기계 부품에 많이 쓰이는 SCM435는 높은 강도와 내구성이 특징인 크롬 몰리브덴 강철입니다. 자동차에서 산업 기계까지 많이 사용되고 있는 한편, 「S45C와의 차이는?」 「가공시의 주의점은?」과 같은 의문을 가지는 분도 있을 것입니다.
본 내용에서는 SCM435의 특성과 장단점에 대해 자세히 설명합니다. 구체적인 용도나 가공의 포인트에 대해서도 정리하고 있으므로, 재료 선정이나 기술 도입의 판단시에 참고해 주세요.
목차
SCM435의 정의
SCM435는 기계 구조용 합금강 강재의 일종입니다. 주요 성분인 철에 크롬과 몰리브덴이 첨가되어 있어 통칭 「크롬 몰리브덴강」 또는 「크로몰리강」이라고도 합니다.
구체적인 화학 성분은 다음과 같습니다.
단위 %
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu |
| 0.33~0.38 | 0.15~0.35 | 0.60~0.90 | 0.030 이하 | 0.030 이하 | 0.25 이하 | 0.90~1.20 | 0.15~0.30 | 0.30 이하 |
일반적인 탄소강을 능가하는 높은 강도와 우수한 담금질성을 가지며 열처리를 통해 기계적 성질이 대폭 향상되는 것이 가장 큰 특징입니다.
크롬의 첨가로 내식성이 향상되었으며, 처리되지 않은 탄소강에 비해 녹이 잘 슬지 않는 성질을 가집니다. 단, 스테인레스에는 뒤떨어지기에 주의가 필요합니다.
또한 SCM435와 비교되는 재료로 SCM435H와 S45C가 있습니다. 각 재료와의 차이에 대해서, 아래에 정리합니다.
SCM435와 SCM435H의 차이
SCM435H는 열처리성을 보증한 구조용 강재(H강)의 일종입니다. 일정한 경도가 두께 방향으로도 보증되는 사양으로, 큰 부품에서 균일한 강도를 얻고 싶을 때는 이 H강 규격이 이용되는 경우가 있습니다.
SCM435H의 화학성분은 다음과 같습니다.
단위 %
| C | Si | Mu | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu |
| 0.32~0.39 | 0.15~0.35 | 0.55~0.95 | 0.030 이하 | 0.030 이하 | 0.25 이하 | 0.85~1.25 | 0.15~0.35 | 0.30 이하 |
SCM00H와 같이 끝에 H를 붙임으로써 대응하는 강종에 담금질성 보증이 부가되어 있음을 나타냅니다.
SCM435와 S45C의 차이
S45C는 기계 구조용 탄소강 강재입니다. SCM435가 크롬과 몰리브덴을 포함하는 합금인데 비해 S45C는 탄소를 주성분으로 하는 거의 무합금입니다.
S45C의 화학성분은 다음과 같습니다.
단위 %
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Cu | Ni+Cr |
| 0.42~0.48 | 0.15~0.35 | 0.60~0.90 | 0.030 이하 | 0.035 이하 | 0.20 이하 | 0.20 이하 | 0.30 이하 | 0.35 이하 |
합금 원소의 차이로 인해, 조질 처리 후 인장 강도는 SCM435에 뒤지지만, 기계 가공에서는 절삭하기 쉽다는 장점도 있습니다. 코스트를 억제하면서 중강도로 충분한 부품에는 S45C, 고강도와 신뢰성이 불가결한 경우에는 SCM435가 선택되는 것이 실무적인 구분입니다.
SCM435의 특성
SCM435의 기계적 특성
SCM435의 가장 큰 매력은 열처리(조질)를 통해 얻을 수 있는 뛰어난 기계적 특성입니다. 구체적인 기계적 특성은 다음과 같습니다.
| 인장 강도 (N/mm ²) | 항복점 (N/mm² ) | 경도(HBW) | 신장(%) | 조리개(%) | 샤르피 충격치( J/cm² ) |
| 930 이상 | 785 이상 | 269~331 | 15이상 | 50이상 | 78 이상 |
또한 내열성이 뛰어난 점도 SCM435의 특징입니다. 500℃ 전후의 고온 환경하에서도 강도 저하가 어렵다는 보고도 있어, 엔진 주변 등 고온에 노출되는 용도로도 안정된 성능을 유지할 수 있습니다.
이와 같이 높은 강도·인성·내열성을 가지는 SCM435는 강도와 내구성을 요구하는 많은 기계 부품이나 구조 부재에 채용되고 있습니다.
