탄소강(카본스틸)은 철과 탄소가 합금된 강의 일종으로, 합금강에 속하지 않는 것을 말합니다. 범용성이 높아 기계 부품부터 대형 구조물까지 폭넓게 사용되는 탄소강이지만, 종류가 많아 최적의 강종을 선택하기 어려운 문제가 있습니다.
이번 내용에서는 탄소강의 기본 특성과 규격 4가지(SPC·SS·S-C·SK)의 차이점에 더해, 열처리·표면처리가 성능에 미치는 영향을 설명합니다.
특성을 파악하고, 요구 성능에 맞는 재료 선택에 참고해 보세요.
목차
탄소강의 정의
탄소강(카본 스틸)은 철(Fe)을 주성분으로 하며, 니켈이나 크롬 등 합금 원소를 의도적으로 첨가하지 않은 강을 말합니다. 스테인레스강 등 특수강과는 달리, 철과 탄소(C)를 기본 요소로 하는 단순한 조성이 특징입니다. 가격이 저렴하고 가공이 쉬워서 일상적인 기계 부품부터 대형 건축물까지 널리 사용되고 있습니다.
탄소 함량에 따라 성질이 달라지므로, 산업적으로 탄소 함량이 0.25% 이하인 경우 「저탄소강」이라 부르고, 0.25~0.6% 정도는 「중탄소강」, 0.6% 이상은 「고탄소강」이라고 합니다. 이러한 구분은 재료의 경도와 인성(탄성), 용접성 등에 직접적인 영향을 미치며, 용도에 맞는 구분 사용의 기초가 됩니다.
탄소강은 철과 탄소가 주성분이지만, 제련 과정에서 필연적으로 포함되는 미량 원소도 존재합니다. 철광석을 정제하는 과정에서 불순물로 황(S), 인(P), 실리콘(Si), 망간(Mn) 등이 포함되는 것이 일반적입니다. 탄소와 함께하면 이들은 「강철의 5원소」 이라고 불리며, 탄소강의 특성에 중요한 영향을 미칩니다.
탄소강의 특징과 주의점
열처리의 영향
탄소강은 열처리를 통해 경도·강도·내마모성을 자유롭게 조절할 수 있어, 후가공으로 성능을 부여하기 쉬운 재료입니다.
다만, 열처리 효과는 탄소 함량에 따라 달라지므로, 탄소 함량이 적은 저탄소강은 열처리를 해도 거의 경화되지 않습니다. 반면 중탄소강은 담금질·템퍼링을 통해 경도와 인장 강도를 향상시킬 수 있습니다. 고탄소강은 높은 경도를 얻을 수 있는 반면, 인성이 감소하고 용접 균열 위험도 높아지기 때문에 설계와 가공에 신중한 배려가 필요합니다.
범용성
탄소강의 높은 범용성은 제조 현장에서 많이 사용되는 이유 중 하나입니다. 저비용으로 안정적으로 대량 공급되고 있으며, 판재·봉강·형강·강관 등 다양한 형태의 규격이 풍부하게 갖추어져 있기 때문입니다. 따라서 설계자는 요구 치수에 맞춰 재료를 쉽게 조달할 수 있습니다.
가공성 측면에서는 절삭, 프레스, 단조, 용접 등 다양한 공법에 적용할 수 있는 유연성을 가지고 있습니다. 성분과 열처리 조건을 조절하면 다양한 성능 요구에 대응할 수 있습니다. 자동차 차체부터 건축물의 철골, 정밀 기계 부품에 이르기까지 모든 산업 분야에서 표준 재료로서 확고한 위치를 차지하고 있습니다.
침식성
탄소강을 사용할 때 가장 큰 과제는 침식성, 즉 부식되기 쉬운 특성입니다. 주성분인 철은 대기 중의 산소와 수분과 쉽게 반응해 산화철(적녹)을 생성합니다. 가공되지 않은 상태로 두면 짧은 시간 안에 부식이 진행되어 부재의 강도가 낮아지고 외관이 손상됩니다.
