철강의 규격과 선택 Guide 한국기계연구소 부설 재료연구소 이 종 훈

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1 철강의 규격과 선택 Guide 2009. 9. 23 한국기계연구소 부설 재료연구소 이 종 훈
한국기계연구소 부설 재료연구소 이 종 훈 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

2 ASTM & ASME,AISI,SAE,UNS,MIL규격 DIN 규격 철강재료의 선택
목차 KS & JIS 규격 ASTM & ASME,AISI,SAE,UNS,MIL규격 DIN 규격 철강재료의 선택 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

3 ▣ JIS와의 호완성 KS & JIS 규격 - Metric Unit을 Si Unit으로 바꾸는 시점에서 재료 번호 차이
- 스테인레스강, 주물 등 규격 재료의 표기만 일부 다름 ( 세분화 또는 삭제 ) - 각기 발생시점의 차이로 규격 재료 번호 차이 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

4 공구강(SK재) … SK, SKS, SKD, SKH 등 특수 용도강(SU재) … SUS, SUP, SUJ 등
철강재료의 학술적 분류 분 류 C % 일반적으로 사용되는 C% 철 강 주 철 < 0.02 0.02~2.14 > 2.14 < 0.03 0.05~1.5 2.5~3.8 보통강(탄소강) 강 합금강(조절하여 사용) … SCr, SCM 등 특수강 공구강(SK재) … SK, SKS, SKD, SKH 등 특수 용도강(SU재) … SUS, SUP, SUJ 등 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

5 JIS에 따른 철강재료 분류 대분류 중분류 소분류 기호 강 보통강 압연강재 SS, SB, SV, SM 특수강 구조용 합금강재
공구강 강재 특수 용도강 강재 S-C, H, SCr, SMn, SMnC, SCM SNC, SNCM, SACM, SGV, SBV, SQV SK, SKS, SKD, SKT, SKH SUS, SUH, SUH SUP, SUM 주강 탄소강 주강품 구조용 합금강 주강품 특수 용도강 주강품 SC, SCW SCC, SCMn, SCSiMn, SCMnCr, SCMnM, SCCrM, SCMnCrM, SCNCRm SCS, SCH, SCMnH 단강 탄소강 단강품 구조용 합금강 단강품 SF SFV,SFVV,SFCM, SFNCM 철 주철 회주철품 구상 흑연 주철품 가던 주철품 FC FCD FCMB, FCMW, FCMP KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

6 보통 강재 일반구조용 압연강재(SS재) 가장보편적인 강재 (인장강도 규정) 350˚C까지 범위 사용 가능
용접특성 : 두께 50mm 이하에서 사용가능(SS41) -용접성과 인성 보증은 불가 -SS50, SS55는 용접 불가 성분규제 : P, S만 규제, C%규정 없음 -C% 추정 : Rimmed강 : 탈산이 불충분 -내부의 P, S 편석 심함 : Lamination 현상 -침탄시 이상조직 출현 가능

7 보통 강재 용접구조용 압연강재 (SWS/KS, SM/JIS) 선박구조용 소재( M : Marine, 인장강도 규정)
성분규제 : C, Si, Mn% 규정 용접성 보증 -용접 균열 배제 : HV < 350, 탄소당량 < 0.44% *) 탄소당량 = *) 저온인성 : B종류 (0˚C), C종류 (-10~-20 ˚C) 저온 인성 보증

8 보통 강재 용접구조용 내후성 열간 압연 강재 (SMA) 고 내후성 압연 강재 (SPA) 대기 내식성이 강함 (인장강도 규정)
Cu, Ni, Cr 등 첨가 고 내후성 압연 강재 (SPA) 대기 내식성 우수 (인장강도 규정) -보통강재의 7~8배 -P, Cu, Cr, Ni 첨가 용접성 : 두께 16mm 이하에서 사용가능

9 보통 강재 보일러용 압연 강재 (SB) 용접용 후판재료(인장강도 규정) 비교적 고온용 사용
(흑연화)방지를 위하여 Al함량 제한 -고온 강도를 증가 시키기 위하여 C%증가 -Mo첨가강 사용 용접성 : 두께 50mm이상에서 충분한 예열 -저온 인성 저하 -용접성 저하 (예열 중요)

