SUS440C는 JIS규격에 규정되어 있는 스테인레스 강 가운데 가장 단단한 스테인레스 강입니다.
마르텐사이트계 스테인레스 강의 일종으로,
열 처리를 하고, 경도를 높인 상태에서 이용하는 것이 전제되고 있습니다.
강도, 내마모성이 필요한 베어링과 샤프트 등의 기계 부품에 자주 채용되는
스테인리스 강에서 높은 강도와 내식성에서 칼의 용도로 많이 사용됩니다.
그러나 SUS440C에게 가장 중요한 경도,
또 스테인리스 강의 중요한 특성인 내식성도 열 처리 조건에 의해서 변화하기 때문에
그 취급에는 충분한 지식이 필요합니다.
이 기사에서는 SUS440C의 성질이나 규격, 물리적 성질, 내식성,
열 처리 조건에 의해서 바뀌는 기계적 성질 등에 대해서 해설합니다.
SUS440C는 탄소 함유량이 0.95~1.20%로 많고 담금질 경화성이 특히 높습니다.
이는 마르텐사이트계 스테인레스 강의 일종입니다(위 그림 참조).
담금질과 템퍼에 의해서, 스테인리스 강 중에서도 최고 수준의 HRC58이상의 경도를 낼 수 있습니다.
고경도여서 내마모성과 피로 강도가 높고, 인장 강도도 좋아 기계적 성질이 뛰어난 스테인레스 강입니다.
가격은 SUS304와 비슷하거나 SUS304보다 조금 높은 정도입니다.
SUS440C의 내식성은 크롬을 16.0,18.0%와 스테인레스 강 중에서도 비교적 많이 함유되어
S45C등 탄소강과 SK재·SKS재와 같은 공구강과 비교하면 높습니다.
그러나 탄소 함유량이 많아, 오스테 나이트계 스테인리스 강(SUS304등)나
페라이트계 스테인레스 강(SUS430등) 다른 마르텐사이트계 스테인레스 강(SUS410이나 SUS420등)에 떨어집니다.
2020.06.02 - [SUS 지식]SUS304와 SUS430의 의미, 특징도 해설해 본다.
[SUS 지식]SUS304와 SUS430의 의미, 특징도 해설해 본다.
[SUS 지식]SUS304와 SUS430의 의미, 특징도 해설해 본다. [이 포스팅은 일본 기사를 번역한 것 입니다.] 출처 - https://mitsu-ri.net/articles/sus304-sus430 SUS304과 SUS430이란 스테인레스를 말합니다...
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SUS440C의 절삭성은 담금질 전(풀림 후의 상태)라면 보통 강과 페라이트계 스테인리스 강 사이 정도로
오스테나이트계 스테인리스 강보다는 양호합니다.
그러나 담금질·템퍼 후 절삭성은 좋지 않아 담금질하기 전에 최종적인 형상까지 성형하는 편이 많아지고 있습니다.
다만 담금질·템퍼 후에도 가공을 할 경우, 경도에 관계 없이 가공이 가능한 방전 가공을 채용하거나
난삭재용 공구를 사용할 필요가 있습니다.
또한 JIS규격에는 SUS440C에 유황을 첨가하고 절삭성을 개선한 SUS440F가 존재합니다(위 그림 참조).
SUS440C의 담금질 경화성은 특히 좋아 담금질·템퍼의 적용이 전제되고 있는 스테인레스 강입니다.
아래 표는 JIS규격(JIS G 4303:2021)에 기재되어 있는 풀림·담금질·템퍼의 열 처리 조건의 예입니다만,
이 조건 이외의 열 처리 조건이 이용되는 경우도 자주 있습니다.
| 열 처리 방법 | 풀림 | 담금질 | 조질 |
| 온도(℃) | 800～920 | 1010～1070 | 100～180 |
| 냉각 방법 | 서랭 | 유냉 | 공랭 |
·서랭...로의 정지 후 강재를 원자로 내에 넣은 채로,로가 식는데 맞추어 철강을 냉각하는 방법
·유냉…로의 정지 후 강재를 원자로에서 꺼내어 기름 중에 넣어 냉각하는 방법
·공랭…로의 정지 후 강재를 원자로에서 꺼내고, 상온의 공기 중에서 냉각하는 방법
SUS440C의 용도는 아래와 같이 뛰어난 경도, 내마모성, 비교적 양호한 내식성을 살린 것이 많아지고 있습니다.
·베어링(베어링)회전·왕복 운동하는 부품을 지지하는 부품입니다.
하중에 대한 형상 불변성이나 마찰에 대한 내성이 필요하다는 점에서 SUS440C가 채용될 수 있습니다.
· 칼…칼과 가위, 면도, 의료용 메스 등의 칼날. 높은 경도와 방청성이 필요하다는 점에서
SUS440C이 자주 채용되고 있습니다.
