기계구조용강

[하늘]

 ▶ 기계구조용강

일반

나사의 제조에 사용되는 강은 분류상 기계구조용강으로 분류되며, 탄소의 함량에 따라 물리적 성질이 크게 달라지며, 다양한 분야에 사용되고 있다.

기계구조용강의 종류별 특성

철선
탄소함유량 0.08-0.15%의 연강선재(Low Carbon steel wire rod)를 소재로 하여 산세,수세 또는 디스케일링(Descaling)처리하여 상온에서 다이스를 통해 소정의 굵기로 신선한 것으로 건축용,가정용에 많이 쓰인다. 
 

경강선
경강선재(High Carbon steel wire rod)를 열처리한후 산세, 수세 또는 디스케일링 처리하여 상온에서 신선한 제품으로 와이어로프 소재와 스프링용 소재 그리고 일반산업소재로 많이 쓰인다.
 

냉간압조용강선(CHQ wire)
특수강냉간압조용선재를 사용하여 냉간신선등의 냉간가공 또는 이들을 열처리하여 만든강선을 말한다. 사용하는 종류에 따라 냉간압조용 탄소강선 및 냉간압조용 스테인리스강선등이 있으며 볼트,너트,작은나사,태핑나사등의 체결부품 및 자동차,전기기기등의 각종 기계부품에 사용된다.

기계구조용강의 물성

구 분	강 종	공 정	기 계 적 성 질
			인장강도 (Kgf/㎟)	단면수축율 (%)	경도 (HRB)
탄소강	SWCH 8A/12A	SAIP	45이하	75이상	75이하
	SWCH 18A/22A	SAIP	50이하	70이상	85이하
	SWCH 25K(F)	SAIP	50이하	70이상	85이하
	SWCH 45K(F)	SAIP	58이하	70이상	90이하
		PASAIP	54이하	70이상	87이하
	AISI 1541	SAIP	60이하	68이상	92이하
합금강	SCM415/420	SAIP	55이하	70이상	88이하
		PASAIP	53이하	70이상	87이하
	SCM435/440	PASAIP	62이하	68이상	92이하
		PSASAIP	58이하	70이상	90이하
	AISI 51B20	SAIP	52이하	70이상	86이하
	AISI 4037	SAIP	54이하	70이상	87이하
	SUJ 2	SA/PC	65이하	65이상	94이하
		PASAIP	72이하	60이상	96이하

기계구조용강의 규격

기계구조용 강종별 호환표

같은 줄에 표기된 제품들은 상호 호환성이 있는 유사한 제품이다. 하지만, 모두 100% 동일한 제품을 의미하지는 않으므로 혼돈이 없기 바랍니다.

구 분		표준규격(강종명)			용도
		KS	JIS	AISI
탄소강	일반용	SM10C/58C	S10C/58C	1010/1060	기계부속품류, 샤프트,기어체인, 볼트봉재,스프링, 봉재,레버롤러 등
	침탄용	SM09CK/ 20CK	S09CK/20CK	1010/1020
	쾌삭용	SUM11/24L	SUM11/24L	1110/12L14	스크류,조인트,캠, 정밀부품류 등
	냉간 압조용	SWRCH10K/ 50K	SWRCH10K/ 50K	1010/1050	냉간단조품 선재 볼트,너트 등
		HSWR27/72B	SWRH27/72B	1027/1072	고인장용 선재
합금강	Cr	SCr415/445	SCr415/445	5120/5140	공구류 사프트, 기어,핀, 너트,못, 바이트,키,크랭크 롤러 절단장치, 스프라켓 커플링, 파일 캠 등
	Mn	SMn420/443	SMn420/443	1522/1541
	Mn-Cr	SMnC420/443	SMnC420/443	1335/1345
	Cr-Mo	SCM415/822	SCM415/822	4130/4147
	Ni-Cr	SNC236/836	SNC236/836
	Ni-Cr-Mo	SNCM220/815	SNCM220/815	8615/8640 4320/4340
	담금질 성능 보증강	SCr415H/440H	SCr415H/440H	5120H/5140H
		SMn420H/ 443H	SMn420H/ 443H	1522H/1541H
		SMnC420H/ 443H	SMnC420H/ 443H	1335H/1345H
		SCM415H/ 822H	SCM415H/ 822H	4135H/4147H
		SNC415H/ 815H	SNC415H/ 815H
		SNCM220H/ 420H	SNCM220H/ 420H	8617H/8622H 4320H

