EN 10277-5 C22 냉간 인발 강재 – 차량 부품용 고강도 강

개요

EN 10277-5 C22 (1.0402) 냉간 인발 강재는 저탄소 강(0.17~0.24% C)으로, 냉간 가공에 의한 강도 향상과 치수 정밀도, 표면 품질이 우수하여 자동차/기계 부품의 축, 핀, 기어, 피스톤 로드 등 정밀 기계 부품에 널리 사용됩니다. 최저 사용 온도 -25°C까지 인성 확보됩니다.

주요 특징

• 냉간 인발 마감: 우수한 치수 공차 (h6~h11), 표면 조도 Ra 0.4~1.6 μm
• 기계적 특성 균일: 인장 강도 410~580 MPa, 항복 강도 230~460 MPa
• 양호한 절삭성: 저탄소로 공구 마모 적음, 고속 가공 가능
• 용접성 양호: 저탄소강으로 예열/후열 불필요, 일반 아크 용접 적용
• 케이스 경화 적합: 침탄/질화로 표면 경화 후 심부 인성 유지

화학적 조성 (중량%, EN 10277-5 기준)

원소	함량 범위
탄소 (C)	0.17 ~ 0.24 %
망간 (Mn)	0.30 ~ 0.60 %
인 (P)	0.050 % 이하
황 (S)	0.045 % 이하
실리콘 (Si)	0.40 % 이하
철 (Fe)	나머지

기계적 특성 (상온 20°C, 냉간 인발 상태)

특성	값	단위
인장 강도 (Rm)	410 ~ 580	MPa
항복 강도 (ReH)	230 ~ 460	MPa
신율 (A)	5 ~ 11	%
탄성 계수 (E)	211.35 ~ 212	GPa
푸아송 비 (ν)	0.29	-
전단 계수 (G)	82.19	GPa

온도별 기계적 특성 변화

탄성 계수 (Elastic Modulus)

온도 (°C)	탄성 계수 (GPa)
-100	217
20	211.35 ~ 212
100	206.1 ~ 207
200	198.84 ~ 199
300	191.11 ~ 192
400	182.92 ~ 184
500	172.88 ~ 175
600	164

푸아송 비 (Poisson's Ratio)

온도 (°C)	푸아송 비
20	0.29
100	0.29
200	0.29
300	0.30
400	0.30
500	0.31

전단 계수 (Shear Modulus)

온도 (°C)	전단 계수 (GPa)
20	82.19
100	80.03
200	76.94
300	73.69
400	70.14
500	66.12

열적 특성

열팽창 계수 (Coefficient of Thermal Expansion)

온도 (°C)	열팽창 계수 (1/K)
-100	1.08×10⁻⁵
20	1.19×10⁻⁵
100	1.25×10⁻⁵
200	1.30×10⁻⁵
300	1.36×10⁻⁵
400	1.41×10⁻⁵
500	1.45×10⁻⁵
600	1.49×10⁻⁵

비열 용량 (Specific Heat Capacity)

온도 (°C)	비열 (J/(kg·K))
-100	423
20	461
100	479
200	499
300	517
400	536
500	558
600	587

열전도율 (Thermal Conductivity)

온도 (°C)	열전도율 (W/(m·K))
-100	37.6
20	42.2
100	43.2
200	42.9
300	41.2
400	39.1
500	36.6
600	34.1

열확산율 (Thermal Diffusivity)

온도 (°C)	열확산율 (mm²/s)
-100	12.9
20	11.7
100	11.2
200	10.3
300	9.4
400	8.3
500	7.1
600	5.7

기타 열적 특성

특성	값	비고
최대 사용 온도 (단기)	500 °C	저탄소강 대표값
최대 사용 온도 (장기)	-25 ~ 0 °C	인성 보장 온도 범위
융점 범위	1480 ~ 1526 °C	저탄소강 대표값

전기적 특성

전기 저항률 (Electrical Resistivity)

온도 (°C)	전기 저항률 (Ω·m)
-100	1.82×10⁻⁷
20	2.47×10⁻⁷
100	2.96×10⁻⁷
200	3.68×10⁻⁷
300	4.55×10⁻⁷
400	5.56×10⁻⁷
500	6.75×10⁻⁷
600	8.13×10⁻⁷