10 기계 구조용 강재 기계 구조용 탄소강(SM-C/KS, S-C/JIS) 기계 부품 제조용 (탄소 함량 규정 )
열처리 가능 (조직처리, 침탄, 고주파 경화 등 ) -표준 시편 (ф25mm 기준) 0.6%C 이상은 SK재료 (공구강)로 규정 S – CK 은 침탄전용강재 -K는 고급강 (P, S, Cu, Ni+ Cr 함유량이 적게 규정)

11 기계 구조용 강재 기계 구조용 합금강 (SMn, SCr, SMnC, SCM, SNC, SNCM, SACM)
기계 부품 제조용 (합금원소와 탄소 함량) 열처리 가능 (조직처리, 침탄, 직화, 고주파 경화 등 ) -Mass Effect를 고려하여 선정 -마지막 2자리 숫자 : 숫자/100 = C% 경화능을 보증한 구조용 강재(H강재) 경화능 보증강 Mass Effect 고려

12 경화능과 최고 경도 최고경도(HRC) 경도(HRC) 강의 탄소량과 담금질 최고경도와의 관계 마르텐사이트량과 침탄량의 관계

13 합금 원소의 영향 합금원소의 영향 Ferrite 형성원소 : Cr, Al, Ti, Ta, Si, Mo, V, W
Austenite 형성원소 : Ni, Co, C, Mn, N 탄화물 형성 : Mn, Cr, Mo, W, Ta, V, Nb, Ti 질화물 형성 : Al, Cr, Zr, Nb, Ti, V 경화능 : Mn, Ni, Mo, Cr MS(℃) = 550 – 350 • C – 40 • Mn – 20 • Cr – 10 • Mo – 17 • Ni – 8 • W – 10 • Cu + 15 • Co + 30 • Al

14 경화능과 최고 경도 경도 단면 길이방향 조미니밴드 조미니곡선 경도 길이 경화능 (조미니Test) 그래프

15 기계 구조용 강재 경화능을 보증한 구조용 강재(H강재) 냉각속도(˚F/초) 수냉끝단으로부터 거리(mm)
B a r (inch) H R C 정지수냉 B a r (inch) 수냉끝단으로부터 거리(mm) 정지유냉 수냉끝단으로부터 거리(단위 1/16 inch)

16 공구 강재 탄소 공구강 (STC/KS, SK/JIS) 탄소함유량 : 0.6~ 1.50% -0.6%C 이상에서는 경도값 유사
-숫자 등급 1~7 : 1번 고탄소 공구강 Matrix 탄소량 약 0.6%, 잔여탄소는 미고용 탄화물 형성 →내마모성 증대 고온강도 미약 -상온에서 사용

17 공구 강재 합금 공구강 (SKS, SKD, SKT 재) 절삭 공구용 합금 공구강 (SKS1,2,5,7,8 등)
-경도가 높고, 절삭용 공구 (Tap, Cutter 등) 내충격 공구용 합금 공구강 (SKS4, 41~44) -내충격에 강함 (Punch, Snap, 냉간단조 공구 등) 냉간 금형용 합금 공구강 (SKS3, 31, 93~95, SKD1, 11, 12) -내마모, 내충격에 강함 열간 금형용 합금 공구강 ( SKD 4~6, 61, SKT 2~ 6) -고온 내마모, 내 Heat-check -고온 환경 특성 (산화, 탈탄, 용손등)

18 공구 강재 고속도 공구강 (SKH) W계 (T type)와 Mo계 (M Type) W계 : SKH 1~ 49 / 내마모성
Mo계 : SKH 51~ 99 / 인성 *) SKH9는 Mo계 →SKH51로 변경 SKH 52~54 (Mo.V) : 고경도 절삭 공구 SKH 55~ 57 (Co) : 고속 중절삭

19 특수 용도 강재 Stainless Steel (STS/KS, SUS/JIS) SUS 체계
SUS Cr계→ 13Cr (Martensite 계) / 4xxx 18Cr(Ferrite계) / 4xxx Cr – Ni 계→18-8(Austenite계) / 3xxx, 2xxx 기초체계 -2xx (Cr-Ni-Mn계) →Austenite계 -3xx (Cr-Ni계) -4xx (Cr계)→ Ferrite계 -4xx (Cr계)→Martensite계 -6xx (PH계)→석출경화계