기계구조용강 선재의 화학성분

강구분	강 종	화 학 성 분
		C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	MO	-
탄소강	S10C	0.08 ∼0.13	0.15 ∼0.35	0.30 ∼0.60	0.030↓	0.035↓	0.20↓			Ni+Cr 0.35↓ CR 0.20↓ Cu 0.30↓
	S17C	0.15 ∼0.20
	S20C	0.18 ∼0.23
	S25C	0.22 ∼0.28
	S30C	0.27 ∼0.33		0.60 ∼0.90
	S35C	0.32 ∼0.38
	S38C	0.35 ∼0.41
	S45C	0.42 ∼0.48
크롬강	SCr 415	0.13 ∼0.18	0.15 ∼0.35	0.60 ∼0.85	0.030↓	0.030↓	0.25↓	0.90 ∼1.20	-	Cu 0.30↓
	SCr 420	0.18 ∼0.23
	SCr 430	0.28 ∼0.33
	SCr 435	0.33 ∼0.38
	AISI 51B20	0.17 ∼0.22	0.15 ∼0.35	0.70 ∼0.90	0.035↓	0.040↓	-	0.70 ∼0.90	-	-
크롬몰리브덴강	SCM415	0.13 ∼0.18	0.15 ∼0.35	0.60 ∼0.85	0.030↓	0.030↓	0.25↓	0.90 ∼1.20	0.15 ∼0.30	Cu 0.30↓
	SCM420	0.18 ∼0.23
	SCM430	0.28 ∼0.33
	SCM435	0.33 ∼0.38
	SCM440	0.38 ∼0.43
	AISI4140	0.38 ∼0.43	0.17 ∼0.22	0.75 ∼1.00	0.035↓	0.040↓	-	0.80 ∼1.10	0.15 ∼0.25	-
스프링강	SUP 7	0.56 ∼0.64	1.80 ∼2.20	0.70 ∼1.00	0.035↓	0.035↓	-	-	-	-
	SUP 9	0.52 ∼0.60	0.15 ∼0.35	0.65 ∼0.95			0.65 ∼0.95	-
	SUP 10	0.47 ∼0.55				0.035↓	0.80 ∼1.10			V:0.15 ∼0.25
	SAE9254	0.51 ∼0.59	1.20 ∼1.60	0.60 ∼0.80		0.040↓	0.60 ∼0.80	-		-
	DIN50CrV4	0.47 ∼0.55	0.40↓	0.70 ∼1.10		0.030↓	0.90 ∼1.20			V:0.10 ∼0.20
베어링강	SUJ 2	0.95 ∼1.10	0.15 ∼0.35	0.50↓	0.025↓	0.025↓	1.30 ∼1.60	-	0.080↓	Cu 0.20↓
	SUJ 3		0.40 ∼0.70	0.90 ∼1.15			0.90 ∼1.20
	SUJ 4		0.15 ∼0.35	0.50↓			1.30 ∼1.60	-	0.10 ∼0.25

구분	강 종	화학성분
		C	Si	Mn	P	S	-	-
냉 간 압 조 용 강	SWRCH 6R	0.08↓	-	0.60↓	0.040↓	0.040↓	-	Rimmed강
	SWRCH 8R	0.10↓
	SWRCH 10R	0.08∼0.13		0.30∼0.60
	SWRCH 12R	0.10∼0.15
	SWRCH 15R	0.13∼0.18
	SWRCH 17R	0.15∼0.20
	SWRCH 6A	0.08↓	0.10↓	0.60↓	0.030↓	0.035↓	AI:0.02↑	Al-killed강
	SWRCH 8A	0.10↓
	SWRCH 10A	0.08∼0.13		0.30∼0.60
	SWRCH 12A	0.10∼0.15
	SWRCH 15A	0.13∼0.18
	SWRCH 16A			0.60∼0.90
	SWRCH 18A	0.15∼0.20
	SWRCH 19A			0.70∼1.00
	SWRCH 20A	0.18∼0.23		0.30∼0.60
	SWRCH 22A			0.70∼1.00
	SWRCH 10K	0.08∼0.13	0.10 ∼ 0.35	0.30∼0.60	0.030↓	0.035↓	-	Killed강
	SWRCH 12K	0.10∼0.15
	SWRCH 15K	0.13∼0.18
	SWRCH 16K			0.60∼0.90
	SWRCH 17K	0.15∼0.20		0.30∼0.60
	SWRCH 18K			0.60∼0.90
	SWRCH 20K	0.18∼0.23		0.30∼0.60
	SWRCH 22K			0.70∼1.00
	SWRCH 24K	0.19∼0.25		1.35∼1.65
	SWRCH 25K	0.22∼0.28		0.30∼0.60
	SWRCH 27K	0.22∼0.29		1.20∼1.50
	SWRCH 30K	0.27∼0.33		0.60∼0.90
	SWRCH 33K	0.30∼0.36
	SWRCH 35K	0.32∼0.38
	SWRCH 38K	0.35∼0.41
	SWRCH 40K	0.37∼0.43
	SWRCH 41K	0.36∼0.44		1.35∼1.65
	SWRCH 43K	0.40∼0.46		0.60∼0.90
	SWRCH 45K	0.42∼0.48
	SWRCH 48K	0.45∼0.51
	SWRCH 50K	0.47∼0.53
탄소강	SWRM 10	0.08∼0.13	-	0.30∼0.60	0.045↓	0.045↓	-	-
	SWRM 12	0.10∼0.15
	SWRM 10	0.15∼0.20
	SWRM 12	0.18∼0.23

