채수창님의 글
------------------------------------
항상 정성스런 답변에 감사드립니다.

제가 궁금한 질문은 다음과 같습니다.

큰 하중(대부분 인장하중)을 받는 부재가 있습니다. 이 부재는 천정에 매달리는 연결부 재료로서 부재가 절단이 된다면 커다란 위험이 따름니다.
(공중에 떠있는 물체를 천정과 연결하는 부재라고 생각하시면 됨)

상기 연결부 자재의 재료는 공사시방서상에 단조강으로 되어 있습니다.
하지만 제작검토결과 기계구조용 탄소강(예:SF390A등)과 탄소강 단강품(예:S45C등)의 차이는 탄소량의 차이만 있고 제작과정상 단조에 의한 성형재료로서의 차이는 없다고 하는데(즉 둘다 단조강으로 볼수 있다는 의견임), 일반적인 공사규정상 동급이상의 재료를 사용한다면 문제가 없다고 본다면 단조라는 제작공정이 같으므로 탄소강 단강품 대신 동급 이상의 기계구조용 탄소강을 써도 무난하다는 의견이 있는데....

Q1. 과연 상기 두가지 재료(탄소강 단강품,기계구조용 탄소강)의 제작공정
은 어떤지?

Q2. 두가지 재질의 인장강도가 같다 할지라도 취성등은 단조강(탄소강 단강
품)이 상대적으로 유리한것이 아닌지?

Q3. 일반적으로 하중을 매달고 있는 인장부재의 경우 탄소강 단강품과 기계
구조용 탄소강중 어떤 재질이 유리한지?

질문이 많죠!... 알고계신 부분에 대한 전문가적 답변 부탁드리겠습니다.
----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?

우선 탄소강 단강품(SF재)은 강괴에서 제품(강재)로 되기까지 단조비 3이상으로 시종일관 단조, 또는 압연과 단조(단조비 5 이상)으로 형성한 것입니다.

그러므로 단강품은 최소의 인장강도를 규정하며, 그 크기는 탄소량(C %)과 다음과 같은 관계가 있습니다.

sigma_B =20+100 times C ~~left( kgf/mm^2 right)
반면 기계구조용 탄소강(SC재)의 경우 단조비 4이상(JIS기준)으로 P, S의 성분을 제한한 강입니다.

그러므로 정의로 보면 탄소강 단강품이 단조효과가 더 크다고 할수있으며, 인장강도의 하한치를 보장한다고 볼 수 있습니다.

또한 기계구조용 탄소강을 단조성형하는 경우 이를 "단조품"이라 하고 "단강품"이라 하지 않습니다.

SF390A(SF40A : 여기서 A는 노말라이징 템퍼링을 의미합니다)의 경우 표준시편(직경 25mm, 길이 20mm의 소형시편)에 대하여 항복점이 20kgf/mm^2, 인장강도가 40~50kgf/mm^2, 신율이 단류선 방향으로 25이상, 직각방향으로 21이상입니다.

반면, 동일 강도의 기계구조용 탄소강은 S20C(S45C가 아닙니다)정도(노말라이징후 인장강도가 41kgf/mm^2이상)가 되며, 표준시편에 대하여 항복점이 25kgf/mm^2이상, 연신율이 28이상이 됩니다.

이 결과를 보면 오히려 기계구조용 탄소강이 동일 강도에 대하여 연신율이 크므로 파괴에 대하여 안정할 것으로 생각될 수도 있습니다[더 연성이 크다고 생각 할 수 있습니다] .

하지만 한가지 간과한 사실은 이는 "표준시편"에 대한 값이라는 사실입니다. 즉 실제 기계구조물에서는 "치수효과"와 "피로 파괴에 대한 안정성"이 문제가 될수 있습니다.

단강품의 경우 단조효과가 현저하므로 그 단류선에의한 안정성을 믿을 수 있으나, 기계구조용 탄소강의 경우 그 안정성(신뢰성)을 치수가 커지는 경우 보장하기 어렵다는 사실입니다.

그러므로 단강품은 대형축이나 철도차량의 차축과 같이 안전성이 요구되는 중요 보안부품에 필수 적인 재료로 사용되는 것입니다.

일반적인 인장부재의 경우 피로파괴의 위험이 없다면, 충분한 안전율과 열처리를 한 기계구조용 탄소강을 사용하셔도 무방할 것으로 생각됩니다. 단, 치수효과를 반드시 고려해야 한다는 점 명심하십시오.

그리고 SC재의 경우는 단조를 부가함에 의해서 "단조품"으로 불리울 수는 있으나 "단강품"은 아니니 위와 같은 사고를 하심은 조금 무리가 있는 것으로 사료됩니다. 그러므로 설계 시방서를 따르시는 것이 좋을 것 같습니다.

답변이 되었으면 합니다.

감사합니다.

정성스런 답변에 정말 감사드립니다.

제가 최초 질문시 동일재료를 쓰지 않은 것은(SF390A보다는 S45C가 인장강도가 더 높은 것으로 나와있음) 재질명은 다르나 인장강도가 상대적으로 높다고 생각되기도 하고 그런 의견이 있기 때문이었습니다.

동일강도에 대한 답변자료를 보니 두 재료의 차이가 있다는 것은 확실히 알겠지만 상대적으로 인장강도가 높은재질이라면 어떨까? 하는 의문이 생기는군요(최초 질문서상의 재료등)

제가 사실 학부때보아온 기계재료 책이 있긴한데 지금은 그 재료기호등이 많이 바뀌고 어떤 재료에 대한 제조과정등에 대한 상세자료로서는 조금 미흡하다는 생각이 듭니다.(책도 나이를 먹었거든요) 혹시 추천할 만한 도서라도 있으면 추천을 부탁드리며.....치수효과를 강조하셨는데 잘 모르겠습니다...크기(면적)을 이야기 하시는 것입니까?

새해 복 많이 받으세요...
- 질문자 드림 -