침식성을 극복하기 위해 탄소강 부품의 실용화에는 방청을 목적으로 한 표면 처리가 필수적입니다. 대표적인 방법으로는 희생 방청 작용을 이용한 아연 도금이나, 용융 아연 도금에 더해 도장을 겹치는 등의 처리가 있습니다.
비용과 기계적 성능이 뛰어난 탄소강의 신뢰성을 확보하려면, 「녹과 어떻게 관계를 맺을 것인가」라는 설계 단계에서의 적절한 방청 대책과 운용 중의 유지보수 계획에 달려 있습니다.
탄소강의 종류
탄소강은 특성 및 용도에 따라 명확히 구분됩니다. 여기서는 네 가지로 크게 구분되는 탄소강의 종류에 대해, 어떤 특징을 가지고 어떤 분야에서 활약하고 있는지를 구체적으로 살펴보겠습니다.
SPC 재질
SPC재는 「Steel Plate Cold」의 약자로, 「냉간압연강판」이라고 부릅니다. 상온에서 강재를 얇게 펴는 「냉간 압연」이라는 제조법으로 만들어졌으며, 「냉간 압연 강판 및 강대」에 규정된 얇은 판재 재료입니다. SPC 재료의 주요 화학 성분은 다음과 같습니다.
단위 %
| 종류의 기호 | C | Mn | P | S |
| SPCC | 0.15 이하 | 1.00 이하 | 0.100 이하 | 0.035 이하 |
| SPCD | 0.10 이하 | 0.50 이하 | 0.040 이하 | 0.035 이하 |
| SPCE | 0.08 이하 | 0.45 이하 | 0.030 이하 | 0.030 이하 |
| SPCF | 0.06 이하 | 0.45 이하 | 0.030 이하 | 0.030 이하 |
| SPCG | 0.02 이하 | 0.25 이하 | 0.020 이하 | 0.020 이하 |
※ 필요에 따라 이 표에 없는 합금 원소를 첨가해도 된다.
SPC 재료의 특징은 표면이 매끄럽고 아름다우며, 판두께의 정밀도가 높다는 점입니다. 도장이나 도금 등 표면 처리 후의 마감이 중요한 자동차 바디 패널, 가전제품 본체, 강철 가구 등 외관 부품에 많이 사용됩니다. 또한 냉간 압연으로 결정립이 미세해져 인장 강도가 270 N/mm² 이상까지 상승하지만, 항복비가 낮고 연신 가공 및 헤밍 절에 적합합니다.
SPCC(일반용), SPCD(압착용), SPCE(깊은 압착용) 등 여러 종류가 있어 프레스 가공 난이도에 맞게 선택해 사용할 수 있습니다. 경도와 강도는 낮지만, 뛰어난 가공성으로 대량 생산 부품을 지탱하는 재료입니다.
SS 재질
SS재는 「Steel Structure」의 약칭으로, 「일반 구조용 압연 강재」를 의미합니다. 건축물·교량·선박·차량 등의 골격이 되는 구조 부재로 널리 사용되는 탄소강입니다. 주요 화학 성분은 다음과 같습니다.
단위 %
| 종류의 기호 | C | Mn | P | S |
| SS330 | – | – | 0.050 이하 | 0.050 이하 |
| SS400 | ||||
| SS490 | ||||
| SS540 | 0.30 이하 | 1.60 이하 | 0.040 이하 | 0.040 이하 |
※필요에 따라서, 이 표 이외의 합금 원소를 첨가해도 된다.
SS재는 「인장 강도」의 하한값이 보장된다는 점이 가장 큰 특징입니다. 예를 들어, 「SS400」이라는 기호는 인장 강도가 400N/mm임을 나타냅니다.
또한, 화학 성분에 대한 규정은 완화되어 있지만, 용접성 및 가공성도 우수하여 H형강, 산형강, 강판 등 다양한 형태로 저렴하게 유통되고 있습니다. 열처리로 인한 경화는 기대하기 어렵지만, 가공 후 변형이 적고 대규모 구조물을 효율적이고 경제적으로 건설하는 데 필수적인 재료입니다.
