탄소강과 스테인리스강을 빠르게 구별하는 방법이 궁금한 적이 있나요? 건설부터 제조에 이르기까지 다양한 분야에서 두 강재의 차이점을 이해하는 것은 매우 중요합니다. 이 글에서는 스파크 테스트, 색상 변화 및 기타 구별 특성에 초점을 맞춰 이 두 가지 유형의 강철을 식별하는 주요 방법을 자세히 살펴봅니다. 이 글을 마치면 탄소강과 스테인리스강을 효과적으로 식별하는 방법을 명확하게 이해하여 프로젝트에 적합한 재료를 선택할 수 있을 것입니다. 이 필수 기술을 배우고 재료 선택 능력을 향상시켜 보세요.
스테인리스 스틸은 연마할 때 스파크가 발생하나요?
예, 스테인리스 스틸은 실제로 연마 작업 중에 불꽃이 발생합니다. 이 현상은 연마 과정에서 탈락되는 미세한 금속 입자가 빠르게 가열되기 때문에 발생합니다. 그라인딩 휠이 스테인리스 스틸 표면에 닿으면 상당한 마찰이 발생하여 이 작은 금속 조각이 1000°C(1832°F)가 넘는 온도에 도달하게 됩니다. 이러한 고온에서 입자는 빠르게 산화되고 가시광선을 방출하여 불꽃으로 나타납니다.
색상, 강도 및 패턴을 포함한 이러한 스파크의 특성은 처리되는 스테인리스강의 특정 등급과 구성에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 오스테나이트 스테인리스강(예: 304, 316)은 일반적으로 붉은 오렌지색을 띠는 더 짧고 많은 스파크를 생성하는 반면, 마르텐사이트 스테인리스강(예: 420, 440C)은 노란색을 띠는 더 길고 밝은 스파크를 생성하는 경우가 많습니다. 그라인딩 휠의 그릿 크기, 회전 속도 및 가해지는 압력과 같은 요인도 스파크 형성에 영향을 미칩니다. 스파크 발생은 스테인리스 스틸 연삭에서 흔히 발생하지만, 작업장 환경의 잠재적 위험을 방지하기 위해 항상 눈 보호 및 스파크 차단을 포함한 적절한 안전 조치를 취해야 한다는 점에 유의할 필요가 있습니다.
강철을 연마 휠에 압력을 가하여 연마하면 연마 작용을 통해 재료가 미세한 입자로 줄어듭니다. 이 입자는 기계적 마찰로 인해 빠르게 가열되고 회전하는 휠의 원심력에 의해 배출됩니다.
가열된 강철 입자가 공기 중의 산소와 접촉하면 급격한 산화를 겪게 됩니다. 이 발열 반응은 강철 입자를 녹는점 근처까지 끌어올리기에 충분한 열을 발생시켜 빛을 발산하게 합니다. 이러한 발광 입자의 궤적은 유선형 경로를 따라 이동하며 특징적인 스파크 패턴을 만들어냅니다.
산화 과정은 입자 표면에 산화철 막(2Fe + O2 → 2FeO)이 형성되는 것으로 시작됩니다. 동시에 입자 내에서 탄화철(Fe3C) 형태로 존재하는 탄소가 고온에서 분해되어 원소 탄소(Fe3C → Fe + C)가 방출됩니다. 이렇게 방출된 탄소는 표면의 산화철과 반응하여 기체 일산화탄소를 생성합니다.
이 반응은 탄소 원자가 표면 산화철을 환원시켜 대기 중 산소와 반응하여 다시 산화되는 순환 과정을 일으킵니다. 동시에 내부 탄소와의 추가 반응을 촉발하여 입자 내에 일산화탄소 가스가 축적됩니다.
내부 가스 압력이 입자 외부 층의 표면 장력을 초과하면 미세 폭발이 발생합니다. 이 현상은 미니어처 불꽃놀이와 유사한 밝은 폭발로 나타납니다. 생성된 작은 입자 내에 잔류 탄소가 남아 있으면 산화-폭발 사이클이 반복되어 2차, 3차, 심지어 4차 폭발로 이어질 수 있습니다. 이 반복적인 과정은 스파크 테스트에서 관찰되는 특징적인 수상돌기 또는 분기 패턴을 만듭니다.
