SCM440·SCM435·S45C는 얼마나 단단해지나? 강종 선택법

도달 가능한 최고 경도는 주로 탄소량으로 정해집니다. 크롬(Cr)·몰리브덴(Mo)·망간(Mn) 등의 합금 원소는 담금질성 — 표면뿐 아니라 심부까지 경화시키는 능력 — 을 높입니다.

대략 0.25%C 미만의 강은 속까지 담금질되지 않아 대신 표면 경화(침탄)가 필요합니다. 중탄소강 이상은 담금질·뜨임 사이클에 견딥니다.

최종 HRC는 뜨임 온도에도 좌우됩니다. 뜨임이 높을수록 경도는 낮아지지만 부품은 더 질겨집니다.

「이 강종은 어디까지 단단해지는가」라는 질문에는 정답이 둘이며, 각각 의미가 다릅니다.

• 도달 가능한 최고 경도(담금질 그대로) — 뜨임 전, 담금질 직후에 도달하는 경도로 그 강종의 상한입니다.
• 실사용 지정값(뜨임 후) — 인성과 맞바꿔 경도를 낮춘 뒤 도면에 실제로 기재되는 값입니다.

SCM440이 대표적인 혼동 사례입니다. 상한은 약 50–58 HRC이지만 실제 사용되는 SCM440 볼트 대부분은 28–48 HRC로 지정됩니다. 상한 그대로 두면 취성이 커져 나사부에서 부러집니다.

아래 표는 이 두 값을 함께 표기합니다.

먼저 두 가지 수치를 구분하세요. 담금질 직후 상한은 강종 자체의 천장이고, 실제 지정값은 뜨임 후 도면이 실제로 적는 범위입니다.

가장 오해가 많은 것이 SCM440입니다. 상한은 약 50~58 HRC지만 실제 사용되는 SCM440 볼트는 대부분 28~48 HRC로만 지정합니다. 최고 경도 상태로 두면 취성이 생겨 나사부에서 부러지기 때문입니다.

• S20C (AISI 1020 / DIN C22, C 0.18–0.23%) — 상한 55–62 HRC, 실제 지정 55–60 HRC(탄소량이 낮아 전체 경화가 불가능하므로 침탄으로 표면을 경화시킵니다)
• S45C (AISI 1045 / DIN C45, C 0.42–0.48%) — 상한 50–58 HRC, 실제 지정 40–55 HRC
• SCM435 (AISI 4135 / DIN 34CrMo4, C 0.33–0.38%) — 상한 48–55 HRC, 실제 지정 33–44 HRC
• SCM440 (AISI 4140 / DIN 42CrMo4, C 0.38–0.43%) — 상한 50–58 HRC, 실제 지정 28–48 HRC
• SCr440 (AISI 5140 / DIN 41Cr4, C 0.38–0.43%) — 상한 50–57 HRC, 실제 지정 28–45 HRC
• SWCH10B21 (AISI 10B21, C 0.18–0.23 + B%) — 상한 40–48 HRC, 실제 지정 28–40 HRC
• SWCH10B33 (AISI 10B33, C 0.30–0.36 + B%) — 상한 45–52 HRC, 실제 지정 32–42 HRC
• SUP9 (AISI 5155 / DIN 55Cr3, C 0.52–0.60%) — 상한 50–58 HRC, 실제 지정 40–50 HRC
• SK85 / SK5 (AISI 1084–1086 / DIN C85, C 0.80–0.90%) — 상한 58–64 HRC, 실제 지정 45–60 HRC
• SKS3 (AISI O1 / DIN 100MnCrW4, C 0.90–1.00%) — 상한 58–63 HRC, 실제 지정 56–62 HRC
• SUJ2 (AISI 52100 / DIN 100Cr6, C 0.95–1.10%) — 상한 60–64 HRC, 실제 지정 58–64 HRC
• SUS420J2 (AISI 420 / DIN X30Cr13, C 0.26–0.40%) — 상한 48–55 HRC, 실제 지정 45–52 HRC
• SUS304 (AISI 304 / DIN X5CrNi18-10, C ≤0.08%) — 열처리로는 경화되지 않습니다. 이유는 다음 절 참고

• SUS304 / SUS316 (오스테나이트계) — 열처리로는 전혀 경화되지 않습니다. 조직이 이미 안정한 오스테나이트여서 마르텐사이트로 변태하지 않기 때문입니다. 경도를 높이는 유일한 방법은 냉간 가공에 의한 가공경화입니다.
• SUS420J2 / SUS410 (마르텐사이트계) — 탄소량이 충분해 변태하므로 정상적으로 담금질·뜨임하여 45~52 HRC까지 올릴 수 있습니다.

도면에 'SUS304를 45 HRC로 경화'라고 적혀 있다면 도면이 잘못된 것이지 열처리가 불가능한 것이 아닙니다. 이런 경우 수주 전에 먼저 알려드립니다.

탄소량이 약 0.25% 미만인 강(S20C, SS400 등)도 전체 경화는 불가능하지만 침탄으로 경화층을 만들 수는 있습니다.

위에서부터 순서대로 보십시오. 대부분의 부품은 처음 세 항목에서 결정됩니다.

• 단면이 얇고 예산이 빠듯하며 중간 정도 경도면 충분 — S45C. 합금강에 비용을 들일 이유가 없습니다.
• 단면이 두껍거나 단면 전체에서 경도가 균일해야 함 — Cr-Mo 계열(SCM435/SCM440)로. 이유는 담금질성이 높기 때문이지 HRC 상한이 높기 때문이 아닙니다. SCM440과 S45C의 상한은 거의 같으며, 여기서 가장 많이들 착각합니다.
• 나사·볼트로 대량 냉간 단조 — 보론강 SWCH10B21 또는 10B33. 냉간 성형성이 좋고 성형 후 경화합니다.
• 표층은 내마모, 심부는 인성이 필요 — 전체 담금질이 아니라 저탄소강(S20C)＋침탄.
• 내식성과 경도를 모두 요구 — SUS304가 아니라 SUS420J2.

강종이 분명하지 않으면 사양서나 시료를 보내주십시오. 성분과 경도를 확인하고 목표 HRC에 도달하는 공정을 제안합니다.

주문서에 적힌 항목이 많을수록 재작업 가능성은 줄어듭니다. 네 줄이면 충분합니다.

• 강종. 재질증명서(밀시트) 그대로 기재하십시오. 증명서가 없으면 먼저 시료를 보내 성분 분석을 진행합니다.
• 목표 HRC는 범위로. 단일 값이 아니라 32–39 HRC처럼 제시하고, 상한값이 아닌 뜨임 후 값으로 지정하십시오.
• 측정 위치: 표면인지 단면 중앙인지. 침탄품은 이 두 지점의 값이 크게 다릅니다.
• 이후 도금 여부. 아연도금을 하는 39 HRC 초과 부품은 ISO 4042가 요구하는 수소 제거 베이킹 공정을 고려해야 합니다.

당사 처리 능력은 월 2,000톤 이상이며 양산 로트와 시작 로트 모두 받습니다.