탄소강 나사: 등급, 특성, 코팅 및 선택 가이드

무엇입니까? 탄소강 나사 ?

에이 탄소강 나사 탄소가 기본 합금 원소인 철-탄소 합금으로 제조된 나사형 패스너이며 일반적으로 중량 기준으로 0.05%~1.70%의 농도로 존재합니다. 탄소 함량은 미량의 망간, 규소, 황, 인과 함께 강철의 경도, 인장 강도, 연성 및 기계 가공성을 결정하며 더 나아가 완성된 스크류의 기계적 성능도 결정합니다.

탄소강은 전 세계적으로 나사 제조에 가장 널리 사용되는 재료로, 산업용 패스너 생산량의 대부분을 차지합니다. 그 지배력은 다음의 조합에서 비롯됩니다. 높은 강도 대 비용 비율 , 냉간 압조 및 나사 압연 중 탁월한 성형성, 광범위한 기계적 특성 목표에 걸쳐 열처리되는 능력. 전자 조립품에 사용되는 미세 피치 기계 나사부터 건설에 사용되는 대형 구조용 육각 볼트에 이르기까지 탄소강 나사는 나사 체결이 필요한 거의 모든 산업에 사용됩니다.

스테인리스강에 비해 탄소강의 주요 한계는 습하거나 화학적으로 공격적인 환경에서 부식되기 쉽다는 것입니다. 이는 패스너의 기본 기계적 특성을 변경하지 않고 서비스 수명을 크게 연장하는 아연 도금, 용융 아연 도금, 인산염 코팅 등 다양한 표면 처리를 통해 해결됩니다.

나사 제조에 사용되는 탄소강 등급

모든 탄소강이 동등한 것은 아닙니다. 스크류 생산을 위해 선택된 강철 등급은 달성 가능한 강도 등급, 열처리 반응 및 냉간 성형 거동을 직접적으로 결정합니다. 나사 제조업체는 주로 다음 재료 범주를 사용합니다.

저탄소강(연강) — 0.05%~0.30%C

다음과 같은 저탄소 등급 SAE 1008, 1010, 1018 범용 나사, 나무 나사, 셀프 태핑 나사, 건식 벽체 나사의 표준 재료입니다. 탄소 함량이 낮기 때문에 연성이 뛰어나고 절삭 가공이 용이합니다. 이는 절단 없이 선재를 스크류 블랭크로 형성하는 고속 제조 공정으로, 생산 효율성이 뛰어나고 단위당 비용이 낮습니다. 그러나 저탄소강은 열처리로 크게 강화할 수 없으므로 일반적으로 이러한 나사는 다음과 같이 제한됩니다. 속성 클래스 4.8 이하 ISO 898-1 분류에 따라.

중탄소강 — 0.30%~0.60% C

다음과 같은 등급 SAE 1035, 1038, 1045 훨씬 더 높은 강도 잠재력을 제공하고 담금질 및 템퍼 열처리에 잘 반응합니다. 이것들은 주요 재료입니다. 속성 클래스 8.8, 9.8 및 10.9 미터법 나사 - 자동차, 기계 및 건설 응용 분야의 구조 및 기계 어셈블리의 중추입니다. 열처리 후 중탄소강 나사는 800~1040MPa의 인장 강도를 달성하며, 경도 범위(일반적으로 클래스 8.8 및 10.9의 경우 각각 22~39HRC)를 통해 후속 전기도금 공정에서 강도와 수소 취성에 대한 저항성이 균형을 이룹니다.

중탄소 합금강 - Cr, Mn 또는 B 첨가

가장 높은 강도 등급의 경우 — 속성 클래스 12.9 특수한 고장력 응용 분야 - 제조업체는 다음과 같은 합금강 등급을 사용합니다. SAE 4135, 4140(크롬-몰리브덴) 또는 붕소 강화 등급 10B38 . 0.0005%~0.003%의 작은 붕소 첨가는 경화성을 극적으로 향상시켜 담금질 중에 더 큰 스크류 직경의 경화를 가능하게 합니다. 이러한 재료로 생산된 클래스 12.9 나사의 인장 강도는 다음과 같습니다. 최소 1220MPa , 고성능 엔진 부품, 툴링 클램프, 조인트 무결성이 타협 불가능한 중요한 구조적 조인트에 적합합니다.