20 특수 용도 강재 Stainless Steel (STS/KS, SUS/JIS) 현상 Ferrite 계 Austenite 계
Martensite 계 Б 취성 600~800℃가열시 (Fe-Cr화합물 석출) 500~970℃ 가열시 800~850℃Annealing으로 회복 950~1050℃ 가열후 급냉 (고용화열처리)로 회복 475℃ 취성 400~500℃ 가열시 700~900℃ 가열후 급냉으로 회복 입계부식 900℃이상으로부터 급냉시 450~850℃가열후 서냉시 (Cr탄화물 입계 석출) 650~815℃ 가열후 서냉으로 회복 850~930℃ 가열후 급냉으로 회복 응력부식파괴 인장잔류응력 존재하에 Cl이온으로 균열 응력풀림처리(1010~1120℃서냉)으로 회복 Pitting 산화피막의 파괴, 염소이온 농축 재질향상 (Cr, Ni, Mo, N 증가)

21 특수 용도 강재 내열 강재 (STR/KS, SUH/JIS) Martensite계 (SUH1, 3, 4, 600, 616)
합금원소의 합계가 약 10% 이상 -고온강도, 내산화성 우수 Martensite계 (SUH1, 3, 4, 600, 616) -Quenching & Tempering 하여 사용 -SUH 600 : 11~13%Cr에 Mo, V, Nb, N등을 첨가하여 600˚C 이하에서 Creep강도 우수 -SUH 616 : 11~13%Cr에 Mo, W, V, Ni등을 첨가하여 550˚C이하에서 고온 강도 우수 -고온 Valve, Turbine Blade, 고온용 Bolt & Nut 등

22 특수 용도 강재 Ferrite계 (SUH446) Ferrite 조직으로 Q&T 의미 없음
б상 석출하여 취성 발생 위험 : 600˚C 부근 부터 서냉하는 경우 *) 780~800˚C부터 공냉 추천 1100˚C 이하에서 고온 내산화성 우수 *) S가 함유된 고온 분위기에 강함 가열 Box, Burner, 연소실 제작 등에 사용

23 특수 용도 강재 Austenite 계 (SUH 31, 309, 310, 330, 661) 600˚C 이상 고온 강도 우수
SUH661 : Cr-Ni-Co-Fe 계 합금에 Mo, W, Nb, N 등을 첨가하여 고온강도, 내산화성 증가 *) 탄화물, 질화물 석출에 의한 시효 경화도 기대 열처리 설비 부품 (내침탄성, 내질화성 우수), 발전설비 부품 등

24 특수 용도 강재 고탄소 고Cr 베이링강 (SUJ/JIS) 내마모성 우수 -탄화물 구상화 중요 (직경 0.5~0.7µ)
SUJ 3 : Mn을 함유하여 대형품에 적합 SUJ 4, 5 : Mo함유, 경화능 우수 베이링, Roll, Gage 등에 사용

25 특수 용도 강재 스프링 강 (SUP) 탄소강 : SUP 3, 4 → 차량용 판 스프링,Coil등
Si – Mn 강 : SUP 6, 7 → 자동차용 판 스프링 Cr – Mn강 : SUP 9 Cr – V 강 : SUP → 대형 스프링 B강 : SUP11 스프링강은 공구강으로도 사용가능

26 특수 용도 강재 쾌삭강 (SUM) 피삭성이 우수한 강재 -S, Pb, Se, P, N 등 쾌삭성 원소 첨가
피삭성이 주요 요구 : 저탄소강에 S+ P, S+Pb, S+Pb +P 등 첨가 강도와 피삭성 요구 : S 30 ~ 50 C 또는 합금강에 Pb 또는 S 첨가 *) S 첨가 : 기계적 특성의 방향성 증대 *) Pb 첨가 : 기계적 특성의 방향성 없음, 고온 강도 열화 (327˚C용융) →기본 열처리는 가능 Stainless Steel 쾌삭강 -S, Pb, Se 등 첨가 - SUS 430F, 420F, 303 Se 규정

27 주강품 탄소 주강품(SC) 보통 주강품 (인장강도 규정) -C%, Si%, Mn% 참고치로 규정 일반열처리 실시
-응력제거, 주조조직 균질화, Annealing, Normalizing, Q&T 등 용접구조용 주강품 (SCW) -탄소당량 0.44%이하 추천 *) 탄소 당량(%) =

