기계구조용 탄소강재, S45C / S35C
기계구조용 탄소강재는 탄소 함량에 따라 강도와 경도가 달라지는 철강재로, 주로 기계 부품이나 구조물의 제작에 사용됩니다. 이러한 강재는 탄소 함량을 0.6% 이하로 유지하며, 압연한 상태로 사용하거나 담금질(퀜칭) 및 뜨임(템퍼링) 처리를 거쳐 더욱 강화할 수 있습니다. 기계적인 특성과 강도 향상을 위해 열처리를 하는 경우가 많으며, 이를 통해 다양한 응용 분야에 적합하게 사용할 수 있습니다.
KS 표준에 따르면, 기계구조용 탄소강재는 탄소 함량에 따라 20종류로 세분화됩니다. 그 중에서도 일반적으로 널리 사용되는 것은 S35C와 S45C입니다. 명명법에서 “S”는 Steel(강재)을, “C”는 Carbon(탄소)을 나타내며, 가운데 숫자는 평균 탄소 함유량을 뜻합니다. 예를 들어, S35C는 평균 탄소 함유량이 0.35%인 강재를 의미합니다. 이처럼 탄소 함유량이 0.35%인 S35C는 적절한 연성과 가공성을 가지고 있으며, 기계 부품에 많이 사용됩니다. 반면, S45C는 탄소 함유량이 0.45%로 더 높은 강도와 경도를 가지며, 내마모성이 요구되는 부품에 주로 사용됩니다.
S35C와 S45C 외에도, 탄소 함유량에 따라 다양한 기계적 성질을 가진 기계구조용 탄소강재가 존재하며, 각 산업 분야의 요구에 맞춰 적절한 강재를 선택하는 것이 중요합니다. 또한, 이러한 기계구조용 탄소강재는 높은 강도와 연성의 균형을 유지하기 위해 열처리와 같은 추가적인 공정을 거칠 수 있으며, 이로 인해 기계적 성질을 더욱 강화할 수 있습니다.
기계구조용 탄소강 성질과 특징
탄소강은 열처리나 경화 처리를 하여 기계적 강도가 강하게요구되는 부품의 재료로서 사용되고 있습니다. 각종 금형, 축, 체인, 롤러, 기어와 같은 부품용 기계 재료에 많이 쓰입니다. 탄소강은 열처리에 의해 성질을 변화시킬 수 있는 것이 특징입니다. 이 때문에 담금질과 뜨임과 같은 열처리를 통해 사용하게 되는데 열처리 치수에 따라 그 기계적 성질이 크게 달라지게 됩니다. 이런 구조용탄소강은 기계적 성질이 우수하고 열처리에 의해 성질을 변형시켜 사용하는게 특징입니다.
▶ 저탄소강은 볼트나 너트, 핀 재료 등으로 사용됩니다.
▶ 고탄소강은 기어와 같은 용도로 사용되는 기계부품에 쓰입니다.
▶ 구조용 탄소강에 합금원소를 첨가하여 기계적 성질을 개선시키면 구조용 합금강이 됩니다.
탄소 함유량에 따른 분류
저탄소강 (SM10C ~ SM25C)
탄소함유량이 C0.08~0.28 정도로 이 범위의 탄소강은 열처리 효과를 기대할 수 없으므로 비교적 강도를 필요로 하지 않는 것에 사용되고 인성이 있으며 용접도 용이해서 일반 기계 구조 부품에 널리 사용된다.
중탄소강 (SM28C ~ SM48C)
탄소함유량이 C0.25~0.51 정도로 이 범위의 탄소강은 냉간가공성, 용접성은 약간 나쁘게 되나 담금질, 뜨임에 의하여 강인성이 증대되므로 비교적 중요한 기계구조부품에 사용됩니다. 그중에서도 특히 SM40C~SM58C의 것은 고주파담금질에 의해 표면경화시켜 피로 강도가 높고, 또 마모에 강한 기계부품에 사용가능하므로 용도가 광범위하여 실제로 많이 사용되고 있습니다.
고탄소강 (SM50C ~ SM58C)
탄소함유량이 C0.47~0.61 정도로 이 범위의 탄소강은 열처리 효과가 크고 담금질성이 양호하나 인성이 부족하므로 표면의 경도를 필요로 하는 기계부품에 사용되며 비교적 사용 용도가 한정되어 있습니다.
강판에 탄소가 미치는 영향
철에 탄소를 첨가하는 가장 큰 이유는 철의 원자들 사이로 탄소원자의 침입이 쉽기 때문입니다. 화학적으로 결합하기 쉬운 전자를 갖고 있다고 합니다. 즉, 탄소의 우너자가 철의 원자보다 월등하게 작아서 철원자를 사이에 자리를 쉽게 잡게 되는 것 입니다. 탄소를 첨가할수록 단단해지는 이유는 철속의 탄소가 첨가돼 철의 조직이 페라이트에서 퍼얼라이트계 쪽으로 가게되는데 이 퍼얼라이트계에 가장 많은 조직이 탄소 0.80%까지는 합급의 성질이 거의 적용됩니다.
탄소가함량이 많고 적음에 따라 분류되는 탄소강에서 탄소함량은 강도와 경도를 조절하는 가장 중요한 원소 중 하나입니다. 탄소량이 높아지면 연신률이 떨어지게 돼 절곡, 밴딩시 철판이 찢어지는 현상이 발생합니다. 또 용접성이 낮기 때문에 용접에 어려움이 있는 것이 특징입니다. 이 점을 유의하시고 작업을 하셔야 합니다.
