table 5참조)은 모두1.1%C- 13%Mn을 중심으로 하며,
- 延靭性을 중시하여 탄소량을 낮게, Mn량은 높게 규정한 재료와,
- 항복점을 높이기 위해 C를 높게하고, Cr, V을 첨가한 재료 Group으로 형성되어 있다.
이 중에는 SCMnH 11종의 생산량이 최대이고, 대표적인 재료로 파쇄기부품을 중심으로 범용적으로 채용되고 있다. SCMnH 2종은 Rail Crossing과 고속회전Hammer에 많이 적용되고 있는 재료이다.
Table 5. 고망간강 주강품의 규격(JIS G5131-1991)
a) 화학성분
|
기 호 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
V |
|
SCMnH 1 |
0.90-1.30 |
- |
11.0-14.0 |
0.100이하 |
0.050이하 |
- |
- |
|
SCMnH 2 |
0.90-1.20 |
0.80이하 |
11.0-14.0 |
0.070이하 |
0.040이하 |
- |
- |
|
SCMnH 3 |
0.90-1.20 |
0.30-0.80 |
11.0-14.0 |
0.050이하 |
0.035이하 |
- |
- |
|
SCMnH 11 |
0.90-1.30 |
0.80이하 |
11.0-14.0 |
0.070이하 |
0.040이하 |
1.50-2.50 |
- |
|
SCMnH 21 |
0.90-1.35 |
0.80이하 |
11.0-14.0 |
0.070이하 |
0.040이하 |
2.00-3.00 |
0.40-0.70 |
b) 기계적성질
|
기 호 |
수인처리온도(℃) |
항복강도(MPa) |
인장강도(MPa) |
신율(%) |
|
SCMnH 1 |
약1000 |
- |
- |
- |
|
SCMnH 2 |
약1000 |
- |
740 |
35이상 |
|
SCMnH 3 |
약1050 |
- |
740 |
35이상 |
|
SCMnH 11 |
약1050 |
390이상 |
740 |
20이상 |
|
SCMnH 21 |
약1050 |
440이상 |
740 |
10이상 |
▶ 결정립미세화에 의한 기계적성질의 개선효과
고망간강 주강의 결정립을, 통상 얻을 수 있는 오스테나이트 결정입도번호 2에서, ＋2정도까지 미세화 하면, 항복, 인장 강도, 신율이 대폭 개선되어, 소성변형에 따른 주조부품의 파손, 탈락사고 방지 및 피로강도 개선에도 효과가 있다는 것이 잘 알려져 있다. 근래 결정립 미세화방법으로 (1) 합금법 (2) 기계적 전자기적 교반법 (3) 열처리법 (4) 저온주조법등이 연구되고 있다.
3) 내식주강
a. 내식주강의 분류 : 통상적인 조직의 구성으로 보면 Martensite계, Ferrite계, Ferrite- Austenite계, Austenite계, 석출경화계로 구분된다. 그러나 이러한 분류법은 편의상 구분하는 것도 있다는 것에 유의할 필요가 있다.
예를들면 17-4PH강은 Martensite계로 분류하지만, 소위 18-8스텐레스강은 일본에서는 관습적으로 Austenite계로 분류하는 관습이 있음에 반해 미국에서는 Ferrite-Austenite계 또는 Austenite계로도 분류되기도 한다.
Table 6. 내식주강의 종류
|
강 종 |
조 직 |
대표강종 |
|
Cr계 또는 이것에 다른 원소가 약간 첨가된 것 |
마르텐사이트, 페라이트 |
13Cr 18Cr |
|
Cr-Ni계 또는 이것에 다른원소가 약간 첨가된 것 |
페라이트.오스테나이트 오스테나이트 |
25Cr-5Ni 18Cr-8Ni |
b. 내식주강의 규격 : JIS에서는 23종의 스텐레스강 주강품이 규정되어 있으며, 미국에서는 ASTM A217-83, A351-83, A487-83, A743-83, A744-83, A747-83 등에 용도에 따라 스텐레스주강이 36종으로 규정되어 있다. ASTM은 강종별 명칭을 ACI(Alloy Casting Institute)의 호칭을 채용하였고, 미국에서는 이것을 일반적으로 사용하고 있다.
※ 합금명칭 기호표시 C F- 8 M
④③ ②①
① 특수원소의 첨가표시(이 경우 Mo)
② 탄소함유량의 상한치 표시(% ×100)
③ 합금의 표준 Cr-Ni 조성을 표시 A→Z의순으로 Ni량이 증가
④ Corrosion resistant의 약자
Table 7에는 Stainless주강에 관한 ACI(ASTM)규격과 강종별 특징을, 그리고 Table 8, 9에는
내식주강의 일반적인 특징 및 용도예를 나타냈다.
