탄소강이란? 탄소함량에 따른 탄소강의 분류와 용도는?

탄소강이란? Carbon Steel

탄소강(Carbon Steel)은 철(Fe)을 주성분으로 하고, 탄소(C)를 0.02~2.14% 함유한 합금강으로, 탄소 함량에 따라 물리적 특성이 크게 달라집니다. 탄소 함량이 증가하면 강도와 경도가 높아지는 반면, 연성과 인성은 감소하는 경향을 보입니다. 저탄소강은 가공성과 용접성이 뛰어나고 중간 정도의 강도를 지니며, 고탄소강은 내마모성과 경도가 우수하지만 가공이 어렵고 취성이 증가합니다. 또한, 탄소강은 열처리를 통해 경도, 강도, 연성을 조절할 수 있어 다양한 요구에 맞게 활용됩니다.

탄소강은 구조물, 자동차 부품, 기계 공구, 철도 레일, 칼, 톱날 등 폭넓은 용도로 사용됩니다. 저탄소강은 철근, 차체, 파이프 등에 적합하며, 고탄소강은 스프링, 공구, 내마모성이 요구되는 부품에 활용됩니다.

스테인리스강이나 합금강에 비해 탄소강은 경제적이고 범용성이 높지만, 부식에 취약하여 방청 처리가 필요합니다. 내식성과 강도가 중요한 환경에서는 스테인리스강이나 특수 합금강이 더 적합하며, 탄소강은 경제성과 가공성, 강도를 중시하는 분야에서 최적의 선택이 됩니다.

탄소함량과 탄소강의 분류

저탄소강 (Low Carbon Steel, 연강)

탄소 함량이 0.02~0.25%로 낮아 연성과 용접성이 뛰어나며, 가공성이 우수합니다. 강도는 비교적 낮지만 변형이 쉬워 다양한 형태로 성형할 수 있습니다. 이로 인해 자동차 차체, 철근, 파이프, 철사, 가전제품 등의 제조에 널리 사용됩니다. 저탄소강은 내식성이 떨어지므로 녹 방지를 위한 도장이나 도금 처리가 필요합니다.

중탄소강 (Medium Carbon Steel)

탄소 함량이 0.25~0.60%로, 저탄소강에 비해 강도와 경도가 높아지고, 탄소 함량에 따라 열처리 효과가 뛰어납니다. 내마모성과 내충격성이 필요한 구조물이나 부품 제작에 적합하며, 주요 용도로는 기어, 축(shaft), 크랭크샤프트, 철도 레일, 볼트, 나사 등이 있습니다. 중탄소강은 열처리와 담금질(퀜칭) 후 적절한 인성을 유지할 수 있어 기계적 응력이 큰 부품에 자주 사용됩니다.

고탄소강 (High Carbon Steel)

탄소 함량이 0.60~2.14%로 높아 매우 단단하고 내마모성이 뛰어나지만, 연성과 인성이 낮아 취성이 증가합니다. 열처리를 통해 높은 경도와 강도를 제공하며, 절단력과 내구성이 요구되는 도구 제작에 적합합니다. 주요 용도로는 칼, 톱날, 스프링, 공구(드릴, 체인), 베어링, 와이어 로프 등이 있습니다. 고탄소강은 가공이 어렵고 충격에 약하기 때문에 특수한 열처리와 표면 처리를 통해 성능을 개선하기도 합니다.

탄소강과 열처리

탄소 함량의 중요성 : 탄소 함량이 증가할수록 강도와 경도가 높아지지만, 연성과 인성이 감소하므로 용도에 따라 적절한 탄소 함량을 선택하는 것이 중요합니다.

내식성 한계 : 탄소강은 녹이 쉽게 발생하므로 부식 방지를 위한 도장, 도금 또는 표면 열처리가 필요합니다.

열처리와 응용 : 탄소강은 열처리(퀜칭, 템퍼링, 어닐링 등)를 통해 물리적 특성을 조절할 수 있어 다양한 산업에서 유연하게 활용됩니다.

탄소강의 기본 열처리 과정과 실제 금속의 특성 변화 과정 유튜브 보러가기