탄소강 탄소 함량에 따라 주로 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다: 저탄소강, 중탄소강 및 고탄소강. 탄소 함량의 차이로 인해 각 탄소강 유형은 조직 구조, 기계적 특성, 가공 기술 등에서 상당한 차이를 보입니다. 그러나 적절한 재료를 선택하기 위해 저탄소강, 중탄소강 및 고탄소강 간의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.
탄소강이란 무엇인가요?
탄소 강은 주로 철을 원소로 하며 일정량의 탄소(일반적으로 2.11% 미만)를 포함하지만 다른 합금 요소를 많이 추가하지 않은 강재입니다. 탄소 강은 가장 기본적이고 일반적인 강재입니다. 탄소 함량에 따라 탄소 강은 저탄소 강, 중탄소 강 및 고탄소 강으로 나눌 수 있습니다. 탄소 함량이 높을수록 강재의 강도와 경도는 증가하지만 연성과 인성은 상응하여 감소합니다. 탄소 함량이 낮을수록 강재의 연성과 용접성이 더 좋아집니다.

탄소 강의 분류:
탄소 강의 분류는 주로 그 탄소 함량에 기초합니다. 국제 및 국내에서 일반적으로 사용되는 표준에 따르면 탄소 강은 다음과 같이 분류됩니다:
- 저탄소 강: 탄소 함량은 일반적으로 0.04%에서 0.25% 사이입니다;
- 중탄소 강: 탄소 함량은 0.25%에서 0.60% 사이입니다;
- 고탄소 강철: 탄소 함량은 0.60%에서 1.00% 사이입니다.
분류는 주로 탄소 함량에 기반하지만, 특정 응용 분야에서는 다른 요소(망간, 규소, 황, 인 등)의 함유량과 강철의 사용 및 기계적 특성도 참조됩니다.
저탄소강, 중탄소강, 고탄소강의 차이점은 무엇인가요?
그들의 차이는 다음 5가지 측면에서 주로 나타납니다: 아래 표시된 것처럼
1. 화학적 조성:
저탄소강, 중탄소강, 고탄소강 간 가장 직접적인 차이는 화학 조성에 반영됩니다. 탄소 함량이 점차 증가함에 따라 강철의 경도와 강도는 증가하지만, 연성과 용접성은 감소합니다.
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저탄소 강철: 저탄소 외에도 실리콘(0.17~0.37%), 망간(0.35~0.65%) 등이 소량 포함되어 있어 강도와 가공성을 향상시키기 위함이다. 탄소 함량이 낮아 연성, 인성 및 용접성이 좋다.
- 중탄소 강철: 탄소 함량은 일반적으로 0.25%에서 0.60% 사이이며, 망간(0.50%~1.65%) 등의 강화 요소가 포함되어 있다. 기계적 특성이 비교적 양호하고 열처리에 적합하다. 저탄소 강철과 비교하여 더 높은 강도와 경도를 가지지만 인성이 다소 감소한다.
- 고탄소 강철: 탄소 함량은 0.60%에서 1.00% 사이이다. 높은 탄소 함량으로 인해 경화된 상태의 경도와 내마모성이 크게 향상되지만 용접성과 가공성은 좋지 않다.
2. 기계적 특성:
기계적 특성 측면에서 이 세 가지 유형의 강철 간 차이는 특히 뚜렷합니다. 기계적 특성에는 인장 강도, 항복 강도, 연신율, 충격 인성, 경도 등이 포함됩니다.
- 저탄소강: 인장 강도는 일반적으로 370~500MPa 사이이고, 항복 강도는 200~300MPa 사이이며, 연신율은 25% 이상에 달합니다. 저탄소강의 주요 특징은 우수한 인성과 강력한 연성으로, 압출, 늘리기 등의 공정에 적합합니다.
- 중탄소강: 회화 및 조립 처리 후 인장 강도는 600~800MPa에 도달할 수 있고, 항복 강도는 400~600MPa 사이이며, 연신율은 15%~20%입니다. 종합적인 기계적 성능이 좋으며 구조 부품 제조에 특히 적합합니다.
- 고탄소강: 인장 강도는 900~1300MPa 이상에 도달할 수 있지만, 신장률은 일반적으로 10% 미만이며 충격 인성은 좋지 않습니다. 회화 및 담금질 후 매우 높은 경도를 얻을 수 있어 절삭 공구 및 금형의 이상적인 재료입니다.
3. 열처리 성능:
열처리는 강의 성능을 향상시키는 중요한 수단입니다. 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강은 열처리에 대해 다르게 반응합니다.
