SM,SCM,SNCM & FC,FCD의 규격

[우영메탈]

SM20C·45C, SCM4·21, SNCM8·21, etc : 구조용 탄소강, 합금강

1. 구조용강의 특성

   - 구조용강 탄소강은 기계적 성질이 우수하고 열처리에 의해 성질을 개선시켜 사용하며 (일반적으로 소둔, 소준, 소입 소려의
      열처리를 거쳐 사용), 구조용 합금강은 구조용 탄소강의 기계적 성질을 합금원소를 첨가하여 개량한 재질로서 SHAFT류,
      GEAR류, NUT류 등 강인성을 필요로 하는 기계부품에 사용된다.

2. 화학성분

구분	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	W	V
SM20C	0.18~0.23	0.15~0.35	0.30~0.60	≤ 0.030	≤ 0.035	-	-	-	-	-
SM45C	0.42~0.48	0.15~0.35	0.60~0.90	≤ 0.030	≤ 0.035	-	-	-	-	-
SCM440(4)	0.38~0.43	0.15~0.35	0.60~0.85	≤ 0.030	≤ 0.030	0.90~1.20	0.15~0.30	-	-	-
SCM415(21)	0.13~0.18	0.15~0.35	0.60~0.85	≤ 0.030	≤ 0.030	0.90~1.20	0.15~0.30	-	-	-
SNCM8	0.36~0.43	0.15~0.35	0.60~0.90	≤ 0.030	≤ 0.030	0.60~1.00	0.15~0.30	1.60~2.00	-	-
SNCM21	0.17~0.23	0.15~0.35	0.60~0.90	≤ 0.030	≤ 0.030	0.40~0.65	0.15~0.30	0.40~0.70	-	-

3. 열처리방법

구분	열처리온도(0C)		인장시험 (4호 시험편)				충격시험(3호)	경도시험
	Quenching (소입)	Annealing (소둔)	항복점 kg f/mm2 (N/mm2)	인장시험 kg f/mm2 (N/mm2)	연신율 %	비틀림 %	충격치 kg fm/mm2 (J/cm2)	경도HB
SM20C	-	-	≥ 25	≥ 41	≥ 28	-	-	116~174
SM45C	820~870 수냉	550~650 (급냉)	≥ 35	≥ 48	≥ 20	-	-	167~229
SCM440(4)	830~880 유냉	530~630	≥ 85 (≥ 834)	≥ 100 (≥ 980.7)	≥ 12	≥ 45	≥ 6 (≥ 59)	285~352
SCM415(21)	1차 850~900 유냉 2차 800~850 유냉    또는 925유지후      850~900 유냉	150~200 공냉	-	≥ 85 (≥ 834)	≥ 16	≥ 40	≥ 7 (≥ 69)	235~321
SNCM8	820~870 유냉	580~680	≥ 90 (≥ 883)	≥ 100 (≥ 980.7)	≥ 16	≥ 45	≥ 7 (≥ 69)	293~352
SNCM21	1차 850~900 유냉 2차 800~850 유냉	150~200 공냉	-	≥ 85 (≥ 834)	≥ 17	≥ 40	≥ 6 (≥ 59)	248~341

                                                                  MATERIAL CONVESION TABLE

               FC와 FCD의 차이

1. FC, FCD란 무엇인가? 

 FC, FCD의 재질은 일본의 JIS규격이며 한국의 KS규격은 GC, GCD이다.

FC(또는 GC)는 회주철주물의 규격이며, FCD(또는 GCD)는 구상흑연주철(닥타일)주물의 규격이다.

2. FC250/FC300과 FCD550/FC600은 어떻게 다른가? 

  FC250,300은 회주철 주물의 기계적 성질의 대푯값을 나타낸 것으로 주철의 인장강도를 나타낸다. 그 이외에 경도가 규정되어있다. FCD550,600은 역시 구상흑연주철(닥타일)주물의 인장강도를 나타낸 것이며, 이 이외에 경도, 연신율이 규정되어있다. FC, FCD의 뒷 숫자가 클수록(예: FC250보다 FC300이) 기계적 성질이 커진다.

주)-1. ISO가 제정되기 전에는 FC30, FCD60등으로 표시하였으나 지금은 반드시 FC300, FC600으로 표시한다.

주)-2. FCD550(또는 FCD55)이란 규격은 존재하지 않는다. 금형업계에서 편의상 만들어낸 것임. ISO,KS,JIS EE등 어느 규격에도 없음.

