철강재료의 기본 SM45C의 특징과 용도 및 가공법

기계구조용탄소강 강재의 일종

SM45C는 일반 기계부품에 사용되는 대중적인 재료로 철과 탄소의 합금이다. KS규격에서는 기계구조용탄소강 강재로 명치하고 있으며 SM45C에서 C는 탄소(Carbon), 숫자 45는 탄소함유량 0.45%(0.42~0.48의 중간값 또는 0.45의 전후)를 의미한다.

탄소량이 많아지면 강도(항복응력)가 향상되지만 반대로 인성(내충격성)이 떨어지는 경향이 있다. 열처리를 함으로써 기계가공하기 쉬운 경도로 하거나 인성을 제어하는 것이 가능하다.

기계구조용탄소강으로 대표적인 것으로 탄소량이 적은 순서로 SM10C, SM15C, SM25C, SM30C, SM35C, SM45C, SM50C, 3M55C 등이 있다. 

 

기계 구조용 탄소 강재 KS D 3752 : 2007

Carbon steels for machine structural use

 

■ 적용범위

이 규격은 열간 압연, 열간단조 등 열간가공에 의해 제조한 것으로, 보통 다시 단조, 절삭 등의 가공및 열처리를 하여 사용되는 기계구조용 탄조 강재(이하, 강재라 한다.)에 대하여 규정한다.

 

■ 화학성분

단위 : %

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

[비고]

1. Cr은 0.20%를 넘어서는 안 된다.

다만, 주문자와 제조자 사이의 협의에 따라 0.30% 미만으로 하여도 좋다.

2. SM 9CK, SM 15CK 및 SM 20CK는 불순물로서 Cu는 0.25%를, Ni는 0.20%를, Ni+Cr은 0.30%를, 기타 종류는 불순물로서 Cu는 0.30%를, Ni는 0.20%를, Ni+Cr은 0.35%를 넘어서는 안 된다.

다만, 주문자와 제조자 사이의 협의에 따라 Ni+Cr의 상한을 SM 9CK, SM 15CK 및 SM 20CK는 0.40% 미만, 기타 종류는 0.45% 미만으로 하여도 좋다.

 

SM45C의 물리적 성질

융점	밀도 (g/cm³)	영율 (종탄성계수)		강성율 (횡탄성계수)	푸아송비	선팽창율 (ppm/K)	정압비열 (J/kg･K)	열전도율 (W/m･K)
		GPa	N/mm²	GPa
약1,535℃	7.84	205	2.1E+05	79	0.3	11.9	490	45.0

 

SM45C의 기계적 성질

항목	대표값
	불림	풀림	담금질/뜨임
항복점 또는 내력 N/mm² (판두께 t mm )	345 이상	–	490 이상
인장강도 N/mm²	570 이상	–	690 이상
연신율(%)	20 이상	–	17 이상
압축율(%)	–	–	45 이상
경도HBW)	167~229	137~170	201~269

 

SM45C의 표면처리

사삼산화철피막 : 도장의 기초로 자주 사용

파커라이징 : 흑착색보다 방청, 내마모성이 뛰어나다

유니크로(백색) : 아연도금의 후처리로 사용됨

유색 크로메이트(황색, 흑색) : 아연 도금의 후처리로 사용됨

3가 크로메이트 : 6가 크롬을 함유하지 않음

무전해 니켈 도금 : 부식성, 내마모성, 밀착성이 우수

저온 흑색 크롬 도금 : 얄은 피막 방청력, 방식성 우수

경질 크롬 도금 : 내마모성이 뛰어남

 

열처리가 가능

강재를 열처리로 경도를 향상시키기 위해서는 어느 정도의 탄소량이 필요하고, 기계구조용 탄소강에서는 탄소량이 SM30C 이상이면, 열처리하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 SM45C는 열처리의 효과를 얻을 수 있으며 열처리 후 항복 응력은 490MPa 이상이다.

 

내식성이 낮다
보통의 철강재와 같이 녹슬기 쉽기 때문에, 보기좋은 외관을 유지해야 할 필요가 있는 경우는 녹을 방지하기 위한 도장이나 표면처리 등으로 대책을 세울 필요가 있다.

 

구하기 쉽다
널리 사용하는 인기있는 재질이므로 구하기가 쉬운 재료이고, 강판이나 환강, 각강, 육각강, 선재 등 다양한 형상으로 제조되어 유통되고 있다. 파이프 형상의 재료는 기계구조용 탄소강강관으로 분류되어 있다.

 

SS400과 비교

SM45C와 자주 비교되는 재료로서 SS400(일반 구조용 압연 강재) 이 있다. SS400은 인장 강도가 400MPa 이상인 것과 화학 성분으로 불순물로 분류되는 P(인)과 S(황)의 상한값이 정해져 있을 뿐이다. SM45C보다 저렴하지만 경도 규정이 없는 등 기계 부품으로서 설계상 고려해야 할 특성이 불명확 하다는 단점도 있다. 또한 SS400은 열처리에 의한 경도 증가를 할 수 없다 .

 

일반 구조용 압연 강재 KS D 3503

Rolled steels for general structure

 

■ 적용범위

이 표준은 다리, 선박, 차량, 그 밖의 구조물에 사용되는 일반 구조용 열간 압연 강재(이하 강재라 한다.)에 대하여 규정한다.

 

■ 종류의 기호

종류의 기호	적용
SS330	강판, 강대, 평강 및 봉강
SS400	강판, 강대, 형강, 평강 및 봉강
SS490
SS540	두께 40mm 이하의 강판, 강대, 형강, 평강 및 지름, 변 또는 맞변거리 40mm 이하의 봉강
SS590

[비고]

봉강에는 코일 봉강을 포함한다.

■ 화학 성분

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
SS590

[비고]

필요에 따라 표 이외의 합금원소를 첨가할 수 있다.

 

■ 기계적 성질

종류의 기호	항복점 또는 항복 강도				인장 강도	강재의 두께	인장 시혐편	연신율 %	굽힘성
	강재의 두께								굽힘 각도	안쪽 반지름
	16 이하	16초과 40 이하	40초과 100 이하	100 초과하는것
SS330	205 이상	195 이상	175 이상	165 이상	330 ~ 430	강판, 강대, 평강의 두께 5이하	5호	26 이상	180°	두께의 0.5배
						강판, 강대, 평강의 두께 5초과 16이하	1A호	21 이상
						강판, 평강의 두께 16초과 40이하	1A호	26 이상
						강판, 강대, 평강의 두께 40초과하는 것	4호	28 이상
						봉강의 지름, 변 또는 맞변거리 25 이하	2호	25 이상	180°	지름, 변 또는 맞변거리의 2.0배
						봉강의 지름, 변 또는 맞변거리 25 초과하는 것	14A호	28 이상

 

■ 기계적 성질(계속)

종류의 기호	항복점 또는 항복 강도				인장 강도	강재의 두께	인장 시혐편	연신율 %	굽힘성
	강재의 두께								굽힘 각도	안쪽 반지름
	16 이하	16초과 40 이하	40초과 100 이하	100 초과하는것
SS400	245 이상	234 이상	215 이상	245 이상	400 ~ 510	강판, 강대, 형강의 두께 5이하	5호	21 이상	180°	두께의 1.5배
						강판, 강대, 형강의 두께 5초과 16이하	1A호	17 이상
						강판, 강대, 평강, 형강의 두께 16초과 40이하	1A호	21 이상
						강판, 평강, 형강의 두께 40초과하는 것	4호	23 이상
						봉강의 지름, 변 또는 맞변거리 25 이하	2호	20 이상	180°	지름, 변 또는 맞변거리의 1.5배
						봉강의 지름, 변 또는 맞변거리 25 초과하는 것	14A호	22 이상
SS490	285 이상	275 이상	255 이상	245 이상	490 ~ 610	강판, 강대, 평강, 형강의 두께 5이하	5호	19 이상	180°	두께의 2.0배
						강판, 강대, 평강, 형강의 두께 5초과 16이하	1A호	15 이상
						강판, 강대, 평강, 형강의 두께 16 초과 40이하	1A호	19 이상
						강판, 평강, 형강의 두께 40초과하는 것	4호	21 이상
						봉강의 지름, 변 또는 맞변거리 25 이하	2호	18 이상	180°	지름, 변 또는 맞변거리의 2.0배
						봉강의 지름, 변 또는 맞변거리 25 초과하는 것	14A호	20 이상
SS540	400 이상	390 이상	-	-	540 이상	강판, 강대, 평강, 형강의 두께 5이하	5호	16 이상	180°	두께의 2.0배
						강판, 강대, 형강의 두께 5초과 16이하	1A호	13 이상
						강판, 강대, 평강, 형강의 두께 16 초과 40이하	1A호	17 이상
						봉강의 지름, 변 또는 맞변거리 25 이하	2호	13 이상	180°	지름, 변 또는 맞변거리의 2.0배
						봉강의 지름, 변 또는맞변거리 25 초과하는 것	14A호	16 이상
SS590	400 이상	390 이상	-	-	540 이상	강판, 강대, 평강, 형강의 두께 5이하	5호	21 이상	180°	두께의 2.0배
						강판, 강대, 평강, 형강의 두께 5초과 16이하	1A호	17 이상
						강판, 강대, 평강, 형강의 두께 16 초과 40이하	1A호	21 이상
						봉강의 지름, 변 또는 맞변거리 25 이하	2호	20 이상	180°	지름, 변 또는 맞변거리의 2.0배
						봉강의 지름, 변 또는맞변거리 25 초과 40 이하	14A호	22 이상