SC 재질
S-C재는 「Steel Carbon」을 의미하며, 「기계 구조용 탄소강 강재」로 규정된 재료입니다. 대표적인 화학 성분은 다음과 같습니다.
단위 %
| 종류의 기호 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Cu | Ni+Cr |
| S30C | 0.27~0.33 | 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 |
| S45C | 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 |
| S50C | 0.47~0.53 | 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 |
이 표에 규정되지 않은 원소는 용강을 마무리하는 목적 외에 의도적으로 첨가해서는 안 된다.
SS재가 「최소한의 강도」를 보장하는 반면, S‑C재는 탄소 함량을 비롯한 화학 성분이 엄격히 관리되는 것이 특징입니다. 대표적인 예가 S45C이며, 이 「45」는 탄소 함량이 약 0.45%임을 나타냅니다. 열처리를 통해 강도와 내마모성을 크게 향상시킬 수 있어, 기어(기어)·축(샤프트)·크랭크샤프트·볼트 등 높은 하중이 가해지는 기계의 동력 전달 부품 및 체결 부품에 널리 채택되고 있습니다.
SK 재질
SK재는 「Steel Kougu(Tool)」의 머리글자를 딴 것으로, 「탄소 공구강 강재」를 의미합니다. 공구와 절삭공구를 제조하는 데 특화된 탄소강입니다. 대표적인 SK재의 화학 성분은 다음과 같습니다.
단위 %
| 종류의 기호 | C | Si | Mn | P | S |
| SK105 | 1.00~1.10 | 0.10~0.35 | 0.10~0.50 | 0.030 이하 | 0.030 이하 |
| SK95 | 0.90~1.00 | 0.10~0.35 | 0.10~0.50 | 0.030 이하 | 0.030 이하 |
| SK85 | 0.80~0.90 | 0.10~0.35 | 0.10~0.50 | 0.030 이하 | 0.030 이하 |
탄소 함량이 0.6% 이상으로 높으며, 열처리 과정에서 마르텐사이트라는 단단한 조직으로 변태합니다. 높은 경도를 자랑해 뛰어난 절삭 능력과 내마모성을 발휘합니다. 드라이버와 렌치 같은 수공구, 드릴 및 엔드밀의 날끝, 프레스용 금형 등, 다른 재료를 깎거나 변형시키기 위한 「도구」로 사용되는 것이 특징입니다.
다만, 매우 단단한 반면에 인성(탄성)은 낮아 충격에 의해 쉽게 깨질 수 있는 단점도 있어, 용도에 맞는 적절한 열처리와 유연성을 부여하는 템퍼이 중요합니다.
탄소강의 용도
이하에 탄소강의 용도를 카테고리별로 정리합니다.
| 용도 카테고리 | 주로 사용되는 강종 | 일반적인 부품 및 구조 예 | 선정 포인트 |
| 건축·토목 구조물 | SS재(SS400 등) | H형강, 다리 자리, 철탑, 건축물의 골조 | · 용접하기 쉽고 대량 조달이 용이
・옥외에서는 방청 처리가 필수 |
| 산업기계・플랜트기기 | SS재, SC재(S45C, S50C) | 기계 프레임, 컨베이어, 기어, 축 | ・골격에는 코스트 중시의 SS재
・강도나 내마모성이 필요한 부품에는 열처리 전제의 SC재 |
| 자동차 · 각종 차량 | SPC재, SS재, SC재, SK계 | 바디 패널, 섀시, 기어, 샤프트, 판 스프링 | ・경량화와 내구성의 양립이 요구된다
・부위마다 프레스성, 강도, 스프링성 등 최적의 강종을 구분 |
| 공구·칼류류 | SK재(SK85 등) | 드릴, 탭, 톱날, 금형 펀치 | 담금질에 의해 고경도·내마모성을 얻을 수 있지만, 인성은 낮다 |
| 박판 프레스 제품 | SPC재(SPCC, SPCD) | 가전 케이스, 배전반, 브래킷 | ・표면이 매끄럽고 깊은 조임성이 뛰어나다
・대량 생산을 향해, 도장이나 도금이 전제 |
| 일용품・범용 부품 | SS재, SPC재 | 클립, 못, 나사, 강철 선반 | ・저비용으로 입수하기 쉬운
・간이적인 도금이나 도장으로 방청해 간편하게 사용된다 |
이와 같이 탄소강은 각각의 특성을 살려 적재적소에서 사회를 지지하는 기본적인 재료로서 기능하고 있습니다.