3. 회주철과 닥타일주철은 어떻게 다른가? 

  회주철은 용해로(전기로 또는 큐포라)에서 주물용 선철, 고철 등을 배합, 용해하여 제조하며, 닥타일주철은 고순도(QIT)의 원,부재료를 용해로에서 용해한 다음 마그네슘(Magnesium)모합금을 용탕에 첨가하여 제조한다.

회주철의 파단면은 회색(Grey)이기 때문에 회주철(灰鑄鐵)이라 부르고 일본에서는 쥐(Mouse, 鼠)의 털과 같은 색이어서 “네즈미(ねずみ)” 주철이라 부른다. 특히 현미경으로 보면 조직중의 흑연(탄소)의 모양이 편상(조각)으로 되어 있어서 일명 편상흑연주철 이라고도 부른다.

화학성분은 탄소(C) 규소, 실리콘(Si) 망간(Mn) 인(P) 유황(S)의 5성분을 기본으로 하고 용도에 따라 구리(Cu)나 크롬(Cr)등의 합금을 첨가한다.

기계적 성질은 인장강도가 250~300N/㎟(FC250,300급)정도이며 경도는 브린넬경도(HB) 150~250정도이다. 신율은 거의 없으며 내마모성이 좋고, 가격에 비해 강성이 좋아서 기계의 본체 부품으로 널리 사용되고 있다.

주) N은 뉴톤(Newton)이며, 주물소재 경도는 HB로 표시하며 경화열처리 후에는 HRC, HS로 표시함.

닥타일 주철(Ductile Cast Iron)은 닥타일(Ductile Iron)이라고 부르나, 이는 상품명(예로서미원)이며 금속학적으로는 구상흑연주철(球狀黑鉛鑄鐵,Nodular Cast Irin)이라한다.

회주철의 약점인 인장강도(최대 300~350N/㎟)를 합금첨가량에 따라 400~800㎟까지 개선하고, 신율(거의 0임)을 20%선 까지 대폭 향상시킬 수 있게 되었다. 기존의 주강의 재질을대폭 대체하게 된 것이다.

화학성분은 회주철과 같이 5성분을 주성분으로 하나, 회주철의 편상흑연을 마그네시움을 용탕에 첨가하여 구상흑연으로 바꾸기 위해서는 유황(S)이나 망간(M)등의 구상화 방해 원소들이 매우 낮아야 한다.

강성과 내마모성을 최대한으로 하기 위해서는 니켈(Ni),몰리브덴(Mo),동(Cu)을 첨가하고 가공 후에는 표면경화 열처리를 한다.

4. FCD(닥타일)는 왜 FC(회주철)보다 비싼가? 

  둘다 용해를 하기 위해서는 선철, 고철, 회주철이 필요하다. 회주철에서는 일반 주물용선철을 사용하나(가격지수100), FCD에서는 고순도선철(닥타일용)선철을 사용한다(가격지수140).

즉 가격이 40%가 비싼 선철을 사용한다. 선철의 사용량도 FC보다 FCD는 10% 많으므로 용해 원가가 비싸다. 여기에 구상화에 필요한 마그네시움(Mg) 모합금을 사용하며,기타 FC에는 사용하지 않는 고가의 특수접종제를 사용한다. FC(회주철)는 1ton의 제품을 만들기 위해서는 탕도, 압탕을 포함하여 1.2ton 의 용탕이 필요하나, FCD(닥타일)에서는 1.35ton 의 용탕이 필요하다. 즉 제품의 회수율에서 현격한 차이가 생긴다. 또한 압탕의 절단 및 후처리의 비용이 많이 들어간다. 이것이 비싼 이유이다.

5. 나쁜 원,부재료로 좋은 주물을 만드는 비법은… 

  철광석을 제철소의 고로(용광로)에서 용해하여 첫 번째로 만들어 지는 것이 선철이다. 이 선철은 철광석의 산지와 제철 기술에 따라 불순물의 함유량이 매우 다르다. 즉 좋지 않은 선철은 불순물의 함량이 많아서(예:Ti,Al,Cr,V등) 주물의 기계적 성질을 저하시킨다. 선철은 전체 장입량의 15~30%이지만 처녀성의 특성 때문에 나머지 장입재료인 고철 및 회수철(약70~85%)의 성질을 지배한다. 즉 좋은 선철은 재질을 좋게하고, 나쁜 선철은 재질을 더욱 나쁘게 한다. 믿을 수 있는 좋은 선철을 사용해야 하는 이유이다.

