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철강의 단단함은 어떻게 만들어지나요

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.철의 종류는 철 속에 들어있는 탄소 함유량을 기준으로 크게 순철(Armco), 선철(Pig Iron), 강(Steel)으로 구분한다. 철은 탄소가 적게 들어 있을수록 부드럽고 잘 늘어나는 성질을 가지는 반면, 탄소가 많으면 경도(硬度)가 높아지고, 강해지기 때문에 부서지거나 부러지기 쉽다철의 종류는 크게 3가지철의 종류는 철 속에 들어있는 탄소 함유량을 기준으로 크게 순철(Armco), 선철(Pig Iron), 강(Steel)으로 구분한다. 철은 탄소가 적게 들어 있을수록 부드럽고 잘 늘어나는 성질을 가지는 반면, 탄소가 많으면 경도(硬度)가 높아지고, 강해지기 때문에 부서지거나 부러지기 쉽다. 순철은 전기용 재료나 실험용순철은 탄소 함량이 0.035% 이하이고, 불순물(규소, 망간, 인, 유황 등)이 거의 없는 순도 99.9% 이상의 철이다. 순철을 만드는 과정은 아주 복잡하고 까다로운데 철에 들어있는 불순물을 완전히 제거하기가 어렵기 때문이다. 천연적으로는 유성이 지구에 도달한 운석의 형태로 존재한다고 한다. 불순물이 거의 없는 순철은 재질이 너무 연해서 그 용도가 한정되어 기계구조용에는 거의 쓰이지 않고 전기용 재료나 철강의 성질을 알아보는 실험용 등으로 주로 사용된다. 무쇠가 바로 선철마징가Z에서 말하는 무쇠는 철의 종류에서 보면 선철에 해당된다. 사실 일반적으로 철이라 부르는 것의 대부분이 바로 선철과 강인데, 그 중 선철은 탄소 함량이 1.7% 이상 들어있는 제품으로 무쇠 혹은 주철로 불린다.선철은 철광석을 원료로 고로에서 만들어지는데 철광석의 제련과정 중 코크스가 열원으로 사용되기 때문에 비교적 많은 탄소가 포함된다. 일반적으로 사용하는 선철은 3.5%~4.5%의 탄소를 함유하고 있으며, 전성과 연성이 거의 없어 그대로는 가공할 수 없다는 단점이 있다. 과거 우리가 쓰던 무쇠솥을 망치로 쳐서 충격을 주면 쩍 갈라지는 이유가 바로 이 때문이다.그런 이유에서 마징가Z를 실제로 만든다면 절대 무쇠로는 만들지 않을 것이다. 하지만 선철은 용융점이 1,150℃~1,250℃로 비교적 낮고 용해하기 쉬워 각종 주물을 만드는 원료로 사용되고 있다.질기고 강한 강마지막으로 강은 선철을 재정련하여 탄소 함량을 0.035%~1.7% 수준으로 낮춘 것이다. 강은 충격에 강하고, 질기며, 늘어나는 성질이 있어 자동차, 조선, 기계, 건축, 가전제품, 공업용 소재 등 산업 현장에서 가장 많이 사용된다. 주로 탄소 함량이 0.04%~0.6% 정도인 것이 많이 쓰인다.한편 강은 탄소강과 특수강이 있는데, 강에 다른 금속 원소가 많이 포함되지 않고 주로 탄소만 함유된 것을 탄소강 또는 보통강이라 하고, 니켈, 크롬, 망간, 텅스텐, 몰리브덴 등의 특수한 금속 원소가 포함된 강을 특수강 또는 합금강이라 한다. 출처: POSCO연구소 이종민 연구원 https://asgi2.tistory.com/18352356

학문 / 기계공학

22.12.12

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