Table 7. Stainless주강에 관한 ASTM규격과 강종
|
ASTM 규격번호 |
규격명칭 |
규정된 강종(ACI호칭) |
|
A217-83 |
마르텐사이트계 스텐레스주강 압력용기 제품, 고온용 |
CA-15
|
|
A351-83 |
오스테나이트계, 고온용 |
CD-4MCu CF-3,CF-3A,CF-3M,CF-3MA CF-8,CF-8A,CF-8M,CF-8C CF-10,CF-10M,CF-10MC,CF-10SMnN CG-6MMN,CG-8M CH-8,CH-10,CH-20 CK-20 CN-7M |
|
A487-83 |
압력용 |
CA-15a, CA-15M, CA-6NM |
|
A743-83 |
Fe-Cr,Fe-Cr-Ni,Ni-Base계 주강, 일반 내식용 주강 |
CA-6N,CA-6NM,CA-15,CA-15M,CA-40 CB-30 CC-50 CD-4MCu CE-30 CF-3,CF-3M,CF-8,CF-8M,CF-8C CF-10SMnN,CF-16F,CF-16FA,CF-20 CG-6MMN, CG-8M, CG-12 CH-20 CK-20 CN-7M, CN-7MS |
|
A744-83 |
Fe-Cr-Ni, Ni-Base계 주강, 심한 부식환경용 |
CD-4MCu CF-3,CF-3M,CF-8,CF-8M,CF-8C CG-8M CN-7M, CN-7MS |
|
A747-83 |
석출강화용 주강 (precipitation hardening) |
CB7Cu-1, CB7Cu-2 |
Table 8 내식주강의 일반적인 특징 및 용도
|
주성분 |
JIS (KS) |
ACI
|
특 징 |
용 도 |
|
13Cr |
SCS1 (SSC1) |
CA15 CA15M |
대기,고속유동수,증기,약산/약알칼리에 내식성이있다. CA15M은 Mo를 첨가하여 내식성을 개선시킨 것임 |
펌프케이싱,밸브,부싱,라이나,임펠라,터빈블레이드,水車라이나 |
|
SCS2 (SSC2) |
CA40 |
CA15와 유사한 성질이나, 소입에 의한 경화가 커서 내마모, 내침식용으로 사용됨 |
펌프부품, 컷팅블레이드 실린더라이나,증기터빈부품 | |
|
|
(SCS5) (SSC5) |
CA6NM |
CA15에 Ni, Mo를 첨가하여 내식성,용접성을 개선함. Crack감수성이 낮고 Cavitation에 대한 저항이 크다. |
水車라이나,펌프,케이싱,프로펠라 |
|
고Cr |
|
CB30 |
13Cr 보다도 내식성이 우수함. 초산,알탈리용액, 각종 유기약품에 대해 내식성이 있다. 760도까지의 산화성 분위기에 견딤. |
펌프부품,케이싱,임펠라,밸브바디,시이트,부싱,실린더라이 나,교반기봉, 튜브서포트 |
|
17Cr-4Ni |
SCS24 |
CB7Cu |
인성이 있으며 내식성도 좋다. 해수에 견딤. 선박용으로 사용됨. 석출경화에 의한 경도를 요하는곳에 사용 |
프로펠라,펌프,밸브,화학 공업용부품,기어,항공기부품 |
|
고Cr |
|
CC50 |
고온에서 산화저항이 커서 S분위기에 견딘다. 초산산화성산, 광산수 중의 저농도 유산에 견딤. 가공성 양호 |
펌프부품,케이싱,임펠라,밸브바디,시이트,부싱,실린더라이나,교반기봉, 튜브서포트 |
|
고Cr-Ni |
(SCS11) |
CD4MCu |
일반적으로 CF-8, CF-8M 보다 내식성이 좋다. 염화물용액 또는 증기에서 응력부식균열(SCC)에 강하다. 시효경화성이 있다. |
亞硫酸공업,밸브,섬유공업용,밸브, 펌프 및 부품, 선박용부품,프로펠라
|
|
|
CE30 |
C가 높지만 입간부식의 위험은 없다. 주방상태로 18-8에 상당하는 내식성을 갖는다. 亞硫酸鹽용액 등에 대해 내식성을 갖는다. | ||
|
18Cr-8Ni |
SCS13 |
CF8 CF8A |
가장 대표적인 18-8이다.硝酸,有機酸등의 강산화성 酸에 내식성이 있다. C가 낮은 경우 내식성이 좋다. 기계적성질, 용접성이 좋다. CF8A는 Ferrite량을 많게하여 항복강도, 용접성, 및 耐응력부식균열성을 향상한 것임. 그러나 CF-8A는 425℃ 이상에서는 사용하지 않는다. |
펌프,밸브부품,실린더라이나,회전차단기부품, 스프레이 노즐, 프로펠라, 라이나, 리턴밴드, 롤, 오토클레이브, 슬리브,원자력용파이프, 기타
|
|
SCS19
|
