단조와 주조의 차이를 설명하기 전에 일반적으로 이 과정에 수행되는 철과 강철 이 두가지 재료에 대하여 생각해봅시다. 철은 우리 일상에서 굉장히 친숙한 재료이고 다양한 도구와 제품을 만들기 위해 사용합니다. 철은 또한 강철합금의 원재료이기도 합니다. 그렇다면 철과 강철, 이 두 재료는 어떻게 다를까요?

첫째로 중요한 차이점으로 평소에 우리가 언급하는 '철'이라는 단어는 항상 순수한 '철' 원소를 의미하는 것이 아니고, 때로는 철 합금을 의미하기도 합니다. 원소로써의 '철'은 굉장히 높은 융점을 가지고 있고 생산방법과 합금 내의 철이나 탄소 또는 다른 첨가원소의 함량에 따라 다양하게 분류되는 철 및 합금강을 생산하기 위해 사용됩니다.

대부분 철과 강철의 기본적인 차이를 알고 있습니다. 그리고 각각의 재료가 쓰여 만들어지는 일반적인 대상 또한 식별할 수 있습니다. '전통 주전자' 또는 '맨홀뚜껑'과 같은 제품은 주로 주철로 만듭니다. 반면에 강철의 예로는 주방용 칼이나 강철 파이프 등이 있습니다. 다양한 종류의 철과 합금강은 원하는 물리적인 성질에 기초하여 넓은 범위에서 선택할 수 있습니다. 정부기관이 정한 지역적 표준과 이외의 요소들도 특정 산업 장비에 대해 어떤 재료가 선택되는가에 영향을 줄 수 있습니다.

주철		강철
맨홀 뚜껑	전통 주전자	주방용 칼	강철 파이프

기본적으로 철과 강철 내의 탄소함량에 따라 조성상의 차이를 보입니다. 주철은 일반적으로 2%(Weight%)정도의 탄소를 포함하고, 강철은 0.008% ~ 2.0% 정도 입니다. 주철은 철 자체의 원소보다 상대적으로 낮은 융점을 가지지만, 강철은 주철보다 높은 용점을 가집니다. 이러한 차이는 금속의 성형방법과 또 어디에 사용할 것인가에 상당히 많은 영향이 있습니다. 주철은 낮은 융점과 상대적 저온에서 잘 흐르는 성질을 가지게 되는데, 이러한 성질이 주조를 통해 생산되는 제품에 널리 이용되게 됩니다.

그 이름에서 말하듯이, 주철은 단조법이 아닌 오직 주조법을 통해서만 생산 가능합니다. 또한, 주철은 주조를 진행하는 과정 또는 주형으로부터 모양을 한번 형성하게 되면 높은 탄소함량으로 잘 부서지는 성질이 있어 용접을 할 수 없는 단점이 있습니다. 강성이나 파이프 연결성이 강하지 않고 고온고압의 조건을 요합니다. 이러한 경우에는 강철이 더 적합할 수가 있습니다.

반면에 강철은 주조와 단조 두 방법을 통해 원하는 모양으로 성형이 가능합니다. 또한 용접 시 주철보다 더 강한 성질을 가져 고온고압에서의 사용에 적절한 선택일 수가 있습니다. 대부분의 강철합금은 탄소를 함유한 강철을 의미합니다. 그러나 최종제품의 사용 목적에 따라서 재료는 "Stainless Steel"이나 "Molybdenum Steel"과 같이 높은등급의 합금이 될 수 있습니다. 일반적으로 특수 강철합금은 고온조건에서의 사용이나, 부식 또는 침식에 높은 저항성을 갖는 재료를 의미합니다.

주조법

주조제품은 재료를 완전히 녹여서 액체 상태로 만든 뒤 주형에 부어 응고시켜 고체화 합니다. 재료는 냉각되면서 주형의 형상을 갖추고 완전히 응고를 마치면 몰드를 제거합니다. 조리용 후라이팬은 철을 이용해 주조법으로 만든 대표적인 제품 중 하나입니다.

이 에니메이션은 사형주조법을 기반으로 한 일반적인 예를 보여줍니다.

단조법

단조법은 일반적으로 다이에 고정시켜 망치로 때리거나 압력을 가하는 등의 고압을 이용해 잉곳이나 판형의 금속을 성형하는 과정입니다. 재료는 용이성을 위해 단조 전에 가열하는 과정을 거칩니다. 그러나 과정 전반에 고체가 존재합니다. 주방용 칼이나 여타 칼은 단조를 통해 만드는 가장 대표적인 제품 중 하나입니다. 강철은 단조와 주조 모두 가능하기 때문에 제조사는 어떤 공정이 사용되었는지 설명하기 위해 재료등급을 "Cast Steel" 또는 "Forged Steel"로 명시합니다.

이 에니메이션은 낙하단조법을 기반으로 한 단조의 일반적인 예를 보여줍니다.

왜 주조로 밸브를 만들까?

복잡한 외형의 제품은 주조를 통해 가장 잘 만들어집니다. 그 이유는 재료를 상대적으로 용이하게 성형 할 수 있기 때문입니다. 재료를 완전히 녹여 주형에 붓는 방법이기 때문에 챔버나 다른 빈 공간이 필요한 복잡한 내부를 가진 제품을 만들 때 주조는 효과적입니다. TLV는 프리플로트 작동에 필요한 다양한 유로와 공간을 트랩 내부에 설계하기 위해 프리플로트 스팀트랩은 주조를 통해 만듭니다.

주조 후	기계 가공 후

왜 단조로 밸브를 만들까?

단조 공정은 압력을가함으로써 고체 물질을 필요한 형상으로 변형시키기 때문에 빈 공간 또는 복잡한 설계가 필요한 제품에 이상적인 방법은 아닙니다. 단조를 통해 제품을 생산하기 위해서는 기계 가공 단계 후에 조각을 하거나 구멍을 내는 것이 필수적입니다. 그러나 단조강은 상대적으로 공정이 빠르고 더 높은 강성과 균일성을 제공합니다. TLV는 설계 구조가 비교적 간단하고 빈 공간이나 후속적인 기계 가공이 필요하지 않기 때문에 단조를 통해 고압의 디스트형 스팀 트랩을 만듭니다.

단조 후	기계 가공 후

앞에서 표기한 것과 같이, 강철은 단조법과 주조법 모두 적용이 가능합니다. 주조가 복잡한 형상의 제품 생산에 더 큰 유연성이 있다면, 왜 모든 밸브는 주조법으로 만들지 않을까요? 사실 단조법와 주조법은 요건에 따라 장점과 단점이 있기 때문에 어느 성형 방법이 우수하다고 할 수 없습니다.

강철의 높은 용해점은 주조를 어렵게 만들고 용해된 재료가 주형의 모든 틈으로 흐를 수 없게 되면 공기 주머니가 형성 될 위험이 있습니다. 다른 한편으로 단조는 대량 생산을 할 때 가격이 적게 들지만 정렬불량과 같은 자체적인 특정 위험을 나타낼 수도 있습니다. 단조법은 정렬의 불량으로로 인해 잘못된 모양, 균열, 또는 제품 손상이 발생 할 수 있습니다.

따라서 비용 대비 품질의 균형을 적절히 유지하는 제품을 만들기 위해서는 제품의 크기, 형상의 복잡성, 로트 당 생산량 및 초기 성형 후 필요한 가공 공정의 양과 같은 모든 특성을 고려하는 것이 중요합니다. 결국, 단조 또는 주조에 대한 최종 결정은 이러한 요소의 최적 균형을 제공하는 방법을 선택하여 이루어져야합니다.