28 주강품 구조용 합금 주강 (SCC, SCMn, SCMnCr, SCCrM) 특수용도 주강품 (SCS, SCH, SCMnH)
구조용, 고인성 부품, 내마모용 부품 등 -용도에 맞추어 기본 열처리 실시 -JIS기호 끝 부분 : A (Normalizing & Tempering), B(Quenching & Tempering) 특수용도 주강품 (SCS, SCH, SCMnH) SCS :Stainless 주강품 (고용화 열처리) SCH :내열주강품 (Annealing) SCMnH : 내마모 주강품 (수인 처리) → 가공경화에 의하여 내마모, 내충격성 증대

29 주철품 회주철(GC/KS, FC/JIS) 보통주철(FC10 ~ 25) -편상 흑연 (Ferrite, Pearlite 기지)
-기계적 특성 비교 *)탄소당량 = 탄소포화도 (SC) = (SC =1 공정, SC < 1 아공정, SC > 1 과공정) 강인 주철 (FC 30, 35) -인장강도 30 kgf/mm2 이상 -미하나이트 주철 포함 -미세 pealite 기지에 미세 균일 편상흑연 분포 -표면 고주파 열처리 가능

30 주철품 구상흑연 주철(GCD/KS, FCD/JIS) 흑연이 구상화 형상 -기계적 성질 우수 -내마모성 우수
FCD 40 : Ferrite 기지 FCD 45, 50 : Ferrite + Pearlite FCD 60, 70 : Pearlite *) Pearlite 가 있는 경우 경화 열처리 가능

31 주철품 가단주철(MC/KS, FCM/JIS)
인성이 풍부, 인장강도는 저탄소강에 비하여 낮으나 항복비 (бS/бB )는 65%정도 흑심 가단 주철 (BMC/KS, FCMB/JIS) -Cementite 의 흑연화 (Fe3C→3Fe+C) -용융 Wn도금의 경우 취성 발생 우려 백심 가단 주철(WBC/KS, FCMW/JIS) -탈탄처리에 의하여 인성 부여 -표면 탈탄 부위 용접 가능 Pearlite 가단 주철 (PMC/KS, FCMP/JIS) -Pearlite 기지에 괴상 흑연(열처리가능, 내마모우수)

32 단강품 탄소단강품(SF) 합금 단강품 (SFV) 탄소강괴(Killed강)를 단조 또는 압연/단조 성형 (인장강도규정)
기본 열처리 가능 합금 단강품 (SFV) 합금강괴(killed강)를 프레스, Hammer, Ring Mill에 의하여 제조 SFV :조질형 단강품, 용접성 우수 SFVV : Ni-Cr-Mo-V계강, 용강을 진공 처리 SFHV : Cr-Mo 계강, 고온에서 사용되는 원자력 부품 SUSF : Stainless 단강품(재질적으로는 300계통의 Stainless Steel)

33 ASTM 규격 ▣ ASTM : American Society for Testing and Materials
▣ 연혁 : 1898년에 설립 ( 132 기술분과, 9500개 표준 규격 신규.개정/년 ) 표기 기준 A : Ferrous Metals(단, Casting의 Nonferrous Metals中 일부는 ‘A’ 로 분류됨 B : Nonferrous Metals C : Cementifious, Ceramic, Concrete and Masonry Materials D : Miscellaneous Meterials E : Miscellaneous Subjects F : Meterials for Specific Applications G : Corrosion, Deterioration, and Degradation of Materials ES : Emergency Standards P : Proposals KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

34 ASME 규격 ▣ ASME : American Society of Mechanical Engineers
▣ 연혁 : 1911년 Steam Boiler 와 압력 용기류에 관한 설계, 제작, 검사, 안전등의 제반 규정 Boiler and pressure Vessel Codes KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

35 AISI 규격 / SAE 규격 AISI 규격 ▣ AISI : American Iron and Steel Institute
▣ 성격 : 철강의 선정과 표준화 목적 - 허용오차/범위 - Sampling - 분석방법 및 용어 정의 등의 제반 규정 * Carbon & Low Alloy Steel 에서는 AISI와 SAE 동일 규격 번호 사용 SAE 규격 ▣ SAE : Society of Automative Engineers ▣ 성격 : 자동차 제반 규정 ( 항공기, 트랙터 및 기타 내연 기관 포함 ) KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

