1. 소개
강철은 현대 엔지니어링에서 가장 중요한 재료 중 하나입니다., 건설 및 자동차 제조에서 항공 우주 및 에너지 인프라에 이르기까지 다양한 산업 지원.
아직, 모든 강이 동일하게 작동하는 것은 아닙니다. 얼마나 많은 금액과 어떤 합금 요소에 따라, 강철은 저금리 강철 및 고금리 강철 패밀리로 나뉩니다.
이러한 차이점을 이해하는 데있어 성능과 비용 힌지 사이의 올바른 균형을 인상.
그러므로, 이 기사에서는 저금리 강철을 검사합니다 (라스) 고금리 강철 (가지다) 여러 각도에서 - 화학, 역학, 내식성, 처리, 경제학, 재료 선택을 안내하기 위해 실제 응용 프로그램.
2. 저금리 강철은 무엇입니까? (라스)?
저 합금강은 신중하게 제어되는 합금 요소를 추가함으로써 우수한 기계적 성능과 환경 저항을 달성하기 위해 설계된 철 재료의 범주입니다..
American Iron and Steel Institute에 의해 정의되었습니다 (아이시) 강철로서 총 합금 함량이 초과하지 않습니다 5% 무게로,
저 합금강은 성능 간의 정제 균형을 제공합니다, 제조, 비용 - 여러 산업 전반에 걸쳐 근무 재료로 배치합니다.
화학 성분 및 미세 구조
탄소강과 달리, 철-탄소 시스템에만 의존합니다,
저 합금강은 철강의 위상 구조를 근본적으로 변경하지 않고 재료 특성을 상승적으로 개선하는 다양한 금속 요소를 통합합니다..
가장 일반적인 합금 요소와 전형적인 역할에는 다음과 같습니다.:
- 크롬 (Cr): 경화성을 향상시킵니다, 내산화성, 고온 강도.
- 니켈 (~ 안에): 골절 강인성을 향상시킵니다, 특히 영하의 온도에서.
- 몰리브덴 (모): 높은 온도에서 강도를 높이고 크리프 저항을 향상시킵니다.
- 바나듐 (다섯): 미세한 입자 크기를 촉진하고 강수 경화에 기여합니다.
- 구리 (구리): 중간 정도의 대기 부식 저항을 제공합니다.
- 티탄 (의): 탄화물을 안정화시키고 미세 구조 안정성을 향상시킵니다.
이러한 합금 요소는 위상 안정성에 영향을 미칩니다, 견고한 해결 강화, 및 분산 된 탄화물 또는 질화물의 형성.
결과적으로, 저 합금강은 일반적으로 구성된 미세 구조를 나타냅니다 페라이트, 펄라이트, 볼 라이트, 또는 마르텐사이트, 특정 열처리 및 합금 함량에 따라.
예를 들어, 크롬-몰리브덴 강 (Aisi와 같은 4130 또는 4140 강철) 담금질 및 템퍼링 후 템퍼 된 마르텐 사이트 구조를 형성합니다, 연성을 희생하지 않고 고강도와 내마모성을 제공합니다.
분류 및 지정
저 합금강은 기계적 거동에 따라 분류됩니다, 열처리 반응, 또는 의도 된 서비스 환경. 공통 범주는 다음과 같습니다:
- 담금질과 강화 된 강: 고강도와 강인함으로 유명합니다.
- 고강도 저합금 (HSLA) 철강: 향상된 형성성 및 용접 성을 갖는 구조적 응용에 최적화된다.
- 크리프 내성 강: 높은 온도에서 강도를 유지하도록 설계되었습니다.
- 풍화 강 (예를 들어, ASTM A588/CORTEN): 대기 부식성 향상을 위해 개발되었습니다.
AISI-SAE 지정 시스템에서, 저 합금강은 종종에 의해 식별됩니다 "41"로 시작하는 4 자리 숫자, “43”, "86", 또는 "87", 특정 합금 조합을 나타냅니다 (예를 들어, 4140 = 0.40% 기음, CR-MO 스틸).
3. 고금리 강철은 무엇입니까? (가지다)?
고 합금강은 총 합금 요소 함량을 초과하는 광범위한 강철을 나타냅니다. 5% 무게로, 종종 수준에 도달합니다 10% 에게 30% 또는 그 이상, 등급과 응용 프로그램에 따라.