탄소강에서 자주 사용되는 표면 처리
탄소강 부품을 사용할 때는 방청·방식을 위한 표면 처리가 필수입니다. 아래에 탄소강에 대해 일반적으로 많이 적용되는 표면 처리의 대표 예를 소개합니다.
흑착색(사삼산화철 피막 처리)
흑착색은 약품으로 표면에 검은 녹의 피막을 형성하는 방청 처리입니다. 가장 큰 특징은 피막이 1~2μm로 매우 얇아 부품의 치수 변화가 거의 없다는 점입니다. 정밀한 치수가 요구되는 기계 부품, 지그, 공구류에 널리 채택되고 있습니다. 빛 반사를 억제하는 효과도 있어 카메라 부품으로도 활용됩니다. 저비용으로 방청과 차분한 검은색 외관을 동시에 구현할 수 있는, 비용 대비 효과가 높은 방법입니다.
아연 도금
아연 도금은 철을 대신해 아연이 먼저 부식되는 「희생 방청 작용」으로 모재를 강력하게 보호하는 표면 처리입니다. 야외 가드레일이나 건축 자재 등, 항상 바람과 비에 노출되는 부재에 필수적인 처리입니다. 비교적 저렴하면서도 높은 방청 효과를 얻을 수 있어, 사회 인프라를 지탱하는 많은 강구조물에 적용되고 있습니다.
니켈 도금
니켈 도금은 뛰어난 내식성과 아름다운 금속 광택을 동시에 구현할 수 있는 표면 처리입니다. 촘촘한 피막으로 녹을 방지하면서 은백색의 아름다운 외관을 제공해, 수도꼭지와 같은 장식 부품에 많이 사용됩니다. 특히 「무전해 니켈 도금」은 복잡한 형상의 부품이라도 구석구석 균일한 두께로 도금할 수 있어 치수 정밀도를 높게 유지할 수 있기 때문에 정밀 기계의 기능 부품에도 적용되어 성능 향상에 기여하고 있습니다.
크롬 도금
크롬 도금은 최고 수준의 경도로 탄소강에 뛰어난 내마모성을 부여하는 처리입니다. 매우 단단하고 매끄러운 피막은 부품끼리 격렬하게 마찰되는 가혹한 환경으로부터 마모와 손상을 방지합니다. 이러한 특성 덕분에 유압 실린더 로드 등 마찰 부품의 마모를 방지하여 기계의 성능과 수명을 향상시킵니다. 빛나는 광택 덕분에 자동차 엠블럼 등 장식용으로도 활용되는 고성능 표면 처리입니다.
기타 처리
지금까지 소개한 처리 외에도 용도에 따라 다양한 표면 개질이 이루어집니다. 일반적인 방법은 페인트 막으로 물리적으로 보호하는 도장입니다. 전처리로 인산염 피막 처리(파커 처리)를 적용해 도막의 접착성을 크게 향상시킵니다. 기어 등 매우 높은 표면 경도가 요구되는 경우에는, 탄소나 질소를 표면에 침투시켜 경화시키는 침탄이나 질화와 같은 열처리로 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.
SS400이란 (SS재)
SS400은 일반 구조용 압연강재라고 불리는 SS재(Structural Steel)의 한 종류입니다.
SS재는 이름 그대로 일반 구조물의 재료로 압연하여 만든 강재이며, SS재라는 명칭은 「SS」 기호와 뒤에 오는 3자리 숫자로 표시됩니다. 예전에는 SS41이라고 표기되었습니다. 3자리 숫자는 재료의 인장 강도를 나타내며, SS400이라면 인장 강도가 400N/mm² 이상인 구조용 강을 의미합니다. SS재에는 SS400 외에도 SS300, SS490, SS540 등 여러 종류가 있지만, 그 중 가장 널리 사용되는 것은 SS400입니다.
