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형상에 따른 용도
철광석을 제련하여 구조용 강재를 만드는 데는 제선-제강-연주-압연의 과정을 거치게 된다. 제선과정에서 철광석으로부터 선철을 만들고, 제강과정에서 선철에서 강을 만들며, 연주과정에서 강을 강괴로 만들며 압연과정에서는 강괴를 가열하여 정하여진 형태로 구조용강재를 만들게 된다.
1) 제선
철광석(Fe2O3), 자철광(Fe3O4), 갈철광(Fe2O3, 2H2O) 등의 철광석을 코크스, 석회석 등과 함께 용광로의 위에서 투입하고 용광로의 하부에는 약 1000℃로 가열된 공기를 불어 넣는다. 가열된 공기는 코크스를 연소시키면서 일산화탄소를 발생시켜 철광석의 산소를 뺏는 환원작용을 하게 된다. 이와 같이 하여 녹은 철분은 다른 성분과 분리된 채 노의 바닥에 고여 선철이 되고 철분 이외의 성분은 비중이 가벼워 위로 뜨게 되는데 이런 찌꺼기를 광재 또는 슬러그라고 한다. 선철은 약 93%의 철과 4%의 탄소를 함유하게 되는데 인성과 가단성이 매우 작아서 구조용강으로 사용할 수 없다.
2) 제강
선철은 탄소의 함유량이 많아 굳고 취성이므로 강도와 인성이 높은 강을 만들기 위해서는 선철의 탄소함유량을 1.7%이하로 줄이고 인, 황 등의 불순물을 제거해야 한다. 그러므로 선철을 산화제와 용제를 제강로 속에 넣고 산화 탈산하여 성분을 조정하여 구조용 강재로 사용 가능한 성질을 가진 강을 만든다. 제강법에는 전로법, 평로법, 전기로법이 있는데, 고철을 제강하는 경우는 전기로법이 이용된다.
3) 연주
고로에서 생산된 쇳물을 용선이라 하며 이것을 주형에 주입하여 강괴(剛塊ingot)를 만드는 과정을 연주라 한다. 용선에는 강도와 품질에 유해한 불순물이 다량 함유되어 있다. 이 용선에 100% 순수 산소를 취입하여 불순물을 제거하는 과정을 취련이라 하고, 취련과정을 전후로 탈황, 탈인, 탈가스의 공정을 시행한다. 강괴는 탈산도가 높은 순으로 킬드강(killed ingot), 세미킬드강(semi-killed ingot), 림드강(rimmed ingot)으로 분류된다. Killed강은 취련과정에서 용강(강철쇳물) 내에 혼입된 산소를 제거하기 위해 산소와 친화력이 좋은 규소(Si)나 알류미늄(Al)을 투입하여 SiO 또는 AlO의 형태로 탈산을 시행한다. 용접성이 좋으며 강도가 높으므로 용접구조용 고강도강은 이 종류에 속한다. 림드강은 탈산정도가 작다. 강괴의 표면은 매끈하나 내부에 기포가 산재해 있어서 용접성이나 강도가 낮다. 세미킬드강은 킬드강과 림드강의 중간 정도의 성질을 갖는다. 강판이 위의 세 종류 중 어느 종류인가 판별하는 방법으로는 단면을 매크로 사진으로 찍어보는 방법과 화학적 분석을 하는 방법이 있다.
4) 압연
연주과정을 통하여 얻은 강괴를 압연하여 일정한 형태를 가진 부재로 만든다. 가열 여부에 따라 열간 압연과 냉간 압연으로 나눌 수 있다. 열간압연은 강괴를 1200℃ 정도 재가열하여 서로 반대방향으로 회전하는 롤러사이로 여러 번 통과시키면서 점차 정하여진 형태로 변형시켜 나가는 방법으로 강판, 봉강, 형강 등이 이 방법에 의하여 제조된다. 냉간압연은 얇은 두께의 강판을 재결정온도 이하에서 프레스로 찍거나 롤러에 통과시켜 형태를 변형시키는 방법이다. 경량형강이 냉간압연에 의해 제조된다.
5) 열처리
열처리란 금속의 내부조직을 변화시켜 필요로 하는 기계적 성질을 얻고자 행하는 가열 및 냉각과정을 말한다. 금속재료의 성질은 화학적성분에 기초를 두며 열처리 및 가공에 의하여 금속조직이 변하는데 이 조직에 의해 제성질이 결정된다. 열처리 방법은 강의 요구성질에 의해 다르나 일반적으로 후판공장에서 행해지는 것은 Normalizing(소준), Quenching(소입 : 담금질), Tempering(소려), TMC(열가공 제어) 등이 있다.
후판재 열처리 방법
| 종 류 |
목 적 |
적용강재 |
열처리방법 |
Normalizing
(소준) |
- 압연상태의 국부적으로 가공된 조직의 균질화로 인성향상도모 |
- 저온인성
요구강재
- 심가강재 |
- 영역(AC3+30∼50℃) 에서 적정 시간유지로 조직 균질화후 공냉 |
Quenching
(소입) |
- 강관을 급속히 냉각하여 경화조직 (Martensite or Bainite化) |
- 인장강도 600Mpa급 이상 |
- 영역에서 적정
- 시간유지후 수냉 |
Tempering
(소려) |
- 소입에 의해 존재하는 내부응력 제거로 조직안정성 부여, 인성확보 |
- 역(Ac1 직하)에서 유지후 공냉 |
Thermo-
Mechanical
Control
(열가공제어) |
- 용접성이 우수한 고강도강 |
- 인장강도 500Mpa급 이상 |
- 제어압연 한 후 가속 냉각 |
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