저금리 강철과 달리, 적당한 추가로 속성을 향상시킵니다, 고 합금강은 상당한 농도의 요소에 의존합니다
~와 같은 크롬 (Cr), 니켈 (~ 안에), 몰리브덴 (모), 텅스텐 (여), 바나듐 (다섯), 그리고 코발트 (공동) 고도로 전문화 된 성능 특성을 달성합니다.
이 강철은 요구되는 환경을 위해 조작되었습니다 탁월한 내식성, 기계적 강도, 고온 안정성, 또는 내마모성.
일반적인 예에는 포함됩니다 스테인리스강, 공구강, 마리징 강, 그리고 슈퍼 합금.
화학 성분 및 미세 구조
고 합금강은 공간과 높은 온도 모두에서 강철의 미세 구조를 제어하도록 설계된 복잡한 화학을 가지고 있습니다.. 각 합금 요소는 정확한 역할을합니다:
- 크롬 (≥12%): 얇은 것을 형성하여 패권을 촉진합니다, 부착 된 산화물 층, 스테인레스 강의 부식 저항에 필수적입니다.
- 니켈: 강인함을 향상시킵니다, 충격 저항, 및 내식성, 또한 오스테 나이트 상을 안정화시키는 동안.
- 몰리브덴: 고온에서의 강도를 높이고 구덩이 및 틈새 부식에 대한 저항을 향상시킵니다..
- 바나듐과 텅스텐: 내마모성 및 뜨거운 경도를위한 미세한 탄화물 형성 촉진.
- 코발트와 티타늄: 고체 해결 강화 및 강수 경화를위한 도구 및 마리징 스틸에 사용.
이러한 합금 전략이 가능합니다 정확한 위상 조작, 오스테 나이트 보유를 포함하여, 마르텐 사이트의 형성, 또는 금속 간 화합물 및 복합 탄화물의 안정화.
예를 들어:
- 오스테나이트계 스테인리스강 (예를 들어, 304, 316): 높은 CR 및 NI 함량은 비자 성형 얼굴 중심 입방을 안정화시킵니다. (FCC) 구조, 극저온 온도에서도 연성 및 부식 저항을 유지합니다.
- Martensitic과 강수량 강화 등급 (예를 들어, 17-4PH, H13 공구강): 신체 중심 테트 래곤을 특징으로합니다 (BCT) 또는 열처리에 의해 크게 경화 될 수있는 마르텐 사이트 구조.
고 합금강 분류
고 합금강은 일반적으로 다음 주요 유형으로 분류됩니다.:
| 범주 | 전형적인 합금 | 기본 기능 | 일반적인 응용 |
|---|---|---|---|
| 스테인레스 스틸 | 304, 316, 410, 17-4PH | Cr-passivation을 통한 부식 저항; 일부 등급은 강점을 제공합니다 + 연성 | 화학 장비, 의료 도구, 건축학 |
| 공구강 | H13, D2, M2, T1 | 높은 경도, 마모 저항, 붉은 경도 | 죽는다, 절단 도구, 금형 |
| 머레이징 스틸 | 18~ 안에(250), 18~ 안에(300) | 매우 높은 강도, 인성; Ni- 풍부 마르텐 사이트의 강수 경화 | 항공우주, 방어, 고성능 기계 부품 |
| 초합금 | 인코넬 718, 하스텔로이, rene 41 | 뛰어난 강도 + 고온에서의 부식/산화 저항 | 터빈, 제트 엔진, 원자로 |
4. 저금리 대 고 합금강의 성능 특성
엔지니어와 설계자에게는 기계 및 환경 성능이 필수적입니다.
구조적 무결성을위한 재료를 선택할 때, 서비스 장수, 비용 효율성.
이러한 성능 속성은 화학 조성뿐만 아니라 온도 역학적 처리 및 미세 구조 제어에서도 발생합니다..
