비금속 개재물 (Non-metallic Inclusion)
쉽게 풀면
쇳물을 만들 때 넣는 탈산제나 원료 속 불순물이 산소·황과 결합해 산화물이나 황화물 입자를 만듭니다. 이 입자들이 완전히 떠오르지 못하고 응고된 금속 안에 갇히면 비금속 개재물이 됩니다. 주변 금속과 성질이 달라 힘을 받으면 그 경계에서 먼저 틈이 벌어지므로, 피로 균열과 파단의 출발점이 되는 경우가 많습니다. 그래서 고급 강재일수록 개재물의 개수와 크기를 엄격히 관리합니다.
왜 중요한가
베어링강이나 고강도 스프링강처럼 반복 하중을 받는 부품에서는 개재물 하나가 수명을 좌우하기 때문에, 강의 '청정도'는 곧 품질 등급이 됩니다. 재료 논문에서도 피로 파면 분석에서 균열 기점이 어떤 개재물이었는지를 특정하는 일이 표준 절차로 자리 잡았습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
내부 결함이 응력 집중을 만들어 피로 균열의 출발점이 된다는 전형적인 파면 해석 결과입니다.
조금 더 깊게 보면
개재물은 생성 시점에 따라 탈산 반응으로 생기는 것과 응고 중 용해도 감소로 나오는 것으로 나뉘며, 조성에 따라 산화물계·황화물계·질화물계로 분류됩니다. 열간 가공에서 변형되는 정도도 종류마다 달라, 황화망가니즈처럼 잘 늘어나는 개재물은 압연 방향으로 길게 늘어나 재료에 이방성을 만들고, 알루미나처럼 단단한 개재물은 깨져 줄지어 늘어섭니다. 개재물 제어는 탈산 방식, 슬래그 조성, 진공 탈가스, 그리고 칼슘 처리로 형태를 구형화하는 방법 등으로 이루어집니다.
주의할 점
비금속 개재물은 외부에서 들어오거나 제강 반응으로 생긴 이물질이고, 기지 안에서 상변태로 나오는 석출물은 성격이 다릅니다. 석출물은 크기를 조절해 강화에 활용하지만, 개재물은 기본적으로 줄여야 할 대상입니다. 응고 수축으로 생기는 기공과도 구별해야 합니다.