주철(Cast iron)과 주강(Cast steel)의 특성과 차이점

 

 

주철(Cast iron)과 주강(Cast steel)의 특성과 차이점

 

주철(Cast iron)과 주강(Cast steel)의 특성과 차이점

주철(Cast iron)과 주강(Cast steel)의 차이점과 장단점에 대해 정리했습니다. 주철과 주강은 각각의 특성과 사용 환경을 고려하여 적절한 소재와 가공 방법을 선택하는 것이 중요합니다. 

 

목차

 

 

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주철(Cast iron)

 

1. 주철(Cast iron)

무쇠 또는 주철(鑄鐵)은 1.7% 이상의 탄소를 함유하는 철의 합금이다.

보통 탄소량은 2.06 ~ 6.7%로 나타나 있으나 흔히 사용되는 것은 3 ~ 4%이다. 탄소가 많아서 단단하고 부서지기가 쉬우므로 압연·단조 등의 가공은 할 수 없으나, 강에 비해서 융점이 낮아 쉽게 용해되기 때문에 주물로 쓰기에는 편리하다. 주철 제품은 강도가 높고 강에 비해 녹이 덜 슬며 가격도 싸기 때문에 기계 부품에서 취사용구에 이르기까지 용도가 넓고 또 많이 쓰이고 있다. 주철의 탄소는 시멘타이트(영어: cementite)(Fe3C)의 형태로 존재하는 경우와 단독의 탄소가 흑연의 형태로 존재하는 경우의 두 가지가 있으며, 또한 주철로서의 성질도 다르다. 탄소가 세멘타이트의 형태로 되느냐, 흑연의 형태로 되느냐 하는 것은 주철 속의 탄소와 규소의 양 및 주조할 때의 냉각 속도에 관계된다.

주로 내연 기관, 자동차 부품 및 농업 기계 제조에 사용됩니다.

탄소나 규소가 적고 급랭되면 세멘타이트로 된다. 세멘타이트는 굳은 화합물이므로, 세멘타이트를 많이 함유하는 주철은 단단하고 내마모성(耐磨耗性)은 우수하지만 부서지기가 쉽다. 이와 같은 주철의 단면은 조직이 치밀하고 백색으로 빛나기 때문에 백주철이라고 한다.

냉각속도가 느리고 탄소나 규소가 많은 경우에는 탄소가 유리되어 흑연의 형태로 되기 쉽다. 백주철에 비해서 연하지만 잘 깨어지지 않는 성질을 가졌으면, 단면에는 검은 색깔의 흑연이 덮여 있으므로 회색으로 보인다. 이러한 주철을 회주철이라고 부른다. 회주철의 흑연을 현미경으로 보면 지렁이와 같은 모양으로 벌려 있는 것처럼 보인다.

이 주철에 마그네슘이나 칼슘을 약간 첨가하면, 이 흑연은 구상(球狀)으로 변화하여 회주철의 2 ~ 3배나 강하고 질긴 주철이 된다. 이러한 주철은 구상흑연주철(球狀黑鉛鑄鐵) 또는 노듈라주철(영어: nodular cast iron)이라고 부르며, 연성(軟性)이 필요한 중요 기계부품이나 수도관 등에 사용한다.

일반적으로 주철은 주강보다 연신율, 수축 및 충격 인성이 낮고 압축 강도 및 내진성도 주강보다 우수합니다. 

 

 

장점

제조 비용이 저렴하다.

복잡한 형상의 부품을 만들 수 있다.

내식성이 높아 부식에 강하다.

열전도성이 낮아 열 변형이 적다.

압축 강도가 높아 무거운 부하를 지탱하는 능력이 우수하다.

 

단점

기계적 충격에는 강하지 않으며, 파손이 쉽게 발생할 수 있다.

용접이 거의 불가능하다.

열전도율이 낮아 빠르게 열을 전달하지 못한다.

부족한 인성으로 인해 일부 구조적인 응용에 제한적일 수 있다.

 

 

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주강(Cast steel)

 

2. 주강(Cast steel)

주물용 강 또는 주조한 강으로 탄소 0.1∼0.5%, 망가니즈 0.4∼1.0%, 규소 0.2∼0.4%, 인 0.005% 이하, 황 0.006% 이하 조성의 강을 전기로에서 녹여 주물로 한다. 가장 흔한 주강은 탄소강주강이다.

구조재 중에서 단조로는 만들 수 없는 형상의 것으로, 주철로는 좋지 않을 경우에 사용된다. 탄소 0.1∼0.5%, 망가니즈 0.4∼1.0%, 규소 0.2∼0.4%, 인 0.005% 이하, 황 0.006% 이하 조성의 강을 전기로에서 녹여 주물로 한다. 여러 주강 중 흔히 사용되는 것은 탄소강 성분의 탄소강주강이다.