자세한 비교를 제공합니다, 주요 특성은 아래에 요약되어 있습니다:
| 재산 | 저금리 강철 | 고금리 스틸 |
|---|---|---|
| 인장강도 | 일반적으로 범위는 다음과 같습니다. 450-850MPa, 열처리 및 등급에 따라 | 종종 초과합니다 900 MPa, 특히 강화 된 공구 강 또는 마리징 등급에서 |
| 항복 강도 | 도달 할 수 있습니다 350–700 MPa 담금질과 템퍼링 후 | 능가 할 수 있습니다 800 MPa, 특히 강수량과 마르텐 사이트 강에서 |
| 연성 (연장 %) | 보통에서 좋은 연성 (10–25%), 형성에 적합합니다 | 크게 다릅니다; 오스테 나이트 등급 제안 >30%, 도구 강이있을 수 있습니다 <10% |
경도 |
달성 200–350 HB; 탄소 및 합금 수준에 의해 제한됩니다 | 초과 할 수 있습니다 600 HV (예를 들어, M2 또는 D2 강에서); 마모 크리티컬 애플리케이션에 이상적입니다 |
| 내마모성 | CR/MO 등급의 탄화물에 의해 향상되었습니다, 그러나 전반적으로 보통 | 탄화물 부피가 높은 도구 및 다이 강의 우수 |
| 파괴 인성 | 일반적으로 낮거나 중간 정도의 강도 수준에서 좋습니다 | 오스테 나이트 강은 높은 인성을 제공합니다; 일부 고강도 등급은 노치에 민감 할 수 있습니다 |
| 피로 저항 | 동적 부하 응용에 충분합니다; 표면 마감 및 응력에 민감합니다 | 합금 된 마르텐 스티 시트 및 마리 게이징 강이 우수합니다; 향상된 균열 저항 |
크리프 저항 |
위의 제한된 장기 강도 450℃ | 니켈이 풍부한 고 합금강이 우수합니다; 터빈에 사용됩니다, 보일러 |
| 열 안정성 | 위상 안정성 및 강도 저하 500–600 ° C | 구조적 무결성을 유지합니다 1000℃ 슈퍼 합금 및 고 -CR 등급 |
| 부식 저항 | 가난한 것입니다; 종종 코팅이나 억제제가 필요합니다 | 훌륭한, 특히 스테인레스 강에서 >12% Cr 그리고 당신은 추가합니다 |
| 열처리성 | 담금질과 성질주기를 통해 쉽게 강화됩니다 | 복잡한 치료: 솔루션 어닐링, 석출경화, 극저온 단계 |
용접성 |
일반적으로 좋음; 고 탄소 변이체의 일부 균열 위험 | 다양합니다; 오스테 나이트 등급은 잘 용접됩니다, 다른 사람들은 예열 또는 필러 금속이 필요할 수 있습니다 |
| 가공성 | 보통에서 좋음, 특히 리드 또는 결과적으로 변형 | 경도 및 탄화물 함량으로 인해 어려울 수 있습니다 (코팅 도구 사용 권장) |
| 성형성 | 어닐링 된 주에서 구부러지고 굴리는 데 적합합니다 | 어닐링 된 오스테 나이트 강이 우수합니다; 강화 된 공구 강에 제한 |
주요 관찰:
- 힘 대. 강인함 절충: 고 합금강은 종종 더 높은 강도를 제공합니다, 그러나 일부 등급은 연성이나 인성을 잃을 수 있습니다.
저금리 강철은 이러한 특성의 구조적 사용을 위해 효과적으로 균형을 이룹니다. - 온도 성능: 고온 작업의 경우 (예를 들어, 발전소, 제트 엔진), 고 합금강은 저 합금의 상대를 훨씬 능가합니다.
- 부식 방지: 저 합금강은 종종 외부 코팅에 의존합니다, 고 합금강, 특히 스테인리스 및 슈퍼 합금은 수동 산화물 필름을 통한 고유 부식 보호를 제공합니다..
- 비용 대. 성능: 저금리 스틸은 일반 응용 프로그램에 유리한 성능 비율을 제공합니다.,
고금리 강철은 특수 기능을 요구하는 시나리오를 위해 예약되어 있습니다..
