마레이징 강 (Maraging)이란?

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정답은 마레이징 강(Maraging은 "martensite"와 "aging"의 합성어)입니다. 마레이징 강은 높은 강도와 인성을 가지면서도 연성을 잃지 않는 것으로 알려져 있습니다. 여기서 "aging"이란 시효 열처리를 말하며, 장시간의 열처리 과정을 의미합니다. 이 강철은 매우 낮은 탄소 함량의 초고강도 강철로, 그 강도는 탄소에서 오는 것이 아니라 금속간 화합물의 석출에서 비롯됩니다. 주요 합금 성분은 15~25 중량%의 니켈입니다. 코발트, 몰리브덴, 티타늄과 같은 이차 합금 원소들은 금속간 석출물을 형성하기 위해 첨가됩니다. 1950년대 후반 Bieber가 Inco에서 개발한 초기 연구는 20~25 중량%의 니켈 강철에 소량의 알루미늄, 티타늄, 니오븀을 첨가하는 방식으로 이루어졌으며, 1970년대 후반 코발트 가격이 상승함에 따라 코발트가 없는 마레이징 강철이 개발되었습니다.

니켈의 양이 감소된 마레이징 강의 대안으로 철과 망간의 합금에 알루미늄, 니켈, 티타늄을 소량 첨가하는 방식도 있습니다. 이 때, 망간은 니켈과 유사한 효과를 가지며, 오스테나이트 상을 안정화시킵니다.

 

특성

낮은 탄소 함량(0.03% 미만)으로 인해 마레이징 강철은 우수한 가공성을 가지고 있습니다. 시효 전에는 90%까지 냉간 압연이 가능하며, 균열이 생기지 않습니다. 마레이징 강은 용접성이 우수하지만, 열영향부의 원래 특성을 복원하기 위해 용접 후에는 반드시 시효 처리해야 합니다.

열처리 시 합금은 거의 치수 변형이 없기 때문에 최종 치수로 기계 가공되는 경우가 많습니다. 높은 합금 함량 덕분에 마레이징 강철은 높은 경화성을 가지고 있습니다. 냉각 시 연성 있는 FeNi 마르텐사이트가 형성되므로 균열은 거의 없거나 무시할 수 있습니다. 강철은 표면의 경도를 높이기 위해 질화 처리가 가능하며, 미세한 표면 마감을 위해 연마할 수 있습니다.

 

마레이징 강철의 등급

마레이징 강철은 보통 숫자로 표시되며(예: SAE 강철 등급 200, 250, 300 또는 350), 이는 대략적인 공칭 인장 강도를 천 파운드 매 평방 인치(ksi) 단위로 나타냅니다. 합금 성분과 요구되는 특성은 미국 군사 표준 MIL-S-46850D에서 정의됩니다. 일반적으로 높은 등급의 합금은 더 높은 농도의 코발트와 티타늄이 필요합니다.

 

열처리 사이클

마레이징 강은 처음에 약 820°C에서 15~30분 동안(얇은 부분) 또는 25mm(1인치) 두께당 1시간 동안(두꺼운 부분) 풀림 처리되어 완전한 오스테나이트 조직이 형성되도록 합니다. 그 후 공랭 또는 담금질을 통해 상온으로 냉각되어 연성 있는 철-니켈 마르텐사이트가 형성됩니다. 이후 시효를 통한 석출 경화는 약 480~500°C에서 3시간 동안 진행되어, 마르텐사이트 변형으로 인해 남은 전위에서 금속간화합물의 미세한 석출물이 생성됩니다. 과도한 시효는 마르텐사이트의 분해와 오스테나이트로의 역변태를 유발할 수 있습니다.