이 밖에 특수강에 상당하는 망가니즈주강·규소주강·흑연강주강·크로뮴강주강·니켈강주강·니켈크로뮴강주강·니켈크로뮴몰리브데넘강주강·크로뮴몰리브데넘강주강·스테인리스강주강·내열강주강 등이 있다. 탄소강주강의 노멀라이징(normalizing) 또는 풀림(annealing)을 한 상태에서의 인장강도는 0.22∼0.30% 탄소로 45kg/㎟, 0.42∼0.50% 탄소로 55kg/㎟, 0.52∼0.60% 탄소로 60kg/㎟, 신장은 각각 19, 12, 10%이다.

캐스트 탄소강은 압연기 프레임, 유압 프레스베이스와 같은 많은 부품을 생산하는 데 사용되는 중장비에 사용되는 높은 강도, 가소성 및 인성, 저렴한 비용을 가지고 있습니다. 철도 차량의 베개, 사이드 프레임, 휠 및 커플 링과 같은 고 충격 베어링 부품 제조에 활용됩니다.

저 합금강 주조 : 망간, 크롬, 구리 및 기타 합금 성분을 함유 한 주강 (총 5 % 미만). 충격 강도가 높고 열처리를 통해 더 나은 기계적 성질을 얻을 수 있습니다. 저 합금강 주조는 탄소강보다 성능이 우수하여 부품의 품질을 낮추고 서비스 수명을 향상시킬 수 있습니다.

 

 

장점

강도가 높다.

연성이 낮아서 잘 파손되지 않는다.

용접이 가능하다.

다양한 강도와 성능 특성을 가질 수 있어 다양한 용도에 활용 가능하다.

열전도율이 높아 빠른 열 전달이 가능하다.

다양한 가공 공정을 통해 다양한 형태의 부품을 만들 수 있다.

 

단점

제조 비용이 비싸다.

복잡한 형상의 부품을 만들기 어렵다.

부식에 민감할 수 있으며, 부식 방지를 위한 추가 처리가 필요할 수 있다.

 

 

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※ 주철(Cast iron)과 주강(Cast steel)의 차이점

항목	주철	주강
탄소 함량	2.0% 이상	2.0% 미만
취성	비교적 높음	비교적 낮음
연성	비교적 낮음	비교적 높음
내식성	비교적 낮음	비교적 높음
용접성	거의 불가능	가능
가격	저렴	비쌈

 

화학 조성

주철: 높은 탄소 함량과 합금 원소를 포함하여 부식 및 열팽창 저항성이 좋습니다. 하지만 탄소 함량이 높을수록 흑연의 양이 증가하고, 흑연은 금속의 취성을 높이는 역할을 합니다. 따라서 주철의 취성은 주강보다 높아 구조적인 안정성은 낮습니다. 주철은 주로 회색을 띄는 외관을 가지며, 이는 표면에 형성되는 흑연의 존재 때문입니다.

주철의 조직은 페라이트와 펄라이트로 이루어져 있습니다. 페라이트는 철의 순수한 조직으로, 강도가 낮고 연성이 높습니다. 펄라이트는 페라이트와 석출물로 이루어져 있는 조직으로, 강도가 높고 연성이 낮습니다. 

주강: 주로 철과 탄소의 합금으로, 탄소 함량이 낮고 강도와 인성을 향상시키는 다양한 합금 원소가 첨가될 수 있습니다.

주강의 조직은 페라이트, 펄라이트, 석출물로 이루어져 있습니다. 석출물은 합금 원소가 뭉쳐져 있는 조직으로, 강도를 증가시키는 역할을 합니다. 따라서 주강의 조직은 주철의 조직보다 인성과 강도가 높습니다.

 

 

물리적 특성

주철: 비교적 높은 압축 강도와 내식성을 가지며, 열을 잘 전도하고 기계적 충격에는 약한 특성을 보입니다. 압축 강도가 높아 체적 중량을 지탱하는 능력이 좋습니다.

주강: 주강은 다양한 탄소 함량과 합금 원소의 조합으로 다양한 미묘한 색상과 성질을 가집니다. 열전도율이 높아 열을 빠르게 전달하며, 열팽창 계수가 상대적으로 높습니다. 강도와 인성을 조절하여 필요에 맞는 성능 특성을 얻을 수 있습니다. 다양한 열처리 공정을 통해 강도, 경도 등을 조절할 수 있습니다.

 

용접성

주철의 용접성은 주강보다 낮습니다. 주철의 흑연은 용접 열에 의해 녹아서 균열을 생성할 수 있습니다. 주강은 흑연이 존재하지 않기 때문에 용접이 가능합니다.

 

가격

주철의 가격은 주강보다 낮습니다. 주철은 제조 공정이 간단하기 때문에 주강보다 제조 비용이 저렴합니다.

 

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주철과 주강은 각각의 특성에 따라 다양한 상황에서 선택되며, 부품의 요구사항과 환경에 따라 적절한 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 

주철은 내식성과 압축 강도가 강점이며, 주강은 다양한 강도와 가공성을 제공하여 다양한 용도에 활용됩니다. 

주철과 주강을 잘 구분하고, 그들의 각각의 특징을 이해하여 적절한 선택을 할 수 있도록 하는 것이 중요합니다.

 

 

 

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