고철은 선철보다 더욱 다양한 재질이 많다. 동일한 재질의 고철은 성분을 미리 알고 용해를 할 수 있지만, 종류가 잡다하면(잡 고철) 성분을 알 수가 없어서 원하는 재질의 주물을 만들 수가 없다. 또한 오염된 고철은 열성유전의 특성 때문에 용해과정에서 좋은 원,부재료의 성질을 더욱 나쁘게 한다. 즉, 나쁜 원재료로 만든 주물은 나쁜 성질이 그대로 나타난다는 열성유전의 원리이다. 이것이 일정한 품질의 고철을 사용해야 하는 이유이다. 우리 회사에서 용해, 제조한 주물은 모든 성분을 알고 있지만 외부에서 제작한 주물은 그 제조과정을(원,부재료,성분) 알 수가 없다. 이러한 이력을 알 수 없는 회수철을 사용하면 예기치 않은 결함이 발생할 위험이 크다. 자가 회수철만을 사용해야 하는 이유이다.

이와 같이 선철, 고철, 회수철 이외에, 가탄재나 접종제와 같은 부재료도 밀접하고, 예민하게 재질에 영향을 미친다. 즉 나쁜 원, 부재료를 사용하여 좋은 주물을 만들기는 불가능하다. 동진주공은 회주철(FC)에는 POSCO선철을, 닥타일(FCD)에는 QIT(세계 제1의 고순도선철) 선철을 사용하며, 고철도 품질이 일정하게 구입하며, 회수철도 자가 발생분만을 사용한다.  

 6. 왜 열처리를 하나? 

  모든 주물의 형상은 매우 복잡한 구조가 많다. 일정한 두께보다는 두꺼운 부분, 얇은 부분이 함께 존재한다. 이것은 주물의 주입 후 냉각과정에서 얇은 부분은 빨리, 두꺼운 부분은 늦게 응고, 냉각된다는 것이다. 주물은 응고, 냉각과정에서 반드시 체적이 수축 한다. 먼저 응고한 부분에서는 수축이(냉각에 의해) 시작되나, 두꺼운 부분에서는 늦게야 수축이 시작된다. 이때 그 중간 부분에서는 어느 쪽으로(얇은 부분 또는 두꺼운 부분) 수축이 진행될지 심한 스트레스를 받는다. 이것이 응력(Stress)이며, 이 응력이 주물의 인장강도보다 크게 되면 균열(Crack,크랙)이 발생한다. 수축이 진행될 때(냉각이 계속되면) 주물의 형상이나 구조에 따라 또는 주물사의 저항이 약하면 주물은 자기가 원하는 방향으로 냉각 하게 된다. 이 결과가 주물의 변형(휨)으로 나타난다. 만약 주물사의 저항이 크고 형상이 휨을 방해하게 되어 있으면 주물은 변형이 없이 냉각되나 주물내부에는 매우 큰 응력이 남아 있게 된다. 이것을 잔류응력(Retained Stress)이라 부른다. 잔류응력은 고객에게 전달했을 때 까지는 아무런 이상이 없으나 가공도중에 또는 가공 후 조립과정 또는 사용도중에 서서히 변형이 진행되기 때문에 정밀한 기계구조물에는 치명적인 결함이 될 수 있다.

그러므로 이 잔류응력을 미리 제거시켜야 하는 작업이 흔히 말하는 열처리이나 이는 정확한 표현이 아니고 정식으로는 응력제거 소둔열처리(Stress Relieve Annealing)이다. 고강도일수록 수축률이 크기 때문에 잠재응력은 더욱 커진다.

주물 자체는 비교적 내마모성이 좋다. 그러나 더욱 경도를 증가시켜서 내마모성을 향상 시키고자 할 때에 담금질을 하게 된다. 이 작업도 흔히 열처리라고 부르지만 이 역시 잘못된 표현이며 정식으로는 소입(Quenching) 또는 경화열처리(Hardening Heat Treatment)라 고한다. 소입열처리를 하기위해서는 화학성분과 조직자체가 반드시 일정한 기준의 재질이상 이어야 한다. 즉, 어떠한 주물이든지 전부 경화열처리가 가능한 것이 아니다.

