최상의 답변
The Old Metallurgical Engineer and Steelmaker는 다음과 같이 말합니다.
철은 화합물이 아닙니다. ,이를 구성하는 요소의 비율을 정의했습니다. 강철은 합금이므로 다양한 양의 합금 원소를 포함 할 수 있습니다. 강철 분자와 같은 것이 없기 때문에 강철에 대한 “분자”공식은 없습니다.
예 : AISI 6150H 다음 화학 조성 (합금 원소의 중량 \%)을 가진 합금강입니다.
0.75 – 1.20 Cr
0.60 – 1.00 Mn
0.47 – 0.54C
0.15 – 0.30Si
≥0.15V
≤0.040S
≤0.035P
합금 원소가 다양한 값을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 고정 된 비율은 없습니다.
AISI 6150H 강철에 대한 추가 정보 :
탄성 계수 : 200GPa
인장 강도 : 924MPa (134,000psi)
항복 강도 : 800MPa (116,000psi)
경도 : Brinell 269 (Rockwell C 27)
파단 신율 19.5 \%
답변
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이러한 답변 중 상당수가 귀하의 질문의 의도를 해석하려고하기보다는 공식이라는 단어에 걸려 있습니다. 평신도로서 저는“화학 조성”과“화학식”이“구조식”을“구조적 조성”으로 해석 할만큼 충분히 동일하다고 생각하기 때문에 복잡한 강철 구조 구성을 설명하기 위해 최선을 다할 것입니다.
구조적으로는 철 원자의 입방체 결정 구조가이 입방체에 용해 된 탄소 원자와 이상적으로 균일하게 분산되어 있습니다. 철 결정의 입방체 구조는 몸 중심 입방체, BCC, 철 원자가 각각 6 개의 꼭지점에있는 철 원자 입방체의 중심에 있거나,면 중심 입방체 (철 원자가 각각의 중심에 위치 함) 일 수 있습니다. 큐브의 여섯면. 강철을 공융 점이라고하는 충분한 온도로 가열하면 페라이트라고하는 철 원자의 BCC 구성이 탄소 원자가 결정 구조로 용해되도록하는 고용 체인 오스테 나이트라고하는 FCC 형태로 전환됩니다. 강철의 화학적 조성에 따라 상온에서 오스테 나이트로 남을 수 있습니다. 이것은 일부 스테인리스 강의 경우이며 자석으로 식별 할 수 있습니다. 오스테 나이트 계 강철은 비자 성입니다. 강철은 공융 점까지 가열되고 빠르게 냉각되거나 급냉 될 때 탄소 원자가 용해 된 FCC 오스테 나이트가 페라이트와 구별되는 고도로 변형 된 BCC 형태로 빠르게 변환되어 탄소 원자를 제자리에 동결시키는 독특한 특성을 가지고 있습니다. . 이 물질을 마르텐 사이트라고합니다. 마르텐 사이트 강은 자성을 띤다. 강철의 화학적 조성과 냉각 속도에 따라 다양한 양의 오스테 나이트가 강철에 남아 있습니다. 잔류 오스테 나이트는 일반적으로 마르텐 사이트 강에서 낮게 유지됩니다. 마르텐 사이트 강에 고정 된 탄소 원자의 분산은 철 원자가 결정 구조의 위치에서 전위되는 것을 방지합니다. 이것이 마르텐 사이트 강에 높은 경도를 부여하는 것입니다. 이것이 강철이 멋진 이유입니다. 온도, 시간 및 화학 성분을 조작하여 강철 막대가 구부러 졌을 때 일어나는 일을 제어 할 수 있습니다. 영구적으로 구부러 지거나 약간 구부린 다음 부러 지거나 원래 모양으로 튀어 나오도록 만들 수 있습니다. 또한 강철의 강도를 변경할 수 있습니다.
