[자재관련자료 / 금속재의 종류와 특징]

금속재의 종류와 특징

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▶ 철강
철강은 철(Fe)이외에 소량의 탄소(C), 망간(Mn), 규소(Si) 및 불순물로 인(P), 유황(S) 등을 함유하고 있다. 화학적으로 순수한 철을 만드는 것은 매우 어려운 일이며, 순철이라 해도 0.001%정도 탄소를 포함한다고 한다. 철강은 이론상 철, 강, 주철로 구분되는데, 이것은 그 성질이 현저하게 변화되는 임계점을 탄소량으로 정한 것이다. 실제 열처리에 따라 경도의 차이가 있다.
철	탄소함유량 0.04% 이하로 연질이며 가단성이 크다. 무르며 일반재료로 거의 사용하지 않음
강(탄소강)	탄소함유량 0.04~1.7% 정도로 가단성, 주조성, 담금질 효과가 있음
주철	탄소함유량 1.7% 이상으로 주조성이 좋고 경질이며 취성이 큼

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▶ 탄소강
탄소강은 0.04~1.7%의 탄소를 함유하는 Fe-C합금으로서 강(Steel)이라고도 한다. 탄소강은 탄소의 함유량에 따라 저탄소강(0.3% 이하), 중탄소강(0.3~0.6%), 고탄소강(0.6% 이상)으로 구분된다.
종별	탄소함유량	주용도
특별 극연강	0.08% 이하	박판, 전신선 등
극연강	0.08~0.12%	리벳, 못, 새시바, 용접관 등
연강	0.12~0.20%	철골, 철근, 형강, 강판 등
반연강	0.20~0.30%	레일, 차량, 기계용 형강 등
반경강	0.30~0.40%	볼트, 강제널말뚝 등
경강	0.40~0.50%	공구, 피아노선, 스프링, 샤프트 등
최경강	0.50~0.80%	스프링, 칼날, 공구 등

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▶ 특수강

탄소강에 특수한 성질을 주기 위하여 다른 금속을 적당량 만큼 첨가한 합금강. 그 성질에 따라 구조용 특수강, 특수용도용 특수강으로 구분한다.

구조용 특수강
탄소강보다 강인성을 높이기 위해 담금질하여 경화시킨 것으로 탄소강의 기본성분에 니켈(Ni), 망간(Mn), 크롬(Cr), 규소(Si), 텅스텐(W), 바나듐(V), 구리(Cu), 몰리브텐(Mo), 코발트(Co), 붕소(B) 등을 첨가한다.
일반적으로 구조용 특수강은 기계 구조용으로 많이 쓰인다. 우리나라에서는 아직 건축·토목 구조재로 사용되는 양은 적으나, 앞으로 구조물의 안전성에 대한 요구 증대 및 부재 단면의 축소 또는 고층 건축물에 대한 요구 등으로 크게 보급될 것으로 전망된다.
구조용 특수강으로는 크롬강(Chrome Steel), 니켈강(Nickel-Chrome Steel), 크롬·몰리브덴강(Chrome-Molybdan Steel), 니켈·크롬·몰리브덴강(Nickel-Chrome-Molybdan Steel) 등이 있다.

특수용도 특수강
스테인리스강(Stainless Steel)이 대표적이다. 니켈·크롬 등을 함유하며 탄소량이 적고 내식성이 우수한 특수강이다. 기계적 성질이 좋아 알루미늄판의 1/3 두께로 같은 강도를 보이며 전기저항이 크고 열전도율이 낮다. 경도에 비해 가공성은 좋으며 납땜도 가능하다. 이와 같은 장점 때문에 건축재료로 널리 사용되고 있다.
스테인리스강은 성분에 의해 크롬계 스테인리스강, 크롬·니켈계 스테인리스강으로 분류할 수 있으며, 이 두 가지 기본형은 내식성, 내열성, 기계적 성질, 용접성, 절삭성 등에 따라 세분된다.

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▶ 스테인리스강
크롬계	13크롬 스테인리스강 : 약간 검은 빛, 가장 저렴, 가장 내식성이 떨어짐, 식기, 볼트, 너트 등에 사용
	18크롬 스테인리스강 : 약간 흰색, 가격 저렴, 주방용품, 전기기구 등에 사용
크롬·니켈계	18-8 : 크롬계보다 은백색, 내식성 및 내열성 우수, 건축의 내외장재 등 전반적으로 사용
	18-10 : 18-8보다 인장강도가 떨어짐, 용접구조용재로 가장 많이 사용
	18-12 : 내식성 및 내산성 가장 우수. 부식성이 강환 환경(외부, 화학공장 등)의 내외장재로 사용

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▶ 주철(Cast Iron)과 주강(Steel Casting)

주철
92~96%의 철을 함유하고 나머지는 크롬, 망간, 유황, 인 등으로 이루어져 있다. 강보다 용융점이 낮아 복잡한 형태의 것들을 주조하기 쉬우나 압연성, 단조성이 없다는 것이 결점이다.
탄소량이 1.7~6.67%까지의 것을 주철이라고 하지만 실용화되고 있는 것은 탄소량 2.5~4.5%의 범위이다.
용강로에서 철광석을 환원해서 직접 주입한 것을 선철이라고 하며, 주철과 같이 쓰일 때가 많다.
주철은 창호철물, 자물쇠, 장식철물, 방열기, 맨홀뚜껑 등 주강을 쓰기에는 값이 너무 비싼 경우로 강 정도까지 필요하지 않을 때 많이 사용된다.
주철은 탄소가 화합탄소(Fe3C)이냐 유리탄소(흑연)이냐에 따라 회주철(Gray Pig Iron)과 백주철(White Pig Iron)로 분류되며, 백주철보다 회주철이 많이 사용된다. 냉각속도가 느리고 탄소량이 많을수록, 또 규소가 많을수록 회주철이 되기 쉽다.
주철을 기계적 성질에 의하여 분류하면 보통 주철, 특수주철(합금주철), 가단 주철, 칠드(Chilled) 주철, 구상흑연 주철 등이 있다.

주강
주강은 탄소량이 0.1~0.5%의 용해강을 주형에 주입하여 제작하는 주물로서 저탄소 주철이라 할 수 있다.
규소 및 망간의 양이 특히 많고 주조성이 있는 것이 특징이다. 성질은 탄소강과 비슷하나 인성은 떨어진다.
화학조성에 의해서 보통 주강(탄소강 주강)과 특수주강(저합금강 주강 및 고합금강 주강)으로 분류되며, 고합금강은 다시 그 화학성분 및 용도에 따라 스테인리스 주강, 내열성 주강, 고망간 주강 등으로 분류된다. 주강은 주조용재에 있어서 주철로서는 강도가 불충분 한 경우에 사용한다.

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▶ 비철금속

동 및 동합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금, 니켈 및 니켈합금, 연, 아연, 주석 등.
비철금속은 특히 녹이 쉽게 나지 않는다는 장점 때문에 건축에서 주로 장식 및 부속 철물류의 대체용으로 널리 이용되고 있다. 종래 비철금속재료로 비교적 널리 사용된 것은 동을 주재료로 한 것들이었으나 1945년 이후에 알루미늄 및 그 합금류가 비약적으로 발전하면서 그 이용분야가 광범위하게 개척되어 건축재료로의 비중이 크게 확대되었다.

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