이러한 폭발의 빈도와 강도는 강철의 탄소 함량과 직접적인 상관관계가 있습니다. 탄소강이 높을수록 더 빈번하고 뚜렷한 폭발을 나타내며, 그 결과 분지가 증가하고 "꽃 모양"으로 형성되는 더 복잡한 수상돌기 패턴이 나타납니다. 반대로 저탄소강은 더 적은 수의 가지로 더 단순한 스파크 패턴을 생성합니다.
탄소 함량과 스파크 특성 간의 이러한 관계는 작업장 환경에서 다양한 강종을 식별하는 빠르고 정성적인 방법으로 스파크 테스트의 기초를 형성합니다. 그러나 스파크 테스트는 귀중한 통찰력을 제공할 수 있지만, 정확한 재료 식별 및 특성화를 위해 다른 분석 방법과 함께 사용해야 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
스파크 패턴에는 일반적으로 다양한 부분과 형태가 포함됩니다:
연삭 휠에서 테스트 샘플을 연마할 때 생성되는 모든 불꽃을 총칭하여 파이어 빔이라고 합니다.
파이어 빔은 크게 세 부분으로 나눌 수 있습니다:
연삭 휠에 가장 가까운 파이어 빔을 루트 파이어 빔이라고 합니다.
중간 부분을 중간 파이어 빔이라고 합니다.
연삭 휠에서 가장 멀리 떨어져 있는 파이어 빔의 끝 부분을 테일 파이어 빔이라고 합니다. 그림 12-1을 참조하십시오.
강철을 연마할 때 연마 입자는 빠른 속도로 날아가 유선형이라고 하는 밝은 선을 만듭니다.
유선형의 모양 특성에 따라 그림 12-2와 같이 직선형 유선형, 물결형 유선형, 간헐적 유선형의 세 가지 일반적인 형태가 있습니다.
유선형 중간에 버스트 패턴이 발생합니다.
불꽃놀이에는 수지상 불꽃놀이, 깃털 불꽃놀이, 포엽 불꽃놀이 등 세 가지 일반적인 유형이 있습니다.
나뭇가지 모양의 불꽃은 두 갈래, 세 갈래, 여러 갈래 등 가지의 개수가 많거나 적은 나뭇가지와 비슷합니다.
분할에는 기본 분할, 보조 분할, 다중 분할 등 다양한 수준이 있습니다.
깃털 모양 폭발은 깃털과 유사한 테두리가 있는 강철 폭발의 특수한 형태입니다. 포엽은 유선형 중간에서 발생하는 특수한 확장 형태이며 확장 부분 전후에 파열이 발생합니다.
그림 12-3을 참조하세요. 유선형의 끝에 포엽 꽃이 나타나면 포엽 꽃 꼬리 꽃이라고도 합니다.
유선형이 중간에 터지는 지점을 노드라고 합니다.
어떤 불꽃놀이에는 밝고 통통한 노드가 있는 반면, 어떤 불꽃놀이에는 노드가 뚜렷하지 않습니다.
스파크가 터지면 스트리머를 어닝 라인이라고 합니다.
수지상 불꽃놀이는 대부분의 어닝 라인의 수집 형태로 간주할 수 있습니다.
폭발하는 차양선 사이 또는 유선형 근처에서 점 형태로 불꽃이 발생합니다.
콜리플라워는 비정상적인 형태의 유선형 꼬리입니다.
일반적인 꼬리꽃에는 여우꼬리꽃, 창꼬리꽃, 목련꼬리꽃의 세 가지 종류가 있습니다. 그림 12-4와 같습니다.
그림 12-4 꼬리꽃 형태
전체 불꽃 빔 또는 일부 불꽃의 색상과 밝기입니다.
스파크 식별에 주로 사용되는 도구는 그라인더입니다.
연삭기는 데스크톱 또는 휴대용으로 사용할 수 있습니다.
벤치 그라인더는 강철 샘플과 작은 모양의 부품을 검사하는 데 적합합니다.
