탄소 함량과 강의 성질: 탄소 사다리

사다리를 한눈에

탄소 구간	특성	전형적인 용도
극저탄소 — 0.10% 미만	연하고, 성형성이 극히 우수하며, 별도 주의 없이 용접 가능	심가공용 강판, 띠강, 선재, 리벳; 극저탄소강(IF강)은 이 구간의 최하단에 위치
저탄소 — 0.10–0.25%	용접 가능한 구조용 주력 구간: 연성이 좋고, 강도는 중간 수준이며, 경화 반응은 제한적	구조용 형강과 강판(S235–S355 영역), 파이프, 일반 제작
중탄소 — 0.25–0.60%	담금질과 템퍼링에 강하게 반응; 기계용 구간	샤프트, 기어, 차축: 약 0.45%의 C45/1045, 약 0.40%의 4140
고탄소 — 0.60–1.00%	스프링, 마모 부품, 절삭날; 용접은 전문적인 절차가 됨	스프링강(대략 0.5–0.8%), 레일강, 와이어 로프, 칼
초고탄소 — 1.00% 초과	탄화물량 최대, 담금질 그대로의 경도 최대; 세심한 템퍼링 없이는 취성	공구강과 금형강(D2는 약 1.5%를 함유), 줄, 약 1.0%의 베어링 궤도

탄소가 좌우하는 것

경도 상한. 탄소는 완전히 담금질했을 때 강이 도달할 수 있는 최대 경도를 정합니다. 이 관계는 처음에는 가파르다가 이후 포화됩니다. 탄소 약 0.20%인 강은 기껏해야 대략 45 HRC에 도달하는 반면, 탄소 약 0.60%인 강은 60대 중반의 HRC에 도달할 수 있습니다. 대략 0.6–0.8%를 넘어서면, 추가 탄소는 더 높은 경도보다는 내마모성 탄화물을 더합니다.

경화 깊이는 다른 문제입니다. 그 경도가 얼마나 깊이 침투하는지, 즉 경화능은 탄소가 아니라 망간, 크롬, 몰리브덴 또는 미량의 붕소로 사들이는 것입니다. 둘을 혼동하는 것은 전형적인 규격 오류입니다. 고탄소 일반강도 두꺼운 단면에서는 표면 아래 수 밀리미터 지점에서 여전히 연해질 수 있습니다.

용접성은 반대 방향으로 움직입니다. 탄소가 증가하면 열영향부는 더 단단해지고 균열이 생기기 쉬워집니다. 업계는 이를 탄소당량으로 표현하는데, 가장 흔한 것은 IIW 식 CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15입니다. CE가 낮은 강은 자유롭게 용접할 수 있습니다. CE가 대략 0.40–0.45 위로 오르면 예열, 입열 관리, 저수소 용접 절차가 필요해집니다. 구조용 강종이 탄소를 저탄소 구간 안에 충분히 들어오도록 상한을 정하는 이유가 바로 이것입니다.

인성과 연성은 사다리를 오를수록 꾸준히 감소합니다. 주어진 강도에서 연신율과 충격 에너지는 저탄소 구간에서 가장 높고, 고탄소강은 템퍼링으로 되사야 하는 취성과 맞바꿔 경도를 얻습니다.

어느 칸을 선택할 것인가

실무 규칙은 용도가 소비하는 양보다 더 많은 탄소를 사지 않는 것입니다. 용접 구조물은 낮은 구간에 머물고, 관통 경화와 템퍼링을 거칠 부품은 중탄소 구간에 살며, 마모나 날의 수명으로 대가를 치르는 부품, 즉 스프링, 레일, 공구만이 높은 칸과 그 제작 비용을 정당화합니다. 강종명은 종종 답을 몰래 담고 있습니다. C45, 1045, S45C와 같은 명칭에서 숫자는 백분율의 백분의 일 단위로 표시한 공칭 탄소량입니다.