표면 처리 및 부식 방지

순수 탄소강은 습기와 산소에 노출되면 빠르게 부식됩니다. 대부분의 응용 분야에서는 정의된 수준의 부식 방지를 제공하기 위해 제조 후에 표면 처리가 적용됩니다. 처리 선택은 노출 환경, 필요한 서비스 수명, 나사의 도색 또는 추가 처리 여부, 규제 요구 사항(예: 전자 응용 분야에 대한 RoHS 준수)에 따라 달라집니다.

아연 전기도금

실내 및 조명 실외 응용 분야에서 탄소강 나사에 대한 가장 일반적인 처리입니다. 얇은 아연층 5~12μm 전해 방식으로 증착되어 희생적인 부식 방지 기능을 제공합니다. 아연은 강철 기판을 보호하기 위해 우선적으로 산화됩니다. 표준 아연 도금 나사는 일반적으로 72~200시간 ASTM B117에 따른 염수 분무 저항성. 아연 층 위에 적용된 노란색 크롬산염 보호막은 이를 200시간까지 연장하고 많은 하드웨어 나사에서 볼 수 있는 친숙한 황금색 마감을 제공합니다. 고강도 등급 10.9 및 12.9 나사의 경우 지연된 파손을 방지하기 위해 도금 후 수소 취성 완화 굽기(일반적으로 190°C에서 4시간)가 필수입니다.

용융 아연 도금

스크류는 약 450°C의 용융 아연에 담궈 야금학적으로 결합된 아연-철 합금층을 형성합니다. 45~85μm . 이렇게 훨씬 두꺼운 코팅은 훨씬 더 뛰어난 내식성을 제공합니다. 500~1,000시간 염수 분무 - 실외 구조용 패스너, 농업 장비 및 전신주 및 고속도로 가드레일과 같은 기반 시설 응용 분야의 표준 사양입니다. 이 공정은 수소 흡수 위험과 엄격한 공차 스레드의 잠재적 왜곡으로 인해 고강도 속성 클래스 10.9 및 12.9 나사에 적합하지 않습니다.

인산염 코팅(검정색 또는 회색)

아연 또는 인산망간 처리는 강철 표면에 결정질 전환층을 생성하여 최소한의 독립형 내식성을 제공하지만 탁월한 오일 보유력과 페인트 접착력을 제공합니다. 인산염 처리된 오일 처리된 나사는 패스너가 윤활 환경에 설치되거나 이후에 도장되는 자동차 조립 및 기계류에 널리 사용됩니다. 인산망간은 또한 다음과 같이 지정됩니다. 긁힘 방지 특성 고강도 소켓 헤드 캡 나사를 사용하여 토크 제어 조임 중 나사산 고착 위험을 줄입니다.

Geomet / Dacromet 및 아연 플레이크 코팅

딥스핀 또는 스프레이 공정으로 적용되는 무기 아연 플레이크 코팅은 전기도금의 수소 취성 위험이 허용되지 않는 고강도 구조용 패스너에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 코팅은 720~1,000시간 8-12 µm 코팅 두께에서 염수 분무 저항성이 뛰어나고 본질적으로 수소가 없으며 구조적 볼트 연결에서 토크 장력 제어에 중요한 일관된 마찰 계수를 제공합니다. 이는 유럽 자동차 및 풍력 에너지 산업에서 클래스 10.9 패스너의 주요 코팅입니다.