36 UNS 규격 ▣ 성격 : ASME , ASTM, SAE, AISI, AWS(American Welding Society) 등의 미국 내 각종 Code의 재료 부분을 4000여 가지의 Standard Numbers 로 Group 분류 UNS No.의 Group Axxxxx Aluminum and Aluminum Alloys Cxxxxx Copper and Copper Alloys Exxxxx Rare Eath and Similar Metals and Alloys Fxxxxx Cast Irons Gxxxxx AISI and SAE Carbon and Alloy Steels Hxxxxx AISI and SAE H-Steels Jxxxxx Cast Steels (Except Tool Steels) Kxxxxx Miscellaneous Steels and Ferrous Alloys Lxxxxx Low Melting Metals and Alloys Mxxxxx Miscellaneous Nonferrous Metals and Alloys Nxxxxx Nickel and Nickel Alloys Pxxxxx Precious Metals and Alloys Rxxxxx Reactive and Refractory Metals and Alloys Sxxxxx Heat and Corrosion Resistant Steels (Including Stainless), Valve Steels, and Iron-Base Superalloys Txxxxx Tool Steels Wrought and Cast Wxxxxx Welding Filler Metals Zxxxxx Zinc and Zinc Alloys KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

37 ▣ MIL : Military Specifications and Standards
▣ 성격 : 미국 국방성이 발행하는 군용 규격 ( 육군, 해군, 공군 포함 ) * 군함에서부터 시작, 항공 / 육상 군용 장비로 확산 → 조선 / 해양 부분에 강점 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

38 DIN 규격 ▣ DIN : Deutsches Institut for Normung
▣ 연혁 : 1917년에 설립. 독일 종합 표준 ( 126개 기술 표준 위원회와 약 2028개 부위원회 ) 규격 구성 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

39 DIN 재료 규격 사례 인장강도 표기 ▣ 범용구조용강 ( DIN17100 ) ㆍMRSt 37-2
- MR : Siemens – Martin – Stahl (용해법) - St : Stahl - 37 : 37 Kg/㎟ min. - 2 : 화학조성 ( P, N 등 ) 면에서 Grade 표시 ( 숫자가 클수록 High Grade, 특히 충격치 우수 ) ▣ Seamless Tube ( DIN ) ㆍSt 35.8 - 35 : 35 Kg/㎟ min. - 8 : 특성보증 ( 내열강도 혹은 피로 강도 보증 ) KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

40 DIN 재료 규격 사례 화학성분 표기 ▣ 탄소강 ( DIN 17200 ) ㆍC22 ~ C45 ⇒ 조절처리 강
ㆍC10 ~ C15 ⇒ 침탄강 ( DIN ) - 10, 15 : 0.10, 0.15%C ㆍ특수한 성질 부여 f : 표면경화가 가능한 강 예) Cf53, Cf70 k : P.S의 함유량이 낮은 강 예) Ck22, Ck35, Ck60 q : 냉간 가공용 강 예) Cq35 m : 쾌삭강 예) Cm35 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

41 ㆍ10CrMo910( 고온용 Vessel강, DIN17175) - 10 : 0.10 %C - Cr, Mo : 크롬, 몰리브덴
▣ 합금강 ㆍ10CrMo910( 고온용 Vessel강, DIN17175) - 10 : 0.10 %C - Cr, Mo : 크롬, 몰리브덴 - 9, 10 : Cr = 9/4 ≒ 2.25% , Mo = 10/10 ≒ 1% * Cr, Co, Mn, Ni, Si, W Al, Be, Cu, Mo, Nb, Ta, Ni V, Zr P, S, N, C, Ce B ▣ 고 합금강 ㆍX200Cr13 ⇒ C ≒ 2% , Cr ≒ 13% ㆍX10CrNiTi1810 ⇒ C ≒ 0.1% , Cr ≒ 18% Ni ≒ 10% * “X”: 하나의 합금 원소가 적어도 5% 이상일 때 표기 4 10 100 1000 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

42 - S : 고속도 공구강 ( Schnellarbeitsstahle ) - 18, 1, 2, 5 = W, Mo, Va, Co
▣ 고속도 공구강 ㆍS - S : 고속도 공구강 ( Schnellarbeitsstahle ) - 18, 1, 2, 5 = W, Mo, Va, Co ▣ 주철 Gs - : 주강 GGL - : 회주철 ( Lamellar 흑연 ) GG - : 일반 회주철 GGG - : 회주철 ( 구상 흑연 ) GT - : 일반 Temper 주철 GTS - : 흑심 Temper 주철 GTW - : 백심 Temper 주철 ㆍGS – 38 : 38 Kg/㎟ min. ㆍGS – C25 : 0.25%C 주강 ㆍGS – 17CrMoV5II : 합금강과 같은 표기 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

