1. 철의 종류는 그냥 철과 스텐이 있다.
2. 물론 여러가지 기준(철의 성분 함량)에 따라 많은 종류들이 존재한다.
3. 철이 만들어 지는 과정을 먼저 알아보자
4. 철은 철광석이라는 광물을 캐면서 시작된다.
5. 채귤량은 23년 기준 약 2,500백만 톤으로 국가별로 정리하면 호주, 브라질 순서다.
- 호주: 960 / 2,500 = 38.4%
- 브라질: 410 / 2,500 = 16.4%
- 중국: 280 / 2,500 = 11.2%
- 인도: 240 / 2,500 = 9.6%
- 러시아: 95 / 2,500 = 3.8%
- 기타: 515 / 2,500 = 20.6%
6. 철광석을 우린 산화철이라고 부른다.
7. 그이유는 철(Fe)이 포함된 암석덩어리를 채굴하는데 대부분의 철광석은 산소에 반응해서 산화가 되어있는 상태라 그렇다.
8. 산화철을 수입한 제철소는 암석덩어리에 붙어있는 철을 따로 띄어내야한다.
9. 철광석 (Fe2O3 / Fe3O4)을 코크스(C)와 함께 고로에 넣어서 뜨겁게(1200~2000도) 끓여 반응 시킨다.
10. 코크스는 원재료 석탄을 1000~12000도 넘게 열분해해서 만들어진다.
11. 코크스가 고체 탄소 덩어리면서 연료역활도 하는 친구다.
12. 암튼 철광석이 산화되어 있기때문에 순수한 철을 만들기 위해서 산소를 띄어내야 한다.
13. Fe2O3 -> 여기서 O3를 띄어내야해서 'C'를 넣고 끓여서 C랑 O랑 만나게 해줘서 Co2가 엄청 발생하는게 바로 제철소지.
14. 자세한건
철의 제련: 철을 만드는 과정
철의 제련은 철광석에서 순수한 철을 추출하는 과정으로, 고대부터 현대까지 중요한 금속 제조 공정입니다. 철은 강도와 내구성이 뛰어나 다양한 산업에서 필수적으로 사용됩니다. 철의 제련
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15. 그래서 순수한 Fe를 걸러내면 이 재료료 다양한 종류의 철을 만들어 낸다.
16. 정련이라는 과정을 거처 불순물을 한번더 걸래내고 원하는 합금 원소(크론, 니켈 등)을 첨가해 강철을 만든다.
17. 이런 강철을 주조(틀에넣어 모양만듬), 압연을 통한 철판, 봉, 파이프 등 다양형태로 제품화 된다.
18. 그럼 이제 우린 탄소강 과 스테인레스 강에 대해 알아보자.
Cabon Steel
19. 탄소강은 Carbon Steel 철과(Fe) 탄소(C)로 구성된 강철이다.
20. 탄소(C)는 정말 많이 쓰인다.
21. 탄소는 어떻게 만들어질까? 위에 언급한 것 처럼 석탄을 코크스로 만들어서 고체탄소덩어리로 만들수 있고
22. 천연가스의 열분해나, 목재, 음식물찌꺼기를 산소 없이 가열하는 바이오매스 탄화, 석유정제 부산물 등이 있다.
23. 그래서 Carbon Steel 철에 탄소가 많이 들어있으면 고탄소강(0.6~2%), 적게 들어있으면 저탄소강으로 불리운다.
24. 강도와 경가 높아질수록 탄소 함량이 증가한다고 생각하면 된다.
25. 강도(Strength)는 외부 힘(하중)을 견디는 능력 - 얼마나 부러지지 않고 버티느냐?
26. 경도(Hardness)는 표면이 눌리거나 긁히는 것에 대한 저항 능력이다. - 얼마나 긁히지 않고 버티느냐?
27. Carbon Steel 철의 장점은 강도 조절 그리고 저렴한 가격 그리고 가공성과 비용 효율성이다.
28. 단점으로는 부식에 취약해 부식방치 처리가 필요하다. (ex:Painting)
29. 실생활에서는 건축 구조물(빔, 철근), 자동차 부품, 칼날, 기계 부품등 너무나 많다.
