탄소강

계열 개요

탄소강은 철과 탄소를 기본으로 망간·규소를 소량 포함한 강입니다. 크롬·몰리브덴·니켈 같은 합금 원소를 의도적으로 넣지 않은 점에서 합금강과 구분됩니다. 성질은 탄소 함량과 열처리 상태에 따라 크게 달라져, 같은 강종도 압연한 그대로 쓰는지 조질하는지에 따라 강도와 인성이 다릅니다.

이 계열에는 두 부류가 있습니다. 기계구조용 탄소강(S10C~S55C, JIS G 4051)은 주로 봉강을 절삭·단조해 샤프트·기어·볼트 같은 기계 부품으로 만드는 강종입니다. 냉간압조용 탄소강(SWCH 계열)은 상온에서 선을 금형으로 눌러 머리부를 만드는 냉간압조에 맞춘 강선용 강종으로, 볼트·너트 같은 체결 부품에 쓰입니다.

강종명의 S는 강(Steel), C는 탄소(Carbon)를 뜻하며, 가운데 숫자(S45C의 45)는 탄소 함량의 대표값에서 따왔습니다. 숫자가 클수록 탄소가 많은 강종입니다. SWCH는 냉간압조(Cold Heading)용 강선을 뜻하고 숫자의 의미는 같으며, 끝의 A는 알루미늄 킬드강, K는 킬드강을 나타내는 표기입니다.

탄소가 많을수록 담금질로 얻는 경도와 강도는 높아지고, 연성·인성·용접성·냉간 가공성은 낮아집니다. 그래서 탄소가 적은 S10C·S20C는 침탄해 표면만 경화하는 부품에, 탄소가 중간 정도인 S35C·S45C는 조질해 강도와 인성을 함께 얻는 축·기어류에, 탄소가 더 많은 S48C·S50C·S55C는 표면 경도와 내마모성이 필요한 부품에 쓰는 경우가 많습니다. 다만 탄소강은 소입성(담금질이 깊이 들어가는 정도)이 낮아 단면이 크면 중심부까지 경화되지 않으므로, 단면이 크거나 중심부 강도가 필요한 부품은 합금강과 함께 비교합니다.

주요 원소의 역할

• 탄소(C): 탄소강의 성질을 정하는 핵심 원소입니다. 많을수록 담금질 후 경도와 강도가 높아지는 대신 연성·인성·용접성·냉간 가공성이 낮아지고, 담금질 균열 위험도 커집니다.
• 망간(Mn): 탈산을 돕고 황과 결합해 황화망간을 만들어, 열간 가공 중 갈라지는 현상(적열 취성)을 막습니다. 강도와 소입성도 어느 정도 높입니다.
• 규소(Si): 주로 탈산에 쓰이며, 강에 녹아 들어가 강도를 조금 높입니다. 냉간압조용 강 중 알루미늄 킬드(A) 강종은 변형 저항을 줄이려고 규소 상한을 낮게 두는 편입니다.
• 인(P)·황(S): 불순물로 보고 규격이 상한을 정합니다. 인은 결정립계에 모여 상온 이하에서 강을 깨지기 쉽게 만들고, 황은 황화물 개재물로 남아 인성과 냉간 가공성을 낮춥니다. 황·납을 일부러 더해 절삭성을 높인 강종은 쾌삭강 계열에서 따로 다룹니다.
• 알루미늄(Al): 강 속 산소를 제거하는 탈산 원소입니다. 질소와 결합한 질화알루미늄이 결정립이 커지는 것을 막아 결정립을 잘게 유지합니다. 탈산을 충분히 한 강이 킬드강이고, 알루미늄으로 탈산한 강이 알루미늄 킬드강입니다.
• 크롬(Cr)·니켈(Ni)·구리(Cu): 탄소강에서는 일부러 더하는 원소가 아니라 원료에서 들어오는 잔류 원소이며, 규격이 상한을 둡니다. 이 원소들을 목적에 맞게 더해 소입성과 강도를 높인 강이 합금강입니다.