· 게이지. 제품 검사에서 형상과 정밀도 등의 검증에 사용하는 측정 검사 게이지.
형상 불변성과 방청성이 필요하다는 점에서 SUS440C가 채용될 수 있습니다.
· 금형. 내마모성이 필요.플라스틱 사출 성형용 금형에 SUS440C가 채용될 수 있습니다.
그 외, 노즐과 샤프트, 펌프 부품 등의 강도를 요하는 기계 부품에 이용되고 있습니다.
SUS440C는 다음의 JIS규격으로 규정되고 있습니다.
·JIS G 4303:2021"스테인리스 강철봉"
·JIS G 4308:2013"스테인레스 선재"
·JIS G 4309:2013"스테인리스 강선"
·JIS G 4318:2016"냉간 완성 스테인리스 강철봉"
SUS440C의 판재의 규격은 없지만 시장에 나돌고 있습니다.
또한 탄소 함유량만 SUS440C와 달리 SUS440A의 판재에 대해서는 이하의 JIS규격에 기재가 있습니다.
·JIS G 4304:2021"열간 압연 스테인리스 강판의 강대"
·JIS G 4305:2021"냉간 압연 스테인리스 강판의 강대"
또 SUS440C의 JIS규격 이외의 규격의 대응은 다음과 같습니다.
| 규격 기호 | JIS | ISO | EN | ASTM |
| 규격 이름 | 일본 산업 규격 | 국제 표준화 기구 | 유럽 표준화 위원회 | 미국 시험 재료 협회 |
| 강철 종명 | SUS440C | X110Cr17 | 1.4023 | S44004 |
| 소둔시 상태의 경도 | 담금질·템퍼 상태의 경도 | ||||
| HBW | HRC | HV | HBW | HRC | HV |
| 269이하 | 28이하 | 284이하 | − | 58이상 | 653이상 |
SUS440C의 경도는,"JIS G 4303:2021"에서 상소 같게 규정되어 있습니다.
다만 반드시 이들의 경도는 아닙니다. 특히 담금질 후 템퍼 후의 강도는 열 처리 조건에 의해서 크게 바뀝니다.
예를 들면, 다양한 담금질 온도에 대한 담금질 후(템퍼 앞)의 경도는 다음과 같은 값이 보고되고 있습니다.
| 담금질 온도 | 900℃ | 950℃ | 1000℃ | 1050℃ | 1150℃ |
| 경도(HRC) | 47 | 53 | 59 | 61 | 42 |
담금질·템퍼 상태에 대해서는 아래 표처럼 다양한 템퍼 온도에서의 여러 종류의 기계적 성질의 데이터가 있습니다.
| 템퍼 온도 | 인장 강도 | 0.2%내력 | 성장 | 경도 |
| MPa | MPa | % | HRC | |
| 소둔시 상태 | 758 | 448 | 14 | 27.71 (269HB) |
| 204℃ | 2030 | 1900 | 4 | 59 |
| 260℃ | 1960 | 1830 | 4 | 57 |
| 316℃ | 1860 | 1740 | 4 | 56 |
| 371℃ | 1790 | 1660 | 4 | 56 |
1020℃에서 담금질을 하고 냉각 방법으로 기름 냉각을 채용했을 경우에는 템퍼 후의 경도는 다음과 같은 값이 된다는 것.
| 밀도 | 열 전도율 | 비열 | 대비 전기 저항 ×10-8 |
자성 |
| g/cm3 | W/(m･K) | J/(g･℃) | Ω·m | |
| 7.78 | 24.3 | 0.46 | 60 | 강자성 |
SUS440C의 주요 물리적 성질은 상표의 같습니다.
영률은 온도에 의해서 값이 변화하지만 다음과 같습니다.
| 온도(℃) | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 |
| 영률(GPa) | 215 | 212 | 205 | 200 | 190 |
온도 범위로 값이 바뀌는 열 팽창 계수는 아래 표대로입니다.
| 온도 범위(℃) | 20～100 | 20～200 | 20～300 | 20～400 | 20～500 |
| 열 팽창 계수×10-6(℃) | 10.4 | 10.8 | 11.2 | 11.6 | 12.0 |
마르텐사이트계에 말 일이지만 SUS440C의 물리적 성질은 페라이트계와 비슷하고
오스테 나이트계와는 다른 점이 많습니다.
SUS440C는 보통 강철과 같은 강자성이므로 SUS304등의 오스테 나이트계와 다릅니다.
비열이나 전기 저항률, 열 팽창 계수는 오스테 나이트계의 값보다 낮은 밀도와 열 전도율,
영률은 오스테 나이트계의 값보다 높습니다.