43 ㆍStE39 : 미세립강 , 항복강도 39 Kg/ ㎟ min.
▣ 고강도 특수 주조용강 ㆍStE39 : 미세립강 , 항복강도 39 Kg/ ㎟ min. ㆍWStE39 : 400℃ 이하에서 항복강도 39 Kg/ ㎟ min. ㆍTTStE39 : -60℃ 이상에서 항복강도 39 Kg/㎟ min. ▣ Material No. ( DIN ) ㆍ x. xx xx. xx a b c de - a : 기본 Group ( 0 : 선철, 합금철, 1 : 강, 주강, 2 : Fe를 제외한 중금속 3 : 경금속, 4~8 : 비금속, 9 : 재료 시험 ) - b & c : 재료의 화학조성, 강도 등에 따라 부여되는 강 종류 - d : 용해 종류 - e : 열처리 가공 등 KOREA INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE

44 철강재료의 선택 열처리 온도 동일 조건 탄소강 또는 합금강?
1. 조질처리(Quenching & Tempering)를 실시한 기계 구조용 강재의 성질은 경도에 의하여 결정되고 강종에 다른 차이는 거의 없음 열처리 온도 동일 조건 강종기호 C% 열처리온도(℃) 항복전(Kgf/㎟) 인장강도(Kgf/㎟) 연신율(%) 단면수축율(%) 경도(HB) 담금질 뜨임 S40C SCr4 SCM4 SNC3 SNCM6 SMn3 SMnC3 0.37~0.43 0.38~0.43 0.32~0.40 0.40~0.46 830~880 550~650 >45 >80 >85 >65 >62 >95 >100 >90 >10 >13 >12 >15 >17 >50 >40 179~255 269~321 285~341 255~311 229~302

45 조질 경도 동일 조건 강종기호 C(%) 항복전(Kgf/㎟) 인장강도(Kgf/㎟) 연신율(%) 단면수축율(%) 경도(HB)
열처리온도(℃) 항복전(Kgf/㎟) 인장강도(Kgf/㎟) 연신율(%) 단면수축율(%) 경도(HB) 담금질 뜨임 SCr4 SCM3 SNC3 SNCM2 SMnC3 0.38~0.43 0.33~0.38 0.32~0.40 0.20~0.30 0.40~0.46 830~880 550~650 >80 >85 >95 >13 >15 >18 >45 >50 >40 269~321 S55C SCr2 SMn3 0.52~0.58 0.28~0.33 800~850 >60 >65 >14 >17 >35 >55 229~285

46 2. 강재의 담금질 경도는 C%에 의하여 결정되고, 합금원소에는 거의 영향을 받지 않음 ㆍ 담금질 경도 HRC = x %C ㆍ 담금질 임계 경도 HRC = x %C (50% Martensite) * 합금원소는 경화능을 증가시킴 (Mass Effect 감소 효과) 3. 조질처리 제품의 최종 특성은 담금질 효과가 충분한 상태에서 발휘됨 ㆍ 담금질이 충분하지 못한 상태의 제품을 뜨임 온도로 충분히 조질처리 가 된 제품의 경도값과 일치하게 처리 하였을 경우 ⇒ 항복강도, 연신률, 단면수축율, 충격치, 피로 강도는 저하

47 ㆍ 조질처리강 : 대체로 심부까지 충분한 Q/T 처리 ㆍ 표면경화처리강 : 고주파 표면경화 (중 탄소강)
조질처리강과 표면경화처리강? ㆍ 조질처리강 : 대체로 심부까지 충분한 Q/T 처리 ㆍ 표면경화처리강 : 고주파 표면경화 (중 탄소강) 침탄 경화 (저탄소강 → 고탄소강/표면) 조질처리강 - Kg/㎟ = 3.2 x THRC ( 뜨임 경도 ) … … ① - QHRC (담금질경도) = THRC … … ② - QHRC = x %C … … ③ *항복강도 200,000psi① 에 해당하는 경도 HRC48②, 담금질 경도는 53HRC③, 요구 C%는 0.4%④

