기계 구조용 탄소강 KS D 3752, 탄소강의 특성 및 용도

기계 구조용 탄소 강재 KS D 3752

기계구조용 탄소강은 일반적으로 SC재라고 불리며, 아래 표에 나타낸 바와 같이 S와 C 사이에 탄소량을 나타내는 숫자가 표시되어 있다. 이 숫자는 규정되어 있는 C량의 대표값(중간값 또는 그 근사치)을 나타내고 있으며, 예를 들면 SM45C의 탄소량은 0.42~0.48%이다.

기계구조용 탄소강은 실온 평형상태에서는 펄라이트와 페라이트의 혼합조직을 나타내며, 탄소함량에 비례하여 펄라이트의 점유율이 증가한다. 따라서, 완전 소성 상태의 금속 조직을 관찰해 보면, 펄라이트의 점유 면적률로부터 그 강의 탄소량을 판정할 수도 있다. 덧붙여서, SM40C에서의 펄라이트의 점유 면적률은 약 50%이다.

또, 규격 기호 끝에 K가 부기되어 있는 강종이 3종류(SM9CK, SM15CK, SM20CK) 규정되어 있어, 침탄 열처리(소입)용 강으로서 분류되고 있다. 화학 성분 중 C, Si 및 Mn량은 K가 부기되어 있지 않은 것과 동일하지만 유해 원소인 P와 S의 값은 낮게 규정하고 있다.

 

1. 화학성분

기호	화학 성분(%)
	C	Si	Mn	P	S
SM 10C	0.08~0.13	0.15~0.35	0.30~0.60	0.030 이하	0.035 이하
SM 12C	0.10~0.15	0.15~0.35	0.30~0.60	0.030 이하	0.035 이하
SM 15C	0.13~0.18	0.15~0.35	0.30~0.60	0.030 이하	0.035 이하
SM 17C	0.15~0.20	0.15~0.35	0.30~0.60	0.030 이하	0.035 이하
SM 20C	0.18~0.23	0.15~0.35	0.30~0.60	0.030 이하	0.035 이하
SM 22C	0.20~0.25	0.15~0.35	0.30~0.60	0.030 이하	0.035 이하
SM 25C	0.22~0.28	0.15~0.35	0.30~0.60	0.030 이하	0.035 이하
SM 28C	0.25~0.31	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 30C	0.27~0.33	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 33C	0.30~0.36	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 35C	0.32~0.38	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 38C	0.35~0.41	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 40C	0.37~0.43	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 43C	0.40~0.46	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 45C	0.42~0.48	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 48C	0.45~0.51	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 50C	0.47~0.53	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 53C	0.50~0.56	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 55C	0.52~0.58	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 58C	0.55~0.61	0.15~0.35	0.60~0.90	0.030 이하	0.035 이하
SM 9CK	0.07~0.12	0.10~0.35	0.30~0.60	0.025 이하	0.025 이하
SM 15CK	0.13~0.18	0.15~0.35	0.30~0.60	0.025 이하	0.025 이하
SM 20CK	0.18~0.23	0.15~0.35	0.30~0.60	0.025 이하	0.025 이하

●기계 구조용 합금강에 첨가되어 있는 합금 원소의 종류와 첨가량[JIS G 4053(2008)부터]

 

강종

합금 원소의 종류와 첨가량(%)

명칭

기호

종류

Mn

Cr

Ni

모

Al

망간강

SMn

4

1.20~1.65

－

0.25 이하

－

－

망간 크롬 강

SMnC

2

1.20~1.65

0.35~0.70

0.25 이하

－

－

크롬 스틸

SCr

6

0.60~0.85

0.90~1.20

0.25 이하

－

－

크롬 몰리브덴 강

SCM

11

0.30～1.00

0.90~1.50

0.25 이하

0.15～0.45

－

니켈 크롬 강

SNC

5

0.35~0.80

0.20～1.00

1.00~3.50

－

－

니켈 크롬 몰리브덴 강

SNCM

11

0.30～1.20

0.40~3.50

0.40~4.50

0.15~0.70

－

알루미늄 크롬 몰리브덴 강

SACM

1

0.60 이하

1.30~1.70

0.25 이하

0.15～0.30

0.70～1.20

 

탄소강의 특성 및 용도

 

