SCM435/SM45C 볼트 열처리 및 강도 비교 (SCM435/SM45C Bolt Heat Treatment and Strength Comparison)

“설계할 때 ‘그냥 S45C 써, 싸잖아?’라는 말 들어보셨나요?” 하지만 진동이 심하거나 고하중이 걸리는 부위에 S45C 볼트를 썼다가는 큰 사고로 이어질 수 있습니다. 고장력 볼트(High Tension Bolt)에는 왜 반드시 SCM435를 써야 하는지, 열처리 깊이와 인성(Toughness)의 차이로 확실하게 비교해 드립니다.

SCM435와 SM45C는 모두 기계 부품, 특히 볼트와 샤프트 제작에 사용되는 핵심 강재입니다. 하지만 두 재료는 화학 성분, 열처리 민감도, 그리고 최종 강도 특성에서 명확한 차이를 보입니다. 고장력 볼트를 설계하고 제작할 때, 이 차이를 이해하는 것은 품질 확보와 원가 최적화에 직결되는 중요한 요소입니다.

1. 재료 구성 및 기본 특성

SM45C (기계 구조용 탄소강): 탄소 함량이 약 0.42~0.48%인 중탄소강입니다. 가격이 상대적으로 저렴하며 우수한 가공성을 가집니다. 주로 일반 기계 구조용 부품이나 강도 8.8등급 이하의 볼트에 사용됩니다.
SCM435 (크롬-몰리브데넘강): 크롬(Cr), 몰리브데넘(Mo) 등 합금 원소가 첨가된 합금강입니다. 특히 몰리브데넘은 담금질(퀜칭) 시 경화 깊이(Hardenability)를 높이는 데 매우 효과적입니다. 이로 인해 SCM435는 고강도(10.9 또는 12.9등급) 볼트를 제작하는 데 필수적인 재료로 사용됩니다.

구분	S45C (SM45C) (일반 탄소강)	SCM435 (고장력 합금강)
주요 성분	탄소(C) 0.45%	Cr(크롬) + Mo(몰리브덴)
경화능	낮음 (표면만 경화됨)	매우 우수 (심부 경화)
적용 볼트	4T ~ 8.8T (일반용)	10.9T ~ 12.9T (고장력)

▲ 표 1. S45C와 SCM435의 재료적 특성 비교

2. 핵심: 열처리 방식의 차이 (담금질 및 뜨임)

고장력 볼트가 요구하는 높은 기계적 성질(인장강도와 항복강도)을 얻기 위해서는 열처리, 특히 담금질과 뜨임(Quenching & Tempering, Q&T)이 필수적입니다. SCM435와 SM45C는 이 과정에서 결정적인 차이를 보입니다.

2.1. 담금질 경화 능력 (Hardenability)

SM45C: 담금질 경화 능력이 낮습니다. 즉, 큰 직경의 부품을 담금질할 경우 중심부까지 충분히 마르텐자이트 조직으로 변태되지 못하고 펄라이트 조직이 잔류하기 쉽습니다. 따라서 SM45C는 보통 직경이 작은 부품이나 낮은 강도 요구치를 충족시키는 부품에 한해 사용됩니다.
SCM435: 크롬과 몰리브데넘의 영향으로 경화 능력이 매우 우수합니다. 직경이 크더라도 중심부까지 안정적으로 경화시킬 수 있어, 볼트의 10.9나 12.9와 같은 고강도 등급을 충족시키기에 적합합니다.

2.2. 뜨임 취성 (Temper Embrittlement)

고강도 볼트는 강도를 극대화하기 위해 저온 뜨임(약 200°C~400°C)을 진행하는 경우가 많습니다. 이때 뜨임 취성(특정 온도 구간에서 인성이 급격히 저하되는 현상)을 최소화해야 합니다.