5. 산업 전반에 걸친 응용
저금리 강철
- 건설: 교량, 크레인, 철근, 구조 빔
- 자동차: 차축, 프레임, 서스펜션 구성 요소
- 기름 & 가스: 파이프 라인 강 (API 5L X70, x80)
- 중장비: 광업 장비, 압력 용기
고금리 스틸
- 항공우주: 터빈 블레이드, 제트 엔진 구성 요소, 랜딩 기어
- 화학 처리: 원자로, 열교환기, 슬리퍼
- 의료: 수술 도구, 정형외과 임플란트 (316L 스테인리스)
- 에너지: 원자로 내부, 초 임계 증기선
6. 결론
저금리 대 고금리 강철은 모두 중요한 이점을 제공합니다, 주어진 응용 프로그램의 성능 요구 및 환경 문제에 따라.
낮은 합금강은 강도 사이의 유리한 균형을 유지합니다, 처리 가능성, 그리고 비용, 일반적인 엔지니어링 사용에 이상적입니다.
고합금강, 반면에, 항공 우주와 같은 고 스테이크 산업에 비교할 수없는 기계 및 환경 성능 제공, 의료, 그리고 발전.
화학 물질을 이해함으로써, 기계적인, 이 강철 가족 간의 경제적 차이,
의사 결정자는 안전을 위해 재료를 최적화 할 수 있습니다, 내구성, 및 총 소유 비용 - 청사진에서 최종 제품까지 엔지니어링 성공을 확보.
이것 고품질이 필요한 경우 제조 요구에 완벽한 선택입니다. 합금강 부분품.
자주 묻는 질문
스테인레스 스틸은 고금리 강철로 간주됩니다?
예. 스테인레스 스틸은 일반적인 유형의 고 합금강입니다. 일반적으로 적어도 포함됩니다 10.5% 크롬, 부식에 저항하는 수동 산화물 필름의 형성을 가능하게합니다..
많은 스테인레스 강에도 니켈도 포함되어 있습니다, 몰리브덴, 및 기타 합금 원소.
부식성 환경에서 저금리 강철을 사용할 수 있습니다?
저금리 강철 제공 적당한 부식 저항, 특히 구리 나 크롬과 같은 요소와 합금 된 경우.
하지만, 그들은 종종 요구합니다 보호 코팅 (예를 들어, 아연 도금, 그림) 또는 음극 보호 공격적이거나 해양 환경에서 사용될 때.
합금 함량이 용접성에 어떤 영향을 미칩니다?
합금 함량이 높을수록 강화 가능성이 높아지고 균열의 위험으로 인해 용접성이 줄어 듭니다..
저금탄 강은 일반적으로 더 나은 용접성을 나타냅니다, 하지만 예열 및 weld 열 처리 여전히 필요할 수 있습니다.
높은 합금강에는 종종 필요합니다 특수 용접 절차 및 필러 금속.
저 합금강과 고도로 강철을 구별하는 국제 표준이 있습니까??
예. 다음과 같은 조직의 표준 ASTM, ASME, ISO, 및 Sae/Aisi 화학 성분 제한을 정의하고 그에 따라 강을 분류합니다.
이 표준은 또한 기계적 특성을 지정합니다, 열처리 조건, 및 애플리케이션.
고온 응용에 더 나은 유형의 합금강?
고합금강, 특히 니켈 기반 슈퍼 합금 또는 고 염색체 스테인레스 강,
크리프에 대한 저항으로 인해 고온 환경에서 훨씬 더 나은 성능, 산화, 열 피로.
저 합금강은 일반적으로 500 ° C 이상의 온도에서 저하됩니다.
고 합금강은 가공하고 제작하기가 더 어렵습니다?
예, 일반적으로. 고합금강, 특히 공구 강과 강화 된 스테인리스 등급, 할 수 있습니다 가공이 어렵습니다 높은 경도와 탄화물 함량으로 인해.
그들의 용접 성은 일부 등급에서는 제한 될 수 있습니다. 거꾸로, 많은 저 합금강이 용접하기가 더 쉽습니다, 기계, 그리고 형태.
어떤 강철 유형이 더 비용 효율적인지?
저금리 강철 일반적으로 측면에서 더 비용 효율적입니다 초기 구매 가격 및 제조.
하지만, 고 합금강 제공 할 수 있습니다 총 소유 비용이 낮습니다 그들의 신청서에 대한 요구 사항 내구성, 실패에 대한 저항, 유지 보수 요구가 줄어 듭니다.