휴대용 그라인더는 작업장과 창고에서 강철 배치를 식별하는 데 사용할 수 있습니다.
벤치 그라인더에 사용되는 모터의 출력은 0.5KW이며, 회전 속도는 약 3000RPM입니다.
휴대용 그라인더용 모터의 출력은 0.2KW, 속도는 2800RPM입니다.
과도한 전력과 속도는 스파크가 흩어져 식별에 도움이 되지 않을 수 있습니다.
출력과 속도가 너무 낮으면 텅스텐이 포함된 합금 공구강과 고속강을 연삭하기 어렵고 화염 빔을 생성하지 못할 수도 있습니다.
그라인딩 휠의 입자 크기는 46# 또는 60#(60#가 바람직함), 중간 경도 200mm, 두께는 20~25mm여야 합니다.
휴대용 연삭기용 연삭 휠의 직경은 9020mm일 수 있습니다.
연삭기 및 연삭 휠 입도와 같은 공구를 자주 교체하지 않는 것이 좋습니다.
도구의 성능에 대한 지식과 친숙함이 스파크 식별에 필수적인 요소입니다.
스파크 형태는 그라인더마다 휠 속도와 입자 크기의 변화로 인해 달라질 수 있습니다.
선명도와 원형 연삭 휠의 마찰 표면을 정기적으로 유지하여 일정한 투사력을 보장해야 합니다.
그라인딩 휠이 날카롭지 않으면 유선형이 줄어들 수 있고, 둥글게 유지되지 않으면 강철이 문지르면서 튀어나올 수 있습니다. 따라서 그라인딩 휠의 진원도는 너무 작아서는 안 됩니다.
작업을 시작하기 전에 객관적인 환경의 잠재적 영향을 보정할 수 있는 표준 샘플을 식별하는 것이 중요합니다.
작업 환경의 밝기는 스파크 관찰에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
식별 부위가 지나치게 밝아서는 안 되지만 완전히 어두울 필요는 없습니다. 정확한 식별을 위해 일정한 밝기를 유지하는 것이 중요합니다.
일반적으로 실외에서 작동하는 것은 권장하지 않습니다. 하지만 실외에서 작동해야 하는 경우에는 토끼 등의 강한 빛에 의한 간섭을 피하기 위해 검은 천으로 덮인 이동식 방수포를 사용해야 합니다.
학습 및 식별 시 비교를 위해 강철 등급이 알려진 표준 강철 샘플 세트를 제공해야 합니다. 강철 샘플은 포괄적일수록 좋습니다.
각 원소의 정확한 함량을 확인하려면 표준 강철 샘플의 화학 분석을 거쳐야 합니다.
기계 제조 산업에서 정확한 소재 선택과 열처리는 기술 전문가들이 직면한 중요한 과제입니다. 제품 품질, 안전성 및 비용 효율성을 보장하기 위해서는 강종을 올바르게 식별하고 활용하는 것이 무엇보다 중요합니다.
제조 과정에서 잘못된 소재를 선택하거나 부주의하게 강종을 혼합하면 부품이 성능 사양을 충족하지 못하여 상당한 경제적 손실이나 치명적인 고장을 초래할 수 있습니다. 따라서 성공적인 기계 생산을 위해서는 강종과 각각의 특성에 대한 포괄적인 이해가 필수적입니다.
강철 식별 방법은 크게 화학적 접근법과 물리적 접근법으로 분류할 수 있습니다. 화학 분석은 높은 정밀도를 제공하지만 주로 실험실 기반 샘플링 검사에 적합합니다. 화학 분석과 관련된 시간과 비용으로 인해 대부분의 제조 환경에서는 현장 적용이 비현실적입니다.
물리적 식별 방법은 화학 분석보다 정밀도는 떨어지지만, 실용성과 숙련된 기술자의 축적된 전문성으로 인해 예비 현장 평가에 매우 유용합니다. 이러한 물리적 방법 중 스파크 식별과 금속 분석은 가장 효율적이고 광범위하게 적용할 수 있는 기술로 두드러집니다.