(단위:%)
| 탄소 | 규소 | 망간 | 인 | 유황 | 니켈 | 크롬 | 몰리브덴 |
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo |
| 0.95～1.20 | 1.00 이하 |
1.00 이하 |
0.040 이하 |
0.030 이하 |
0.60 이하 |
16.0～18.0 | 0.75 이하 |
SUS440C의 화학 성분은 JIS규격에 의해서 위처럼 정하고 있습니다.
SUS440C는, 스테인리스 강의 경도나 강도, 경화능에 효과가 있는 탄소 함유량이 많아
담금질성 외에 내식성이나 내열성을 향상시키는 크롬 함유량도 비교적 많은 스테인리스 강입니다.
크롬은 방청성의 근원이 되는 산화 피막을 형성하고 담금질 후에는 탄소와 결합하고
크롬 탄화물로 SUS440C의 경도나 강도에 기여합니다.
SUS440C는 상술한 것처럼 산화 피막의 기본이 되는 크롬을 많이 포함하기 때문에, 양호한 내식성을 나타냅니다.
그러나 담금질·템퍼에 의한 크롬 탄화물이 석출되기 때문에 주위의 크롬 함유량이 감소하고 내식성이 저하합니다.
다만 그 내식성은 템퍼의 열 처리 조건으로 달리 템퍼 온도가 높을수록
크롬 탄화물의 석 출하량이 많아지기 때문에 내식성은 낮아집니다.
한편 담금질 후의 내식성이 가장 높고 템퍼 온도가 낮을수록 내식성의 저하는 낮아집니다.
SUS440C의 부식 내성은 대표적인 스테인리스 강과 비교하면 아래 표처럼 됩니다.
| 부식 조건 | 대표적인 스테인리스 강의 부식도(g/(m2·hr) | ||||
| SUS440C | SUS420J2 | SUS304 | SUS430 | SUS630 | |
| 수 | 0.18 | - | 0.08 | - | 0.08 |
| 염산(5%) | 10.1059 | 34.1313 | 0.4390 | 12.2568 | 0.4772 |
| 질산(5%) | 18.8831 | 0.3100 | 0.0137 | 0.0058 | 0.0071 |
| 황산(5%) | 15.5991 | 22.1287 | 0.4062 | 8.7807 | 0.2707 |
| 염산성 염화 제이 지하철(6%) | 17.1194 | 15.9090 | 4.1834 | - | 7.5868 |
| 소금물(5%) | 0.0129 | 0.0067 | 0.0000 | - | 0.0000 |
SUS440C의 국소적인 부식 내성은 대표적인 스테인리스 강과 비교하면 아래 표대로입니다.
공식은 점상 생기며 내부 깊숙이 침식하는 부식으로 공식 전위는 공식 발생하는 하한의 전위로
값이 작을수록 공 식욕이 생기기 쉬워지고 있습니다.
| 부식 조건 | 대표적인 스테인리스 강의 공식 전위(mV) | ||||
| SUS440C | SUS420J2 | SUS304 | SUS430 | SUS630 | |
| 소금물(3.5%) | -300 | 20 | - | 120 | 100 |
(단위:%)
| 강판 종류 | 탄소 | 규소 | 망간 | 인 | 유황 | 니켈 | 크롬 | 몰리브덴 |
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | |
| SUS440A | 0.60～0.75 | 1.00 이하 |
1.00 이하 |
0.040 이하 |
0.030 이하 |
0.60 이하 |
16.0～18.0 | 0.75 이하 |
| SUS440B | 0.75～0.95 | 1.00 이하 |
1.00 이하 |
0.040 이하 |
0.030 이하 |
0.60 이하 |
16.0～18.0 | 0.75 이하 |
| SUS440C | 0.95～1.20 | 1.00 이하 |
1.00 이하 |
0.040 이하 |
0.030 이하 |
0.60 이하 |
16.0～18.0 | 0.75 이하 |
원래 SUS440C는 SUS440B에 탄소를 가하고 담금질 경화성의 향상을 도모한 것,
SUS440B는 SUS440A에 탄소를 가하고 담금질 경화성의 향상을 도모한 것 입니다.
이들 사이의 차이는 탄소 함유량뿐입니다(위의 표 참조).
그러므로 이들 경도, 인성·내식성의 관계는 다음과 같습니다.
·경도:SUS440C>SUS440B>SUS440A
·인성:SUS440A>SUS440B>SUS440C
·내식성:SUS440A>SUS440B>SUS440C
또한 이들 경도의 값은 "JIS G 4303:2021"에서 아래 표와 같이 규정되어 있습니다.
| 강판 종류 | 소둔시 상태의 경도 | 담금질·템퍼 상태의 경도 | ||||
| HBW | HRC | HV | HBW | HRC | HV | |
| SUS440A | 255이하 | 25이하 | 269이하 | − | 54이상 | 577이상 |
| SUS440B | 255이하 | 25이하 | 269이하 | − | 56이상 | 613이상 |
| SUS440C | 269이하 | 28이하 | 284이하 | − | 58이상 | 653이상 |
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