48 2. 표면경화처리강 가. 침탄경화 - 표면 내마모가 요구되는 경우 - 내부 C%가 지나치게 낮을 경우 전체강도 부족 현상
예) 자동차용 Gear : 심부경도 HRC40 이하 관리. → HRC40 이상인 경우 침탄 경화 부위에 인장 압축 잔류 응력 생성 - 유효경화층 깊이는 압축잔류응력과 외부 응력과의 조화에 의하여 결정 나. 고주파 표면 경화 - 내피로 특성을 요구하는 경우 - 표면경도는 C%, 표면압축잔류응력은 경화층 깊이에 의하여 결정 예) S40C, S45C / 유효경화층 깊이 2.5mm이상

49 ㆍ 주조품 : 불균질 / 결함 , 인장강도 / 항복강도 양호
주조품 혹은 단조품? ㆍ 주조품 : 불균질 / 결함 , 인장강도 / 항복강도 양호 ㆍ 단조품 : 균일 , 인장강도 / 항복강도 / 연신율 / 단면수축율 양호 예 ) 크랭크샤프트의 제조 - 단조품 : 60~70 Kg/ ㎟ 인장강도 10~20% 연신율 - 주조품 : 60~70 Kg/ ㎟ 인장강도 1~2% 연신률 ⇒ 실제 사용시 1~2% 연신률 충분 주조 결함은 중앙 부위로 유도 ⇒ 주조품 가공비 절감 ( 정밀도 상대적 우수 )

50 인장강도가 요구될 때 ① 인장강도와 항복강도가 클 것 ② 경도가 클 것(다만, HB<500) ③ 이들에 비해 연신율이 작지 않을 것 재질과 경도 인장강도 B(kgf/mm2) ≒ 1/3HB(브리넬 경도) ≒ 2.1HS(쇼오경도) ≒ 3.2HRC(로크웰 C경도) 담금질의 완전성 C%와 경도의 관계는 대체로 다음 식으로 표시된다. – 어닐링, 노말라이징 경도 HB =  %C – 담금질 경도 :  실용최고경도 HRC =  %C  임계경도(50% 마르텐사이트, Half-Martensite) HRC =  %C 인장강도특성의 향상책 완전담금질을 실시하고 나서 소요경도까지 템퍼링할 것 부품의 치수를 고려해서 완전담금질이 될 수 있는 경화능을 가지는 강종을 선택할 것 (함부로 합금강을 사용하지 말 것) 지연파괴에 대해서는 B 120kgf/mm2까지는 하는 것이 안전하다. 방식을 위한 아연도금을 할 경우에는 HRC 48까지로 조질하는 것이 바람직하다.

51 * RM : 담금질 최고 경도 RQ : 실제 경도

52 내피로성이 요구될 때 ① 조질경도 HRC45 (부식의 경우 HRC40) ② 표면연마, 압축잔류응력 잔류 ③ Sharp Corner 제거 ( R을 크게 ) ④ 시편 크기가 큰 경우 피로강도 저하 (Sige Effect) 인장강도와 경도 - 피로강도는 Normaliging 상태에서 인장강도의 50% - 조질처리재에서는 약 45%

53 연마시험편 Notch시험편 부식시험편

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55 내충격성이 요구될 때 ① 충격치가 높을 것 ② 힘과 동시에 연신율, 단면수축율이 클 것 ③ 인성(Toughness), 취성(Brittleness), 연성(Ductile)을 혼동하지 말 것 ■ 경하다 - 취성(Brittle) ■ 연하다 – 연성(Ductile) ■ 힘 x 변형성능 大 – 인성(Tough) Toughness(조질) … 합금강 Hardness(저온템퍼링) … 공구강

56 급냉 서냉

57 내마모성이 요구될 때 경도 화학성분 조직 표면처리
경도가 높을수록 내마모성 우수. 단 내부 응력이 작은 상태가 유리 화학성분 담금질 경도는 0.6%C 이상으로 되면 거의 일정하게 되나 내마모성은 C%가 많은 강일수록 크게 된다. 즉 동일한 경도에서도 고탄소강의 편이 내마모성이 크다. 따라서 내마모성을 필요로 하는 경우에는 사정이 허락하는 한 고탄소강을 사용하는 것이 좋다. 특히 고탄소강의 경우에는 과잉 시멘타이트를 구상화시키는 것이 유리하다. 첨가원소로는 W, Cr, V, Mo 등과 같이 특수한 경질탄화물을 만드는 것은 내마모성을 현저히 향상시킨다. 또한 고 Mn강(13%Mn)(SCMnH)은 충격마모에 위력을 발휘한다. 조직 현미경 조직으로 내마모성을 비교하면 마르텐사이트 > 투루스타이트 > 펄라이트로 된다. 즉, 담금질 조직인 마르텐사이트가 가장 내마모성이 크고 어닐링 조직인 펄라이트가 가장 작다. 또한 같은 조직에서도 C%가 많은 편이 내마모성이 크다. 또한 동일한 펄라이트 조직에서도 층의 간격에 따라 내마모성이 다르므로 층의 간격이 큰 펄라이트일수록 내마모성은 작다. 압연 조직은 어닐링 조직보다도 마모되기 쉽다. 표면처리 습식, 건식, 열화학 처리에 의한 내마모 향상 및 윤활제의 효과 중요