Stainless Steel
30.스테인레스 스틸 (SUS / 서스) 는 철을 베이스로 하는 합금철이다.
31. Cabon에서 부식되는 단점을 보완하기 위해 만들어진 철이다.
32. 1913년 영국 금속공학자 해리 브릴리라는 사람이 총기의 내열성 및 마모를 개성하기 위해 연구를 하는 과정에
33. 다양한 합금을 만들다가 크롬(Cr)을 많이 넣은 철강을 만들게 됐고 오랬동안 방치해둔 샘플이 녹슬지 않는 것을 발견했음.
보면 뭐든지 시도하고 도전해야 결과를 얻는 건 진리인듯. 아무것도 안하고 생각만 하면 아무것도 일어나지 않는다는....
34. 크롬(Cr)이 10.5%들어가면 녹슬지 않는 특성이 생기지만
35. 간혹 스텐이라고 샀는데 녹슬면 저품질로 크롬을 덜 넣은거라고 생각하면 됨.
36. 우리가 종종 보는 304Stainless Steel은 철(Fe)에다가 크롬(Cr)이 18% 니켈(Ni) 8% 포함된 합금임.
37. 크롬(Cr)은 공기 중 산소와 먼저 "Cr2O3"로 반응해 산화피막(Passive film)을 형성해 눈에는 보이지 않지만
38. 매우 단단한 산화피막을 만들고 외부 산소와 수분의 접근을 차단해 줌.
39. 만약 외부가 손상되더라도 산소가 있으면 스스로 치유를 함.
40. 이런걸 수동화(Passivation)이라고 한다고 함.
41. 그럼 니켈(Ni)은 무슨일을 하는지 알아보겠음.
42. 철의 결정 구조를 오스테나이트(γ phase) 형태로 유지하게 해줌.
43. 오스테나이트는 철의 원소들의 결정 모양정도로 보면 될거 같다. 면심 입방 격자 구조(FCC) 결정이라고 부른다.
44. 그래서 보통 오스테나이트계의 철들을 묶어서 통칭하는 경우가 많다.
45. 니켈이 들어가서 철의 구조를 더 좋은 구조로 만들어 준다고 생각하면 된다.
- 연성(Ductility), 용접성, 저온 충격에 좋고(인성 향상 -> 극저온 -196도까지 금속형태 유지), 자성이 없고 등등
46. 하나더 있는데 내식성 강화이다.
47. 니켈은 철이나 크롬보다 더 귀한 금속으로 부식 환경에서 전기화학적 안정성이 높아 산화피막을 더 안정화하고
48. 산에 대한 저항성을 강화하는 역활이다. 그래서 Ni이 많이 들어갈 수록 비싸진다.
49. Cr과 Ni은 찰떡궁합.
50. 이 외에도 304L도 있는데 L은 = LOW CARBON으로 탄소를 적게 넣어 용접부 부식 저항을 높인 철
- 스테인레스는 용접할때 탄소가 많으면 Cr과 결합해 탄화크롬을 만들고 결정립계를 따라 부식성의 약점이 있음.
- 용접 구조물에 저탕소 등급을 사용
51. 316은 Cr에 Ni에 몰리브덴(Mo)을 더 넣어줌.
52. 몰리브덴(Mo)은 염소에 의한 국부부식(Pitting)을 더 잘 견딤 그래서 화학탱크나 염분이있는 곳에 쓰임.
53. 쉽게 말해 염소이온(CI-)이 크롬(Cr)이 만든 산화피막을 파괴해서 국부 부식을 일으키는데
54. 몰리브덴이 더 안정적으로 만들어줌 결국 Ni과 함께 구조를 강화해주는 역활임
55. 316L도 L이 붙었으니 탄소 성분을 낮춰 용접성을 확보한 거라 보면 된다.
현업에 있으면서 기본적인 사항을 기억하기 위해 정리해 봅니다.
Project를 진행하면서 각 Line에 적용되는 Material이 왜 그런지 생각하면서 일하자.....