탄소강 대 스테인레스강 나사: 각각을 선택하는 경우

탄소강과 스테인리스강 나사 사이의 선택은 단순한 부식 문제로 오해되는 경우가 많지만 실제로는 강도, 비용, 자기 특성, 내마모성 및 적용 환경 전반에 걸쳐 더 넓은 균형을 이루고 있습니다.

탄소강 나사는 다음과 같은 경우에 올바른 선택입니다.

• 높은 인장 강도가 필요합니다. 스테인리스강 A2-70은 700MPa에 도달하고 탄소강 클래스 10.9는 1040MPa, 클래스 12.9는 1220MPa에 도달합니다. 구조적 및 고하중 접합의 경우 일반적으로 탄소강이 유일한 실용적인 옵션입니다.
• 비용이 주요 동인입니다. 탄소강 나사는 일반적으로 30~70% 저렴 대량 생산 시 동등한 스테인리스 등급보다 일반 산업 생산의 표준이 됩니다.
• 조립품은 통제된 실내 환경에 있거나 도색됩니다. 즉, 도금된 탄소강 나사가 스테인리스보다 저렴한 비용으로 적절한 보호 기능을 제공합니다.
• 예를 들어 자기 조립 고정 장치나 자기 방향에 의존하는 자동화된 패스너 공급 시스템에서는 자기 반응이 필요합니다.

스테인레스 스틸 나사는 다음과 같은 경우에 올바른 선택입니다.

• 패스너는 해양 하드웨어, 식품 가공 장비 및 외부 건축 응용 분야 등 코팅 유지 관리 가능성 없이 장기간 습기, 염수 또는 공격적인 화학 물질에 노출됩니다.
• 에이ppearance is critical and the natural silver finish must be maintained without periodic re-coating.
• 조립에는 코팅이 아닌 재료 선택을 통해 갈바니 부식 위험을 관리해야 하는 이종 금속이 포함됩니다.

제조 공정: 탄소강 나사 제작 방법

제조 공정을 이해하면 구매자 또는 지정 엔지니어로서 탄소강 나사를 평가할 때 특정 품질 특성이 중요한 이유가 명확해집니다.

대표적인 생산방식은 콜드 헤딩 , 냉간 성형이라고도 합니다. 선재는 정확한 직경으로 인발되고 블랭크 길이로 절단된 후 재료를 제거하지 않고 실온에서 다이에 의해 스크류 헤드 형상으로 점진적으로 형성됩니다. 냉간압조는 머리-생크 접합부에서 강철을 가공 경화시켜 이 중요한 응력 집중 지점에서 피로 저항을 향상시킵니다. 또한 강철의 입자 흐름을 부품 형상에 맞게 조정합니다. 이는 절단으로 인해 입자 흐름이 중단되는 기계 가공 나사보다 기계적으로 우수합니다.

스레드 롤링 콜드 헤딩을 따릅니다. 역 스레드 프로파일을 가진 다이는 절단이 아닌 소성 변형을 통해 스레드 형태를 블랭크에 밀어 넣습니다. 냉간압조와 마찬가지로 이는 인장 하중을 받는 나사의 가장 높은 응력 영역인 나사 뿌리에 압축 잔류 응력을 생성하여 절단 나사에 비해 피로 수명을 크게 향상시킵니다. 업계 데이터에 따르면 압연 나사형 패스너는 다음과 같은 이점을 제공합니다. 20~30% 더 높은 피로 강도 동일한 재료 등급의 동일한 크기의 나사산 패스너보다 우수합니다.

속성 클래스 8.8 이상인 경우, 담금질 및 템퍼 열처리 스레드 롤링을 따릅니다. 나사는 820~880°C에서 오스테나이트화되고 오일 또는 폴리머 용액에서 담금질되어 완전한 마르텐사이트 변태를 얻은 다음 425~500°C에서 뜨임 처리되어 취성을 완화하고 ISO 898-1에 지정된 목표 경도 및 인장 강도 범위를 달성합니다. 최종 표면 처리(도금, 코팅 또는 패시베이션)는 열처리 및 필요한 검사 후에 적용됩니다.