특히 스파크 식별은 다양한 장점으로 인해 업계에서 널리 채택되고 있습니다:
스파크 식별의 중요성은 제조 공정의 여러 중요한 단계에서 분명해집니다:
탄소는 주요 강철의 요소 등급이며, 탄소 함량이 증가함에 따라 활성화 형태가 달라집니다.
일반적인 강철의 스파크 패턴은 다음과 같습니다:
그림 12-6 30 스틸
불꽃줄기는 전체적으로 노란색으로 보이며, 가운데에 굵은 유선형이 있고 뿌리 쪽은 약간 가늘고 꼬리 쪽은 약간 큰 불꽃이 특징입니다. 또한 약간 늘어진 긴 차양의 유선형 불꽃이 있습니다.
2차 폭발의 경우, 밝은 폭발 노드가 있는 여러 가지 가지가 있습니다.
그림 12-7 40 스틸
불꽃 빔의 길이가 약간 늘어났습니다. 이제 모든 불꽃이 2차 폭발로 진행되며 퓨즈 라인이 길고 굵어졌습니다. 또한 이제 전체 빔에 더 많은 불꽃이 있고 일부 꽃가루가 나타나기 시작했습니다. 불꽃 빔의 꼬리도 더 커지고 색상은 밝은 노란색입니다.
그림 12-8 45 스틸
파이어 빔의 길이가 40 스틸보다 길어졌습니다. 불꽃의 모양이 더 커지고 유선형과 불꽃의 수가 증가했습니다. 유선형이 더 두껍고 어닝 라인이 더 깁니다. 유선 사이에 적당한 양의 꽃가루가 있고 강하게 방출되어 터지는 정도가 더 큽니다. 마디가 밝고 꼬리 부분에 있는 불꽃의 수가 40강보다 훨씬 많습니다. 또한 색상은 밝은 노란색입니다.
그림 12-9 50 스틸
화염 빔의 길이는 45 강철 빔의 길이와 같습니다.
폭발 패턴은 유선형과 폭발의 수가 증가하는 등 중요한 특징이 있습니다. 유선형은 두껍고 그 사이에 긴 차양 선과 꽃가루가 있어 폭발이 강력합니다. 마디가 밝고 꼬리 부분의 폭발 횟수가 45 강철 빔보다 눈에 띄게 높습니다. 불꽃의 색은 밝은 노란색입니다.
전체 불꽃은 노란색이며 약간 두껍고 긴 유선형이며 직선 모양입니다. 쏟아지는 꼬리 쪽의 중간 부분이 약간 처져 있습니다.
탄소 함량이 동일한 탄소 구조용 강철로 만들어진 여러 가지 가지가 있는 단일 폭발 패턴은 폭발 패턴보다 약간 더 규칙적입니다. 폭발의 정도가 크고 노드가 더 밝습니다.
이 단계에서 크롬의 존재는 길이를 늘리고 갈라지게 하는 크롬의 역할을 보여줍니다.
스파크 빔은 밝은 노란색이며 유선형 라인이 많습니다. 복합꽃의 2차 폭발은 크고 깔끔하며 규칙적이고 불꽃이 상당히 많습니다. 차양 선이 길고 두껍고 꽃 각도가 선명하고 잘 분리되어 있습니다.
꽃가루가 적당량 있고 파열 정도가 높고 유선형이 두껍고 가운데에서 꼬리까지 약간 처져 있습니다. 큰 가지 국화의 파열 정도는 훨씬 더 강렬합니다.
현재 중간 탄소 저감 비문은 여전히 폭발을 촉진하는 목적으로 사용됩니다.
그림 12-12 20CrMo 강철
이 소재의 화염 빔은 20Cr 강철보다 짧습니다. 유선형은 약간 더 얇고 여러 갈래로 나뉘며 한 번에 한 번 폭발합니다.
20CrMo와 비교하면 폭발 패턴이 축소되고 폭발 정도가 약해졌으며 노드가 그다지 밝지 않고 색상이 노란색입니다. 또한 유선형의 꼬리에는 건 팁 꼬리 꽃이 있습니다.
몰리브덴은 이 단계에서 억제 속성을 가지고 있습니다.
