ASTM A193 B8MN Class 2 강재 - 탄화물 용해 처리 및 변형 강화, M20 이하 고강도 볼트용
개요
ASTM A193 Grade B8MN Class 2는 몰리브덴(Mo 2~3%)과 질소(N 0.10~0.16%)를 함유한 오스테나이트계 스테인리스강을 탄화물 용해 처리 후 변형 강화(Strain Hardening, 냉간 가공)하여 고강도를 확보한 소재입니다. M20 이하 소구경 고강도 볼트·스터드에 적용되며, 어닐링 상태(Class 1D/1B) 대비 항복 강도 약 2.7배(655 MPa), 인장 강도 약 1.4배(760 MPa) 향상됩니다. 고내식성과 고강도가 동시에 요구되는 극한 환경 체결부에 최적입니다.
주요 특성
일반 물성
| 특성 | 온도 | 값 | 비고 |
|---|
| 밀도 | 20°C | 7.9~8.2 g/cm³ | 오스테나이트계 스테인리스강 일반값 |
기계적 물성 (20°C 기준)
| 특성 | 값 | 비고 |
|---|
| 탄성 계수 | 195 GPa | 오스테나이트계 스테인리스강 일반값 |
| 연신율 (A50) | 15% | |
| 브리넬 경도 | 321 HB | |
| 로크웰 C 경도 | 35 HRC | |
| 푸아송 비 | 0.3 | 오스테나이트계 스테인리스강 일반값 |
| 단면 수축률 | 45% | |
| 인장 강도 | 760 MPa | |
| 항복 강도 (Rp0.2, 단횡방향) | 655 MPa | |
열적 물성
| 특성 | 온도 | 값 | 비고 |
|---|
| 열팽창 계수 | 20°C | 1.7E-5 ~ 1.9E-5 1/K | 오스테나이트계 스테인리스강 일반값 |
| 융점 | - | 1375~1450°C | 오스테나이트계 스테인리스강 일반값 |
| 비열 용량 | 20°C | 440 J/(kg·K) | 오스테나이트계 스테인리스강 일반값 |
| 열전도율 | 20°C | 11~21 W/(m·K) | 오스테나이트계 스테인리스강 일반값 |
전기적 물성
| 특성 | 온도 | 값 | 비고 |
|---|
| 전기 저항률 | 20°C | 8.5E-7 Ω·m | 오스테나이트계 스테인리스강 일반값 |
화학 조성 (질량%)
| 원소 | 함량 |
|---|
| 탄소 (C) | 0.08% |
| 크롬 (Cr) | 16~18% |
| 망간 (Mn) | 2% |
| 몰리브덴 (Mo) | 2~3% |
| 니켈 (Ni) | 10~13% |
| 질소 (N) | 0.10~0.16% |
| 인 (P) | 0.05% |
| 실리콘 (Si) | 1% |
| 황 (S) | 0.03% |
Class 1D vs Class 2 기계적 물성 비교
| 특성 | Class 1D (어닐링) | Class 2 (변형 강화) | 향상율 |
|---|
| 인장 강도 | 550 MPa | 760 MPa | +38% |
| 항복 강도 | 240 MPa | 655 MPa | +173% |
| 연신율 | 30% | 15% | -50% |
| 경도 (브리넬) | 223 HB | 321 HB | +44% |
| 단면 수축률 | 40% | 45% | +12.5% |
적용 분야 및 특징
- M20 이하 소구경 고강도 볼트/스터드 (고하중 체결)
- 해양 플랫폼, 해저 파이프라인, 고압 반응기 체결부
- 기존 B8M Class 2 대비 항복 강도 약 15% 우위 (Mo+N 시너지)
- 고염화물·고온·고응력 복합 환경에서 SCC 저항성 유지
- 비자성 특성 유지 (변형 강화 후에도 오스테나이트 상 유지)
열처리 및 가공 가이드
제조 공정: 1) 탄화물 용해 처리(1060~1120°C 급랭) → 2) 냉간 인발/압연/단조로 변형 강화(가공률 20~40% 수준). 변형 강화 후 별도 어닐링 금지(강도 저하). 나사 가공은 롤링 강력 권장(절삭 가공 시 가공 경화 불균일, 응력 집중). M20 초과 대구경은 Class 2 적용 불가(변형 강화 균일성 확보 곤란) → Class 1D/1B 또는 B8M Class 2 검토 필요.
