관리자  (Homepage)  2014-01-22 21:14:56, 조회 : 36, 추천 : 5

몰리브데늄 이야기

=====================

음식에서 양념은 그 음식 맛을 높이는데 결정적인 역할을 한다.
마찬가지로 철도 더 좋은 성질들을 갖도록 하기 위해 다른 여러 금속들을

양념처럼 첨가 하여 합금을 한다. 이렇게 합금에 이용하는 금속들은

아주 적은 양만 첨가해도 놀랄만한 특성을 발휘하는데, 특수강이란

바로 이러한 원리에서 출발한다.

이번에는 철과 합금하는 금속 중에서 약방의 감초처럼 가장 많이

사용하는 몰리브덴(Mo)에 대해 알아보자.

● 몰리브덴이 유명해지기 까지--
과거부터 사람들은 강철의 질을 높이기 위해 많은 노력을 했는데,
특히 서양의 연금술사들은 일본 사무라이 검의 비법을 알아내고자 했다.
왜냐하면 일반적으로 금속의 강도를 증가시키면 깨지기 쉬운데,

사무라이 검은 강함과 유연함을 동시에 갖추고 있었기 때문이었다.
결국 이 신비스러운 철의 비밀이 몰리브덴 때문이었다는 사실은

1850년에 가서야 러시아의 연금술사에 의해 밝혀졌다.

● 어떻게 몰리브덴은 이런 특성을 가질까?
1차 대전으로 몰리브덴이 전쟁금속으로 명성을 날리자, 금속학자들은

몰리브덴을 넣은 강철이 왜 이렇게 우수한 성질을 내는지 본격적으로

연구하게 되었다.  
그 해답은 몰리브덴이 강철의 결정화 과정(쇳물에서 고체로 굳어

지면서 강철 내부조직이 형성되어가는 과정)을 지연시킴으로써

응고되는 강철의 입자들을 미세하고 균질하게 해 주는 것이었다.
즉, 큰 덩어리는 부서지고 깨지기 쉽지만 아주 미세한 입자들로

구성되어 있으면 충격을 완화시키는 역할을 하는 원리이다.    
이후 몰리브덴으로 인해 무기산업은 혁명적인 발전을 가져왔다.

1차세계대전 때 일반 강철로 만든 영국과 프랑스 장갑차들은 독일군

포탄에 휴지조각이 되었지만, 1.5 ~ 2%정도 소량의 몰리브덴을 합금하여

 만든 탱크는 영구과 프랑스 장갑차 두께의 1/3에 불과했지만 독일군

포에 끄떡도 하지 않았다.  
또한 몰리브덴은 놀랄만큼 철의 강도를 높여주고 마모를 감소시켜주는

역할을 하며, 고온에서 높은 강도를 유지하고 잘 늘어나지 않는다는

사실도 속속 밝혀졌다. 물론 텅스텐(W)도 이와 유사한 역할을 하지만

몰리브덴 0.3%는 텅스텐 1%의 효과와 맞먹고 가격면에서도 훨씬 싸

빠른 속도로 대중화 되었다.
이로인해 전세계 몰리브덴 광산 개발이 촉진되었고 특수강산업도 함께

발전하였다. 현재 전체 몰리브덴 생산량의 90%가 특수강의 합금원소로

사용되고 있을 정도다.

● 몰리브덴이 들어가는 곳은
앞서 설명한 것처럼 몰리브덴은 그 우수한 특성으로 인해, 오늘날에는

장갑차나 총신 등의 무기류 뿐만 아니라, 항공기, 자동차의 부품, 각종

절삭공구와 면도날에 이르기까지 다양하게 사용된다.
또한 산과 같은 화학약품에도 강한 성질을 보여 화학기기 장치나 용기를

만드는데 사용되며, 내열성이 요구되는 증기엔진이나 터빈을 만드는데도

없어서는 안되는 원소가 되었다. 최근에는 냉동공학에서 영하 2백도를

유지하는 액체질소를 보관하는 용기 재료로, 외과의사들은 인체의 손상된

뼈 부분을 대체할 보철용 재료로 몰리브덴 합금이 최적이라고 한다.

