[고속도강공구]고급합금원소의 고속도공구강

고급합금원소의 고속도공구강

고속도공구강은 특수강 제조기술을 상징할 만큼 첨가되는 합금성분도 많고 만들기도 매우 어렵다.

<<이름부터 예사롭지 않다>>

'고속도'란 말은 "고속으로 가공할 때 견디는 용도로 만들어진..." 즉, 고속으로 회전하여 물건을 가공하는 공구인 드릴이나 커터류, 바이트류의 소재로 사용한다는 뜻에서 붙여진 이름이다. 영문으로는 보통 'HSS(High Speed Steel)'라 하고 '하이스'로 읽는다. 강종기호는 일본식을 주로 사용하여 'SKHㅇㅇ'로 표기한다.

S : Steel(강)을 의미하므로 특수강 강종 모두 'S'로 시작

K : 공구(工具)는 인본말로 '코쿠(Kogu)'

H : 고속도를 의미하는 High Speed

<<어떤 합금원소가 들어갈까?>>

고속도공구강이 되려면 어떤 성질이 있어야 할까? 우선 생각할 수 있는 것이 고속 가공을 하면 열이 많이 발생하므로 이를 견디는 성질(내열성)이 있어야 한다. 또한 빨리 마모되지 않아야(내마모성) 하고, 사용 중에 어느 정도의 충격을 받아도 부러지는 성질(내충격성)이 없어야 고속도공구강으로서의 자격을 갖출 수 있다.

자! 그럼 이런 성질을 내기 위해 필요한 합금원소를 하나씩 넣어 보자. 먼저 약방의 감초인 '몰리브덴(Mo)'을 넣고, 공구강인 만큼 강도를 높여주는 '크롬(Cr)'을 첨가한다. 여기에 '바나듐(V)'을 넣게 되는데 바나듐은 매우 신기한 원소로 철을 강하게도 하지만 충격을 흡수하는 능력까지 부여한다. 그러므로 공구강이라면 가져야 할 단단함과 탄력성, 내마모성을 한꺼번에 높여주기 위해서 바나듐은 필수적으로 첨가해야 한다.

다음으로는 내열성을 높이기 위해 텅스텐(W)이 들어간다. 왜 텅스텐이 내열원소로 좋은지는 전구 안에 필라멘트가 텅스텐으로 되어 있다는 점을 생각하면 된다. 텅스텐(W)은 3,400℃가 되어야 녹을 정도로 금속 중에서 가장 높은 온도에서 녹는다.

여기까지 정리해 보면 고속도공구강을 만들기 위해서는 W-Mo-Cr-V이 기본적으로 들어가야 한다. 만일 더욱 고속으로 회전하여 열이 많이 발생하는 경우라면 4가지 합금원소 외에 강력한 내열 성분인 '코발트(Co)'를 추가하게 되는데, 이 코발트가 많이 첨가 될수록 고급 고속도공구강이 된다. 아무튼 고속도공구강은 합금원소, 그것도 비싼 성분들을 특수한 성질에 맞게 첨가하다 보니 합금원소만 합쳐도 18%가 넘는 고가의 강종이 되었다.

<<까다로운 작업조건>>

합금원소가 많아지면 작업조건은 까다로워질 수 밖에 없다. 특히 제강에서는 합금원소들이 뭉쳐있지 않고 전체 조직 속에 골고루 퍼져 있도록 해야 하며, 부러지지 않도록 불순물을 극도로 낮추어야 한다. 선재압연 시에는 소재의 중심부가 녹지 않도록 하는 것이 관건이다. 왜냐하면 합금성분이 많아지면 녹는 점이 낮아지는데, 롤 간격이 좁고 고속으로 압연하다 보면 마찰열이 많이 발생하기 때문이다. 그러므로 압연 통과시 외부에 노출된 표면 보다는 열이 갇혀있는 선재의 중심부가 일시적으로 녹는 현상을 막아야 상품으로서의 가치를 높일 수 있다. 이와같은 이유로 고속도공구강을 제대로 생산한다는 것이 곧 특수강 선진회사로 인정받는 길이다.