(1) 기계적 성질
탄소강의 표준 상태에서 탄소량이 많을수록 경도, 강도가 증가하며 인성, 충격값이 감소되고 가공
변형이 어렵고 냉간 가공이 안된다.
① 아공석강에서 C% 증가와 더불어 강도, 경도, 항복점이 증가된다.
② 과공석강에서 시멘타이트가 망상으로 나타나므로 강도 감소, 경도가 증가한다.
③ 공석강에서 강도는 최대가 되고 연율, 단면 수축률은 감소한다.
④ 탄성계수, 항복점은 온도 상승에 따라 감소된다.
⑤ 인장강도는 200 ~ 300℃까지 상승하여 최대가 되고 충격값은 최소이다.
⑥ 실온보다 저하하면 강도, 경도, 항복점, 탄성계수, 피로 한도가 증가되고 연율, 단면 수축율,
충격값이 감소된다.
※ 강도와 경도는 100℃ 부근에서 상온보다 약간 낮아지고 200 ~ 300℃에서 상온보다 증가하다
가 그 이상은 감소한다.

 

(2) 물리적 성질, 화학적 성질
① 탄소량의 증가에 따라 감소하는 성질：비중, 열전도율, 열팽창계수
② 탄소량의 증가에 따라 증가하는 성질：전기저항, 비열, 항자력
③ 탄소강의 내식성은 탄소가 증가할수록 감소한다.
④ 알카리에는 강하나 산에는 약하다.

⑤ Fe3C는 ALPHA 고용체보다 부식되지 않으나 페라이트와 공존하면 페라이트 부식을 촉진한다.
⑥ 담금질한 강은 풀림, 불림한 강보다 내식성이 크다.

 

(3) 온도에 따른 성질

(4) 탄소강에 함유된 원소의 영향
① 탄소(C)
㉮ 화합탄소：재질이 단단하고 메지며 절삭이 어렵다.
㉯ 흑연탄소：재질이 연하고 약하며 절삭이 쉽다.
㉰ 강 중에 함유된 탄소는 전부 화합탄소이다.

② 망간(Mn)
㉮ 선철 제강시 탈산, 탈황제로 첨가되며 강 중에 0.2~1.0% 정도 함유된다.
㉯ S의 해(적열메짐)를 막아주며 절삭성을 개선하나 1% 이상 첨가시 주물이 수축된다.
㉰ 경화능, 강도, 경도, 점성, 유동성 증가, 고온에서 결정 성장을 억제한다.
※ Mn이 Ferrite 중에 고용되면
∙강의 변태점을 낮추고 담금질의 냉각속도를 느리게 하므로 담금질 효과가 증가된다.
∙고온에서 결정의 성장이 감소된다.
∙강도, 경도 증가, 연성 감소, 점성 증가, 고온 가공이 용이하며 절삭성이 개선된다.

③ 규소(Si)
㉮ 0.2~0.6% 함유하며 유동성, 주조성이 양호하다.
㉯ 단접성, 냉간가공성을 해치고 충격저항과 연신율, 단면수축율이 감소된다.
㉰ 소성감소, 용접성, 결합성이 감소한다.

 

④ 인(P)
㉮ 0.025% 이하 함유하며 편석, 상온취성의 원인이 되며 Fe3P(인화물)의 화합물을 만든다.
㉯ 연율, 충격값이 감소하며 강도, 경도 증가, 유동성 개선, 기포없는 주물을 만든다.

⑤ 유황(S)
㉮ 0.017% 이하 함유(보통강에선 0.03% 이하 요구)
㉯ 강의 유동성을 해치고 적열취성 원인이 되며 고온 가공성을 해친다.
㉰ 강도, 연율, 충격값이 감소되며 FeS는 융점(1193℃)이 낮으며 고온에서 약하고 가공시 파
괴원인이 된다.
㉱ 강 중에 S이 FeS나 MnS로 존재하고 Mn과 화합하여 절삭성이 개선된다.

⑥ Cu(구리)
㉮ Ar 1변태점이 저하되며 강도, 경도, 탄성한도를 증가, 내식성이 향상된다.

⑦ H2(수소)
㉮ 헤어 크랙(Hair Crack)이 생기고 강을 여리게 하며 산과 알카리에 약하다.
㉯ 헤어 크랙을 일으키기 쉬운 금속으로 Ni-Cr강, Ni-Cr-Mo강, Cr-Mo강이 있다.

※ 백점(flakes)：H2의 압력이나 열응력, 변태응력에 의해 생긴다.
※ Hair Crack：강재의 다듬질면에서의 미세한 균열이 생기며 크기는 모발정도, 검출방법
은 매크로 에칭이 있다.