ASTM A27 강철: 주조용 최적 등급 선택 가이드

화학 성분과 용접 후 열처리의 영향 이해

주조 주문 전 정확한 소재 사양을 확정해야 원하는 성능과 내구성을 갖춘 주조품을 얻을 수 있습니다. 주조소 주문은 일반적으로 ASTM 사양을 따르며, 이는 기계적 특성, 화학 분석, 용도에 따라 강철 및 기타 소재를 분류하는 국제 표준 시스템입니다. ASTM International(구 American Society for Testing and Materials)은 세계적으로 공인된 표준화 기구입니다.

ASTM A27이란?

기계적·화학적 요구사항에 따라 강철(Fe)은 탄소(C) 외에 다양한 합금 원소를 함유합니다. ASTM A27은 일반 용도 탄소강 주조품을 위한 규격으로, 마일드 강(mild steel) 또는 플레인 카본 강(plain carbon steel)이라 불립니다. 비용 대비 강도 균형이 뛰어나 폭넓게 사용됩니다.

ASTM A27은 화학적·강도 요구사항에 따라 여러 등급(Grade)과 두 가지 클래스(Class)의 강철 주조품을 규정합니다. 특별 검사나 설계 요건이 있을 경우 보충 요구사항도 제공합니다. 최소 인장 강도 70 ksi(485 MPa)까지의 탄소강 주조품을 다룹니다.

ASTM A27에는 여러 강철 등급과 두 클래스가 포함되며, 각 등급은 화학 조성과 기계적 특성 변화를 위한 열처리 유형에 따라 달라집니다.

화학·인장 분석 외 추가 시험이 필요할 경우 보충 시험을 사양에 적용할 수 있습니다. 보충 시험은 생산자가 추가 시험 항목 중 선택하여 수행하도록 요구합니다.

보충 시험(Supplemental Testing)

표면 검사

내부 건전성 시험

강도 시험

표면 텍스처와 변형 관찰로 주조 균열이나 불연속 검사.

내부 보이드 검사로 균열, 수축 공동 등 결함 확인.

온도 의존성 연성/취성 전이 검증.

예: 자분 탐상 검사

예: 방사선 투과 검사

예: 샤르피 충격 시험

열처리의 효과

열처리는 금속의 물리적 특성을 변경, 복구, 개선하는 공정입니다. 주조소에서는 열처리 오븐을 사용해 극한 온도까지 가열·냉각합니다. 주조품 내 응력 완화, 물성 균질화, 금속 물성 변형이 목적입니다. 완전 어닐링, 노말라이징, 템퍼링(또는 퀜칭 후 템퍼링) 등이 포함됩니다. 열처리는 주조품이 완전히 냉각된 후 수행해야 합니다.

강철 등급과 클래스 선정 시 열처리가 핵심 역할을 합니다. N-1 등급과 U-60-30 등급을 제외한 모든 주조품은 열처리 필수입니다. 강철 클래스는 주로 용접 후 열처리 필요 여부에 따라 결정됩니다.

강철 등급 선택

실제 요구사항을 충족하는 등급을 선택해야 하며, 불필요하게 높은 등급이나 과도한 시험은 비용만 증가시키고 주조품 사용성을 높이지 못합니다. 시험 수준과 합격 기준은 설계 및 서비스 요구사항을 따라야 합니다.

강철 등급(STEEL GRADES)

N-1 등급: 화학 분석만 해당

N-2 등급: 열처리했으나 기계적 시험 없음

U-60-30 등급: 기계적 시험했으나 열처리 없음

60-30, 65-35, 70-36, 70-40 등급: 열처리했으나 기계적 시험 없음

강철 클래스 선택

등급 결정 후 클래스를 선택합니다. 용접 후 열처리 필요 여부로 두 클래스가 구분됩니다.

• Class 1: 용접 후 열처리 필요
  

  용접 수행 시 주조소에서 열처리 또는 재열처리 필수.

• Class 2: 용접 후 열처리 불필요
  

  미세한 외관 용접 등 열처리 없이 용접 가능한 경우. 소규모 외관 용접에 일반적.

용접에 열처리가 필요하면 Class 1을 등급과 함께 지정하고, 열처리가 불필요하면 Class 2를 지정합니다.

ASTM A27 강도 시험

강도 시험은 실제 주조품에서 채취한 시편이 아닌 대표적인 강철 바(쿠폰)로 수행합니다. 쿠폰은 주조품과 동일 조성으로 동일 조건에서 주입·열처리되므로 강철 품질은 확인되나 실제 주조품 물성을 보장하지는 않습니다. 열처리 중 응고 조건과 냉각 속도는 주조품 크기·형상·두께에 영향을 받기 때문입니다.

강철 사양은 일반적으로 인장 강도와 항복 강도를 참조합니다. N-1, N-2 등급을 제외한 A27 강철은 모두 인장 시험을 거쳐 다음 기계적 요건을 충족해야 합니다.

인장 강도(Ultimate Tensile Strength)

파단 전 인장 하중 하에서 견딜 수 있는 최대 응력.

항복점(Yield Point)

소성 변형이 시작되기 전 견딜 수 있는 인장 응력.

신율(Elongation, %)

파단 전 초기 길이 대비 늘어난 비율.

단면 수축률(Reduction of Area, %)

인장 시편의 원단면적과 파단 후 최소 단면적 차이를 원단면적 대비 백분율로 표시.

강도 시험 vs 경도 시험

인장 강도와 경도는 다릅니다. 인장 강도는 인장 하중 하 파단 저항성입니다. 앞서 언급한 대로 쿠폰 시험으로 인장 강도, 항복점, 신율 등 인장 물성 검증이 가능합니다.

경도는 변형 저항성입니다. 비오스테나이트강에서는 경도 값과 인장 강도 간 일관된 함수 관계가 있어 경도 측정으로 인장 강도 추정이 가능합니다. 주조소에서 경도 시험은 인장 시험 없이 물리적 특성을 저렴하고 신속하게 확인하는 수단입니다. 정확하거나 보장된 측정은 아니지만 균질 강철에는 비교적 정확합니다. 따라서 경도 시험과 환산은 물성 가정을 빠르게 확인하는 비용 효율적 방법입니다.