탈탄 (Decarburization)
쉽게 풀면
강을 산화성 분위기에서 오래 가열하면 표면 근처의 탄소가 산소나 수증기와 반응해 기체로 날아갑니다. 그 결과 표면만 탄소가 부족한 층이 생기고, 이 부분은 담금질을 해도 단단해지지 않아 무른 껍질이 됩니다. 스프링이나 기어처럼 표면 강도가 중요한 부품에서는 이 층이 피로 파괴의 출발점이 되므로 매우 해롭습니다. 그래서 열처리 현장에서는 보호 분위기나 진공을 써서 이 현상을 억제합니다.
왜 중요한가
고온 가공·열처리 과정에서 의도치 않게 표면 성질을 망가뜨리는 대표적 결함이라, 품질 관리 규격에서 허용 깊이를 명시해 관리합니다. 논문에서도 열처리 분위기나 가열 시간의 영향을 평가할 때 그 깊이를 정량 지표로 보고하는 경우가 많습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
표면에서 탄소가 빠져나간 만큼 경화 능력이 사라진다는 점을 깊이와 경도로 함께 제시한 서술입니다.
조금 더 깊게 보면
이 현상의 속도는 표면에서의 반응 속도와 강 내부에서 탄소가 표면으로 확산해 오는 속도가 함께 결정하며, 온도가 높을수록 확산이 빨라져 층이 깊어집니다. 시간에 대해 대략 제곱근에 비례해 깊이가 증가하는 확산 지배 거동이 자주 관찰됩니다. 분위기 중 산소·수증기·이산화탄소의 분압이 높을수록 심해지므로, 실무에서는 흡열형 분위기의 탄소 포텐셜을 강의 탄소 함량에 맞춰 조절합니다. 이미 생긴 탈탄층은 되돌릴 수 없어 기계 가공으로 제거하거나 가공 여유를 미리 두고 설계합니다.
주의할 점
탈탄은 표면에서 탄소가 빠지는 현상이고, 침탄 처리는 반대로 탄소를 넣어 표면을 강화하는 처리입니다. 이름이 대칭적이지만 하나는 피해야 할 결함, 다른 하나는 의도한 공정이라는 점에서 성격이 완전히 다릅니다.