제품설계 및 제조: 금속재료와 주조공정

문서 내 토픽

1. 철강재료 및 합금

강은 탄소 0.02~2.11%를 함유한 철 합금으로 일반강과 특수강으로 분류된다. 탄소 함유량 증가에 따라 강도, 경도, 취성이 증가하고 연성, 인성이 감소한다. 특수강은 Cr, Mn, Mo, Ni, V, W, Co 등의 합금원소를 5% 미만 함유하여 경도, 강도, 내마모성을 향상시킨다. 스테인리스강은 부식 방지를 목적으로 Cr 15% 이상을 함유하며, 일반적으로 Cr 18%/Ni 8% 조성이 가장 흔하다. 공구강은 높은 강도와 경도가 요구되는 절삭공구와 금형에 사용된다.
2. 제강공정

제강공정은 크게 전로(BOF)와 전기로(EF)로 나뉜다. 전로는 용융철 투입 시 생산로의 방향을 전환하여 공정을 진행한다. 전기로는 양극과 음극이 맞닿은 전극 사이에 전기를 가했다 끊으면 발생하는 전기 아크의 열을 이용하는 생산공정이다. 제선공정에서는 제선용 고로의 철 용융온도가 1539도씨이며, 이 이상의 온도의 가스를 하단에서 투입한다.
3. 주조공정

잉곳 주조공정은 주형 속에 용강을 부어 응고시키는 과정을 반복하는 단속적 생산공정이다. 연속 주조공정은 래들에 담긴 용강을 연속적으로 공급하고 급속 냉각시켜 슬랩, 블룸, 빌릿 등의 중간 소재를 만드는 연속적 생산공정이다. 길게 나오는 공정물은 끝 부분의 절단 토치에 의해 절단 가공된다.
4. 비철금속 및 경금속

알루미늄(비중 2.7), 마그네슘(비중 1.74)은 철(비중 7.87)보다 가벼운 경금속이다. 알루미늄은 전기 전도성과 열 전도성이 높고 질량이 작아야 하는 제품에 많이 사용된다. 두랄루민(Al-Cu 합금)은 가볍고 강도가 우수하여 항공기와 자동차 부품에 사용된다. 마그네슘은 구조용 재료 중 가장 가벼우나 순수상태에서는 매우 연하므로 합금과 열처리를 통해 강도를 향상시킨다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 철강재료 및 합금

철강재료 및 합금은 현대 산업의 기초를 이루는 핵심 소재입니다. 탄소강, 합금강, 스테인리스강 등 다양한 종류의 철강재료는 각각의 특성에 따라 건설, 자동차, 기계, 에너지 등 광범위한 분야에서 활용됩니다. 특히 합금원소의 첨가를 통해 강도, 인성, 내식성 등의 성능을 향상시킬 수 있다는 점이 철강재료의 큰 장점입니다. 앞으로 환경친화적이고 고성능의 신소재 개발이 지속되어야 하며, 재활용 기술의 발전도 중요한 과제입니다.
2. 제강공정

제강공정은 철광석으로부터 고품질의 강을 생산하는 필수적인 과정입니다. 고로에서 선철을 생산한 후 전로나 전기로에서 제강하는 방식이 주로 사용되고 있습니다. 제강공정의 효율성과 품질은 산업 경쟁력에 직결되므로, 자동화 및 디지털화 기술의 도입이 매우 중요합니다. 또한 환경오염 저감과 에너지 효율 개선을 위한 지속적인 기술혁신이 필요하며, 이는 산업의 지속가능한 발전을 위한 필수요소입니다.
3. 주조공정

주조공정은 금속을 녹여 원하는 형태의 제품을 만드는 전통적이면서도 중요한 제조기술입니다. 모래주조, 금형주조, 정밀주조 등 다양한 방식이 있으며, 각 방식은 제품의 특성과 요구사항에 따라 선택됩니다. 주조공정의 품질은 최종 제품의 성능에 큰 영향을 미치므로, 공정 제어와 품질관리가 매우 중요합니다. 현대에는 3D 프린팅 등 첨단기술과의 융합을 통해 더욱 정밀하고 효율적인 주조공정 개발이 진행되고 있습니다.
4. 비철금속 및 경금속

비철금속 및 경금속은 철강재료를 보완하는 중요한 소재로서, 알루미늄, 구리, 티타늄, 마그네슘 등이 있습니다. 이들은 가볍고, 내식성이 우수하며, 전기전도성이 좋다는 특징을 가지고 있어 항공우주, 전자, 자동차 등 첨단산업에서 필수적입니다. 특히 경량화 추세에 따라 경금속의 수요가 증가하고 있습니다. 다만 채굴과 정련 과정에서의 환경오염 문제와 높은 생산비용이 과제이며, 재활용 기술 개발과 친환경 생산공정 개선이 향후 중요한 발전방향입니다.

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