SS400의 특징
SS400은 다른 금속 재료에 비해 저렴하고 구하기 쉬운 것이 특징입니다.
용접이나 절삭 등 가공이 용이하다는 장점도 있습니다. 또한 판재 상태로 유통되는 경우가 많아 판금 가공이나 레이저 컷 등도 수행할 수 있습니다. 하지만 열처리는 할 수 없습니다. 또한 녹이 잘 생기는 소재이므로 도금이나 검은색 염색 등 방청 처리가 필요합니다.
SS400의 용도
SS400은 다리나 선박 등의 구조재로 사용될 뿐만 아니라, 대형 기계나 차량 등 기계 분야부터 건축 분야까지 폭넓게 활용됩니다. 철이나 강으로 무언가를 만들고자 할 때, 설계자가 가장 먼저 떠올리는 재료라고 해도 과언이 아닙니다. SS400은 그 정도로 넓고 일반적으로 사용되는 소재입니다.
장점
- 저렴하고 입수하기 쉽다
- 용접하기 쉽다
- 판금이나 절삭 등의 가공에도 적합하다
- 다용도가 매우 높
널리 유통되는 범용 소재이기 때문에 다른 금속 소재에 비해 가격이 저렴하고 구입하기 쉽습니다. 스테인레스 등에 비해 부드러워 절삭이나 판금 등 가공이 용이하고, 다양한 용도로 활용할 수 있습니다. 탄소 함량이 낮아 열에 의한 영향을 받기 어려워 용접에도 적합합니다. 하지만 판두께가 25mm 이상이 되는 등 두꺼운 소재를 용접하고자 할 경우에는 SS400이 아니라 SM 재료와 같은 용접용 재료를 사용하는 것이 좋습니다.
단점
- 담금질을 할 수 없다
- 철강재료 중에서 부드럽다
- 녹슬기 쉽기 때문에 도금이나 도장 등의 부식 대책이 필요하
SS400은 매우 일반적인 재료이기 때문에 철강 재료 중에서도 특별히 강한 재료는 아닙니다. 더 강한 재료가 필요할 경우에는 다른 재료도 검토해야 합니다. 또한 탄소 함량이 낮아 열처리도 할 수 없기 때문에, 표면만 단단하게 만드는 가공도 할 수 없습니다. 또한 녹이 잘 발생하는 소재이므로 도금·도장·검은 피막(산화 피막)으로 보호해야 합니다.
자주 사용되는 표면 처리
SS400은 녹이 잘 슬기 때문에 니켈 도금이나 크롬 도금 등 표면 처리를 하는 경우가 많습니다. 교량 등 우리 생활에서 보는 SS재는 도금 처리된 것을 다시 도장하는 경우가 대부분입니다. 또한 물이 닿지 않는 장소 등, 그다지 높은 내식성을 요구하지 않는 경우에는 흑착색 피막(산화 피막) 처리된 제품을 사용하는 경우도 있습니다. 건설 현장의 출입구와 바닥 위에 깔려 있는 검은색에 가까운 강재가 검은 피 처리된 SS400입니다.
표면 처리 목록
- 사삼산화철 피막(흑착색): 약품을 이용하여 철의 표면을 산화시켜 사산화삼철(Fe3O4)의 피막으로 덮습니다. 부식을 방지합니다.
- 무전해 니켈 도금: 화학적 환원 작용에 의해 니켈린 도금을 실시합니다. 열처리와 함께 실시하면 표면의 경도를 높이고 내마모성을 향상시킵니다.
- 경질 크롬 도금: 장식 크롬 도금보다 두꺼운 크롬 도금입니다. 내마모성과 접동성이 향상됩니다.
- 3가 크로메이트: 도금의 품질 향상을 위해, 도금의 후처리로서 행해지는 처리입니다. 주로 전기 아연 도금에 사용됩니다.