열처리·공급 상태

• 공급 상태: 기계구조용 탄소강 봉강은 열간 압연한 그대로(흑피), 소준·소둔한 상태, 조질한 상태 등으로 씁니다. 표면을 깎아 낸 필링바, 냉간 인발봉, 연삭봉으로 쓰기도 합니다. 상태에 따라 경도와 절삭성이 달라지므로 주문 시 함께 지정하고, 밀시트(검사성적서)로 확인합니다.
• 소준·소둔: 소준(노멀라이징)은 가열한 뒤 공기 중에서 식혀 압연으로 거칠어진 조직을 고르게 하고 결정립을 잘게 합니다. 소둔(풀림)은 서서히 식혀 강을 연하게 하고 내부 응력을 줄입니다. 탄소가 적은 강종은 너무 연하면 칩이 길게 이어져 소준 상태가 유리한 경우가 있고, 탄소가 많은 강종은 소둔이나 구상화 소둔(탄화물을 공 모양으로 만드는 연화 처리) 상태가 유리한 경우가 있습니다.
• 담금질·뜨임(조질): 탄소가 중간 정도 이상인 강종(S35C 이상)은 담금질한 뒤 뜨임해 강도와 인성을 맞춥니다. 탄소강은 소입성이 낮아 냉각이 빠른 수냉을 쓰는 경우가 많고, 탄소가 많을수록 담금질 균열과 변형 위험이 커집니다. 단면이 클수록 중심부는 덜 경화되므로 부품 크기에 따라 조질 결과가 달라집니다(질량 효과).
• 고주파 담금질: 표면만 빠르게 가열한 뒤 냉각해 표면은 경화하고 안쪽은 인성을 유지하는 방법입니다. 표면 경도를 얻으려면 탄소가 어느 정도 필요해 S45C·S50C·S55C처럼 탄소가 많은 강종에 쓰는 경우가 많고, 경화층 깊이는 가열 조건과 강종에 따라 달라집니다.
• 침탄·침탄질화: S10C·S20C 같은 저탄소 강종은 담금질만으로는 크게 경화되지 않아, 표면에 탄소(침탄질화는 탄소와 질소)를 확산시킨 뒤 담금질합니다. 표면은 단단하고 안쪽은 인성을 유지하지만, 탄소강은 합금강보다 소입성이 낮아 중심부 강도는 낮은 편입니다.
• 탈탄과 잔류 응력: 열간 압연봉 표면에는 탈탄층(표면 탄소가 줄어든 층)이 생길 수 있어, 표면 경화나 피로 강도가 중요한 부품은 허용 깊이를 정하거나 가공 여유로 제거합니다. 냉간 인발재는 가공 경화로 압연재보다 강도가 높고 치수·진직도·표면 상태가 좋은 편이지만 잔류 응력이 남아, 키 홈 가공처럼 한쪽만 깎으면 휠 수 있습니다.
• SWCH 강선의 상태: 냉간압조용 강선은 산세·신선을 거치고 필요하면 소둔한 뒤, 금형과의 마찰과 눌어붙음을 줄이는 인산염 피막과 윤활 처리를 하는 경우가 많습니다. 탄소가 많은 강종일수록 압조 중 균열을 줄이려고 구상화 소둔을 적용하며, 같은 강종도 신선 가공률과 소둔 상태에 따라 강도가 크게 달라집니다.
• SWCH 압조 후 열처리: 탄소가 적은 A 강종(SWCH6A~SWCH22A)은 열처리 없이 쓰거나 침탄·침탄질화로 표면을 경화하고, 탄소가 더 많은 K 강종(SWCH25K·SWCH45K)은 담금질·뜨임으로 강도를 높여 고강도 체결 부품에 쓰는 경우가 많습니다.

규격 대조표

성분 범위

성분 범위는 적용 규격으로 확인합니다.

대표 용도

• 저탄소 기계구조용 강(S10C·S20C): 침탄·침탄질화해 쓰는 핀·부시·캠·소형 기어, 용접이 필요한 부품, 높은 강도를 요구하지 않는 일반 기계 부품.
• 중탄소 조질용 강(S35C·S45C): 조질해 쓰는 샤프트·기어·레버·커플링·볼트류 같은 일반 기계 부품, 치공구와 금형 베이스.
• 탄소가 더 많은 강(S48C·S50C·S55C): 고주파 담금질로 표면을 경화하는 샤프트·기어·스플라인·롤러·캠, 내마모성이 필요한 키·핀. 용접과 냉간 성형에는 불리합니다.
• 단조 소재(S20C·S35C·S45C·S50C 등): 단조로 형상을 만든 뒤 열처리·절삭하는 플랜지·커플링·레버 같은 중소형 부품.
• 저탄소 냉간압조용 강(SWCH6A·SWCH10A·SWCH18A·SWCH22A): 냉간압조로 만드는 볼트·너트·리벳·핀·작은 나사류. 열처리 없이 쓰는 나사류와 침탄해 표면을 경화하는 태핑 나사 등.
• 탄소가 더 많은 냉간압조용 강(SWCH25K·SWCH45K): 압조한 뒤 조질해 쓰는 볼트·스터드 같은 고강도 체결 부품.

이 강종을 다루는 제품군

• 냉간·열간 단조용 소재S20C · S35C · S45C · S50C
• CHQ WIRE · 냉간압조용 강선SWCH 계열
• CD-BAR · BTB 인발봉S20C · S35C · S45C · S50C
• 필링바 · Peeled BarS35C · S45C · S50C · S55C
• QT BAR · 조질봉S45C · S50C
• 기계구조용 특수강 · 흑환봉S10C · S20C · S35C · S45C · S50C · S55C

제품 페이지에 따로 표기하지 않은 강종(S48C)은 규격·치수·물량을 알려주시면 공급 가능 여부를 알려 드립니다. 견적·기술 상담