SCM435의 물리적 특성
주요 물리적 특성은 다음과 같습니다.
| 비중 | 탄성 계수(GPa) | 푸아송 비율 |
| 7.85 | 210 | 0.30 |
이러한 표준적인 물리적 성질은 순철이나 탄소강에 비해 특수한 것은 아닙니다. 따라서 설계 계산이나 가공 시의 열 영향을 예측하는 데 특별한 고려가 불필요하며, 취급 용이성의 한 요인이 되고 있습니다.
또한 원소 첨가에 의한 담금질성 향상도 물리적 특성 중 하나입니다. 탄소 0.35% 상당의 탄소강에서는 어려웠던 두꺼운 부품의 경화도 SCM435라면 대경 부품에서도 심부까지 마르텐사이트 조직을 얻기 쉽게 되어 있습니다.
SCM435의 장점
다음으로 SCM435의 장점을 살펴 보겠습니다. 주요 장점은 다음 세 가지입니다.
높은 강도와 내마모성
SCM435의 가장 큰 장점은 조질 처리를 통해 얻을 수 있는 강도와 내마모성입니다. 적절한 열처리를 진행함으로서 인장 강도는 930N/mm² 이상에 달하며 경도도 269~331HBW로 높은 경도를 얻을 수 있습니다. 따라서 높은 부하가 걸리는 구조 부품이나 체결력이 높은 볼트·너트류에 매우 적합합니다.
게다가 단지 단단할 뿐만 아니라 뛰어난 인성(끈적힘)도 겸비하기에, 충격이 있는 하중에도 파괴하기 어려운 것이 특징입니다. 이 높은 경도와 인성의 밸런스가, 톱니바퀴나 샤프트, 크랭크 샤프트 등, 높은 면압이나 마모에 노출되는 부품에서의 수명연장을 실현합니다.
양호한 가공성과 열처리성
SCM435는 고강도 합금강이면서 열처리 전의 어닐링 상태에서는 비교적 양호한 피삭성을 나타내는 가공성이 뛰어난 재료입니다. 필요에 따라 납을 첨가한 쾌삭강(SCM 435L 등)도 존재하며, 양산 가공에도 대응하고 있습니다.
또한 크롬과 몰리브덴의 함유로 열처리성이 매우 뛰어난 점도 장점입니다. 기름 담금질이라는 비교적 완만한 냉각으로도 강재 내부 깊은 곳까지 균일하게 경화시킬 수 있습니다. 따라서 대형 기어나 두꺼운 샤프트와 같은 단면이 큰 부품에서도 중심부까지 원하는 강도와 경도를 확보하기 쉽다는 큰 이점이 있습니다. 대체로 「가공하기 쉽고 원하는 대로 단단하게 만들 수 있는」재료라고 할 수 있습니다.
안정적인 공급 및 비용 성능
SCM435는 특수강 중에서도 범용성이 높고 국내외에서 널리 사용되고 있어 시중 유통량이 풍부하고 안정적인 공급을 기대할 수 있습니다. 강재 메이커 각사가 제조하고 있으며, 환봉, 각봉, 평강, 후판, 단조품 등 다양한 형상, 사이즈로 입수가 비교적 용이합니다.
또, 오랜 세월에 걸쳐 많은 산업 분야에서 사용되어 온 실적으로부터, 열처리 조건이나 가공 노하우가 업계에 넓게 축적되고 있어 제조 코스트의 안정화에도 연결되고 있습니다.
SCM435는 우수한 기계적 특성과 비교적 저렴한 재료비 및 가공비의 균형을 맞춘 재료입니다. 이 「고성능이면서도 비교적 적당하다」는 점이 자동차 부품부터 산업기계까지 폭넓게 채용되는 이유 중 하나가 되고 있습니다.
SCM435의 단점
반면 SCM435에는 다음과 같은 단점도 있습니다.
응력 부식 균열이나 갈라짐의 우려
SCM435는 고강도인 반면 특정 환경에서는 응력부식균열(SCC)이나 수소 취화에 의한 지연파괴 위험을 고려해야 합니다. 특히 부식성 분위기나 습도가 높은 환경, 혹은 전기 도금 처리 시 강재 내부에 수소가 침입하면 시간 경과에 따라 강도 저하 나 균열이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 도금 후 베이킹처리(수소 제거 어닐링)가 불가결합니다.
