합금재료에서 니켈크롬 전열선의 주성분인 니켈과 크롬 원소의 역할 원문보기 KCI 원문보기 인용

니켈크롬 전열선은 그 이름에서 알 수 있듯이 니켈과 크롬 등의 원소를 일정 비율로 제련하여 만든 고온용 전열합금 소재입니다. 일반적으로 Cr 원소의 함유량은 15~30%, Ni 원소의 함유량은 29~80%이다. 오스테나이트 조직으로 조성에 따라 크게 Cr20Ni80, Cr30Ni70, Cr15Ni60, Cr20Ni35, Cr20Ni30 등으로 구분된다. 이상으로부터 니켈크롬 전열선의 주요 원소성분은 니켈과 크롬임을 알 수 있다. 이하에서는 니켈크롬 전기로용 전선에서 니켈(Ni)과 크롬(Cr) 원소의 역할에 대해 소개한다.
1, 합금에서 니켈의 역할
니켈은 합금의 페라이트를 강화하고 펄라이트를 정제하며 전체적인 강도 증가 효과와 가소성에 큰 영향을 미치지 않습니다. 일반적으로 담금질 및 템퍼링 처리 없이 압연, 노멀라이징 또는 어닐링 상태로 사용되는 저탄소강의 경우 일정량의 니켈이 인성을 크게 저하시키지 않으면서 합금의 강도를 향상시킬 수 있습니다. 통계에 따르면 니켈이 1% 증가할 때마다 강도가 약 29.41Pa 증가할 수 있습니다. 니켈 함량이 증가함에 따라 합금의 항복 강도는 인장 강도보다 빠르게 증가하므로 니켈 함유 강의 항복 비율은 일반 탄소강보다 높을 수 있습니다. 니켈은 합금의 강도를 향상시킬 뿐만 아니라 다른 합금 원소보다 인성, 가소성 및 기타 공정 특성에 대한 손상이 적습니다. 중탄소강의 경우 니켈은 펄라이트 변태 온도를 낮추고 펄라이트를 더 미세하게 만듭니다. 공석 점에서 니켈이 탄소 함량을 감소시키기 때문에 동일한 탄소 함량을 가진 탄소강에 비해 펄라이트 양이 더 많아 니켈 함유 펄라이트 페라이트 강의 강도가 동일한 탄소 함량을 가진 탄소강보다 높습니다. 반대로 강의 강도가 같으면 니켈 함유 강의 탄소 함량을 적절하게 줄일 수 있으므로 강의 인성과 가소성을 향상시킬 수 있습니다. 니켈은 피로에 대한 강철의 저항성을 향상시키고 노치에 대한 감도를 감소시킬 수 있습니다. 니켈은 강철의 저온 취성 전이 온도를 낮추는데, 이는 저온 강철에 매우 중요합니다. 3.5% 니켈을 포함하는 강철은 -100도에서 사용할 수 있고 9% 니켈을 포함하는 강철은 -196도에서 사용할 수 있습니다. 니켈은 크리프에 대한 강철의 저항성을 증가시키지 않으므로 일반적으로 열간 강도 강철의 강화 요소로 사용되지 않습니다.
니켈 함량이 높은 철 니켈 합금의 선팽창 계수는 니켈 함량의 증가 또는 감소에 따라 크게 변합니다. 이 특성을 이용하여 매우 낮거나 일정한 선팽창 계수를 갖는 정밀 합금, 바이메탈 재료 등을 설계 및 생산할 수 있습니다. 또한 강철에 첨가된 니켈은 산뿐만 아니라 알칼리에도 견딜 수 있으며 대기 및 염분에 대한 내식성을 가지고 있습니다. 니켈은 스테인레스 및 내산성 강철의 중요한 요소 중 하나입니다.
(1) 강철에 대한 미세조직 및 열처리의 영향
A. 니켈과 철은 무한한 고용체를 가질 수 있습니다. 니켈은 철의 오스테나이트대를 확장시켜 A4점을 높이고 A3점을 낮추며 오스테나이트를 형성하고 안정화시키는 주요 합금원소이다.
B. 니켈과 탄소는 탄화물을 형성하지 않습니다.
C. 공석 펄라이트의 탄소 함량을 줄입니다. 그 효과는 질소에 이어 두 번째이며 망간보다 강합니다.
(2) 강철의 기계적 성질에 미치는 영향
A. 소성에 큰 영향을 미치지 않으면서 강재의 강도를 향상시키기 위해 페라이트 강화 및 펄라이트 정련 및 증가
B. 니켈 함유 강의 탄소 함량을 적절하게 감소시켜 인성과 가소성을 향상시킬 수 있습니다.
C. 강철의 피로 저항을 개선하고 노치에 대한 민감도를 줄입니다.

D. 크롬은 내마모성을 향상시키기 위해 공구강 및 고속도강에 주로 사용되며 일정한 템퍼링 안정성과 인성을 가지고 있습니다.
E. 스테인리스강 및 내열강의 크롬은 종종 망간, 질소, 니켈 등과 함께 사용됩니다. Cr18Ni9 등