취성 (청열취성, 적열취성, 뜨임취성, 저온취성, 상온취성)

1. 청열취성

   철은 200~300'c에서 상온일때 보다 인장강도와 경도는 크고 인성이 저하하는 특성을 갖는다. 탄소강 중의 인(P)이 Fe과 결합하여 인화철(Fe3P)을 만들어 입자를 조대화시키고 결정립계에 편석되므로 연신율을 감소시키고 충격치가 낮아지는 청열취성의 원인이 된다. 이때 강의 표면이 청색의 산화막으로 푸르게 보인다.

 

2. 적열취성

   강속의 황(S)의 영향으로 일반적으로 망간(Mn)과 결합하여 황화망간(MnS)이 되어 존재하지만, S의 함유량이 과잉할 때 또는 Mn의 함유량이 부족할때 황은 철과 결합하여 황화철(FeS)을 형성하는데 황화철은 결정립계에 그물모양으로 석출되어 매우 취약하고 낮은 온도에서는 고체상태로 존재하다가 쇠가 빨갛게 될 정도로 가열되면 녹아서 아래 그림 (b)와 같이 액체 상태로 존재한다. 이때 빨갛게 가열된 강을 그림(c)와 같이 힘을 가하면 결정립들이 미끄러지듯이 이동하면서 순간적으로 파괴된다. 즉 매우 유해하며 적열상태에서는 강을 취약하게 한다. 따라서 모든 강 속에는 황의 양이 적을수록 좋고 0.05%이하가 되도록 규격으로 정해져 있다.

적열취성이 생기는 과정

3. 뜨임취성 

   담금질한 강을 어느 온도 구역에서 뜨임하면 충격치가 급격히 감소하는 현상을 뜨임취성이라 한다. 300'c 부근에서 일어나는 저온 뜨임 취성과 500'c 부근에서 일어나는 고온 뜨임 취성이 있다. 뜨임취성의 원인은 아직까지 확실하지는 않다.

저온 뜨임 취성을 방지하기 위해 200~400'c 사이에서는 뜨임 처리하지 않는다. 

아래 그림 (b)와 같이 Ni-Cr강의 뜨임 온도가 높아짐에 따라 충격치가 증가하나 450'c에서부터 충격치가 감소하여 500~550'c 부근에서 충격치가 최소가 되고 이 이상의 온도에서 뜨임하면 충격치가 급증한다. 이와 같은 현상을 고온 뜨임 취성이라 하고 일반적으로 뜨임 취성이라 하면 이 고온 뜨임 취성을 말한다. 고온 뜨임 취성을 방지하는 방법은 고온 뜨임 취성이 일어나는 온도 구역(Ni-Cr강은 500~600'c)에서 가열하지 말고 이 이하 또는 이상의 온도로 가열하고 냉각할 때도 급냉한다. 그러나 매우 큰 강재를 급냉하면 표면은 급냉되어도 중심 부분은 냉각 속도가 늦어지기 때문에 고온 뜨임 취성을 피할 수 없다. 이런 경우엔 몰리브덴(Mo)을 함유한 강을 사용하면 방지할 수 있다.

뜨임취성

4. 저온취성

   금속재료의 강도와 경도는 온도가 저하됨에 따라 서서히 증가하지만, 어느 온도 이하에서 급격하게 취약하여 파괴되기 쉽게 되는 일이 있다. 이 취화현상을 저온 취성이라 하고 주로 체심입방금속에서 볼 수 있으며 이 연성 취성 천이온도를 될수 있으면 낮추는 것이 좋다. 

5. 상온취성

   탄소강은 온도가 상온 이하로 내려가면 강도와 경도가 증가되나 충격값은 크게 감소된다. 특히 인(P)을 함유한 탄소강은 인에 의해 인화철(Fe3P)을 만들어 결정립계에 편석하여 충격값을 감소시키고 냉간가공시 균열을 가져온다. 따라서 강속의 인의 함유량도 적을수록 좋고 0.05% 이하로 관리되도록 규정되어 있다.

인화철의 영향