크롬은 폭발성 원소이지만 몰리브덴과 공존하며 그 특성은 종속적인 성질을 띠게 됩니다.
그림 12-13 40CrMo 강철
불꽃 색상은 42CrMo 강철은 40Cr 강철보다 약간 더 어둡고 유선형은 비슷합니다. 적절한 양의 꽃가루로 이차 폭발 복합 꽃을 형성하고 노드가 밝게 보입니다. 그러나 폭발 패턴이 불규칙하고 지저분하며 폭발 정도가 약간 약합니다. 꼬리에는 20CrMo 강철에서는 볼 수없는 건 팁 꼬리 꽃이 있습니다.
이를 통해 탄소 함량이 몰리브덴에 일정한 영향을 미친다는 것을 유추할 수 있습니다.
그림 12-14 60Si2Mn 강철
파이어 빔은 적당한 길이와 감소 된 유선형을 가지며 약간 두껍습니다. 대부분은 두 번 터지지만 일부는 작은 꽃 종류와 뚜렷한 실리콘 마디로 세 번 터집니다. 이러한 유형은 차양선이 적고 짧으며 파열 정도가 약간 약하고 꽃가루가 없습니다. 스파크 색상과 폭발 노드가 그다지 밝지 않습니다.
그림 12-15 GCr15 스틸
파이어 빔은 적당한 길이를 가지고 있으며 유선형 및 삼중 폭발 패턴이 많이 있습니다. 유선형 불꽃은 약간 얇고 나뭇가지 모양의 불꽃으로 빽빽하게 덮여 있습니다.
불꽃의 양이 많고 무늬가 작으며 차양선이 가늘고 불규칙합니다. 차양선 사이에 상당한 양의 꽃가루가 있고 마디가 뚜렷하지 않습니다. 불꽃의 색이 주황색입니다.
내부 조직은 열간 압연 상태의 트루스타이트 펄라이트입니다. 파이어 빔은 길고 두껍고 세 개의 버스트가 특징입니다. 버스트 강도가 강하고 차양 선이 길며 차양 선 사이에 상당한 양의 꽃가루가 있습니다. 버스트 노드가 밝고 꼬리 무늬가 길고 가운데에 위치합니다.
그림 12-16 Cr12MoV 강철
파이어 빔은 얇고 매우 짧으며, 물결 모양으로 간헐적으로 수많은 가느다란 유선형으로 나타납니다.
불꽃놀이는 매우 강력하여 불꽃이 세 개의 다른 꽃과 여러 가지 가지와 중요한 별들로 터지는 불꽃을 만들어냅니다. 꽃에는 수많은 부서진 꽃과 꽃가루가 포함되어 있으며 불이 가득합니다.
유선형의 끝 부분에는 몰리브덴 함량으로 인해 총 모양의 꼬리 꽃이 뚜렷합니다. 또한 꼬리 부분의 유선형은 약간 더 두껍기 때문에 문지르면 딱딱한 느낌을 줍니다.
색상: 노란색에서 주황색. 스파크 형태는 Cr12와 다르지 않습니다.
그림 12-17 5CrMnMo 강철
파이어 빔은 가장 두껍고 길고 유선형은 중간 두께이며 버스트는 두 번째로 강합니다. 모두 세 번 터지며 때로는 몇 개의 꽃과 함께 터지며 몰리브덴 총 끝 꼬리 꽃이 있습니다.
꽃 모양은 란셋 꼬리 꽃이있는 여러 가지가 달린 3 또는 4 세그먼트 별 모양의 꽃입니다. 차양 선이 조밀하고 꽃의 분포 면적이 전체 불 묶음의 55-60%를 차지하고 꽃 모양이 크고 꽃 각도가 넓습니다.
색상 측면에서 파이어 빔은 밝은 노란색이고 노드는 노란색에서 흰색입니다. 연마할 때 저항이 덜 강합니다.
그림 12-18 3Cr2W8V 스틸
불의 광선은 비교적 길고 유선형은 매우 가늘고 물결 모양이며 간헐적입니다. 폭발은 약하며 대머리 여우 꼬리 모양과 크기의 꽃이 소량만 피어납니다.
