1. 조선 재료
기계, 전기, 철 강 및 조선 등 여러 공업에 사용되는 재료에는 특정한 재료가 많이 사용된다. 따라서 일정한 기준을 정하고 성분이나 성능을 규격화하면, 공업 전체로서 매우 유리해진다. 제조자는 가격이 싸지며 기술 향상을 얻을 수 있다. 또한 사용자는 품질 보증을 얻을 수 있고, 어디서나 제품 교환이 가능해진다. 규격의 통일화는 오래전부터 시도되고 있으며, 한국에는 KS(Korean Standard), 국제적으로는 ISO(International Standardization Organization)이 있으며, 각 국에도 각각의 공업규격이 있다.
2. 조선 재료 종류(특수강)
철강재료는 강선을 만드는 재료로 강도, 경도, 전연성 등 기계적 성질이 다른 금속 재료에 비해 훌륭하고, 열처리에 의해 성질을 적절히 조정할 수 있고, 가격도 저렴하여 많이 사용된다. 탄소, 규소, 망간, 인, 황 등의 함량에 따라 다르고 강, 철강, 단강, 주철 등으로 나누어진다. 강철은 여러 분류를 할 수가 있다. 탈산법에 의한 분류로는 킬드강(kelled steel), 림드 강(rimmed steel), 세미 킬드강(semi-killed steel)이 있다. 제강할 때 용강 중의 산소를 탈산제 Mn, Si, Al 등을 첨가하여 환원시키는데 탈산의 정도에 따라 구분할 수 있다. 선체구조의 주요부에는 킬드강, 세미 킬드강이 사용된다. 구조용 강재의 분류는 편의 상하며 명확한 구별이 있는 것은 아니다. 탄소의 함량에 의하여 일반적으로 강하고, 부드러움이 좌우되고 인장강도나 연신율, 기계적 성질 등에 일정한 관계가 있다. 선체구조용 특수강은 강철에다 일정량 이상의 특수 원소를 첨가하면 탄소강과는 다른 성질의 특수강(special steel)이 얻어진다. 일반구조용, 스프링용, 베어링용, 공구용 등 용도에 따라 여러 가지로 분류한다. 선체구조용 특수강에는 고장력강 (high tension steel)이 있는데 연강에 비하여 높은 강으로 강도가 50kg/mm2 이상의 것을 총칭한다. 고장력강을 사용하면 구조 재료의 치수가 경감되므로 선체 중량이 가벼워진다. 강선 규칙에서는 이에 대한 화학성분과 기계적 성질을 규정하고 있다. 탄소강의 성질은 탄소 함량이 1.0%를 넘으면 경도가 증가하고 인장강도는 감소하고, 일반적으로 철과 강철은 200~300℃에서 인장 강도와 경도가 최대로 되며, 연신율과 단면 수축률 reduction of area은 최소가 된다. 탄소 이외의 원소가 주는 기계적 성질로는 Mn, Si, P, S, Cu 등이 기계적 성질에 큰 영향을 준다. 망간(Mn)은 선철 중에 함유되어 있지만 강철 제조 시 탈산제로 첨가되므로 0.2~0.8% 정도를 함유. 강철 중에 녹아있으며, 나머지는 S와 결합해서 MnS로 남는다. 강철의 점성을 증가시키고 고온 가공을 쉽게 할 수 있게 한다. 고온에서 결정의 성장, 거칠어지는 것을 감소시킨다. 규소(Si)는 결정립의 크기를 증가시키고 소성을 낮게 한다. 보통 0.35% 이하이므로 그 영향은 거의 없다. 인(P)은 일부는 인화 철(Fe3P)을3 만들고, 일부는 철 중에 용해하여 결정립을 거칠게 하며 경도와 인장 강도를 다소 높이며, 연신율을 감소시키고, 상온에서 충격 값을 감소시켜 가공할 때 균일을 일으키기 쉽게 한다. 상온 취성의 원인이 된다. 황(S)은 MnS로 존재하며, Slag의 일종으로 회색의 작은 구상을 띰 비중이 작아 용강의 표면에 떠올라 제거되나 일부 남는데 일부분에 많이 편절 할 경우 강제의 약점이 되어 파괴의 원인이 되기 쉽다. 구리(Cu)는 극소량일 경우 철에 고용된다. 탄소 함유량이 높을수록 적다. Ni과 비슷한 영향을 미치고, 인장 강도와 탄성 한도를 높이며 부식에 대한 저항을 증가시킨다. 0.5% 이하일 경우 별로 유해하지 않으나 0.25% 이하이면 열간 가공성에는 영향이 없으나 냉간 가공성과 단접 성을 해친다.
3. 조선 재료 종류(주강, 단강재, 주철)
주강(cast steel)은 강철을 주형에 주입한다. 주강은 주철에 비하여 융점이 매우 높으며 (1600℃정도) 유동성이 떨어지며 수축이 크다. 제작 시 많은 기술이 필요하다. 강도를 필요로 하고 형상이 복잡한 선미 골재, 축 브라킷, 선미관, 타두재, 주기관본체에 사용된다. 용접성이 양호하여 연강재와 같이 용접이 가능하다. 단강재(forged steel)는 강괴를 hammer로 많이 때려서 필요한 형상을 만든다. 강도, 인성 등이 주강보다 크고 타주, (rudder arm), 방형 용골(bar keel), 의장품, 기관용 축 등 큰 힘이 걸리는 부분에 사용된다. 최근 용접기술이 발달하여 압연 강재로 복잡하고 강고한 구조물을 만들기가 쉬우므로, 값이 비싸고 중량이 무거운 주강품이나 단강품의 사용은 현저히 줄고 있다. 주철(cast iron)은 강철에 비하여 비교적 다량의 규소를 함유하고, 탄소의 함유량이 2.0% 이상의 주물에 의하여 제조된 철재이다. 선철과고철, 여러 종류의 합금철을 적당히 혼합하여 용선로나 전기로, 도가니로 등에 넣어 용해하고, 성분을 조정하여 주물로 만든 것이다. 공업용으로 사용되는 주철은 탄소 함유량이 2.5% ~ 4.0%, 기타 원소 등을 첨가하여 경도, 인장과 압축 강도, 신장률 등의 기계적 성질을 조절한다. 주철은 우수한 주조성, 내식성, 내마모성 등의 특성을 갖고 있어 열작용을 받는 기관 부분이나 큰 마찰을 받는 부분 등에 많이 사용된다. 각종 기계류, fair leader, bollard, mooring pipe, winch 등의 여러 의장품에 사용한다. 보통 주철, 고급 주철, 합금주철, 가단주철 등등있다. 그중 몇개를 살펴보자면 아래와 같다. 보통 주철은 C, Si, P을 많이 함유된다. 값이 싸고 주조하기 쉬우나, 기계적인 강도가 불충분하며 고온에서 불안정한 결함을 갖는다. 고급 주철은 강력하고 내마모성이 좋은 주철. 연성과 인성이 크며, 살 두께의 차에 의한 성질 변화가 아주 작은 특징을 갖는다. Piston ring에 가장 적합하다. 합금 주철은 내식, 내열, 내마모. 기계 구조용 합금 주철, 내마모용 합금 주철, 내열 주철, 내산 주철 등으로 분류한다.
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