금속의 종류(철금속과 비철금속)

금속은 크게 철금속과 비철금속으로 분류됩니다. 철금속은 철을 함유하고 있으며, 비철금속은 철이 포함되어 있지 않은 것을 말합니다. 

 

철금속

탄소가 거의 함유되어 있지 않은 부드럽고, 연성적이며 가공성이 좋고, 쉽게 산화되나 대부분의 산에 침식당하기 쉽습니다. 철은 강(강철)의 주성분입니다. 

 

● 주철과 회주철: 주철과 회주철은 높은 압축강도에서 취성을 나타내며 진동을 흡수하는 능력을 갖고 있어 격자, 계단, 맨홀뚜껑 등에 사용됩니다. 또한, 연성이 부족하기 때문에 압연 또는 단조성이 없습니다. 주철과 회주철은 내식성이 비교적 큽니다. 

 

● 가단철: 주철과 사용목적이 비슷한 가단철은 가공성을 향상하기 위해 주조, 재가열과 서냉 또는 풀림 시킨 저탄소강입니다. 단철은 부드럽고 부식과 피로저항성이 크며 가공성이 좋습니다. 따라서 레일, 석쇠, 담장, 칸막이 그리고 장식물로써 유용한 재료입니다. 단철은 주조되거나 또는 철봉, 철판, 파이프 등으로 사용합니다. 또한, 단철은 내식성이 크기 때문에 지하매설물에 많이 사용합니다. 

 

● 강(강철): 강은 탄소량이 적거나 중간 정도인 철입니다. 즉, 탄소강 분류에 사용되는 기준은 탄소함유량입니다. 탄소량이 많으면 강도와 경도는 증가되나 연성과 용접성이 감소됩니다. 아연도금 또는 유기질피막을 하면 내식성이 증가됩니다. 건축에서는 구조부재, 주물, 못, 장선, 조임쇠, 벽격자, 천정달대격자 등에 사용합니다. 

 

● 합금강: 합금강은 탄소성에 타원소를 첨가시켜 강의 성질을 개선시킨 것입니다. 예를 들어 고강도, 저합금강(HSLA)은 내식성을 개선시킨 것이고, 경량이면서 고강도가 요구되는 부재에 사용합니다. 이런 합금강은 수분에 의해서 주변재료를 얼룩지게 하기 때문에 건축분야에서는 많이 사용되지 않습니다.

 

다음은 성질을 개선시키는 합금원소입니다.

① 표면경도 증진을 위한 알루미늄.

② 내식성을 향상하기 위한 크롬.

③ 대기부식 저항성을 향상하기 위한 구리. 

④ 내마모성을 향상하기 위한 다량의 망간, 경도 증강을 위한 소량의 망간.

⑤ 니켈과 크롬을 합금시킨 몰리브덴은 내식성이 우수하며, 연성이 감소되지 않으면서 인장강도가 높습니다.

⑥ 연성을 감소시키지 않고 인장강도를 높이는 니켈은 고응력하에서도 내식성을 향상합니다.

⑦ 규소는 저합금강을 보강하고, 내산화성을 향상하기 위해 충진 합니다. 이로써 내화학성에 견디고 취성을 제거합니다. 

⑧ 황은 연한 강의 쾌삭성(free machining)을 향상합니다. 

⑨ 티타늄은 스테인레스강의 입계부식을 방지합니다.

⑩ 텅스텐, 바나듐(vanadium), 코발트는 내마모성과 경도를 향상합니다. 

 

● 스테인레스강: 스테인레스강에는 크롬이 최소 11.5% 함유되어 있습니다. 니켈을 첨가하던 대기부식에 대한 저항성이 향상됩니다. 해수의 영향을 받는 환경과 같이 내식성이 최대로 요구되는 금속에는 몰리브덴을 첨가합니다. 스테인레스강은 물홈통, 보호뚜껑, 테두리, 벽패널, 격자, 손잡이 철물, 조임쇠 및 긴장재 등에 사용합니다. 

 

비철금속

건축공사에서 사용되는 비금속(Fe를 포함하지 않음)은 다음과 같습니다.

 

● 알루미늄: 순도가 높은 알루미늄은 부드럽고 연성적이며 내식성이 매우 우수하나 강도가 약합니다. 알루미늄합금은 각각의 성질에 따라 부여된 번호로 분류합니다. 예를 들어, 순수한 알루미늄의 분류번호는 1100입니다. 마그네슘을 첨가한 알루미늄합금은 3003이며, 지붕, 금속관, 외벽마감, 도관 등에 사용합니다. 

 

● 납: 밀도가 매우 크고 가공성이 좋으며 내식성이 있습니다. 타원소를 첨가시켜 경도와 강도 등 성질을 개선시킵니다. 납은 방수, 방음, 방진, 방사선차단 등에 사용합니다. 일반적으로 "텐플레이트"라 불리는 철판 또는 강판을 만들기 위해서는 주석을 첨가시킵니다. 납은 인체에 해롭기 때문에 사용장소와 방법에 주의해야 합니다.  

 

● 아연: 아연은 수증과 대기 중에서 내식성이 있으나, 취성적이고 강도가 낮습니다. 아연은 도금(고온의 철 또는 강을 용융시킨 아연에 침적) 재료로 사용되나, 지붕, 물홈통, 철물, 합금원소로 사용됩니다. 

 

● 크롬과 니켈: 크롬과 니켈은 주로 합금원소로 사용합니다. 그러나 광택이 있고 대기 중에서 변색되지 않아 판재로 사용하면 유효합니다. 

 

● 니켈-구리합금: 니켈-구리합금은 주로 조임쇠와 긴장재등에 사용합니다. 그리고 내식성이 크게 요구되는 곳에 적합합니다. 

 

● 구리: 구리는 부식, 충격, 피로에 대한 저항성이 있으면서 연성적입니다. 구리는 주로 전기선, 지붕, 물홈통, 그리고 파이프 등에 사용합니다. 

 

● 청동: 청동은 원래 구리-주석합금이나, 현재는 알루미늄 또는 실리콘 같은 기타 원소를 첨가시키기도 합니다. 

 

● 황동: 황동은 주된 합금성분인 아연을 구리에 첨가시킨 것입니다. 창호, 창문틀, 레일, 내장재, 격자, 마감철물 등에 사용합니다. 

 

마무리

금속은 건축과 공업분야에서 다양한 용도로 활용되며, 크게 철금속과 비철금속으로 나누어집니다.

철금속은 철을 주성분으로 하는 강 등을 포함하고 있습니다. 주철, 회주철, 가단철, 강 등이 주요한 철금속입니다. 합금강은 다양한 합근원소를 사용하여 성질을 개선한 금속입니다. 비철금속으로는 알루미늄, 납, 아연, 크롬, 니켈, 구리 등이 있으며, 각각의 특성에 따라 건축분야에서 활용됩니다.