바디 색상: 자홍색.
대머리와 고독한 연한 체리 레드.
연마할 때 저항력이 매우 강합니다.
그림 12-19 W6Mo5Cr4V2 강철
불꽃 빔은 짧고 밝은 주황색-노란색으로 나타나며 밑부분에 짙은 붉은 색조가 있습니다.
물결 모양의 패턴과 함께 몇 가지 불규칙한 유선형이 있습니다.
유선형은 그다지 두껍지 않고 중간 길이입니다.
꼬리 유선형은 더 두껍고 꼬리 꽃이 달린 버드나무 잎과 비슷하며 끝은 약간 대머리가 있습니다.
불꽃은 개수는 적지만 모양은 큽니다.
차양 선이 몇 개만 있으며 이 또한 대머리입니다.
꼬리 유선형이 아래로 처집니다.
관찰된 스파크 패턴을 기반으로 테스트된 샘플의 강종을 판단하는 것은 어려울 수 있습니다.
스파크 패턴은 정확한 설명과 표현이 어려운 미묘한 차이를 보일 수 있기 때문입니다. 스파크 패턴의 이러한 미묘한 차이를 정확하게 구분하려면 충분한 경험과 전문 지식을 갖춘 숙련된 전문가가 필요합니다.
현재는 재료가 의도한 강종에 속하는지 확인하기 위해서만 스파크 식별을 사용해야 합니다.
부품 배치를 식별할 때는 첫 번째 부품을 주의 깊게 관찰하고 분석해야 합니다. 1번 강철이 올바르게 사용되고 있다는 것이 확인되면 부품을 가볍게 연마하여 마모가 가장 적을 때 스파크의 기본 특성을 관찰해야 합니다.
이 기능을 염두에 두고 나머지 부품은 가벼운 압력으로 연마할 수 있습니다. 이 방법은 식별에 도움이 될 뿐만 아니라 부품의 마모를 최소화하여 외관이나 기능에 부정적인 영향을 미치지 않습니다.
이때 스파크 패턴에서 두 강종의 근본적인 차이점에 초점을 맞추는 것이 중요합니다. 각각의 특성과 주요 차이점을 명확히 이해하면 두 강종을 구분하기가 훨씬 쉬워집니다.
감별사가 강철의 기본적인 용도를 이해하고 다양한 부품을 만드는 데 사용해야 하는 재료에 대한 상식을 숙지하고 있다면 불꽃을 식별하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.
고려해야 할 한 가지 요소는 불꽃을 연마할 때 수지상 폭발이 발생하는지 여부입니다. 수지상 폭발이 있는 경우 다음 상황을 통해 추가로 유추할 수 있습니다:
수지상 폭발이 정상적으로 발생하고 다른 특별한 형태의 불꽃이 없는 경우 대부분 탄소강(킬드강 및 세미킬드강)입니다.
이 시점에서 패턴이 분할 버스트이고 버스트 포트가 상대적으로 드문 경우 탄소 함량이 낮고 탄소강의 저탄소 범위에 속한다는 것을 나타냅니다.
패턴이 2 차, 3 차 또는 소량의 다중 분할 수지상 폭발 인 경우 폭발량은 중간이고 폭발 사이의 거리가 명확하여 샘플의 탄소 함량이 약 0.4% C이고 중간 탄소 범위의 탄소강에 속함을 나타냅니다.
폭발이 여러 갈래로 갈라진 나무 모양의 폭발 인 경우 폭발량이 많고 폭발 사이의 거리가 작아 탄소 함량이 높고 다음에 속함을 나타냅니다. 고탄소강. 폭발이 혼잡하면 탄소 함량이 높다는 것을 확인합니다.
폭발이 수지상 패턴을 보이며 깃털 모양을 띠는 경우, 강철의 테두리가 매우 낮은 실리콘 함량을 나타냅니다. 탄소 함량은 폭발량을 기준으로 대략적으로 추정할 수 있으며, 이를 통해 강철 등급을 유추할 수 있습니다.
대략적으로 식별하려면 강철 유형: