철과 강의 차이점

철과 강의 차이점에 대해서 알아봅시다!

 

철이라고 하는 금속은, 순도 100%의 상태에서는 사용되고 있지 않습니다. 우리가 흔히 철이라고 부르는 것은 대부분의 경우 강이라는 금속을 말합니다. 

 

1. 강의 특징과 철의 차이

강(鋼)은 철에 0.02%~1.7%의 탄소(C)를 첨가한 합금으로, 그 밖에도 적은 양의 망간(Mn)이나 황(S) 등도 포함하고 있습니다. 철과 강의 차이는 함유하고 있는 탄소량의 차이로부터 오는 물성의 차이에 있습니다. 강은 철보다 강도와 인성(끈끈한 성질), 가공성이 뛰어난 금속입니다. 철은 탄소량이 0.02% 미만인 금속으로, 취약하고 산화하기 쉬우며 가공이 곤란하기 때문에 공업용 제품의 재료로서는 적합하지 않은 것입니다.

강은 탄소량이 많아질수록 단단해지는 경향이 있습니다만, 그런 반면에 끈끈한 성질이 약해집니다. 단단한(경한) 것은 그 한도를 초과하는 힘이 걸리면 파손되어 버리지만, 여기서 접히기 어려운 성질을 인성이 강하다(끈끈한)라고 말합니다. 경도와 인성은 일반적으로 반비례의 관계로, 한쪽이 뛰어나면 다른 한쪽이 뒤떨어져 버립니다.

강은 강도와 ​​인성면에서 부품의 재료 등에 적합한 탄소량으로 조정된 합금입니다. 어느 성질을 우선할지에 탄소량이 0.02%~1.7%로 이에 따라 종류가 나뉘어져 있습니다. 강을 재료로 선택할 때에는 용도에 따라 경도와 인성(점도, 강도)의 밸런스를 고려한 후에 강재를 선택할 수 있습니다.

 

재료의 강도는 경도, 점성 이외에도 내충격성, 내식성, 내피로성, 내마모성, 내열성, 내저온 취성, 내약품성 등 다양한 면에서 평가됩니다.  어느 하나의 힘만을 보고, 그 재료의 종합적인 힘은 판단할 수 없기 때문에, 용도에 따라 최적의 성질을 가지는 재료를 선택할 필요가 있습니다.

 

2. 강의 종류

강재는 주로 일반구조용압연강재인 SS재, 기계구조용탄소강 강재인 SC계가 일반적입니다. 이 두 가지는 KS/JIS 규격에서 표준 규정의 차이에 따라 분류됩니다. SS재는 인장, 신장에 대한 강도에 의해 규정된 인성(점성, 강도)에 초점을 맞춘 재료입니다. 기계구조용 탄소강 강재 SC계는 탄소 함유량에 따라 규정된 경도에 초점을 맞춘 재료입니다.

 

일반구조용 압연강재 SS재

정식 명칭으로 일반 구조용 압연 강재라고 하는 규격입니다. 대표적인 재료 기호로는 SS300, SS400, SS490, SS540을 들 수 있습니다. SS 뒤에 오는 숫자는 인장 강도의 하한값을 나타냅니다. 범용성이 높은 강재로 가공성이 우수하여 다양한 분야에서 사용됩니다.

 

그 중에서도 SS400은 비교적 저렴하고 판재와 원재료 모두 시중에서 많이 유통하고 있기 때문에 구입이 용이합니다. 상온에서 중온 영역(350℃)까지 안정적이며 이 온도 대역에서 자주 사용됩니다. 철강계의 분류 중에서 내열성은 낮은 쪽에 속합니다. SS400의 경도에 대해서 규격에는 기재가 없습니다만, SS400은 저탄소강(탄소 함유량 0.15%~0.2%)이므로 철강 재료 중에서는 비교적 부드러운 재료로 분류됩니다. 

따라서 마찰이나 슬라이딩 부위(높은 경도, 내마모성이 필요한 부분)에는 적합하지 않습니다.

또, SS재는 성분 규격이 없기 때문에, 용접 가공에는 적합하지 않습니다. 용접성이 요구되는 경우에는 SM재 등 용접이 용이한 강재가 적합합니다.

 

SC계(KS : SMC계)

정식으로는 기계 구조용 탄소강 강재라고 하는 규격입니다. JIS에서는 SC재라고도 합니다. 강재명 중의 숫자가 탄소량을 나타내고 있어 대표적 예인 「S45C」(SM45C)이면, 0.45% 정도의 탄소가 포함되어 있다는 것을 나타내고 있습니다. 규격에서는 탄소 한유량에 따라 S10C(SM10C)에서 S58C(SM58C)까지 20종류가 있습니다. 

경도·강도에 초점을 맞춘 강재로, 이 2가지의 물성이 우수한 편입니다. 열처리나 용접 가공도 용이하다는 등, SS재보다 뛰어난 면이 많지만, 그만큼 비교적 고가의 강재입니다. 주로 정밀 기계 및 중요한 부품에 사용됩니다.

 

SS와 SC의 구분

SS재는 인성(끈끈함)에 규정된 탄성의 면에서 뛰어난 특성을 가지고 있습니다. 그 때문에 인성이 요구되는 부분에서 비교 검토하기 위한 강재입니다. 경도나 강도에 규정되어 있지 않기 때문에, 경도·강도의 높이가 필수적인 중요한 부품, 주요 부재 등에는 기계구조용 탄소강 강재 SC계가 적합합니다.

 

예를 들면 SS재 대표의 SS400과 탄소강강재 SC계 대표의 S45C를 비교하면, SS400은 경도가 400[N/mm^2]에 대해, S45C는 생재에서도 570[N/mm^2]있음 경도에 차이가 있습니다.

 

또한 S45C는 열처리로 경도를 690[N/mm^2] 이상으로 올릴 수 있습니다. 베어링을 끼우기 위한 축(샤프트) 형상의 것, 회전수가 고속이고, 외력이 가해지기 쉬운 회전하는 형상이 필요하면, S45C쪽이 적합합니다. 

 

S45C는 경도·강도가 뛰어나 슬라이딩(미끄럼 마찰 운동) 부위에 강한 성질을 가지고 있기 때문입니다. 한편, 같은 형상이라도, 부하가 가벼운 부분, 다소의 진동이 있어도 문제가 없는 것 같은 환경이라면, 가격이 더 저렴한 SS400이 적당한 경우가 있습니다.

 

<원 포인트 레슨>

・강은 철에 0.02%~1.7%의 탄소를 첨가한 합금으로, 강도나 인성이 뛰어난 금속입니다.
・강재 중에서도 탄소량의 차이에 의해 강도나 인성 등의 우열이 변화합니다. 탄소량이 적어지면 인성이 우수하고, 많아지면 강도가 우수한 경향이 있습니다.
・강재의 대표 종에는 일반 구조용 압연강 SS재와 기계구조용 탄소강 강재 SC계가 있어, SS재는 저렴하고 범용성이 높고 인성이 우수하고, SC재는 경도・강도가 뛰어난 특징이 있습니다.

 

등산을 하다보면 이런 철계단을 보는 경우가 있는데 이런 부분에 사용하는 강재는 SS재일까요?

아니면 SC재(SMC재)일까요?

 

대둔산 철계단

대둔산 삼선계단