자기적 특성

특성	값	비고
퀴리 온도	770 °C	저탄소강 대표값

물리적 특성

특성	온도	값
밀도	20°C	7.83 g/cm³

열처리 및 가공 가이드

침탄 (Carburizing)

• 온도: 880~950°C
• 침탄 깊이: 0.5~1.5 mm (시간/온도/분위기 제어)
• 침탄 후: 직접 담금질(800~850°C→오일/수냉) + 저온 수익(150~200°C)
• 표면 경도: 58~62 HRC, 심부 경도: 250~350 HV

질화 (Nitriding)

• 가스 질화: 500~550°C, 20~50시간, 깊이 0.1~0.5 mm
• 이온 질화: 450~500°C, 단시간 처리 가능
• 표면 경도: 600~800 HV, 백색층 제어 필요

고주파/화염 경화 (Induction/Flame Hardening)

• 표면 급속 가열 → 즉각 냉각 (스프레이/침수)
• 경화층 깊이: 1~3 mm 제어 가능
• 국부 경화로 변형 최소화, 연속 라인 자동화 적합

정규화/풀림 (Normalizing/Annealing)

• 정규화: 880~920°C 공냉 → 기계적 특성 균일화, 조직 미세화
• 완전 풀림: 850~900°C 서냉 → 최대 연화 (가공성 향상), 경도 ~150 HB
• 응력 제거 풀림: 550~650°C → 잔류 응력 제거, 치수 안정화

기계 가공

가공	절삭 속도	이송	공구
터닝 (황삭)	150~250 m/min	0.3~0.5 mm/rev	P20~P30 코팅 초경
터닝 (정삭)	200~300 m/min	0.1~0.2 mm/rev	P10~P20 코팅 초경, 서멧
밀링	120~200 m/min	0.1~0.2 mm/tooth	P20~P30 인서트
드릴링	60~100 m/min	0.1~0.25 mm/rev	코팅 초경 드릴
탭핑	15~25 m/min	-	HSS-E, 코팅

용접

• 예열 불필요 (두께 20mm 이하), 층간 온도 150°C 이하 유지
• 용접재: ER70S-6 (MIG/TIG), E7018 (피복 아크)
• 용접 후 응력 제거: 550~600°C × 1시간/25mm 두께 (필요 시)

주요 용도

• 자동차: 피스톤 로드, 기어 샤프트, 스티어링 핀, 캠 샤프트, 밸브 리프터
• 건설 기계: 실린더 로드, 피벗 핀, 부싱, 링크 핀
• 일반 기계: 리드 스크루, 가이드 샤프트, 커플링, 스페이서
• 유압/공압: 실린더 바렐, 피스톤 로드, 밸브 스풀
• 동력 전달: 체인 핀, 스프로킷 허브, 기어 블랭크
• 금형/지그: 가이드 포스트, 이젝터 핀, 코어 핀 (침탄 후 사용)

관련 표준 및 등가 강종

표준	강종 기호	비고
EN 10277-5	C22 (1.0402)	냉간 인발 마감 강재
EN 10083-2	C22	열처리용 강
DIN 1652	C22	구 DIN 표준
ISO 683-1	C22	국제 표준
JIS G 4051	S22C	일본 표준 (동등)
ASTM A29	1022	미국 표준 (유사, C 0.18~0.23)
GB/T 699	20#	중국 표준 (유사, C 0.17~0.24)

품질 관리 및 검사 항목

• 치수 검사: 직경 공차 (h6~h11), 원형도, 원통도, 길이 공차
• 표면 품질: 탈탄층 깊이, 표면 결함 (스크래치, 롤 마크, 피트)
• 기계적 시험: 인장 시험, 경도 시험 (HB/HRC), 충격 시험 (-25°C)
• 비파괴 검사: 와전류 탐상 (표면 균열), 초음파 탐상 (내부 결함)
• 금속 조직: 페라이트+펄라이트 조직, 결정립도 (ASTM 5~8급)