S45C(SC재)의 정의
S45C는 기계 구조용 탄소강 강재라고 불리는 SC재(Steel Carbon)의 한 종류입니다. S45C 역시 기계 재료로 매우 많이 사용되는 소재입니다.
SC재는 「SC」 기호와 그 뒤에 오는 두 자리 숫자로 종류가 표시됩니다. 숫자 부분은 재료의 탄소 함량을 의미하며, S45C라면 0.45%의 탄소가 포함된 것입니다. 이전에는 S450C라고 표기되었기 때문에, 오래된 도면 등에서는 S450C라는 표기를 찾을 수 있을지도 모릅니다.
S45C의 특징
S45C는 SS400과 마찬가지로 매우 많이 사용되는 재료입니다. 또한 SC재 중에서는 가장 대중적인 소재로 알려져 있습니다. 그 때문에 비교적 저렴하고 구하기 쉬워 다양한 장소에서 사용되고 있습니다.
열처리(담금질 등)를 통해 내마모성 및 경도 등을 제어할 수 있어, 기어와 같은 내구성을 요구하는 기계 부품에 특히 많이 사용됩니다. 하지만 부식이 쉽게 일어나기 때문에 오일 도포나 도장 등 방청 처리가 필요합니다.
S45C의 용도
S45C는 기계 부품, 특히 기계 내부에 있는 부품에 많이 사용됩니다.
예를 들어 자동차 엔진 주변 부품이나 기어는 물론, 템퍼링과 브래킷 같은 표준 기계 부품에도 사용됩니다. 철계 재료로 무언가를 만들고자 할 때, 강도가 크게 필요하지 않다면 SS400, 강도와 내구성이 요구된다면 S45C가 가장 먼저 고려되는 재료라고 해도 과언이 아닙니다. 그만큼 일반적인 기계 부품 재료로 사용되는 재료입니다.
장점
- 열처리에 의해 강도를 부여할 수 있다
- 절삭가공은 열처리 전이면 하기 쉽다
- 범용성이 높
널리 유통되는 범용 소재이기 때문에 다른 금속 소재에 비해 가격이 저렴하고 구입하기 쉽습니다. 열처리 전이라면 절삭 가공이 용이하므로, 기어 등을 제작할 때는 절삭 후 열처리를 하는 것이 일반적입니다. 반면 연삭 가공은 절삭 후 열처리를 하고, 그 뒤에 치수 조정 등을 위해 다시 연삭하는 것이 일반적입니다.
단점
- 용접에 적합하지 않다
- 판금에는 많이 사용되지 않는다
- 녹슬기 쉽기 때문에 표면 처리 등이 필요하
S45C는 열처리에 적합한 소재입니다. 즉, 열에 의해 성질이 변하기 쉬워서 오히려 열을 사용하는 용접에는 그다지 적합하지 않습니다.
사용되는 표면 처리
표면 처리 선택 방법은 SS400과 동일합니다.
S45C는 탄소강이기 때문에, 담금질이나 템퍼링 외에도, 열처리인 「열연마」나 「열연수」 등 일반적인 열처리가 많이 이루어집니다. 하지만 합금강만큼 열처리성이 높지 않아 깊게 열처리를 할 수는 없습니다. 기어와 같이 표면 내구성이 강하게 요구되는 경우에는 고주파 열처리를 하는 경우가 많습니다.
S50C(SC재)의 정
S50C는 S45C와 같은 기계 구조용 탄소강 강재, SC재의 일종입니다.
S50C에는 0.50% 탄소가 포함되어 있습니다. 앞서 언급했듯이 철은 탄소의 양이 많을수록 딱딱해지는 성질을 가지고 있습니다. 그 때문에 S50C는 S45C보다 딱딱해집니다만, 그 만큼, 약간 부서지게 되어 버립니다. 또한 재료의 비용도 SS400이나 S45C에 비하면 높아집니다.