우리회사에서 생산되는 강종들 중에서도 몰리브덴이 많이 사용되고 있는데,

일반 기계 구조용으로 들어가는 합금강의 대표주자인 SCM, SNCM와

STD11, STD61 등과 같은 합금공구강, 고속도공구강, 내열강에도

몰리브덴은 필수적으로 첨가되는 원소이다.
이밖에도 STS304보다 내식성을 개선하여 더욱 고급 스테인리스강으로

불리는 STS316도 몰리브덴을 첨가한 것이다.
이렇듯 우리회사 생산 강종 대부분에서 몰리브덴은 감초 역할을 톡톡히

해내고 있다.

<녹으로부터 철을 지키는 크롬(Cr)>

스테인리스강이 처음 개발되었을 때 세계인들은 놀라움을 금치 못했다.
"아니! 어떻게 '녹'이 안슬 수 있지---"
스테인리스강이 이런 찬사를 받기까지 핵심 역할을 담당한 것은 '크롬(Cr)'이다.

 크롬(Cr)이란 놈이 도대체 어떤 행동을 하기에 녹이 슬지 않는지... 크롬의

비밀을 벗겨보자.

1. 녹으로 녹을 차단한다. 
한마디로 "녹으로 녹을 차단한다"는 원리이다.
마치 맞불을 놓아 산불을 차단하는 것과 같은 이치로 크롬이 먼저 산소와

접촉하여 표면에 녹이 슬게하고, 이 녹이 철(Fe)과 산소가 만나지 못하도록

 막아 진짜 녹이 발생하지 못하도록 한다. 이때 1차로 슬어버린 크롬(Cr)녹은

매우 치밀하고 얇아 보통의 '녹'과는 다르게 보인다. 즉 예쁜 '녹'이라 할 수 있다.
(* 금속용어로는 이것을 '부동태 피막'이라 한다)

만일 우리가 STS304 로 만든 스테인리스 그릇을 1개 산다면, 이미 예쁜'녹'이

슬어있는 그릇을 사는 셈이다.그런데 예쁜 '녹'을 만들기 위해서는 대략 크롬이

18%쯤 들어가야 한다. 그래서 STS304, 316 --- 등, 대부분의 300계

스테인리스강이 크롬을 18% 쯤 함유하고 있다.

하지만 이런 크롬이 제 실력을 발휘하기 위해서는 18%의 크롬을 넣는 것만으로는

안된다. 또 한가지가 필요한데, 그것이 바로 SL(Solution) 열처리 이다.
만약 SL 열처리를 하지 않은 압연 상태의 STS304 코일을 잘라 젓가락으로

만들어 사용한다고 가정해 보자. 며칠이 지난 후 아마 녹이 슬어있는 것을 보고

실망할 것이다.
자! 그럼 SL 열처리에는 어떤 비밀이 숨어 있는 것일까?

2. SL을 해야 비로소 스테인리스강 이다.
SL(Solution 솔루션)은 Solid Solution의 준말이며 '고용화(固溶化)열처리'를

말하는데, 고체의 철에 크롬(Cr)이 골고루 용해되어 있는 상태로 만드는

열처리다.즉, 스테인리스강을 1,100℃ 부근의 높은 온도로 가열하면 크롬이

철(Fe) 사이로 골고루 녹아들어가게 된다. 이때를 기다려 급속히 냉각시키면

녹아들어간 크롬은 빠져나오지 못하고 갇히게 된다.
만일 급냉시키지 않고 냉각시 시간적 여유를 주면 어떻게 될까?
크롬은 철(Fe) 보다는 탄소(C)를 더 좋아하는 성질 때문에 철에서 슬슬

빠져나와 탄소와 결합하게 되고, 이렇게 되면 철은 크롬이 빠져나가고

'녹'으로 부터 무방비 상태가 되는 것이다.
이렇게 SL 열처리의 힘을 빌어 철은 든든한 파수꾼인 크롬과 한 몸뚱이가 되고,

이 상태가 되어야만 비로소 녹 안스는 진정한 300계 스테인리스강이 되는 것이다.