DIN 17115 21Mn4Al 강재: 정규화/정규화성형(+N) 용접용 원형 링체인 강

개요

DIN 17115 표준의 21Mn4Al 강재는 용접 원형 링 체인(라운드 링크 체인) 및 체인 부품 제작용으로 개발된 미세결립 강입니다. 알루미늄(0.02-0.05%)을 질소 고정제로 첨가하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고, 정규화(Normalizing) 또는 정규화성형(Normalized Formed, +N) 상태로 공급되어 우수한 저온 인성과 용접성을 확보합니다.

주요 특성

일반 물성

특성	온도	값
밀도	20.0 °C	7.84 g/cm³

기계적 물성 (온도별 탄성 계수)

특성	온도	값	비고
탄성 계수	-100.0 °C	217 GPa	-
	20.0 °C	212 GPa	-
	100.0 °C	207 - 208 GPa	-
	200.0 °C	199 - 201 GPa	-
	300.0 °C	192 - 193 GPa	-
	400.0 °C	184 - 185 GPa	-
	500.0 °C	175 GPa	-
	600.0 °C	164 GPa	-
푸아송 비	23.0 °C	0.29	저탄소강 대표값
전단 계수	23.0 °C	82 GPa	저탄소강 대표값

열적 물성 (광범위 온도 범위 데이터)

열팽창 계수

온도	값 (1/K)
-100.0 °C	1.08×10⁻⁵
20.0 °C	1.19×10⁻⁵
100.0 °C	1.22 - 1.25×10⁻⁵
200.0 °C	1.29 - 1.30×10⁻⁵
300.0 °C	1.34 - 1.36×10⁻⁵
400.0 °C	1.40 - 1.41×10⁻⁵
500.0 °C	1.43 - 1.45×10⁻⁵
600.0 °C	1.46 - 1.49×10⁻⁵

기타 열적 특성

특성	값	비고
최대 사용 온도	500 °C	탄소강 대표값
융점	1480 - 1526 °C	저탄소강 대표값

비열 용량 (온도별)

온도	값 (J/(kg·K))
-100.0 °C	423
20.0 °C	461
100.0 °C	479 - 500
200.0 °C	499 - 540
300.0 °C	517 - 580
400.0 °C	536 - 620
500.0 °C	558 - 690
600.0 °C	587 - 780

열전도율 (온도별)

온도	값 (W/(m·K))
20.0 °C	46.5
100.0 °C	47.0 - 47.2
200.0 °C	45.9 - 46.0
300.0 °C	43.5 - 44.0
400.0 °C	40.9 - 41.0
500.0 °C	38.0 - 38.1
600.0 °C	35.0 - 35.3

열확산율 (온도별)

온도	값 (mm²/s)
20.0 °C	12.9
100.0 °C	12.2
200.0 °C	11.1
300.0 °C	9.9
400.0 °C	8.7
500.0 °C	7.3
600.0 °C	5.9

전기적 물성

특성	온도	값 (Ω·m)
전기 저항률	20.0 °C	2.24×10⁻⁷
	100.0 °C	2.70 - 2.71×10⁻⁷
	200.0 °C	3.40 - 3.44×10⁻⁷
	300.0 °C	4.30 - 4.31×10⁻⁷
	400.0 °C	5.30 - 5.32×10⁻⁷
	500.0 °C	6.50×10⁻⁷
	600.0 °C	7.86 - 7.90×10⁻⁷

자기적 물성

특성	값	비고
큐리 온도	770 °C	저탄소강 대표값

화학 조성 (질량 %)

원소	함량 (%)
알루미늄 (Al)	0.02 - 0.05
탄소 (C)	0.18 - 0.24
구리 (Cu)	0.25
망간 (Mn)	0.8 - 1.1
인 (P)	0.04
실리콘 (Si)	0.25
황 (S)	0.035

알루미늄 첨가(0.02-0.05%)의 미세조직 제어 효과

• 질소 고정: AlN 탄화물/질화물 형성으로 오스테나이트 결정립 미세화
• 결정립 성장 억제: 정규화 열처리 중 오스테나이트 입자 거대화 방지
• 저온 인성 향상: 미세 결정립 → 전이 온도 저하 → -40°C 이하 우수 인성
• 용접 열영향부(HAZ) 인성 확보: 용접 시 거대 결정립 성장 억제

열처리 조건: 정규화(+N) / 정규화성형

공정	상세 조건
정규화 (Normalizing)	890-930°C 공냉, 결정립 미세화 및 조직 균질화
정규화성형 (+N)	고온 성형(~900°C) 후 공냉, 성형과 열처리 동시 수행

체인용 강재 요구 특성 및 21Mn4Al 적합성

요구 특성	21Mn4Al 대응
고강도 (인장강도 800-1000 MPa 수준)	정규화 후 페라이트-펄라이트 조직으로 확보 가능
우수한 저온 인성 (Charpy V-notch -40°C ≥ 27J)	Al 미세결립화로 우수 확보
용접성 (체인 링크 용접)	저탄소(C≤0.24%) + Al 탈산으로 용접 균열 저항성 우수
내마모성 (체인 마모 수명)	펄라이트 경도 + 표면 경화(고주파/침탄) 가능
피로 강도 (반복 하중)	미세조직 + 압축 잔류응력(쇼트피닝)으로 향상

적용 분야

• 광산/채석장용 고하중 라운드 링크 체인
• 크레인/호이스트용 리프팅 체인 (DIN 5684, EN 818-2 준수)
• 컨베이어 체인 (스크래퍼, 버킷 엘리베이터)
• 해양/조선용 계류 체인, 앵커 체인
• 산업용 동력 전달 체인 (고부하/저온 환경)
• 체인 커플링, 스프로킷 맞물림 부품

관련 표준 및 인증

• DIN 17115: 체인용 강재 기술 공급 조건
• DIN 5684: 둥근 링크 체인, 등급별 요구사항
• EN 818-2: 리프팅 체인 단조강 기술 조건
• ISO 1834: 둥근 링크 체인 치수/공차