- 저탄소강: 탄소 함량이 낮기 때문에 열처리로 경도를 크게 향상시킬 수 없습니다. 주로 냉간 가공과 카바이드 처리를 통해 표면 경도를 높입니다. 소화 후 재료는 연화되어 후속 가공을 위해 준비됩니다.
- 중탄소 강철: 쿼칭 및 회화에 적합하며, 즉 쿼칭과 회화를 통해 조직을 제어하여 강도와 인성 간의 필요한 균형을 얻으며, 자동차 및 철도 부품 제조에 선호되는 재료입니다.
- 고탄소 강철: 열처리 효과가 가장 뚜렷합니다. 고탄소 강철은 쿼칭을 통해 높은 경도를 얻을 수 있으며, 회화를 통해 그 인성을 조절할 수 있습니다. 스프링, 칼, 측정 도구와 같은 고강도 및 고내마모성 부품의 제조에 사용됩니다.
4. 용접성 및 가공성:
용접성과 가공성은 강의 제조 비용과 사용 편의성에 직접적인 영향을 미칩니다.
- 저탄소 강철: 우수한 용접성과 냉간 성형 특성을 가지고 있으며 다양한 방법으로 용접될 수 있습니다. 건설 및 기계 제조에서 널리 사용됩니다.
- 중탄소 강철: 평균적인 용접성이며 용접 시 균열이 발생하기 쉽습니다. 일반적으로 용접 품질을 개선하기 위해 사전 가열과 후열 처리가 필요합니다. 그 공정성은 저탄소 강철보다 약간 열악합니다.
- 고탄소 강철: 용접성이 빈약하고 경화 균열이 발생하기 쉬워 일반적으로 용접에 적합하지 않습니다. 가공 중 균열과 파손이 발생하기 쉬워 특수 도구와 냉각 방법이 필요합니다.
5. 적용:
성능의 차이로 인해 이 세 가지 강철의 용도는 매우 다릅니다.
- 저탄소 강철: 주로 건축 구조물(예: 철근, 강형재), 기계 부품(예: 나사, 너트), 자동차 차체 등에 사용됩니다.
- 중탄소 강철: 주로 하중을 받는 구조 부품(예: 기어, 샤프트, 커넥팅 로드, 크레인 팔 등)을 제작하는 데 사용됩니다.
- 고탄소강: 주로 칼, 측정 도구, 스프링, 구형 베어링 등과 같은 마모에 강하고 높은 강도의 도구를 제조하는 데 사용됩니다.
일반 등급:
중국의 GB 표준과 미국의 ASTM 표준에서, 다른 탄소 함량을 가진 강들은 그들의 대표적인 유형을 가지고 있습니다:
- 저탄소 강: Q235 (중국), A36 (미국), SS400 (일본)
- 중탄소 강철: 45# 강 (중국), 1045 강 (미국), S45C (일본)
- 고탄소강: T8, T10 강철 (중국), 1095 강철 (미국), SK85 (일본)
방부성 및 표면 처리:
탄소강 자체는 좋은 방부성이 없으므로 일반적으로 응용 시 표면 처리와 함께 사용됩니다.
- 저탄소강: 핫 딥 갈바니아, 전기 도금, 플라스틱 분무 등의 공정이 방부성을 향상시키기 위해 자주 사용되며 실외나 습한 환경에서 널리 사용됩니다.
- 중탄소 강과 고탄소 강: 높은 강도 때문에 산업 장비에서 자주 사용되며, 주로 오일 씰, 방청 코팅 또는 인화 처리에 초점을 맞추고 있으며, 일상적인 노출 환경보다는 더 많이 사용됩니다.
고탄소 강은 산화되기 쉽다는 점에 유의해야 하며, 특히 용접 및 열처리 중에 더욱 그렇습니다. 따라서 고탄소 강은 일반적으로 사용 전후에 보호 층이 도포되거나 열처리를 통해 부식을 방지합니다.
결론:
저탄소 강, 중탄소 강 및 고탄소 강은 모두 탄소 강 시리즈에 속하지만, 탄소 함량의 차이로 인해 이 세 가지는 기계적 특성, 가공성, 용접성, 열처리 특성 및 적용 분야에서 각각 독특한 특징을 가지고 있습니다. 이 세 종류의 강을 합리적으로 선택하고 적용하는 것은 공정 제품의 품질을 향상시키고, 제조 비용을 통제하며, 수명을 연장하는 데 큰 의미가 있습니다.
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