CF3 CF3A |
CF 8의 C를 낮게 한 것으로 Cr탄화물의 석출이 중간온도에서 거의 없고, 耐입간부식성을 갖는다. 용접구조품에 적당하다. CF3A는 Ferrite량을 많게하여 항복강도, 용접성, 및 耐응력부식균열성을 향상한 것임. CF-3A는 425℃이상에서는 사용하지 않는다. |
Table 9 내식주강의 일반적인 특징 및 용도
|
주성분 |
JIS |
ACI |
특 징 |
용 도 |
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18Cr-8Ni |
SCS21 |
CF8C |
보통의 18-8과 같으나 중간온도에 있어서의 Cr탄화물의 석출이 없고, 耐입간부식성이 있다. 용접구조품에 적당하다. |
보통의 18-8에 준한다. 고온밸브, 제트엔진 부품
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18Cr-11Ni-Mo |
SCS14 |
CF8M |
18-8 보다도 Mo가 첨가되어 내식성은 우수하다. 질상과 같은 산화성酸, 황산과 같은 非산화성酸, 특히 희박황산, 유기산에 내식성이 있다. 孔蝕을 일으키지 않는다. 고온강도가 높다. |
펌프,밸브브품 교반부품, 피팅, 제트엔진 부품, 믹싱프로펠러,로울, 스프레이 노즐 |
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SCS16 |
CF3M CF3MA |
앞서 말한 C를 낮게한 것이며 Cr탄화물의 석출이 중간온도에서 거의 없고, 耐입간부식성이 있다. 용접구조품에 적당하다. |
밸브
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(SCS22) |
CF10MC |
일반적으로 CF8-M에 대하여 Cr탄화물의 석출을 방지하고 耐입간부식성이 있다. | ||
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18Cr-8Ni |
SCS12 |
CF20 |
보통의 18-8과 거의 같으나 기계적성질이 약간 높고 내식성은 어느정도 낮은 사용조건에 적합하다. |
펌프부품,케이싱,임펠라,밸브바디,시이트,부싱,실린더라이나,교반기봉, 튜브서포트 |
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CF16F CF16Fa |
Se,P,Mo혹은 S,Mo를 첨가하여 쾌삭성을 부여한 것 내식성은 보통의 18-8보다도 뒤진다. |
亞硫酸공업,밸브,섬유공업용,밸브, 펌프 및 부품, 선박용부품,프로펠라
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18Cr-11Ni-Mo |
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CG8M |
Mo를 높인 것으로 耐孔蝕性이 우수하다. | |
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18Cr-8Ni |
SCS17 |
CH20 CH10 CH8 |
熱硝酸에 내식성이 있다. 熱希薄硫酸에 내식성이 있다. 일반적으로 18-8보다 우수하다. 가열에 의한 탄화물의 석출이 적고, 입계부식에 강하다. |
펌프,밸브부품,다이제스터부품, 배소장치,스트레이너
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25Cr-30Ni |
SCS18 |
CK20 |
위와 비슷하나 고온내식성이 개선됨. |
펌프,밸브부품, 다이제스터부품,제트엔진부품,리턴밴드 |
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20Cr-30Ni |
SCS23 |
CN7M |
고온황산 및 환원약품에 강하며 희박염산, 염욕액에 대한 내식성이 있다. |
필터,열교환기부품,산세조용 로울,탱크,포트,밸브부품 |
4) 내열강주강
약 650℃이상에서 사용되는 고Cr계 및 고Cr-Ni계의 고합금강주강을 내열주강이라고 부른다. Stainless주강과 거의 동일한 Cr,Ni 함유량인 것도 있는데, 모두 C 및 Si 함유량이 높고 Creep강도와 내산화성의 개선을 목적으로 하는점이 다르다.