 

강의 성질을 향상 개선시키기 위해 5대 기본성분인 탄소, 규소, 망간, 인 및 유황 외의 합금 원소들을 첨가합니다. 이러한 성분들의 함유량에 따라 강의 종류가 결정되며, 별도의 성분을 추가하여 새로운 재질들을 만들기도 합니다.
아래 표에는 강의 성질에 미치는 첨가원소들의영향을 나타내었습니다.

원 소 명	첨 가 원 소 의 영 향
탄 소 (C)	강의 근본이 되는 원소로서 강의 기계적 성질에 가장 큰 영향을 주며, 탄소 함량이 증가하면 경도, 강도는 증가하나 연신율, 단면 수축율은 감소됨. 용접성은 0.20%C 이상인 경우 저하됨 오스테나이트에 고용하여 quenching시 마르텐사이트 조직을 형성시킨다. 탄소량의 증가와함께 quenching 경도를 향상시키지만 quenching시 변형유발가능성을 크게 한다. Fe,Mo,V등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성하므로 강도와 경도를 향상시킨다.
규 소 (Si)	Matrix내에 고용되어 경도 및 인장강도를 높이나 충격치는 감소됨. 강속의 규소는 선철과 탈산제에서 잔류된다. SiO2와 같은 화합물을 형성하지 않는 한 페라이트 속에 고용되므로 탄소강의 기계적 성질에는 영향을 미치지 않는다. 규소는 강한 탈산제이고 45% 첨가량까지는 강도를 향상시키지만 2% 이상 첨가시에는 인성을 저하시키고 소성 가공성을 해치므로 첨가량에 한계가 있다. 템퍼링시 연화저항성을 증대시키는 효과도 있다.
망 간 (Mn)	대부분 강을 만드는 과정에서 용해되나 일부는 황(S)과결합하여 "MnS"형태로 존재하여 피삭성, 연신율을 향상시킨다. 연신율을 감소시키지 않고 강도를 증가시키며, 소입성을 향상시킨다. MnS의 형성으로써 강 속의 S의 양이 감소하므로 결정립계에 형성되는 취약하고 저융점화합물인 FeS의 형성을 억제시킨다. Mn에 의해서 펄라이트가 미세해지고 페라이트를 고용강화시키므로써 탄소강의 항복강도를 향상시킨다. QUENCHING시 경화깊이를 증가시키지만 많은 양이 함유되어 있을때는 QUENCHING 균열이나 변형을 유발시킨다. Mn은 강의 내산성 및 내산화성을 저해하는 원소이다.
인 (P)	인이 강속에 균일하게 분포되어 있으면 문제가 없으나 보통 철(Fe)과 결합하여 Fe3P의 해로운 화합물을 형성한다. 이 화합물은 극히 취약하고 편석되어 있으며 풀림처리를 하여도 균질화되지 않고 단조,압연등의 가공을 하면 길게 늘어난다. 충격저항을 저하시키고 템퍼링취성을 촉진하며 쾌삭강에서는 피삭성을 개선시키는 원소이다. 상온에서 충격치를 감소시켜 상온 취성의 원인이 된다. Fe3P는 입계에 편석하고 입자조대화를 촉진시키므로 불순물로 간주된다.
황 (S)	보통 Mn과 결합하여 MnS 개재물을 형성한다.  강중의 Mn 양이 충분치 못할 때에는 Fe와 결합하여 FeS를 형성하기도한다. FeS로 결합하면 입계에 망상으로 분포되어 인장강도, 연신율 및 충격치를 감소시키며 가공시 파괴의 원인인 고온 취성을 일으킬 수 있다. 일반적으로 Mn, Zn, Ti, Mo등의 원소와 결합하여 강의 피삭성을 개선시킨다.