S50C의 특징
S50C도 S45C와 마찬가지로 기계 부품 등에 많이 사용되는 재료입니다. 하지만 S50C는 SC재 중에서도 탄소 함량이 높은 소재에 속합니다. 경도와 인장 강도뿐만 아니라 내마모성도 S45C보다 높아, 더 높은 강도가 요구되는 부품 등에 사용됩니다.
S50C도 열처리가 가능합니다. 또한 내식성이 낮아 방청 처리가 필요합니다.
S50C보다 탄소 함량이 높은 SC 재료로 S55C가 있습니다. S55C는 S50C보다 더욱 단단하고, 내마모성 등에서 우수한 소재입니다. S50C와의 구분은 소재의 강도뿐만 아니라 유통되는 재료 형태 등에 따라 이루어집니다.
S50C의 장점과 단점, 자주 사용되는 표면 처리는 S45C와 C55C와 동일합니다.
S50C의 용도
S50C는 기계 부품 중에서도 비교적 강도가 요구되는 부품에 많이 사용됩니다.
예를 들어 샤프트나 볼트·너트와 같이 강한 힘이 가해지기 쉬운 부품이나, 금형처럼 내구성이 요구되는 장치에 사용됩니다.
SS400, S45C, S50C의 기계적, 물리적 특성
이제까지 해설해 온 SS400, S45C, S50C의 사양을 정리해 보겠습니다. 설계 등을 할 때는 이러한 수치에 주목하여 계산을 진행합니다.
기계적 성질
SS400과 S45C 및 S50C의 기계적 성질은 아래 표와 같이 정해져 있습니다.
※기재의 수치는 대표치이며, 보증치가 아닙니다.
| 종류 | 재질 기호 | 열처리(℃) | 기계적 성질의 대표값 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 인장 강도 (N/mm2) |
내력 (N/mm2) |
신장 | 경도 | ||||
| 구조용 강 | SS400 | − | 400~510 | 215 이상 | 21% 이상 | − | |
| 탄소강 | S45C | 야키나리 | 810~860 공냉 |
570 이상 | 345 이상 | 20이상 | 167~229HBW |
| 어닐링 | 약 800 노냉 |
− | − | − | 137~170HBW | ||
| 담금질 | 810~860 수냉 |
690 이상 | 490 이상 | 17이상 | 201~269HBW | ||
| 템퍼링 | 550~650 급냉 |
||||||
| S50C | 야키나리 | 810~860 공냉 |
610 이상 | 365 이상 | 18% 이상 | 179~235HBW | |
| 어닐링 | 약 800 노냉 |
− | − | − | 143~187HBW | ||
| 담금질 | 810~860 수냉 |
740 이상 | 540 이상 | 15% 이상 | 212~277HBW | ||
| 템퍼링 | 550~650 급냉 |
||||||
물리적 특성
SS400, S45C 및 S50C의 물리적 성질은 아래 표와 같이 정해져 있습니다. S45C와 S50C의 물리적 성질에는 큰 차이가 없습니다.
※ 기재된 수치는 대표값이며, 보증값이 아닙니다.
SS400의 물리적 특성
| 물리적 특성 | 세로 탄성계수(영률) [GPa] | 횡탄성 계수 [GPa] | 포아송비(상온) | 조밀도[g/cm3] | 비중 | 융점[℃] | 열전도율[W/(m·K)] | 열팽창계수[10-6/K] | 고유 저항 [10-8Ω·m] | 비열[J/(kg·K)] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 물성치 | 205~206 | 79~82 | 0.27～0.29 | 7.84~7.86 | 7.84~7.86 | 1660~1770 | 44~60 | 10.7~11.6 | 13.3~19.7 | 0.474~0.494 |
S50C의 물리적 특성
| 융점 | 조밀도 (g/cm³) |
영률 (세로 탄성 계수) |
강성률 (횡탄성 계수) |
포아송 비율 | 선팽창률 (ppm/K) |
정압비열 (J/kg・K) |
열전도율 (W/m·K) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| GPa | GPa | ||||||
| 약 1,660~1,680℃ | 7.84 | 205 | 82 | 0.25 | 11.7 | 489~494 | 44 |
SS400・S45C・S50C의 표준 치수
이번 내용에서 소개해 온 재료의 표준 치수는 아래와 같습니다.
