ASTM A311 Grade 1045 냉간 인발 및 응력 제거 어닐링 강 - 성능 사양

개요

ASTM A311 Grade 1045는 기계 구조용 탄소강 봉강 규격인 ASTM A311/A311M에 따른 중탄소강(0.45% C) 강종입니다. 냉간 인발(Cold Drawing) 가공 후 응력 제거 어닐링(Stress Relief Annealing)을 거쳐 치수 정밀도, 표면 품질, 기계적 특성을 향상시킨 제품입니다. 축, 핀, 기어, 볼트 등 정밀 기계 부품 소재로 널리 사용됩니다.

화학 조성 (AISI 1045 기준)

원소	함량 (%)
탄소 (C)	0.43~0.50
망간 (Mn)	0.60~0.90
인 (P)	0.04 최대
황 (S)	0.05 최대
실리콘 (Si)	0.15~0.30 (일반적)

기계적 특성 (상온, 23°C, 냉간 인발+응력제거 상태)

특성	값	비고
인장 강도	550~655 MPa	열간 압연 대비 약 20~30% 향상
항복 강도	485~585 MPa	항복비 약 0.88~0.90 (높음)
신율 (A50)	10~12%	냉간 가공으로 연성 감소
단면 수축률	30~35%
탄성 계수	200~215 GPa
전단 계수	75~80 GPa
푸아송 비	0.29

물리적 특성

특성	값 (23°C 기준)
밀도	7.8~7.9 g/cm³
열전도율	21~52 W/(m·K)
비열 용량	470~520 J/(kg·K)
열팽창 계수	1.32 × 10⁻⁵ 1/K
용융점	1380~1514 °C
최대 사용 온도	500 °C
전기 저항률	1.43~1.74 × 10⁻⁷ Ω·m

제조 공정: 냉간 인발 + 응력 제거 어닐링

열간 압연 봉강 (시작 재료)
표면 처리: 산세(Shot blasting/Pickling)로 스케일 제거
냉간 인발(Cold Drawing): 다이스(Die)를 통과하며 단면적 감소(통상 15~30% 단면 감소율)
- 가공 경화로 강도 대폭 향상
- 치수 공차 향상 (h9, h10 등급 가능)
- 표면 조도 향상 (Ra 0.4~1.6 μm)
- 직진도, 원통도 향상
응력 제거 어닐링(Stress Relief Annealing): 550~650°C × 1~2시간 → 서냉
- 냉간 가공 잔류 응력 제거 (치수 안정성 확보)
- 가공성 향상 (후속 절삭 가공 시 변형 방지)
- 기계적 특성 큰 변화 없음 (강도 유지)
- 수소 취성 위험 저감
직선화(Straightening) 및 마감 검사

열간 압연 vs 냉간 인발+응력제거 비교 (1045강)

특성	열간 압연 (HR)	냉간 인발+응력제거 (CD+SRA)
인장 강도 (MPa)	565~620	550~655
항복 강도 (MPa)	310~345	485~585
신율 (%)	16~22	10~12
단면 수축률 (%)	40~50	30~35
경도 (HB)	170~190	180~210
치수 공차	±0.5~1.0 mm	h9/h10 (±0.025~0.05 mm)
표면 조도 (Ra)	6.3~12.5 μm	0.4~1.6 μm
직진도	~1 mm/m	~0.1 mm/m

주요 용도

정밀 축(Shaft), 모터 축, 펌프 축
기어, 스프로킷, 캠, 크랭크샤프트
고강도 볼트, 스터드, 너트 (냉간 헤딩용)
자동차 부품: 액슬, 스티어링 핀, 커넥팅 로드
유압/공압 실린더 로드
금형 가이드 포스트, 이젝터 핀
일반 기계 구조용 정밀 부품

후속 열처리 옵션 (사용자 가공 후)

열처리	조건	예상 경도/강도	용도
정규화	870°C 공랭	~190 HB	가공성 향상, 조직 균질화
퀜칭+템퍼링	830°C 유냉 + 550°C 템퍼	28~32 HRC / 900~1000 MPa	고강도 부품 (축, 기어)
고주파 표면 경화	표면만 퀜칭	표면 50~55 HRC	마모 저항 필요 부품

가공성 및 용접성

가공성: 냉간 인발품은 응력 제거 후 가공성 양호 (AISI 1141 등 자유절삭강 대비 낮음)
용접성: 탄소 0.45%로 예열(150~200°C) 및 후열처리(550~650°C) 필요. 저수소형 전극(E7018) 사용 권장
표면 처리: 도금, 질화, 카버라이징 가능

적용 규격

ASTM A311/A311M, ASTM A108 (냉간 마감 탄소강 봉강), SAE J403, JIS G 4051 S45C. 인장 시험, 경도 시험, 치수 검사, 표면 검사, 탈탄층 깊이 검사 포함.

ASTM A350 LF1 Class 1 열처리 중탄소강 - 고성능 플랜지/피팅용 소재 ASTM A311 Grade 1050 냉간 인발 및 응력 제거 어닐링 강

금속