“엘리베이터에 적용되는 금속의 성질과 종류”에 대한 연구2005년 5월 31일- 목 차 -1. 개 요 ---------------------------------------------12. 철금속의 분류 --------------------------------------- 12-1. 탄소강 ------------------------------------- 12-2. 스테인리스강 ---------------------------------42-3. 주 철 -------------------------------------- 73. 비철금속의 분류 ------------------------------------- 73-1. 알루미늄------------------------------------ 73-2. 납----------------------------------------- 83-3. 아연---------------------------------------- 83-4. 주석---------------------------------------- 94. 의견---------------------------------------------- 95. 향후 과제 ------------------------------------------ 10부록 ------------------------------------------------111) 탄소강의 표준조직------------------------------------112) 알루미늄 합금의 종류별 특성----------------------------141. 개요엘리베이터에 적용되는 금속은 대표적으로 철금속과 비철금속으로 나눌 수 있다. 철금속은 그 기계적, 물리적, 화학적 성질이 광범위하여 엘리베이터를 구성하는 기계요소의 70~85%를 구성할 정도로 모든 금속 중에서 가장 많이 이용되고 있다. 그리고 비철금속은 철금속에 비하여 비싸지만 많은 기계적, 물리적, 화학적 특성 때문에 엘리베이터에서 중요한 역는 엘리베이터를 제작하는데 기초적인 재료가 되는 철 금속과 비철금속의 종류와 성질을 알아봄으로써 설계자의 금속에 대한 이해를 높이고, 그와 동시에 향후 엘리베이터 설계시에 그 목적에 적합한 금속의 선택함으로써 기계적, 물리적, 화학적으로 우수한 설계를 하기 위한 자료를 작성하는데 목적이 있다.2. 철금속의 분류철금속은 철을 기본금속으로 하고, 탄소강, 스테인리스강, 공구 및 다이강, 주철, 주강 등이 있으며 그 중에서도 엘리베이터에는 탄소강, 스테인리스강, 주철 등이 주로 사용된다.2-1. 탄소강경화가 가능한 보통탄소강은 탄소함량에 따라서 다음과 같이 분류한다. (1) 0.10～0.25% C인 低탄소강 (2) 0.25～0.55% C인 中탄소강 (3) 0.55～1.00% C인 高탄소강(1) 0.10～0.25% C인 低탄소강이 부류의 강은 열처리가 불가능한 0.06～0.10% C 저탄소강에 비하여 강도와 경도는 증가되고 냉간성형성은 감소한다. 이러한 강은 강도를 증가시키기 위하여 퀜칭) 및 템퍼링)을 할 수는 있지만 일반적으로 경제적인 방법은 아니다. 열처리하기 위해서는 이 강을 침탄 하거나 표면경화 시키는 방법이 있다. 침탄용으로는 단면이 엷을 때는 AISI 1022 및 1024 강을 사용한다. 이러한 저탄소강은 강도가 낮고 무르며 가공하기가 쉬워 철판, 철근, 철사 등에 쓰인다. 저탄소강은 극연강과 연강으로 다시 나눌 수 있다.①극연강(C=0.02～0.12%) : 극연강 0.12% 이하의 C인 것은 극연강 또는 초연강에 속하며, 순철(pure iron)에 가깝다. 대단히 연하므로 가공에 적합하며, ingot로부터 얇은 판으로 압연하여 양은, 압연 철판 가구, 함석 철관 통조림, 드럼(drum)통, 자동차의 외곽 강판 등에 사용된다.②연강(C=0.12～0.20 %)㉠구조용 연강 : 연강(mild steeI)과 반연강(semi-mild steeI) 은 보통 압연 강재가 대부분인데, 전로 또는 염기성 평로에서 만든다. 제련과 가공이 쉽고, 상당한 강도와 점성이 있으건축, 철도, 조선, 토목, 교량 등에 사용된다.㉡탄소표면경화강 : 표면 경화용에 사용되는 연강은 0.08～0.l8%C, 0.35% 이하의 Si, 0.6% 이하의 Mn, 0.04% 이하의 P 및 S이다. 연하고 점성이 있으나, 그대로는 경화하지 않으므로 경도가 낮다. 이것은 표면에 침탄한 다음 담금질하여 사용한다.㉢강관 : 강관에 쓰이는 연강은 여러 가지 면에서 사용된다. 즉, 수도 및 가스관, 보일러관, 굴착용 유정관, 지하 매설용 전선 보호관, 가스 송수관, 하수도관, 항공기, 선박용관 등에 쓰인다.(2) 0.25～0.55% C인 中탄소강중탄소강인 보통탄소강은 탄소함량이 많기 때문에 일반적으로 퀜칭 및 템퍼링에 의해서 경화시킨다. 이 강은 보통 킬드강으로 생산된다. 퀜칭제와 온도를 적당히 선택하여 넓은 범위의 기계적 성질을 얻을 수 있다. 단면치수가 비교적 작거나 또는 열처리 후의 요구되는 성질이 그다지 높지 않은 때는 기름 퀜칭이 균열 문제를 없애고 뒤틀림 현상을 감소시킬 수 있어 물퀜칭 대신 기름퀜칭을 이용한다. 