58 30KHz고주파경화 800KHz고주파경화

59 내식성이 요구될 때 화학성분 내후성의 경우는 Cu 및 P의 첨가가 유효하며, 일반적인 내식성의 경우에는 Cr의 첨가가 필요하다. 물론 탄소는 적으면 좋다. 조직 조직적으로 내식성을 비교하면 다음과 같다. 오스테나이트 > 페라이트 > 마르텐사이트 > 펄라이트 > 소르바이트 > 투르스타이트 기타 ㆍ응력이 있으면 녹이 슬기 쉽다. ㆍ내식성이 좋은 재질은 STS 304, 430, 403 계통이 좋고, 내마모-내식용으로는 STS 420 J2, 440이 적합하다. 또한 STS 304(오스테나이트계)에 질화 또는 침탄하면 내마모성 스테인리스강재가 얻어진다.

60 용접성이 요구될 때 용접성이 필요한 성질 용접성에 영향을 끼치는 인자 용접성에 좋은 모재
ㆍ용접부 또는 용접부에 가까운 모재부에 용접균열이 발생하지 않을 것 ㆍ용접부가 경화하지 않을 것 ㆍ천이온도가 낮을 것 용접성에 영향을 끼치는 인자 ㆍ화학성분 – C, P, S는 용접성을 현저하게 해치는 원소이며 V만이 용접성을 좋게 하는 원소이다. 일반적으로 강에 경화능을 증가 시키는 원소(예 : C, Cr, Mn, Mo)는 어느 것도 용접성을 나쁘게 한다. ㆍ또한 림드강은 일반적으로 천이온도가 높아 저온 취성을 나타내고 용접에는 좋지 못하다. ㆍ킬드강은 천이온도가 낮아서 용접에 좋다. 용접성에 좋은 모재 ㆍ일반적으로 말해 저탄소(C < 0.15%)의 킬드강이 용접성이 좋은 재료이다. ㆍ저탄소에서 강도가 부족한 경우에는 Mn, Ni, V을 첨가하여 용접성이 좋은 고장력강으로 하는 것이 좋다.

61 피절삭성이 요구될 때 화학성분 ■탄소 ■ P, S, Pb < 0.3% C : 탄소가 높을수록 우수 > 0.3% C : 탄소가 낮을수록 우수 피절삭성 우수 P(0.1%최적), S(0.3%이하), Pb(0.2%양호) ■ Mn ■ MnS, FeS, MnO, FeO < 1% Mn : Mn이 높을수록 우수 > 1% Mn : Mn이 낮을수록 우수 피절삭성 우수 ■ Si ■ Al2O3, SiO2 피절삭성 저하 피절삭성 저하 ■ 경도 ■ 피절삭성 187~229HB 양호 피절삭성 (M.I)= 265 – 600  %C – 1300  %Si – 100  %Mn  %S  %Pb 조직 ㆍ< 0.5% C : 층상 pearlite 우수 ㆍ> 0.5% C : 구상화 탄화물 우수

62 Machinability and Heat Treatment
Tool : SKH51(JIS) Drill Condition : input 2848N, RPM 2250/min Q/T(OC) spherodizing annealing normalizing Drilling time/hole depth(s) Machinability for carbon steels

63 결정립이 클 것  Columnar  Single
고온 강도가 요구될 때 고융점 확산속도 낮을 것 (합금원소 첨가) FCC 구조(D ) 결정립이 클 것  Columnar  Single 석출물 안정성 입계강화(결정립 미끄럼 방지, 결정립 조대화 방지)

64 제품의 고부가 가치화 사용환경 (신뢰성관리) 소재가공/조립 (품질관리) 설계 (안전율) 신뢰성 제품