철의 5대 원소

강의 성질에 미치는 합금원소들가운데 포함됩니다. 함금원소중에는 강의 성질을 개선시키기 위해 인위적으로 첨가시키는 것도 있지만 미량 잔류량으로도 강의 성질을 해치는 것도 있다. 그 중 5가지를 5대원소라고 부른다. 1) 탄소(C) 강의 강도를 높이는데 가장 효과적이며 중요한 원소이다. 오스테나이트에 고용되어 담금질시 마르텐사이트조직을 형성시킨다. 탄소량 증가에 따라 담금질 경도를 향상시키지만 담금질시 변향 가능성을 크게 만든다. 철, 크롬, 몰리브덴, 바나듐 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성, 강도와 경도를 향상시킨다. 2) 망간(Mn) 강중에는 보통 0.35~1.0%가 함유되어 있다. 그중 일부는 강속에 고용되어 일부는 강중에 함유된 황과 결합하여 비금속개재물인 MnS를 형성하는데 이 MnS는 연성이 있어서 소성가공시 가공방향으로 길게 연신된다. 그러나 MnS의 형성으로 강속에 있는 황성분이 감소하면서 결정립이 취약해지고 저융점화합물인 FeS의 형성을 억제시킨다. 강의 내산성과 내산화성을 저해하지만 펄라이트가 미세해지고 페라이트를 고용강화시킴으로써 항복강도를 향상시킨다. 담금질시 경화깊이를 증가시키지만 다량 함유시에는 담금질균열이나 변형을 유발시킨다. 또한 강에 점성을 부여하기 때문에 1.0~1,5%의 망간이 첨가된 강을 강인강(强靭鋼)이라고 부른다. 특히 1.3% 탄소와 13% 망간이 함유된 오스테나이트강을 헤드필드(Headfield)강이라고 부른다. 3) 황(S) 보통 망간, 아연, 티타늄, 몰리브덴 등과 결합하여 강의 피삭성을 개선시키며 망간과 결함하여 MnS개재물을 형성한다. 강중에 망간의 양이 충분하지 못할 경우 철과 결합하여 FeS를 형성한다. 이 FeS는 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간 및 냉간 가공시에 균열을 일으킨다. 따라서 이러한 FeS개재물 형성을 피하기 위해 망간과 황의 비는 5대 1로 하고 있다. 4) 인(P) 강중에 균일하게 분포되어 있으면 별 문제가 되지 않지만 보통 Fe3P의 해로운 화합물을 형성한다. 이 Fe3P는 극히 취약하고 편석되어 있어서 풀림처리를 해도 균질화되지 않고 단조, 압연 등 가공시 길게 늘어난다. 충격저항을 저하시키고 뜨임취성을 촉진하며 쾌삭강에서는 피삭성을 개선시키지만 일반적으로 강에 해로운 원소로 취급된다. 5) 규소(Si) 선철과 탈산제에서 잔류된 것으로 SiO2와 같은 화합물을 형성하지 않는 한 페라이트 속에 고용되므로 강의 기계적 성질에 큰 영향을 미치지 않는다. 또한 강력한 탈산제로써 4.5%까지 첨가하면 강도가 향상되지만 2%이상 첨가시는 인성이 저하되고 소성가공성을 해치기 때문에 첨가량에 한계가 있다. 뜨임시 연화 저항성을 증대시키는 효과도 있다. 참고로 선철과 강의 차이는 아래와 같습니다. 선철(銑鐵, Pig Iron) 선철은 용광로(고로 : 高擄)에서 철광석을 녹여 만든 철로서 철의 5대원소(C,Si,Mn,P,S)가 많고 단단하지만 강하여 부서지기 쉽다. 특히 선철은 탄소가 많이 함유되어 있기 때문에 철 본래의 인성, 가단성을 상실하고 있어 주형(鑄型)에 부어 주물로 만들 수는 있지만 압력을 가해 얇게 하든가 늘리는 등의 가공은 어렵다. 선철은 이와 같은 성질로 인해 주물에도 이용하지만 대부분은 강(鋼)을 만들기 위한 원료로 사용된다. 보통 생산되는 선철은 탄소(C) 3.0~4.5%, 규소(Si) 0.2~3.0%, 망간(Mn) 0.5~2%, 인(P) 0.02~0.5%, 황(S) 0.01~0.1%등이다. 용광로에서 나와 녹아 있는 상태의 선철을 용선이라고도 한다. 강(鋼, Steel) 선철을 제강로에 넣어 거의 대부분의 탄소나 기타 성분을 감소시켜 정련한 것이 강이다. 강은 질기고 늘어나는 성질이 있기 때문에 불에 달구어서 해머로 두들기든지 롤(Roll)사이로 통과시켜 여러 가지 형의 판이나 각봉, 봉, 관 등을 만들 수 있어 가공성이 양호하다. 또한 외력에 견디는 힘이 높다. 강은 탄소 함유량에 따라 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 구분한다. 강에 특수한 성질을 주기 위하여 특수원소 즉 니켈(Ni), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)등을 첨가하거나 5대원소중 일부 원소를 첨가하여 내열강, 내마모강 및 고장력강 등을 만드는데 이것을 특수강이라고 부른다.