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합금강은 탄소강에 타원소를 1개 또는 2개 이상 첨가한 것으로 특수강(special steel)이라고도 부른다. 보통 Fe-C강에 Mn 및 Si가 0.2∼0.7%정도 함유되고, 또한 P 및 S가 0.01%정도 들어 있는 일도 있다. 그러나 이 정도로 함유된 것은 강의 기계적 성질을 크게 좌우하지 못한다. 그러므로 탄소강의 성질은 주로 탄소량의 다소에 따라 정해진다고 볼 수 있다. 성분 이외에 열처리 및 가공법 등에 의해서도 상당히 광범위하게 성질을 변화시킬 수도 있으나, 그와 같이 하여도 소요의 목적을 만족시키지 못할 때에는, 사용목적에 따라 특수 합금원소(alloying element)를 첨가한다.

탄소강은 가격이 비교적 저렴하지만 다음의 몇 가지 제한조건이 있다.

①탄소강은 그에 상응하는 연성과 충격저항의 감소 없이는 100,000psi(690MPa)이상으로 강화 될 수 없다.
②두께가 두꺼운 부분은 전체를 마르텐사이트 조직으로 만들 수 없다. 즉 경화능(硬化能) 깊이가 깊지 못하다.
③부식 및 산화에 대한 저항이 크지 못하다.
④중탄소강의 경우에 전체 조직을 마르텐사이트로 하기 위해서는 급속 담금질을 해야 하는데, 급속 담금질로 인한 뒤틀림 및 열처리 부분의 균열이 생기기 쉽다.
⑤저온에서의 충격저항이 좋지 못하다.

이러한 탄소강의 단점을 보완하기 위해서 성질을 개선시킬 수 있는 합금 원소를 첨가한 합금강이 개발되었다. 일반적으로 합금강은 탄소강에 비해 비용이 많이 드는 편이나, 대부분의 경우에 있어서 공업적 요구조건을 만족시키는 특수한 재료이므로 대체적으로 많이 이용하고 있다. 합금강에 첨가하는 주요 합금 원소로는 Mn, Ni, Cr, Mo 및 W등이 있고 특수한 경우에 첨가되는 원소로는 V, Co, B, Cu, Al, Pb, Ti 및 Nb(Cd)등이 있다.

합금강에서 합금원소의 영향

강을 경화시킬 수 이는 깊이 즉 경화능(hardenability)을 증가시켜 기계적인 성질의 개선.
높은 tempering온도에서 강도와 연성의 유지.
고온 및 저온에서 기계적 성질의 향상.
내식성과 내고온 산화성의 개선.

합금강의 종류, 성질 및 용도

합금강의 분류

(1)구조용 합금강

1)강인강: Ni강, Mn강, Cr강, Ni-Cr강, Cr-Mn강, Cr-Mo강, Cr-V강, Ni-Cr-Mo강, Cr-Mn-Si강
2)표면 경화용 강
①침탄강; Ni강, Ni-Cr강, CR-Mo강, Cr-Mn-Mo강
②질화강; Al-Cr강, Cr-Mo강, Al-Cr-Mo강
3)스프링강: Si-Mn강, Si-Cr강, Cr-V강
4)쾌삭강: 저탄소쾌삭강, 스테인리스쾌삭강

(2)특수목적용 합금강

1)공구용 합금강
①고탄소 공구강: 고탄소강
②합금 공구강: W강, W-Cr-V-Co강, W-Cr-Co-Mo강
③고속도강: W고속도강, Co고속도강
④다이스용 강: W-Cr강, W-Cr-V강
⑤게이지용 강: Mn강, Cr강, Mn-Cr-Ni강, Mn-Cr-W강, Cr-Mo-V강

2)내식용 합금강
①스테인리스강: 고Cr강, 고Ni-고Cr강
②내산강: Ni강, 고 Si강

3)자성용 합금강
①고도 자율강: 고 Ni강
②영구 자성강: Cr강, W강, Co강, ni-Al-Co강

4)전기용 합금강
①전기강판: Si강
②비자성강: 고Ni강, 고Cr-고Ni강, 고ni-고Co강

5)기타 합금강
①내열용강: 고Cr강, 고Ni강
②불변강: 고Ni강, 고Ni-Co강

원소별에 따른 합금강

1.1 니켈강 (nickel steel)

Ni강의 특징

㉠Ni는 인장강도, 항복점, 경도 등을 상승시키고, 연율을 감소시키지 않는다.
㉡그리고 충격값도 증가시킨다. 이와 같이 타원소가 비교할 수 없을 정도로 강인성이 크다.
㉢열처리에서 담금질하면 디프 하드닝(deep hardening, 150∼200mm)되므로, 큰 지름의 강 재라 할지라도 쉽게 중심부까지 담금질 효과를 얻는다.

Ni강은 구조용에 사용되는 저 Ni강(low pearlite steel)과 특수용에 쓰이는 고 Ni강(austenite Ni steel)의 2종이 있다.