| 종류 | 재료 기호 | 모양 | 단위 | 표준 치수 |
|---|---|---|---|---|
| 일반 구조용 압연 강재 |
SS400 | 평강 | t | 6,9,12,13,14,16,19,22,25,28,30,32,35,38,40, 45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95,100,105 |
| 각강 | □ | 9,13,16,19,22,25,32,38,44,50,65,75,90,100 | ||
| 미가키 봉강(냉간인발) |
SS400D | 평강 | t | 2, 3, 4, 4.5, 5, 5.5, 6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19,20,21,22,24,25,28,30,32,34, 35,36,38,40,42,44,45,50,55,60,65,70,75,80, 85,90,100,110,120,130 |
| 육각강 | 대변 H | 3,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,17,19,21,22,23, 24,26,27,29,30,32,35,36,38,41,46,50,54, 55,58,60,63,65,67,70,71,75,77,80,85,90,95, 100,115 |
||
| 둥근 막대 | D | 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32, 33,34,35,36,37,38,40,42,43,44,45,46,48,50, 55,60,65,70,75,80,85,90,95,100,105,110, 115,120,130,140,150,160,170,180,190,200 |
||
| 기계 구조용 탄소강강재 |
S45C-D (미가키) |
둥근 막대 | D | 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 6,7,8,9, 9.5, 10,11, 12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24, 25,26,27,28,29,30,32,33,34,35,36,38,40, 42,44,45,46,48,50,55,60,65,70,75,80,85, 90,95,100,105,11 |
| S45C | 평강 | t | 3, 4.5, 5,6,8,9,10,12,16,19,22,25,30,32,38,50 | |
| S50C | 평강 | t | 6, 9.5, 12.7, 13,16,19,22,25,27,32,38, 45,50,55,65,75,85,95,105,115,125,135, 145,155,(165),(155) |
|
| 각강 | □ | 12.7, 13,16,19,25,28,32,38,44,50,55, 65,75,90,100,110,120,130,155 |
하지만 이 표준 치수는 정해진것은 아닙니다. 또한 유통 상황은 시사와 시장 상황에 따라 변동합니다. 따라서 재료의 형태와 치수는 재료 제조사의 팜플렛 등에서 확인하시기 바랍니다.
정리
탄소강은 철(Fe)을 주성분으로 하고 합금 원소를 크게 첨가하지 않으며, 탄소(C)를 주요 강화 원소로 하는 강재의 총칭입니다. 합금강이나 특수강과는 구분되며, 범용성이 높아 기계 부품부터 구조재까지 널리 사용됩니다.
탄소강의 특성·성능은 탄소 함량에 따라 인성·경도·강도가 변하고, 열처리를 통해 성능 제어가 용이하다는 점이 특징입니다. 다만, 녹이 잘 슬고 내식성에 주의가 필요합니다.
SS400은 「일반 구조용 압연강재」이며, 구조용 강재로 널리 사용되는 대표적인 탄소강 종류입니다.
SS400은 인장 강도 400~510 N/mm² 정도, 항복강도 하한 215 N/mm², 연신율 21% 이상으로 정해져 있으며, 가공성·용접성이 우수하고 비용도 낮아 프레임이나 거치대에 많이 사용됩니다. 다만 경화 처리는 어렵고, 내식성을 보완하는 표면 처리가 필요합니다.
S45C는 「기계 구조용 탄소강」으로, 탄소 함량 0.42~0.48% 정도의 중탄소강입니다.
S45C는 열처리(담금질·템퍼링)를 통해 경도와 내마모성을 향상시킬 수 있다는 점이 강점입니다. 인장 강도는 열처리 후 약 810~860 N/mm² 정도이며, 항복 강도와 경도도 높아져 기계 요소 부품(축·기어·볼트 등)에 적용됩니다.
S50C는 S45C보다 탄소 함량을 높인 재료로, 더 높은 경도와 내마모성을 추구한 기계 부품용 고탄소강입니다.
