강철(Steel) 가공

막상 강종을 고르려 하면 SS부터 SKD까지 이름이 비슷비슷해 헷갈리기 쉽습니다. 강재는 철(Fe)에 탄소(C)를 더한 합금으로, 탄소량이 많을수록 단단해지고 크롬·몰리브덴 같은 합금 원소를 더하면 열처리로 얻는 강도와 깊이(경화능)가 좋아집니다. 같은 강재라도 열처리 상태에 따라 성질이 크게 달라지는 점은 알루미늄·스테인리스와 다른 특징입니다.

강도·경도 대비 소재비가 가장 낮아 기계 부품의 기본 소재로 쓰입니다. 대신 표면이 녹슬기 쉬워 방청·표면처리를 전제로 설계하고, 무게가 중요한 부품은 알루미늄, 내식·위생이 중요한 부품은 스테인리스와 비교해 선택합니다.

실무 강종 기호의 앞 글자가 계열을 나타냅니다. 계열이 같으면 열처리 대응과 용도가 비슷하므로, 기호를 외우기보다 계열의 성격부터 이해해 두면 선택이 한결 쉬워집니다.

어떤 강종을 골라야 할지 고민이라면 네 가지 안에서 정리하면 됩니다. 범용 절삭 부품에 열처리 가능성까지 열어두려면 S45C가 기본값이고, 용접 위주의 구조물·베이스 플레이트라면 SS400을 씁니다. 조질로 심부까지 강도를 내야 하는 축·기어는 SCM440, 금형·내마모 부품은 SKD11이 자리를 잡습니다.

• S45C(기계구조용 탄소강): 성분이 보증되어 열처리 결과가 예측되는 범용 강종입니다. 축·핀·지그 등 기계 부품의 기본값입니다.
• SS400(일반구조용 압연강): 용접성이 좋고 가장 경제적입니다. 프레임·베이스처럼 열처리 없이 쓰는 구조 부품에 적합합니다.
• SCM440(크롬몰리브덴강): 조질 열처리로 심부까지 고강도를 냅니다. 고하중 축·기어·고장력 볼트에 쓰입니다.
• SKD11(냉간 공구강): 고탄소·고크롬 계열로 열처리 후 경도·내마모성이 뛰어납니다. 프레스 금형·펀치·날물에 쓰입니다.

SS400은 성분이 아니라 강도를 보증하는 규격이기 때문입니다. JIS G3101은 SS400의 인(P)·황(S) 상한만 정하고 탄소·규소·망간 함량은 규정하지 않습니다. 그래서 인터넷에 돌아다니는 SS400 성분표는 대표값일 뿐 보증값이 아닙니다.

이 구조가 실무 선택 기준을 만듭니다. 성분(탄소량)이 보증되지 않으니 열처리 결과를 예측할 수 없어, 담금질로 강도를 내는 부품이라면 SS400을 피하는 것이 안전합니다. 반대로 용접·구조 용도라면 강도가 보증되고 가장 경제적인 SS400이 정답입니다.

탄소량은 비슷하지만 SCM440에는 크롬·몰리브덴이 들어가 경화능이 다릅니다. S45C는 담금질해도 표면 위주로 굳고 굵은 단면의 심부까지는 강도가 미치기 어렵습니다. SCM440은 심부까지 균일하게 조질되어, 조질재 기준 인장강도 850~1000 MPa급을 내는 수준입니다. S45C 조질이 690 MPa급인 것과 비교하면 한 단계 위의 강도 등급입니다. 정확한 수치는 열처리 조건과 제조사에 따라 차이가 있을 수 있습니다.

강재의 강도·경도는 열처리가 완성합니다. 목적에 따라 처리 방법과 도면 지정 방법이 달라, 대표 열처리별로 아래에 정리했습니다.

• 생재와 조질재: 열처리 전 소재(생재)는 가공이 쉽고, 조질재는 단단해 가공비가 올라갑니다. 정밀 부품은 열처리 변형을 감안해 가공·열처리·연삭 순서를 짭니다.
• SKD11 열처리 후: HRC 58급 정도로 굳은 뒤에는 일반 절삭이 어려워 연삭·방전 가공으로 마무리합니다. 열처리 전 형상 가공을 최대한 끝내는 것이 기본입니다.
• 용접성: 탄소량이 낮을수록 용접이 쉽습니다. SS400은 용접이 자유롭고, S45C는 예열 등 관리가 필요하며, 고탄소 공구강은 용접 구조로 설계하지 않습니다.
• 흑피(밀스케일): 열간 압연재 표면의 검은 산화층은 절삭면에서는 제거되지만, 가공하지 않는 면에는 남습니다. 전체 면의 외관이 중요하면 전면 가공이나 마환봉(연마봉) 소재를 지정하세요.

강재는 무처리로 두면 습기만으로도 녹이 시작됩니다. 출고 시 기본 방청유 도포로 단기 보관은 문제없지만, 장기 보관·옥외 사용·맨손 접촉이 잦은 부품을 만드신다면 표면처리를 지정해야 합니다.

국내 실무는 JIS 계열 호칭(S45C·SS400·SKD11)이 관용적으로 쓰이지만, KS 규격서·시험성적서는 KS 표기를 씁니다. 같은 강종의 표기 대응을 알아두면 도면·밀시트 해석이 빨라집니다.

소재비는 SS400이 가장 낮고 S45C, SCM 합금강, SKD 공구강 순으로 올라갑니다. 강재 특유의 비용 축은 열처리입니다. 조질·고주파·침탄 공정과 열처리 후 연삭이 더해질수록 공정 수가 늘어나 가공비에 그대로 반영됩니다.

비용을 줄이려면 순서대로 점검하면 됩니다. 먼저 강종을 낮춰도 되는지(SS400으로 충분한지) 보고, 열처리는 꼭 필요한 부위와 경도 범위만 선별해 지정합니다. 방청·표면처리도 필요한 정도만 골라 지정해 보세요. 조건에 따라 다르지만, 이 세 가지 점검이 견적을 낮추는 데 도움이 됩니다.

• 강종 지정: 'S45C'처럼 강종 기호까지 적어 주세요. 지정이 없으면 범용(S45C) 기준으로 산출됩니다.
• 열처리 지정: 처리법(조질·고주파·침탄)과 부위, 경도 범위(예: HRC50±2)를 도면에 적어 주세요.
• 방청·표면처리: 흑착색·도금·도장 등 마감과 사용 환경(실내·옥외)을 알려 주세요.
• 용접 여부: 용접 구조물은 어셈블리 도면을 함께 올리면 용접 포함 견적으로 진행됩니다.
• 외관 요구: 흑피 제거·전면 가공·마환봉 소재 등 표면 요구가 있으면 명시해 주세요.