 

[비고]

두께 90mm를 초과하는 강판의 4호 시험편의 연신율은 두께 25.0mm 또는 그 끝수를 늘릴 때마다 표의 연신율 값에서 1%를 감한다. 다만, 감하는 한도는 3%로 한다.

 

강도
열처리에 의한 경도·강도의 향상이 가능하지만, 열처리하지 않은 채 사용하는 생재에서도 SS400(항복 응력 235MPa 이상)보다 높은 강도(항복 응력 345MPa 이상)가 있는 재질이므로 잘 이용된다.

단 부품을 사용하는 개소의 공간 등의 치수 제한에 의해 SM45C에서는 강도 확보가 어려운 경우, 더욱 강도가 있는 합금 공구강이나 크롬 몰리브덴강(SCM재) 등의 합금강의 사용 을 검토한다. 또, 피로 강도(반복 응력에 견딜 수 있는 횟수)의 면에서는, 합금강에 표면만을 고경도로 하고, 내부는 부드러움을 남길 수 있는 침탄 처리를 할 수 있는 재질이 있어 우수하다.

 

열처리
다른 부품과 슬라이딩 운동(미끄럼 마찰)하는 경우, 내마모성을 향상시키기 위해 열처리를 하는 것이 일반적이다. 담금질(퀜칭)·템퍼링(뜨임)을 실시한 경우에 얻을 수 있는 경도는 일반적인 열처리 조건하에서 약 250HBW가 된다. 열처리시의 주의점으로서, 재료의 직경은 지름 20mm 정도 이하, 판 형상이라면 두께 14mm 정도 이하가 아니면 내부까지 열처리되지 않는다. 형상을 변경해도 해결이 어려운 경우는 담금질성이 좋은 합금강으로 변경을 검토하는 것이 좋다.

재료의 표면만 경도를 올리고 싶은 경우는 고주파 담금질이라고 하는 열처리도 유효하다. 고주파 담금질은 소재의 표면만 고경도로 할 수 있다. 그리고, 고주파 담금질 후에 템퍼링 처리를 함으로써 취성을 개선한다. 단, 60HRC 정도의 고경도가 필요한 경우는 SM45C에서는 고주파 담금질을 실시해도 어려운 경우가 많기 때문에 다른 재질로 변경을 검토한다.

 

용접
SM45C의 용접성은 상온에서는 그다지 좋지 않다. 탄소량이 많기 때문에 열 영향부(용접 금속의 주변)의 급냉, 경화에 의해 균열의 원인이 된다. 용접이 필요한 경우는, 사용 중 균열에 의한 파손을 피하기 위해, 용접 전 예열과 용접 후의 후열도 실시하도록 지시하는 것이 무난하다. 용접시의 결함이 중요한 문제가 되는 경우는, SS재나 SM재질 등의 용접성이 좋은 소재로의 변경도 검토한다.