탄소함유량이 0.25 - 0.55%정도인 중단소강은 저탄소강 보다 강도와 경도가 커서, 볼트 등의 기계 부품, 구조용 재료 등에 쓰인다. 또한 중탄소강은 반연강과 반경강으로 분류할 수 있다.①반연강(C=0.20～0.30%) : 반연강과 연강은 보통 강재로서, 건축, 조선, 교량, 기계 부품에 사용된다.②반경강(C=0.30～0.40%) : 반경강은 평로 및 전기로에서 만들며, 상당히 경도가 높다. 고온, 상온 등에서 다소 가공하기가 어렵다. 따라서 경도를 필요로 하는 내마멸부에 사용된다. 즉, 축, 스프링, 강력볼트, 너트 등에 사용된다. 압연품은 고온에서 압연한 것을 공기 중에서 냉각하여 사용하고, 단조한 주요부분은 800～830℃에서 기름 중에 담금질한 후 450～600℃에서 뜨임을 하여 소르바이트 조직으로 하여 사용한다.(3) 0.55～1.00% C인 高탄소강이 부류의 강은 생산비가 비싸고 성형성과 용접서이 나쁘므로 그 용도는 중탄소강보다 도를 얻기에 필요한 탄소함량 보다도 많은 탄소를 함유하며, 따라서 중탄소강보다 연성이 낮다. 이 강의 최대 인장강도는 63~151 ㎏/㎟ 범위이고 연신율은 9~25% 범위이다. 대부분의 경우 고탄소강은 기름퀜칭 및 템퍼링함으로써 열처리를 하며 단면이 두껍거나 cutting edge등이 필요할 때만 물퀜칭 한다. 강도가 크고 단단하여, 칼, 끌, 대팻날 등의 공구, 레일 등에 쓰인다. 그리고 고탄소강은 경강과 최경강으로 나눌 수 있다.①경강(C=0.40～0.50 %)㉠구조용 경강 : 평로나 전기로에서 제조한다. 구조용 경강은 탄소 함유량이 많으며, 강도와 내마멸성을 동시에 요하는 부분에 사용된다. 즉, 차축, 각종 롤러, 내연 기관의 크랭크축, 철도용 바퀴, 스프링 등의 재료로 사용된다.㉡레일 및 철도 외륜의 경강 : 레일과 외륜은 평로, 전로강 중에서 포함한 것이다 (C=0.35～0.6%). 레일과 외륜은 달리는 중에 하중을 받으므로 경도와 인성이 있고, 마멸이 작은 것이 필요하다.②최경강 (C=0.5～0.70%) : 최경강(superhard steel)은 구조용 기계 부품으로 담금질 및 뜨임 등 열처리를 하여 요구하는 조직으로 만들어 강력하게 하고, 내마멸성이 요구되는 부분에 사용한다. 즉, 키, 와셔, 축, 클러치, 스프링 등에 사용된다.2-2. 스테인리스강스테인리스강이란 일반적으로 화학적 성분 측면에서 크롬 성분이 최소 12%이상 함유되고, 표면 특성 측면에서 크롬 산화물을 주성분으로 하는 매우 얇고 치밀한 산화막이 표면에 존재하는 것을 특징으로 하는 강이다. 알루미늄의 표면에 알루미늄 산화물이 형성되어 부식을 억제하는 경우와 유사하게 대기 분위기에서 자연 발생적으로 형성된 크롬 산화물 막은 주위 환경으로부터 화학반응을 억제시켜 내식성을 향상시키는 역할을 하며 이와 같이 표면에 안정한 피막 형성하는 것을 부동태화)라고 부른다. 녹이 슬지 않는다는 의미인 stainless라는 형용사는 일반적으로 용어이면서 동시에 상대적인 개념으로 사용된다. 즉 철에 크롬이태인 산화막의 형성에 의해 일반적으로 철의 내식성과 내산화성이 증진된다. 그러나 부식환경에 따라서 크롬 함량이 높은 것이 부적절한 경우가 있으므로 부식환경에 따른 스테인리스강 종 선택에 주의가 필요하며, 화학 성분이 열처리와 내식성에 미치는 영향을 이해하는 것은 중요하다.또 스테인리스강에 니켈(Ni)을 첨가하면 중성 또는 약산성 매체에서의 내식성이 향상되는데 값이 비싸진다. 그리고 몰리브덴(Mo)을 첨가한 스테인리스강은 염소이온이 존재하는 곳에서의 내식성을 증가시키며, 한편 알루미늄(Al)을 첨가한 것은 고온에서 내산화성을 향상시킨다.스테인리스강은 1900년대 초기에 개발되었고 순수성의 정도는 각종 정련기술에 의해 조절된다. 스테인리스강은 다양한 형상으로 생산되는데 엘리베이터에서의 전형적인 용도는 CAR WALL, JAMB, CEILING, TRANSOM, COLUMN, DOOR 등의 외장판에 주로 사용된다.⊙ 스테인리스강의 종류: 스테인리스강은 일반적으로 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계, 석출경화계, 이중구조계 등의 5가지로 분류할 수 있다. 그중에서도 엘리베이터에 주로 사용되는 스테인리스강은 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계이다.(1)페라이트 스테인리스강페라이트형 스테인리스강은 12~30%Cr을 함유하는 Fe-Cr계 합금이다. 일반적인 열처리상태에서 조직이 페라이트이므로 페라이트형이라고 한다. 이 합금은 주로 특수한 내식성과 내열성이 요구되는 일반 구조용 재료 및 강도, 용접성이 그다지 중요하지 않은 부품 등에 사용된다. 이 강은 특히 합금원소로써 니켈(Ni)이 필요 없으므로 싼값으로도 니켈을 함유한 스테인리스강과 같은 정도의 내식성을 가지고 있어 . 그러나 이 강은 연성)이 나쁘며 용접성이 좋지 않으므로 그 용도가 더욱 제한된다.당사에서는 오스테나이트계의 대표적 제품인 SUS 304를 대신하여 값이 저렴한 페라이트형 스테인리스강인 SUS 439가 CAR WALL, DOOR 등에 사용되고 있는 실정이다.아래표는 주요 페라이트 스테인리스강o409
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