또한 강철에는 철-탄소 합금 사이에 분산 된 철-탄화물, Fe3C, 단단하고 부서지기 쉬운 세라믹 재료가 포함되어 있습니다. 이 탄화물의 존재는 강철이 얼마나 경화 될 수 있는지의 상한선을 향상시킬 수 있지만 강철을 더 부서지게 만듭니다. 강철은 또한 다양한 수준의 불순물을 포함하거나 합금 원소를 추가하여 강철의 특정 속성을 증가 또는 감소시킬 수 있습니다. 크롬, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 니오브, 니켈, 티타늄, 붕소 및 망간은 강철의 경도, 내 충격성, 변형 저항성, 내 충격성 및 내 스크래치 성 및 다양한 온도에서의 작업 성을 향상시키기 위해 의도적으로 추가 된 원소입니다. 강철 표면에 침전 된 크롬은 산소와 접촉하여 산화 크롬을 형성하여 강철의 내식성을 향상시킵니다. 이러한 원소의 대부분은 알려진 가장 단단한 재료 중에서 탄화물과 질화물을 형성합니다. 텅스텐 카바이드와 질화 붕소는 일부 강철에서 볼 수있는 극히 단단한 재료의 두 가지 좋은 예입니다.
강에서 덜 선호되는 다른 원소로는 실리콘, 황, 산소, 인, 질소, 수소, 구리. 실리콘은 강철의 기계적 특성 중 일부를 줄이면서도 자기 특성을 개선하여 이력 현상과 코어 손실을 낮추고 투자율을 향상시킵니다. 고 실리콘 강을 전자석, 전기 모터, 저주파 변압기 및 인덕터의 핵심 재료로 매우 유용하게 만드는 것은 바로 이러한 특성입니다.유황은 담금질 전에 강철의 가공성을 향상시킵니다. 인과 질소는 강철의 내식성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 구리는 일반적으로 나쁜 일인 연성을 증가 시키지만 강철을 열간 가공하기 쉽게 만듭니다. 산소는 제강 과정에서 불순물을 배출하지만 불순물로서 강철을 부식에 더 취약하게 만들고 경화성을 저하시킵니다. 수소는 아주 나쁘다. 철 결정 격자에서 전위를 촉진하여 강철을 매우 부서지기 쉽습니다. 이것은 수소와 고온이 공존 할 때 강철을 선택하지 못하도록합니다.
철에서 합금 원소의 균일 한 분산이 매우 요구되고 있으며, 초기에 가능했던 것에 비해 현대 강철에 놀라운 재료 특성을 제공합니다. 철강 생산. 제강 공정에 사용되는 모든 원소를 녹일 수있는 충분히 높은 온도는 이들 원소가 쉽게 혼합 될 수 있도록합니다. 고성능 강철에 사용되는 이러한 원소의 균일 한 분산을 향상시키는 한 가지 기술은 분말 야금입니다. 강철은 녹고 미세한 물방울로 분사되어 냉각되고 분말을 형성 한 다음 템플릿이되어 기본 모양으로 형성됩니다. 예를 들어, 절삭 날의 경도가 높고 경도는 낮지 만 변형, 변형 및 변형에 대한 저항성이 더 좋은 강으로 피복 된 절삭 공구를 만드는 데 매우 높은 온도에서 서로 다른 특성을 가진 패턴 용접 강이 유용합니다. 부식. 화학 공정을 사용하여 강철의 표면 경도와 내식성을 향상시킬 수도 있습니다. 추가 탄소, 붕소 및 질소와 같은 다른 원소를 산소가 낮고 이러한 원소를 포함하는 가스가 높은 분위기로 허용하는 온도로 강철을 가열하면 파일, 탭, 다이 및 브로치와 같은 도구에 강철 절단 능력을 부여하는 데 사용됩니다. , 또는 건 부품에 부식, 흠집, 스크래치 및 마모 변형에 대한 저항력을 높이기 위해.
마지막으로 철-탄소 합금의 비정질 결정 형태가 존재합니다. 기술적으로 이것은 유리를 만들고이 답변의 범위를 벗어난 매우 이상한 속성을 가지고 있습니다. Magic 8-ball은 나중에 다시 묻습니다.