강재의 제조법
철광석을 제련하여 구조용 강재를 만드는 데는 제선-제강-조괴-압연의 과정을 거치게 된다. 제선과정에서 철광석으로부터 선철을 만들고, 제강과정에서 선철에서 강을 만들며, 조괴과정에서 강을 강괴로 만들며 압연과정에서는 강괴를 가열하여 정하여진 형태로 구조용강재를 만들게 된다.
1. 생산 과정
1) 제선
철광석(Fe2O3), 자철광(Fe3O4), 갈철광(Fe2O3, 2H2O)등의 철광석을 코크스, 석회석 등과 함께 용광로의 위에서 투입하고 용광로의 하부에는 약 1000 도로 가열된 공기를 불어 넣는다. 가열된 공기는 코크스를 연소시키면서 일산화탄소를 발생시켜 철광석의 산소를 뺏는 환원작용을 하게 된다. 이와 같이 하여 녹은 철분은 다른 성분과 분리된 채 노의 바닥에 고여 선철이 되고 철분 이외의 성분은 비중이 가벼워 위로 뜨게 되는데 이런 찌꺼기를 광재 또는 슬러그라고 한다. 선철은 약 93%의 철과 4%의 탄소를 함유하게 되는데 인성과 가단성이 매우 작아서 구조용강으로 사용할 수 없다.
2) 제강
선철은 탄소의 함유량이 많아 굳고 취성이므로 강도와 인성이 높은 강을 만들기 위해서는 선철의 소함유량을 1.7%이하로 줄이고 인, 황, 규소, 망간 등의 불순물을 제거해야 한다. 그러므로 선철을 산화제와 용제를 제강로 속에 넣고 산화 탈산하여 성분을 조정하여 구조용 강재로 사용가능한 성질을 가진 강을 만든다. 제강법에는 전로법, 평로법, 전기로법이 있는데, 고철을 제강하는 경우는 전기로법이 이용된다.
3) 조괴
제강이 끝나면 용융된 강을 꺼내어 주형에 주입하여 강괴(剛塊 ingot)를 만드는 과정을 조괴라 한다. 강괴는 탈산도가 높은 순으로 킬드강(killed ingot), 세미킬드강(semi-killed ingot), 림드강(rimmed ingot)으로 분류된다. 킬드강은 페로망간, 알루미늄 등을 충분히 넣어서 완전히 탈산하므로 내부에 기포가 거의 없게 된다. 용접성이 좋으며 강도가 높으므로 용접구조용 고강도강은 이 종류에 속한다. 림드강은 탈산정도가 작다. 강괴의 표면은 매끈하나 내부에 기포가 산재해 있어서 용접성이나 강도가 낮다. 40 kgf/mm2급의 보통강은 후판을 제외하고 이 방법으로 제조한다. 세미킬드강은 킬드강과 림드강의 중간 정도의 성질을 갖는다. 40 kgf/mm2 급의 후판이 이 종류에 속한다. 강판이 위의 세 종류중 어느 종류인가 판별하는 방법만으로는 단면을 매크로 사진으로 찍어보는 방법과 화학적 분석을 하는 방법이 있다.
4) 압연
조괴과정을 통하여 얻은 강괴를 압연하여 일정한 형태를 가진 부재로 만든다. 가열 여부에 따라 열간 압연과 냉간 압연으로 나눌 수 있다. 열간압연은 강괴를 1200 도 정도 가열하여 서로 반대방향으로회전하는 롤러사이로 여러 번 통과시키면서 점차 정하여진 형태로 변형시켜 나가는 방법으로 강판, 봉강, 형강 등이 이 방법에 의하여 제조된다. 냉간압연은 얇은 두께의 강판을 상온에서 프레스로 찍거나 롤러에 통과시켜 형태를 변형시키는 방법이다. 경량형강이 냉간압연에 의해 제조된다.
2. 전기로 생산 공정
그림 1. 전기로 생산 공정
3. 제조법별 특징
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