금속재료 기호대조표 (JIS-AISI-DIN)
기계구조용 탄소강				기계구조용 망간크롬강
JIS	AISI	DIN		JIS	AISI	DIN
S10C	1010	C10		SMn420	1522	-
S15C	1015	C15		SMn433	1536	-
S20C	1020	C22		SMn438	1541	-
S25C	1025	C25		SMn443	1544	-
S30C	1030	C30
S35C	1035	C35
S40C	1040	C40
S45C	1045	C45
S50C	1049	C50
S55C	1055	C55
니켈크롬몰리브덴강				크롬강
JIS	AISI	DIN		JIS	AISI	DIN
SNCM220	8620	21NiCrMo2		SCr415	-
SNCM240	8640	41CrNiMoS2		SCr420	5120	20Cr4
SNCM415	-	-		SCr430	5130	-
SNCM420	4320	-		SCr435	5132	34Cr4
SNCM439	4340	-		SCr440	5140	41Cr4
SNCM447	-	-		SCr445	5147	-
크롬몰리브덴강				탄소공구강
JIS	AISI	DIN		JIS	AISI	DIN
SCM514	-	-		SK1	W1-13	-
SCM420	-	-		SK2	W1-11 1/2	-
SCM430	4130	-		SK3	W1-10	C105W1
SCM435	4137	34CrMo4		SK4	W1-9	-
SCM440	4140	42CrMo4		SK5	W1-8	C80W1
SCM445	4145			SK6	W1-7	C80W1
				SK7	-	C70W2
고속도공구강				합금공구강
JIS	AISI	DIN		JIS	AISI	DIN
SKH2	T1	-		SKS11	F2	-
SKH3	T4	-		SKS51	L6	-
SKH10	T15	-		SKS43	W2-9 1/2	-
SKH51	M2	S6-5-2		SKS44	W2-8 1/2	-
SKH52	M3-1	-		SKD1	D3	X210Cr12
SKH53	M3-2	S6-5-3		SKD11	D2	-
SKH54	M4	-
SKH56	M36	-
스테인레스강(오스테나이트계)
JIS	AISI	DIN		JIS	AISI	DIN
SUS201	AISI201	-		SUS308	AISI308	-
SUS202	AISI202	-		SUS309S	AISI309S	-
SUS301	AISI301	-		SUS310S	AISI310S	-
SUS302	AISI302	-		SUS316	AISI316	DINX5CrNiMo17122
SUS302B	AISI302B	-		SUS316L	AISI316L	DINX2CrNiMo17132
SUS303	AISI303	DINX10CrNiS189		SUS316N	AISI316N	-
SUS303Se	AISI303Se	-		SUS317	AISI317	DINX2CrNiMo17164
SUS304	AISI304	DINX5CrNiS1810		SUS317L	AISI317L	DINX2CrNiMo17164
SUS304L	AISI304L	DINX2CrNiS1911		SUS321	AISI321	-
SUS305Ni	AISI305Ni			SUS347	AISI347	DINX6CrNiNb1810
SUS305	AISI305	DINX5CrNiS1812		SUS384	AISI384	-
내열강(마르텐사이트계)				스테인레스강(페라이트계)
JIS	AISI	DIN		JIS	AISI	DIN
SUH1	-	-		SUS405	AISI405	DINX6CrAl13
SUH3	-	-		SUS429	AISI429	-
SUH4	-	-		SUS430	AISI430	DINX6CrAl17
SUH11	-	-		SUS430F	AISI430F	DINX12CrMoS17
SUH600	-	-		SUS434	AISI434	-
내열강				내열강(耐熱鋼)페라이트계
JIS	AISI	DIN		JIS	AISI	DIN
SUH31	-	-		SUH21	-	DINCrAl1205
SUH35	-	-		SUH409	AISI409	DINX6CrTi12
SUH36	-	-		SUH446	AISI446	-
SUH37	-	-
SUH38	-	-
SUH309	AISI309	-
SUH310	AISI310	DINCrNi2520
SUH330	AISI330	-
회주철				구상흑연주철
JIS	AISI	DIN		JIS	AISI	DIN
FC100	20	GG-10		FCD400	-	GGG-40
FC150	25	GG-15		FCD450	60/40/8	GGG-40.3
FC200	30	GG-20		FCD500	65/45/12	GGG-50
FC250	35	GG-25		FCD600	80/55/06	GGG-60
FC300	40	GG-30		FCD700	100/70/03	GGG-70
FC350	50	GG-35