구 리 (Cu)	구리는 상온에서 페라이트에 0.35%까지 고용하여 고용강화효과를 나타내므로 강도 및 경도를 약간 증가시키지만 연신율은 저하시킨다. Cu를 함유한 강에서는 열간가공성이 문제로 되는데 특히 0.5%이상 함유되어 있을 때에는 적열취성의 원인으로 된다. 이것은 고온가열시에 Fe보다 Cu의 산화속도가 작으므로 강표면에 편재하여 열간가공중에 강재 내부로 침투하기 때문이지만 Ni이나 Mo의 첨가로서 이 현상을 개선할수 있다. 구리는 비교적 소량 함유되어 있어도 대기 및 해수중에서 강의 내식성을 현저하게 향상시킨다. Cu와 P가 공존할 경우 내식성 향상에 더욱 효과적이다.
니 켈 (Ni)	소입성을 개선시키며 특히 조직의 인성을 증대시키는 원소이다. Ni은 강의 조직을 미세화시키고 오스테나이트나 페라이트에도 고용이 잘되므로 기지를 강화시킨다. 또 Cr이나 Mo과 공존하면 우수한 경화능을 나타내어 대형강재의 열처리를 용이 하게 한다. Ni은 오스테나이트 안정화원소이므로 Cr과의 조합으로 오스테나이트계 스테인레스강,내열강을 형성한다. 강의 저온인성을 현저히 개선시키며 용접성, 가단성을 해치지 않는다. 또한 Ni은 C나 N의 확산을 느리게 하므로 내열강의 열화를 방지하고 팽창률,강성률,도전율 등의 점에서도 특징이 있다. 즉 Fe-36%Ni강은 상온부근에서의 열팽창계수가 0에 가까우므로 전자재,특수재로서의 용도가 넓다.
크 롬 (Cr)	소입성의 개선효과가 크고 Tempering취성을 감소시키며, 내식성이 우수하다. 13%까지 첨가로서 오스테나이트 영역을 확장시킨다. 10%이상 첨가하면 스테인레스강으로 되고 내산화성을 향상시키고 내유화성을 개선하므로 구조용강,공구강, 스테인레스강 및 내역강의 거의 전부에 함유되어 있는 가장 중요하고 보편적인 합금원소이다.
몰리브덴 (Mo)	소입성을 향상시키고 내열성을 강화시킨다. Mo은 0.1~0.3%정도의 첨가로서 Ni의 10배까지 경화능을 향상시키는 효과가 있으므로 템퍼링 취성을 방지하여 템퍼링 취화저항성을 부여한다. 경화능에 관해서는 Mo 단독보다는 Cr과 병용하면 더욱 효과적이다.
알루미늄 (Al)	강탈산제로서 유효하나 첨가량이 많으면 강을 취약하게 함으로 탈산, 탈질용으로서는 0.1%이하로 첨가하는 것이 보통이다. 질화물인 AlN은 미세석출하여 강의 결정립 미세화에 효과적이므로 이것을 이용해서 극미세결정립을 갖는 강인강을 제조할 수 있다. 고온산화방지 및 내유화성에 극히 효과적이다.
보 론 (B)	미량첨가(0.001~0.003%정도)로도 현저하게 소입성이 증가된다. 과도하게 첨가되면 Fe2B를 일으켜, 적열 취성의 원인이 된다.
질소(N)	질소는 극히 미량 존재로도 강의 기계적성질에 큰 영향을 미치는데 인장강도,항복강도를 증가시키고 연신율을 저하시킨다. 특히 충격치의 감소 및 천이온도의 상승은 현저하다. 탄소와 동일하게 침입형원소이고 강중에서 확산속도가 빠르다. 각종 취성이나 시효경화성을 나타낸다. - 퀜칭시효(QUENCHING AGING) : QUENCHING시 일어난다. - 변형시효(STRAIN AGING) : 냉간가공에 의해 발생 - 청열취성(BLUE BRITTLENESS) : 200~300℃에서 일어난다. 강의 인장강도, 항복강도는 증가하고 충격치는 저하해서 강의 취화를 일으킨다. 극연강 박판의 DEEP DRAWING 가공시 표면에 주름이 발생하는 현상은 주로 질소의 변형시효에 의해서 일어난다. 이것을 안정화 시키기위해서 질소와 친화력이 큰 Al,Ti,Zr,V,B등을 첨가하므로써 취화현상을 방지한다.
