실용 주철의 탄소 함유량은 일반적으로 2.14% 이상이며, 이는 철강과 구분되는 가장 큰 특징입니다. 주철은 탄소 함유량과 조직에 따라 회주철, 백주철, 가단주철, 구상흑연주철 등으로 나뉩니다. 각 주철 종류는 고유한 특성과 용도를 가지며, 이는 탄소 함유량, 실리콘, 망간 등의 합금 원소와 열처리 과정에 의해 결정됩니다.
회주철 (Grey Cast Iron)
회주철은 가장 일반적인 주철 형태로, 탄소가 흑연 플레이크 형태로 존재하여 파단면에 회색빛을 띱니다. 탄소 함유량은 보통 2.5~4.0% 범위이며, 실리콘 함량도 비교적 높습니다. 흑연 플레이크는 응력 집중을 일으켜 인장 강도는 낮지만, 압축 강도는 우수합니다. 또한, 흑연이 윤활 작용을 하여 기계 가공성이 좋고, 진동 흡수 능력이 뛰어나 엔진 블록, 기계 베이스 등에 널리 사용됩니다.
백주철 (White Cast Iron)
백주철은 탄소가 시멘타이트(Fe3C) 형태로 존재하여 파단면이 백색으로 보이는 것이 특징입니다. 탄소 함유량은 1.8~3.5% 정도이며, 실리콘 함량은 낮습니다. 시멘타이트는 매우 단단하고 취성이 커서 기계 가공이 어렵지만, 내마모성이 매우 뛰어납니다. 따라서 볼밀 라이너, 롤러, 펌프 임펠러 등 마모가 심한 부품에 사용됩니다. 백주철은 또한 가단주철이나 구상흑연주철을 만들기 위한 중간재로 활용되기도 합니다.
가단주철 (Malleable Cast Iron)
가단주철은 백주철을 열처리하여 흑연을 불규칙한 덩어리(temper carbon) 형태로 만든 것입니다. 탄소 함유량은 2.3~3.0% 정도입니다. 열처리 과정을 통해 백주철의 취성을 줄이고 연성과 인성을 향상시켜, 주조 후에도 어느 정도의 변형이 가능합니다. 볼트, 너트, 파이프 피팅, 농기구 부품 등 충격이나 진동을 받는 부품에 사용됩니다.
구상흑연주철 (Ductile Cast Iron / Nodular Cast Iron)
구상흑연주철은 마그네슘이나 세륨 등을 첨가하여 흑연을 구형으로 만든 주철입니다. 탄소 함유량은 3.2~4.0% 범위이며, 회주철의 흑연 플레이크보다 구형의 흑연이 응력 집중을 덜 일으켜 인장 강도, 연성, 인성이 모두 우수합니다. 강과 유사한 기계적 성질을 가지면서도 주철의 장점인 주조성을 유지하고 있어, 자동차 부품(크랭크축, 기어), 수도관, 건설 자재 등 다양한 분야에서 강을 대체하는 소재로 주목받고 있습니다.
이처럼 실용 주철은 탄소 함유량과 그에 따른 미세 조직의 차이에 따라 매우 다양한 특성을 나타내며, 각기 다른 용도에 최적화되어 사용됩니다. 주철의 선택은 요구되는 기계적 성질, 가공성, 내마모성, 비용 등을 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다.