[쉽게 배우는 철강용어] 내열강(Heat Resisting Steel)

송고 2013.08.24 06:00 | 수정 2013.08.23 16:11
문은혜 기자 (mooneh@ebn.co.kr)

철강업종을 영위하는 사람들에게는 상식적이며 이미 익숙한 용어들을 일반인들은 의외로 잘 모르는 경우가 많다. EBN은 매주 생활 속에서 접하지만 헷갈리는 철강용어와 개념들을 누구나 알기 쉽게 정리한다.<편집자주>

내열강 롤러. ⓒ한영산업

내열강이란 말 그대로 ‘열에 견디는 철’이다. 350℃ 이상의 고온에도 안정적으로 잘 견딜 수 있는 고합금강을 내열강이라 일컫는다.

고온의 환경에서 견디기 위해서는 경도, 마모성, 파단강도 등의 기계적인 성질과 더불어 온도변화에 따라 재료가 잘 늘어나지 않는 물리적 성질이 요구된다. 또한 고온의 대기∙가스 등의 환경에서도 산화가 일어나지 않는 내식성이 필요하다.

이러한 요구들을 충족시키기 위해서 내열강에는 여러 가지 합금원소들이 투입되는데, 이 경우 상대적으로 소재의 가공성이나 주조성, 단조성 등이 나빠져 부품으로 제작하기 어려워질 수 있다.

이종민 포스코 경영연구소 연구위원은 “사용 목적에 따라 적합한 성능을 지닌 내열강을 만드는 노하우가 내열강 제조의 핵심 기술”이라고 말했다.

강이 고온에서 내산화 성질을 갖게 하기 위해서는 알루미늄이나 규소, 크롬 등의 원소들을 첨가하면 되지만 알루미늄과 규소는 가공하기가 어려운 단점이 있다.

이 때문에 크롬은 내열강 합금 원소 가운데 가장 중요한 원소로 꼽힌다. 크롬은 안정적으로 산화 피막을 형성해 내산화 성질을 높이는 역할을 하며, 온도가 올라갈수록 크롬의 함유량 또한 증가한다. 주로 사용되는 내열강의 크롬 함유량은 15~30% 정도다.

또한 니켈은 내열강의 인성(toughness)을 향상시키고, 몰리브덴과 텅스텐은 고온강도를 높이는 역할을 한다.

포스코 경영연구소에 따르면, 내열강은 온도나 화학 성분 등 용도에 따라 여러 강종으로 구분할 수 있다.

예를 들면 보일러와 같은 보온기기 등에 사용되는 합금강은 350~650℃ 정도에서 사용되는 강종으로 일반 스테인리스강으로 구분한다.

또한 내열기관의 밸브 및 배기 터빈의 연소실 등 750~1150℃의 고온에서 사용되는 강종은 고Si-Cr계와 고Cr-Ni계, 크롬·니켈·코발트를 각각 20% 함유하고 있는 Cr- Ni-Co계 등이 있다.

아울러 사용 환경이 1150℃ 이상의 초고온이면 첨가되는 합금 원소의 비율이 50%를 넘어가기도 하는데, 이 경우에는 초내열합금이나 내열합금, 초합금으로 분류된다. 초내열합금이 주로 많이 사용되는 제품은 제트 엔진 등이다.

이종민 연구위원은 “고급 내열강과 내열합금 분야는 일부 선진 특수강 업체가 독점적으로 생산하고 있는데, 부가가치가 매우 높은 분야여서 적용범위가 확대되는 등 많은 철강사의 기술개발 목표로 부상하고 있다”고 설명했다.

내열강은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 보일러부터 시작해 제트엔진에 이르기까지 다양한 곳에서 사용되고 있다.

가장 간단하게는 전기장판이나 히터 등 전열기에 들어가는 니크롬선과 같이 직접 발열하는 부품이나, 보일러와 같이 고온·고압물질을 다루는 각종 설비 장치용 소재에 쓰인다.

또한 자동차나 선박, 항공기 등 엔진내부의 연료 연소과정에서 생기는 뜨거운 열을 이겨내기 위한 밸브용 소재로 쓰이기도 하며, 가스터빈, 제트엔진 등과 같이 가동시 고열이 발생하는 장치의 소재로 내열강을 사용한다.

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