또한 열처리 시의 급랭에 의해 「열기 균열」이 발생할 우려도 있습니다. SCM435는 기름 담금질이 기본이지만 부품 형상이 복잡하거나 두께가 급변하는 곳에서는 냉각 시 열 응력에 의해 미세한 크랙이 발생할 수 있습니다. 적절한 냉각 방법의 선택이나 필요에 따른 예열·단계 냉각과 같은 신중한 열처리 관리가 필요합니다.
열처리에 대한 관리의 어려움
SCM435의 우수한 기계적 성질을 이끌어내려면 적절한 열처리가 필요합니다. 열처리 온도·유지 시간·냉각 속도, 그리고 열처리 온도와 시간이라는 각 파라미터를 엄밀하게 제어하지 않으면, 목표로 하는 강도나 인성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 반대로 재료를 취성화시켜 버릴 위험성도 있습니다.
또한 부품의 크기와 형상에 따라 열처리 조건의 최적화가 필요하며, 균일한 열처리를 하려면 고도의 기술과 경험, 그리고 적절한 설비가 필수적입니다. 가공 공정 전체를 계획할 때는 열처리에 의한 치수 변화나 왜곡도 고려해야 합니다.
용접성에 주의가 필요
탄소 함유량이나 합금 원소량이 비교적 많기 때문에 SCM435의 용접성은 일반적으로 양호하다고는 할 수 없습니다. 용접 시 급열 급냉에 의해 열영향부(HAZ)가 매우 단단하고 취약한 마르텐사이트 조직으로 변질되기 쉽기에 용접 균열(특히 저온 균열)의 위험이 높아집니다.
이 리스크를 억제하기 위해서는 용접 전에 부재를 200~350℃ 정도로 예열하고 용접 후에도 적절한 패스간 온도관리나 열처리 후 가공(응력제거 소일 등)을 하는 신중한 시공 관리가 필수입니다.
또한 저수소계 용접재료를 선정하여 용접부에 수소 침입을 최대한 피하는 것도 중요합니다. 용접부의 기계적 성질은 다를 수 있기에 구조 설계에서도 그 점을 고려해야 합니다.
SCM435의 용도
SCM435는 뛰어난 특성 때문에 다양한 분야의 기계 부품에 널리 사용되고 있습니다. 대표적인 용도는 다음과 같습니다.
| 자동차 산업 | 크랭크 샤프트나 커네팅 로드 · 기어류 · 트랜스미션의 부품 등 |
| 건설기계・중기 분야 | 유압 굴삭기와 크레인의 각종 핀과 샤프트, 기어 부품 , 고강도 볼트 등 |
| 항공·우주 부품 | 항공기의 착륙 다리 부품이나 엔진 주변의 부품 · 로켓의 지상 시험 설비의 부품 등 |
| 산업기계부품・금형 관련 | 공작 기계나 로봇의 축이나 기어 · 유압 기기의 실린더 로드· 프레스기 의 금형 홀더 등 |
SCM435의 가공 방법과 포인트
SCM435의 성능을 최대한 끌어내기 위해서는 적절한 가공 방법의 선택과 각 공정에서의 포인트를 이해하는 것이 필수적입니다. 주요 가공 종류와 주의점은 다음과 같습니다.
- 절삭 가공
열처리 전의 가공전 소재는 비교적 깎기 쉽지만, 조질 후에는 경도가 높아 난삭재가 됩니다. 적절한 공구 재질의 선정, 가공 경화에 대한 대책, 충분한 냉각과 윤활이 중요합니다.
- 열처리
열처리 (조질)로 고강도, 고인성을 부여합니다. 균열 방지를 위한 적절한 냉각 속도 관리와 왜곡, 치수 변화를 고려한 공정 설계가 요구됩니다.
- 표면 처리
내마모성, 내식성, 피로 강도 등을 더욱 향상 시키기 위해 실시하는 처리입니다. 고주파 열처리, 질화 처리, 각종 도금(경질 크롬, 무전해 니켈 등), 블랙 염색 등 목적에 맞는 처리를 선택합니다.
정리
이번 내용에서는, 자동차 부품으로부터 산업 기계까지 폭넓게 활용되고 있는 SCM435에 대해서, 특성으로부터 장점·단점, 용도나 가공시의 주의점에 대해 정리했습니다. 가성비가 뛰어난 재료이지만 성능을 최대한 끌어내기 위해서는 적절한 대책이 필요합니다.
소개한 내용을 참고하여 SCM435의 활용 방법을 이해하여 신뢰성 높은 제품 설계 및 개발로 연결하여 주십시오.