Fe-Cr계: Cr 8∼30%, Ni<10%
Fe-Cr-Ni계: Cr≥18%, Ni≥8%
Fe-Ni-Cr계: Cr≥10%, Ni≥23%
a. 내열주강의 특성
내열주강은 일반적으로 단조재나 압연재처럼 소성가공을 실시하지 않으므로 내열성을 더욱 향상시킬 수 있는 유효한 합금성분의 첨가가 용이하다. 예를들면 C 또는Cr을 높일수 있어서 단조재, 압연재보다도 높은 creep강도 및 파단강도를 얻을 수 있다.
내열주강은 일반적으로 as-cast 상태로 사용된다. 따라서 주조한 그대로의 물리적 기계적성질을 생각해서 용도에 적합한 재질을 선정해야 한다. 또한 내열주강은 보통주강보다도 수축율이 크고, 열전도도가 낮으며 고 Cr계에서는 유동성이 나쁜 관계로 수축, 균열, 탕경등의 주조결함이 생기기 쉬우므로 주조방안에 특히 유의해야 한다.
b. 내열주강이 구비해야 할 제성질
① 표면의 안정성(내산화성과 내식성)
② 최고 사용온도에서의 creep강도
③ 사용온도 靭性
④ 침탄질화에 대한 저항성
⑤ thermal fatigue에 대한 저항성
⑥ 내마모성 ⑦ 열팽창계수 ⑧ 상온강도
⑨ 열전도도 ⑩ 가공성 ⑪ 용접성
등을 들 수 있는데 모든 조건을 갖춘 만능의 내열강주강은 존재하지 않으므로 사용조건을
잘 검토하여 용도에 맞는 강종을 가장 경제적으로 선택할 필요가 있다.
c. 내열강주강의 강종 선정의 지침
강종선정의 지침으로는 상세한 사용조건과 강종의 특징을 잘 살려서 가장 경제적으로 선정해야 하는데, 사용조건으로서 검토해야 할 사항은
① 사용온도(상용온도와 최고온도) ② 사용분위기의 종류 ③ 연료의 종류
④ 주강품과 접촉하는 용융금속 또는 鹽의 종류
⑤ 하중의 종류와 크기
⑥ 가열방법(연속인가, 단열인가, 단열인 경우에는 온도범위, 주기, 도수 등)
⑦ 부품에 생기는 온도구배 ⑧ 팽창계수 ⑨ 마모의 상황
⑩ 원하는 수명과 가격 등이다.
한편, 내열강주강의 선정지침중의 하나로 화학성분에 관해 다음과 같은것을 고려할 수
있다.
① C량이 증가할수록 고온인장강도는 커진다.
② Si량이 증가할수록 고온강도는 감소하나 침탄에 대한 저항성은 커진다.
③ Cr량이 증가할수록 내식성 내산화성이 커진다.
④ Ni량이 증가할수록 고온에서의 인장강도는 어느정도 떨어지나 열충격에 대한 저항성은
커진다.
⑤ Ni량이 증가할수록 침탄되기 힘들게 된다.
Table 10. ACI에 의한 내열강의 분류
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분류 |
대표성분 |
금속조직 |
JIS |
ACI |
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Fe-Cr계 |
9Cr-1Mo |
tempered martensite(bainite) |
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HA |
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28Cr |
ferrite |
SCH 2 |
HC | |
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28Cr-5Mo |
ferrite,austenite |
SCH 11 |
HD | |
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Fe-Cr-Ni계 |
28Cr-10Ni |
austenite,ferrite,탄화물 |
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HE |
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20Cr-10Ni |
austenite,탄화물 |
SCH 12 |
HF | |
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26Cr-12Ni |
TypeⅠ austenite,ferrite TypeⅡ austenite |
SCH 13 |
HH | |
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28Cr-15Ni |
austenite,탄화물(ferrite를 함유하는 것이 있음) |
SCH 18 |
HI | |
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26Cr-20Ni |
austenite,탄화물 |
SCH 21 SCH 22 |
HK | |
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30Cr-20Ni |
〃 |
SCH 23 |
HL | |
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Fe-Ni-Cr계 |
25Ni-20Cr |
austenite,탄화물 |
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HN |
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35Ni-26Cr |
〃 |
SCH 24 |
HP | |
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35Ni-17Cr |
〃 |
SCH 15 |
HT | |
|
39Ni-19Cr |
〃 |
SCH 16 |
HU | |
|
60Ni-12Cr |
〃 |
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HW | |
|
66Ni-17Cr |
〃 |
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HX |