건축재료 금속 주철과 특수강

 

건축재료 중 금속 재료로 주철과 특수강이 있습니다. 주철과 특수강이 무엇인지 알아보고 어떤 특성을 가지는지, 어떤 종류가 있을까요?

 

 

건축재료 금속 주철과 특수강

 

 

 먼저 알아볼 주철은 주철이라는 단어보다 무쇠라는 이름이 더 익숙할 거라 생각됩니다. 우리에겐 무쇠라는 이름으로 더 익숙한 주철에 대해 이야기해 보겠습니다.

 

 

주철 (cast iron)

 

 주철은 녹는점이 낮고 잘 녹기 때문에 열을 가해 녹여 완전한 액체상태로 만든 뒤 거푸집에 부어 형태를 만들기가 좋습니다. 주철은 밀대로 밀어 피는 방식의 압연이나 형태의 틀에 압력을 가해 만드는 단조와 같은 방법으로 형태를 가공하기는 어렵지만 열을 가해 녹인 후 액체 상태로 만들어 거푸집에 넣은 후 굳히는 주조법으로 복잡한 형태의 제작이 가능합니다.

 보통 주철은 선철에 철부스러기를 넣고 석회석과 함께 녹여 만드는데 탄소함량이 2.6~6.67%인 철을 말합니다. 비중은 7.0~7.1, 녹는점은 1225도로 파이프나 라디에이터에 주로 사용됩니다. 가단주철은 주철을 단련하여 필요한 형태로 만들 수 있습니다. 탄소량은 2.6~2.8% 정도로 보통주철에 비해 전연성이 큽니다. 보강철물이나 창호철물, 파이프 등에 주로 사용됩니다. 주강은 탄소량 0.1~0.5%의 탄소강이지만 규소나 망간이 많이 함유돼 있으며 주조성을 가집니다. 주강이 가지는 성질은 단조법을 이용해 만든 강인 단강과 비슷하지만 인성은 떨어집니다. 주강은 주철로는 강도가 부족한 것에 사용되며 주강의 재료는 보통의 강 외 강성주철도 사용됩니다.

 

 

특수강

 

 특수강은 탄소강에서는 얻을 수 없는 특수한 성질을 얻기 위해 탄소강에 하나이상의 합금원소를 더해 더 나은 기계적, 화학적 성질을 가진 합금강으로 만든 것을 말합니다.

 

 

합금원소의 특성

 

 합금원소에는 니켈, 크로뮴, 몰리브데넘, 망간, 규소, 바나듐, 티타늄, 지르코늄이 있습니다. 니켈의 경우 인성증가, 저온에서의 충격에 대한 저항 증가를 가져옵니다. 크로뮴은 추가할 경우 내마모성, 내식성이 좋아지고 몰리브데넘을 추가할 경우 인성이 저하되는 뜨임 취성을 방지해 주며 망간을 더할 경우 고온에서의 강도가 증가하며 경도가 증가합니다. 규소를 더하면 전기 특성이 좋아지며 내열성이 좋아지고 바나듐, 티타늄, 지르코늄을 더할 경우 결정립도가 생기게 됩니다.

 

 

구조용 특수강

 

 구조용 특수강은 탄소량을 0.5% 이하로 하고 여기에 니켈, 크롬, 망간, 규소, 몰리브데넘 등의 다른 금속원소 1~2종을 약 5% 이하로 첨가해 인장강도를 높이고 충격이나 피로에 대한 내력을 증가시킨 것을 말합니다. 일반적으로 강은 탄소량을 증가시키게 되면 강도는 커지지만 연신율이 감소되어 가공성과 용접성이 감소하게 되는데 위와 같이 다른 금속원소를 첨가하면 원하는 강도의 특수강을 만들 수 있습니다. 구조용 특수강은 기계구조용으로 많이 쓰입니다. 구조물의 안전성에 대한 요구가 높아지고 초고층 건물이 지어지면서 크게 보급될 것입니다. 구조용 특수강에는 크롬강, 니켈강, 니켈-크롬강, 크롬-몰리브데넘강, 니켈-트롬-몰리브데넘강 등이 있습니다.

 

 

스테인리스강

 

 스테인리스 강은 공기 중에서나 수중에서 잘 부식되지 않는 강을 말합니다. 일반적으로 더해진 크롬의 양이 약 13% 이상으로 첨가딘 양이 증가할수록 내식성과 내열성이 좋아집니다. 니켈을 더할 경우 강의 기계적 성질이 개선됩니다. 일반적으로 스테인리스강은 전기저항이 크고 열전도율이 낮으며 경도에 비해 가공성이 좋고 납땜도 가능합니다.

이와 같은 장점 때문에 다양한 용도의 건축재료로 많이 사용되고 있습니다. 주로 사용되는 스테인리스강은 수십 종이 있지만 기본적 특징은 크롬을 다량으로 포함한 강이라고 말할 수 있습니다. 크롬 18~20%, 니켈 7~20%의 니켈크롬강은 산성에 대한 내침식성이 강하고 내열성, 내부식성이 우수해서 화학약품의 보존용기, 전기기구, 식기 등에 많이 사용되고 있습니다.

 

 

내후성강

 

 내후성 강은 보통강보다 대기 중에서의 내식성을 2~6배로 증대시키면서 보통강과 비교했을 때 재질, 가공성, 용접성등은 동등함 이상의 질을 가진 강재입니다. 내후성 강의  원리는 소량의 합금원소를 첨가할 때 사용초기에 그 표면에 안정된 산화막이 형성되는데 그 산화막이 외부의 수분이나 가스를 차단해 부식의 진행을 저지하는 것입니다. 함유된 화학성분은 탄소, 망간, 규소, 구리, 크롬, 니켈입니다. 표면은 진한 다갈색으로 구조용 재료 외에 강제널말뚝, 커튼월재 등으로 사용되며 비교적 저렴한 가격으로 제작할 수 있습니다.