초고강도강의 열처리 온도와 물성치(SCM440, SNCM439, SUP10 등)

1. 초고강도강의 의미

초고강도강이란 항복강도가 1380MPa(200ksi) 이상이고 인장강도가 1620MPa 이상인 합금강을 의미합니다.

초고강도강의 주된 3가지 유형은 아래와 같습니다.

1) 중탄소 저합금강

2) 중합금 공랭경화강

3) 고합금 경화강

2. 초고강도강의 화학 성분

명칭 화학성분(%)
AISI 대체 타 규격 C Mn Si Cr Ni Mo V Co
중탄소 저합금강
4130 SCM430 0.28~0.33 0.40~0.60 0.20~0.35 0.80~1.10 0.15~0.25
4140 SCM440 0.38~0.43 0.75~1.00 0.20~0.35 0.80~1.10 0.15~0.25
4330 Mod AMS6411 0.28~0.33 0.65~1.00 0.15~0.35 0.75~1.00 1.65~2.00 0.35~0.50 0.05~0.10
4340 SNCM439 0.38~0.43 0.60~0.80 0.20~0.35 0.70~0.90 1.65~2.00 0.20~0.30
300M 4340M 0.40~0.46 0.65~0.90 1.45~1.80 0.70~0.95 1.65~2.00 0.30~0.45 0.05 min
D-6AC AMS 6431 0.42~0.48 0.60~0.90 0.15~0.30 0.90~1.20 0.40~0.70 0.90~1.10 0.05~0.10
6150 SUP10 0.48~0.53 0.70~0.90 0.20~0.35 0.80~1.10 0.15~0.25
8640 SAE J404 0.38~0.43 0.75~1.00 0.20~0.35 0.40~0.60 0.40~0.70 0.15~0.25
중합금 공랭경화강
H11 Mod 0.37~0.43 0.20~0.40 0.80~1.00 4.75~5.25 1.20~1.40 0.40~0.60
H13 0.32~0.45 0.20~0.50 0.80~1.20 4.75~5.50 1.10~1.75 0.80~1.20
파괴인성이 높은 강
AF 1410 0.13~0.17 0.10 max 0.10 max 1.80~2.20 9.95~10.50 0.90~1.10 13.50~14.50
HP 9-4-20 AMS 6525 0.16~0.23 0.20~0.40 0.20 max 0.65~0.85 8.50~9.50 0.90~1.10 0.06~0.12 4.25~4.75
HP 9-4-30 AMS 6526 0.29~0.34 0.10~0.35 0.20 max 0.90~1.10 7.0~8.0 0.90~1.10 0.06~0.12 4.25~4.75

 

3. 초고강도강의 일반적인 열처리 온도

명칭 온도(°C)
AISI 대체 타 규격 노멀라이징 어닐링 퀜칭 템퍼링 응력 완화 구상화
4130 SCM430 870~925 830~870 845~885 200~700 650~675 760~775
4140 SCM440 870~900 830~870 840~870 175~230, 385~705 650~675 760~775
4330 Mod AMS6411 870~925 830~870 845~870 595 650~675
4340 SNCM439 870~925 830~860 800~830 455~650 650~675 750
300M 4340M 915~940 855~885 300 730
D-6AC AMS 6431 925~955 815~860 845~925 315~650 540~675 730
6150 SUP10 870~955 830~860 845~900 200~650 650~675 730
8640 SAE J404 870~925 845~870 815~845 200~650 650~675 700~720

1) 오스테나이트화 유지시간은 최소 1시간이거나 또는 두께 25mm 당 15~20분 입니다.

2) 어닐링 온도에서 일반적인 유지시간은 두께 25mm 당 1시간이고 이어서 약 15°C/h 속도로 약 480~540°C까지 냉각합니다. 25°C/h 를 초과하면 안됩니다.

3) 응력 완화의 경우 퀜칭과 템퍼링 전에 수행되며 용접 후 처리에 사용됩니다. 퀜칭과 템퍼링 후 응력 제거를 하려면 템퍼링 온도보다 25°C 낮게 온도를 조절하면 됩니다.