SCM435는 합금 원소의 조절을 통해 뜨임 취성에 대한 저항성이 비교적 높아 안정적으로 고강도를 유지하면서도 적절한 인성을 확보할 수 있습니다.
SM45C를 고강도로 열처리할 경우 SCM435에 비해 뜨임 취성 위험이 커지므로, 고강도와 필요한 인성을 동시에 확보하는 데 어려움이 따를 수 있습니다.

3. 기계적 성질 비교 (KS B 1010 기반)

SM45C는 특수 열처리 시 8.8등급의 강도를 이론적으로 얻을 수 있으나, 높은 신뢰도가 요구되는 고장력 볼트(10.9 이상)에는 경화능이 우수한 SCM435 계열의 합금강이 필수적으로 사용됩니다. 다음은 KS B 1010 (ISO 898-1과 상응)에 따른 고장력 볼트의 최소 기계적 성질 요구치입니다.

기호 설명

호칭: 강도 등급 분류
인장강도: 부재가 파괴되기 직전의 최대 응력 (N/mm² = MPa)
항복강도: 영구 변형이 시작되는 응력 (N/mm² = MPa)
연신율: 파단 시 늘어난 길이 비율 (%)

호칭 (등급)	인장강도 (N/mm², 최소)	항복강도 (N/mm², 최소)	추천 재질
8.8	800	640	S45C (특수 열처리)
10.9	1,000	900	SCM435
12.9	1,200	1,080	SCM435

▲ 표 2. 볼트 강도 등급별 기계적 성질 (KS B 1010)

*KS B 1010 및 ISO 898-1 기준 주요 등급 (M16 이하 기준)

4. 설계 및 구매 시 고려 사항 (원가 및 공급자)

4.1. 기술적 선택 기준

고장력/고피로 환경: 10.9 등급 이상의 볼트가 필요하다면, 높은 경화능과 신뢰성을 보장하는 SCM435(또는 유사 합금강)를 사용해야 합니다. SM45C는 이 요구 강도를 안정적으로 충족시키기 어렵습니다.
일반 구조물/저강도 환경: 8.8 등급 이하의 볼트나 일반 샤프트라면, 원가가 저렴하고 가공이 용이한 SM45C를 선택하여 제작 비용을 절감할 수 있습니다.

4.2. 원가 및 공급자 전략

원가: SCM435는 합금 원소(Mo, Cr)로 인해 SM45C보다 재료 가격이 높습니다. 또한, SCM435는 정밀하고 까다로운 Q&T 열처리 공정이 요구되므로 가공비 및 총 생산 비용도 상승합니다.
신뢰성 확보: 고장력 볼트의 품질은 열처리 공정의 안정성에 크게 좌우됩니다. SCM435 볼트를 구매할 때는 반드시 전문 열처리 설비를 갖추고 KS/ISO 규격에 맞게 제품을 공급하는 전문 업체를 선정해야 합니다.
대량 공급: SM45C는 범용재로서 대량 공급망이 잘 형성되어 있어 즉각적인 구매가 용이하지만, SCM435는 특수 합금재로서 재고 확보 및 리드 타임 관리가 필요할 수 있습니다.

결론적으로, SM45C는 비용 효율적인 선택이지만 강도의 한계가 명확하며, SCM435는 더 높은 인장 및 항복 강도를 제공하지만 합금 성분과 복잡한 열처리로 인해 원가 상승을 감수해야 합니다. 설계자는 적용 환경과 요구되는 안전 계수를 고려하여 적절한 재료를 선택하는 것이 중요합니다.

💡 현장 엔지니어의 Tip “비용 절감한다고 고하중 받는 부위에 S45C 볼트를 쓰면 나중에 ’지연 파괴’나 ’피로 파괴’로 뚝 부러질 수 있습니다. 특히 진동이 심한 설비라면 고민하지 말고 SCM435(10.9T 이상)를 선정하세요. 재료비 몇 푼 아끼려다 설비 전체가 멈춥니다.”

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