기계구조용 탄소강 SM20C, SM45C의 특성과 용도

 기계구조용 탄소강은 기계를 구조적으로 지탱할 수 있는 탄소가 함유된 강재로, 탄소의 함유량에 따라 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 구분됩니다. 이번에는 기계구조용 강재로 흔히 쓰이는 저탄소강 SM20C와 중탄소강 SM45C에 대해 알아보겠습니다.

 

 SM20C와 SM45C는 주로 침탄 열처리를 하여 표면에 탄소를 스며들게 하여 표면의 경도를 높이고, 내마모성과 내식성을 향상시켜줍니다.

 

 * 침탄 열처리란 저탄소강의 표면에 탄소를 침투시켜 표면만 고탄소강으로 만드는 열처리 방법입니다. 표면은 경도가 높아지고, 내마모성이 향상되며, 내부는 인성이 유지됩니다. 침탄 열처리에는 고체 침탄, 액체 침탄, 가스 침탄, 진공 침탄 등의 종류가 있으며 기계부품의 표면 손상이나 마멸을 방지하기 위해 널리 사용되는 표면 기술입니다.

 

 이때 표면에 얼만큼의 탄소 함유량이 있는지에 따라 강도와 경도가 달라지게 됩니다. 여기서 SMXXC에서 XX에 숫자가 들어가는데 이는 탄소 함유량을 나타냅니다. 따라서 SM20C는 탄소 함유량이 약 0.18~0.23%이고, SM45C는 탄소 함유량이 약 0.42~0.48%라고 보시면 됩니다.

 

 SM20C와 SM45C의 화학성분표는 아래와 같습니다.

	C (탄소)	Si (규소)	Mn (망간)	P (인)	S (황)
SM20C	0.18~0.23	0.15~0.35	0.30~0.60	≤0.030	≤0.035
SM45C	0.42~0.48	0.15~0.35	0.60~0.90	≤0.030	≤0.035

 

 탄소 함유량이 높을수록 강도와 경도가 높아지지만, 용접성과 가공성이 떨어지게 됩니다. 즉, SM45C가 SM20C보다 인장강도와 항복강도가 높다고 할 수 있습니다. 

 

	인장강도	항복강도
SM20C	420~540MPa	330~430MPa
SM45C	570~710MPa	345~490MPa

 

 강도는 변형에 저항하는 능력을 의미하므로, SM45C는 SM20C보다 변형에 더 강합니다. 하지만, 강도가 높을수록 용접성과 가공성이 떨어지게 됩니다.  SM20C는 비교적 강도를 필요로 하지 않는 기계부품에 사용되고, SM45C는 크랭크 샤프트, 커플링, 홀더, 기어 등과 같은 정밀한 기계부품에 사용됩니다. 

 

 SM20C는 열처리 부품에 적용하기에는 부적합하고, SM45C는 지름이 14mm 이상일 경우 열처리에 불리한 단점이 있습니다.

 

  SM20C와 SM45C는 각각 장단점과 용도가 다르므로, 적절하게 선택하여 사용하는 것이 중요합니다. 

 

 실제로 현업에서는 SM45C가 들어가야하는데 SM20C가 들어가 변형이 생기고 파손이 되는 경우가 종종 있습니다. 도면에 기입했다고 하더라도 하청업체쪽에서 이를 무시하고 이종재질로 제작을 하는 경우가 잦기 때문에 유의하시길 바랍니다.