4. 초고강도강의 열처리 물성치
  • 열처리된 4130(SCM430)의 물성치
템퍼링
온도
(°C)
인장강도
(MPa)
항복강도
(MPa)
연신율
(표점거리 50mm)
단면감소율
(%)
브리넬 경도
(HB)
아이조드
충격강도
(J)
물 퀜칭 후 템퍼링-25mm 직경의 원형 바
205 1765 1520 10.0 33.0 475 18
260 1670 1430 11.5 37.0 455 14
315 1570 1340 13.0 41.0 425 14
370 1475 1250 15.0 45.0 400 20
425 1380 1170 16.5 49.0 375 34
540 1170 1000 20.0 56.0 325 81
650 965 830 22.0 63.0 270 135
오일 퀜칭 후 템퍼링-25mm 직경의 원형 바
205 1550 1340 11.0 38.0
260 1500 1275 11.5 40.0
315 1420 1210 12.5 43.0
370 1320 1120 14.5 48.0
425 1230 1030 16.5 54.0
540 1030 840 20.0 60.0
650 830 670 24.0 67.0

 

– 크기에 따른 물성치 변화 표 (845°C 퀜칭, 540°C 템퍼링 시)

원형 바
사이즈(mm)
인장강도
(MPa)
항복강도
(MPa)
연신율(%)
(표점거리 50mm)
단면
감소율(%)
브리넬
경도(HB)
25 1040 880 18.0 55 307
50 740 570 20.0 58 223
75 710 540 22.0 60 217

 

  • 열처리된 4140(SCM440)의 물성치 (오일 퀜칭)
템퍼링 온도
(°C)
인장강도
(MPa)
항복강도
(MPa)
연신율(%)
(표점거리 50mm)
단면감소율
(%)
브리넬 경도
(HB)
아이조드 충격강도
(J)
205 1965 1740 11.0 42.0 578 15
260 1860 1650 11.0 44.0 534 11
315 1720 1570 11.5 46.0 495 9
370 1590 1460 12.5 48.0 461 15
425 1450 1340 15.0 50.0 429 28
480 1300 1210 16.0 52.0 388 46
540 1150 1050 17.5 55.0 341 65
595 1020 910 19.0 58.0 311 93
650 900 790 21.0 61.0 277 112
705 810 690 23.0 65.0 235 136

 

– 크기에 따른 물성치 변화 표 (845°C 퀜칭, 540°C 템퍼링 시)

원형 바
사이즈(mm)
인장강도
(MPa)
항복강도
(MPa)
연신율(%)
(표점거리 50mm)
단면
감소율(%)
브리넬
경도(HB)
25 1140 985 15.0 50 335
50 920 750 18.0 55 202
75 860 655 19.0 55 293

 

  • 열처리된 4340(SNCM439)의 물성치 (오일 퀜칭)
템퍼링 온도
(°C)
인장강도
(MPa)
항복강도
(MPa)
연신율(%)
(표점거리 50mm)
단면감소율
(%)
브리넬 경도
(HB)
아이조드 충격강도
(J)
205 1980 1860 11.0 39.0 520 20
315 1760 1620 12.0 44.0 490 14
425 1500 1365 14.0 48.0 440 16
540 1240 1160 17.0 53.0 360 47
650 1020 860 20.0 60.0 290 100
705 860 740 23.0 63.0 250 102

 

-크기에 따른 물성치 변화 표

단면 직경
(mm)
인장강도
(MPa)
항복강도
(MPa)
연신율
(표점거리 50mm)
단면감소율
(%)
브리넬 경도
(HB)
845°C 오일 퀜칭, 425°C 템퍼링
13 1460 1380 13.0 51.0
38 1450 1365 11.0 45.0
75 1420 1325 10.0 38.0
800°C~815°C 물 퀜칭 후 650°C 템퍼링
75 1055 930 18.0 52.0 340
100 1035 895 17.0 50.0 330
150 1000 850 16.0 44.0 322
  • 열처리된 6150(SUP10)의 물성치 (860°C 오일 퀜칭)
템퍼링
온도
(°C)
인장강도
(MPa)
항복강도
(MPa)
연신율
(표점거리 50mm)
단면감소율
(%)
브리넬 경도
(HB)
아이조드
충격강도
(J)
14mm 직경의 원형 바
205 2050 1810 1 5 610
260 2070 1810 4 12 570
315 1950 1720 7 27 540
370 1770 1620 10 37 505 9
425 1585 1490 11 42 470 14
480 1410 1340 12 44 420 16
540 1250 1210 13 46 380 20
595 1150 1080 16 47 350 28
25mm 직경의 원형 바
425 1570 1450 10 37 461
480 1360 1210 11 41 401
540 1180 1030 12 45 341
595 1030 875 15 50 302
650 920 760 19 55 262
705 810 660 23 61 235

 

– 크기에 따른 물성치 변화 표 (830°C 오일 퀜칭, 540°C 템퍼링 시)

원형 바
사이즈(mm)
인장강도
(MPa)
항복강도
(MPa)
연신율(%)
(표점거리 50mm)
단면
감소율(%)
브리넬
경도(HB)
25 1185 1040 14 45 341
50 1170 1030 13 48 341
75 1090 950 13 47 331