수소(H)	수소는 원자반경이 극히 작으므로 Fe 격자중에 N,C등과 동일하게 침입형으로 고용되어 있다. 강중에서는 다른 원소에 비해서 확산속도가 매우 빠르므로 강속을 자유로이 이동할수 있다. 수소는 백점(白点), HAIR CRACK, 선상조직(線狀組織) 및 용접시 비드균열등의 결함이있다. 결함 방지 또는 제거를 위하여 진공용해 또는 진공처리에 의해 탈수소를 한다.
산소(O)	산소는 거의 Fe에 고용되지 않기 때문에 강중에서는 주로 비금속개재물로서 강의 기계적성질, 피로특성을 저하시킨다.
비소(As)	As는 제선제강과정에서 제거하는 것이 거의 불가능하고 또 강재의 재질향상을 위해서 비소를 인위적으로 첨가하는 경우는 거의 없다. As는 0.2%정도 이상에서는 충격치를 현저하게 저하시키고, 충격천이온도를 상승시킴과 함께 강의 열간가공성을 해치고 적열취성을 일으킨다.
붕소(B)	미량첨가(0.0005~0.003%)로서 경화능을 현저히 증가시킨다. 과잉첨가되면 Fe₃B를 형성하여 적열취성을 일으킨다.
코발트(Co)	대부분의 합금원소는 소량첨가로써 강의 경화능을 향상시키지만 Co는 예외로서, 그 반대의 경향을 나타내고 또 고가이므로 일반적인 강에는 사용하지 않고 자석,고급절삭공구,내열재료 등에 첨가해서 성질을 개선하는데에 사용하고 있다. 특히 강의 고온강도를 개선하는데에 효과적이다.
티타늄(Ti)	Ti은 O, N, C, S 및 H등 어느 원소화도 강한 친화력을 나타내고 특히 탈산, 탈질, 탈황에 흔히 사용된다. 탄화물 형성능도 Cr보다 강하고 결정립을 미세화시키기 때문에 스테인레스강이나 절삭공구강의 개량에 이용된다. 또한 타금속원소와도 화합물을 형성하여 석출경화효과가 현저하므로 석출경화형 스테인레스강이나 영구자석등에 이용된다.
주석(Sn)	Sn은 SCRAP으로부터 혼입되어 제강과정에서는 거의 제거되지 못하는 원소로서,페라이트에는 약 8%까지 고용한다. 일반적으로 Sn은 강의 인장강도,항복강도를 증가시키고 연신율,충격치를 감소시키는 등 P의 영향과 유사한 점이 많지만 P만클 현저하지는 않다. 그러나 Sn은 열간가공시의 적열취성, 템퍼링취성, 저온취성 등의 원인이 되고, 내식성에 약간의 이점이 있기는 하지만 일반적으로 강에 유해한 원소이다.
셀레늄(Se)	Mn등과 화합물을 만들어 피삭성을 향상시킨다. 유황보다 훨씬 고가이며, 용강(熔鋼)의 유동성을 좋게한다.
칼슘(Ca)	강력 탈산제이다. 용강중에서 기화하여 폭발하기 쉬우므로 Ca-Si, Ca-Si-Mn 등의 상태로 첨가하여 비금속 개재물의 상태 및 분포의 조정을 행한다.
납(Pb)	강의 피삭성을 향상시킨다.
바나듐(V)	탄화물 형성능이 커서 미립탄화물을 만들어 강의 조직을 미세화시키므로, 고장력강으로부터 각종 공구강에 이르기까지 많이 사용되고 있다. 템퍼링 연화저항성도 Mo이상으로 좋다. 고온강도도 대폭 향상시키지만 산화물인 V2O5는 증기압이 높아서 고온증발하므로 첨가량에 한계가 있다.
텅스텐(W)	W은 고가이고, 비중이 커서 편재하기 쉬우므로 구조용강에는 거의 첨가되지 않지만, 경화능을 향상시키고 Fe4W2C 또는 Fe3W3C형의 탄화물을 형성하므로 공구강 특히 절삭 공구강에 이용되고 18%W-4%Cr-1%V강은 고속도강으로서 유명하다. 또 W이 함유된 자석강도 있다.
지르콘(Zr)	N, S, C 및 H와의 친화력이 Ti보다 강하기 때문에 이들 원소의 고정에 흔히 이용되고 있다. 백점의 발생도 0.2~0.3%첨가로 완전히 방지할 수 있다고한다.