균열이 생긴 ‘스테인리스’ 밸브 볼트: 크롬 9%, 망간 16%, 그리고 Not available이라고 적힌 사양란

볼트 일곱 개

이 볼트는 공장 델류지 소방 설비에 있는 6인치 OS&Y(외부 나사 요크형) 게이트 밸브의 보닛을 고정했습니다. 밸브 몸체는 ASTM A126 Class B 회주철이었고 보닛 볼트는 네 개였습니다. 주변은 습하고 염분이 많은 해양 대기였으며, 냉각수의 염화물 농도는 한계치인 300 ppm에 가까웠습니다.

조사팀이 받은 볼트는 일곱 개였습니다. 두 개는 머리와 몸통 사이 필렛에서 파단됐고, 두 개는 같은 위치에 균열이 있었으며, 세 개는 겉보기에 멀쩡했습니다. 머리, 와셔, 너트에는 붉은 도장이 되어 있었고 몸통에는 짙은 갈색 녹이 한 겹 덮여 있었습니다.

성분표의 숫자 넷

니켈은 표에 없습니다. 너트는 Mn 14%, Cr 11%, 와셔는 Mn 14%, Cr 13%였습니다. 논문은 이 재료를 TWIP강, 즉 변형 쌍정으로 강화되는 고망간 오스테나이트강으로 분류합니다.

ISO 3506-1:2020 3.5항은 스테인리스강을 크롬 10.5% 이상, 탄소 1.2% 이하인 강으로 정의합니다. 9.10%는 이에 못 미칩니다. 너트와 와셔는 기준을 넘고 볼트는 넘지 못합니다. 그런데도 같은 논문의 권고 사항은 이런 부품을 “고강도 스테인리스강 부품”(번역)이라고 부릅니다.

사양란: Not available

논문 표 1은 사용 조건을 정리합니다. 첫 행인 볼트, 너트, 와셔의 재질은 Not available이고, 응력 행도 마찬가지입니다. 조사팀에게는 부품만 있었고 사양은 없었으며, 재료를 판별할 근거는 자체 분석뿐이었습니다. 새 볼트의 성분이 같았다는 것은 처음부터 이렇게 구매됐다는 뜻이며, 사용 중에 생긴 일이 아닙니다.

구매 담당자에게 쓸모 있는 부분이 바로 여기입니다. 규격도 등급도 적지 않은 주문서는 입고품이 틀렸다고 말할 수 없습니다. 비교할 기준이 없기 때문입니다. 이 사이트는 다른 페이지에서 현장에서 쓰는 스테인리스의 이름이 이미 두 가지 이상의 재료를 가리킨다는 점을 추적했습니다 (이름 하나, 재료 셋). 이 논문의 볼트는 겉모습은 그럴듯하지만 정의 밖에 있습니다.

균열이 시작된 곳

모든 균열은 같은 위치, 즉 머리와 몸통 사이 필렛과 목 부분에 있었고 부식 피트에서 시작됐습니다. 피트는 머리와 그 아래 와셔, 너트 사이의 틈새에 생겼는데, 공기 중 염분이 모이는 곳이었습니다. 논문은 상대적으로 비(卑)한 주철 몸체의 갈바닉 부식도 지적합니다. 균열은 체결에 따른 인장 응력에 수직으로 진전했습니다.

필렛은 가장 단단한 곳이기도 합니다. 냉간 성형 후 열처리를 하지 않아 머리 표면은 약 435 HV, 필렛은 약 470 HV, 몸통 중심부는 약 225 HV였습니다. 파단면에서는 딤플, 의벽개, 입계 균열이 관찰됐고, 논문은 수소 취성이 가세한 염화물 응력 부식 균열로 결론지었습니다. 인장 시험 결과는 항복 강도 514 MPa, 인장 강도 690 MPa였습니다.

틈새, 필렛, 가장 단단한 부위가 모두 겹칩니다. 같은 날 쓴 폭스바겐 조향 볼트 리콜에서도 보고된 파단 위치는 머리였고, 역시 볼트 주변에 수분이 들어간 뒤였습니다.

논문의 권고 세 가지

첫째, 해양 환경에서는 재료를 고를 때 NaCl이 고강도 스테인리스 부품에 미치는 영향을 고려할 것. 둘째, 볼트마다 적절한 초기 체결력을 줄 것. 관리하지 않으면 피로 균열, 프레팅, 과체결이 뒤따릅니다. 셋째, 머리와 몸통 사이 반경이 더 큰 볼트를 검토할 것.

구매 담당자는 넷째를 더할 수 있습니다. 주문서에 규격과 등급을 적는 것입니다. 예를 들어 ISO 3506-1 A4-70으로 적고, 입고 시 재료 성적서를 요구하며 (재료 시험 성적서 읽는 법), 의심스러우면 성분을 분석합니다. 이 항목은 논문에 없습니다. Not available이라는 사양란에서 나온 결론입니다.

이 페이지가 결론 내릴 수 없는 것

논문은 볼트의 제조사나 출처를 밝히지 않았고, 이 페이지도 추측하지 않습니다. 690 MPa는 어떤 스테인리스 강도 등급과도 비교하지 않습니다. 논문이 볼트를 어느 등급으로 구매했는지 밝히지 않기 때문입니다. 이것은 한 건의 사례이며 스테인리스 체결 부품 전반의 성분에 대해서는 아무것도 말하지 않습니다. ISO 3506-1은 3.5항만 인용했습니다. 성분표는 공개 미리보기 범위 밖에 있습니다.

이 글은 6단계: 문서를 다룹니다. 전체 순서는 모재, 나사산, 머리, 구동부, 표면 처리, 문서이며, 순서를 바꾸면 재작업이 되는 이유는 영어 글 Specifying a screw에 설명되어 있습니다.

자주 묻는 질문

크롬이 9%인 볼트는 스테인리스강입니까?

ISO 3506-1:2020 3.5항 기준으로는 아닙니다. 이 조항은 스테인리스강을 크롬 10.5% 이상, 탄소 1.2% 이하로 정의합니다. 파손 분석은 이 재료를 고망간 TWIP강(Mn 15.8%, Cu 1.70%, 니켈 없음)으로 분류하지만, 권고 사항에서는 여전히 고강도 스테인리스 부품이라고 부릅니다.

밸브 볼트에 왜 균열이 생겼습니까?

논문에 따르면 균열은 볼트 머리와 와셔, 너트 사이 틈새의 부식 피트에서 시작됐습니다. 위치는 머리와 몸통 사이 필렛과 목 부분으로, 해양 대기의 염분이 모이는 곳이었고 주철 몸체로 인한 갈바닉 부식도 더해졌습니다. 필렛은 약 470 HV로 가장 단단한 부위였습니다. 결론은 수소 취성이 가세한 염화물 응력 부식 균열이었습니다.

참고 자료

• El-Zomor et al. (2025) — Failure analysis of bolts in deluge valve bonnet in cooling tower system in petrochemical plant, Scientific Reports 15:14133 (open access)
• ISO 3506-1:2020 — Mechanical properties of corrosion-resistant stainless steel fasteners, Part 1. Clause 3.5 (public preview)
• 304 스테인리스 볼트는 너트 아래에서 먼저 손상됩니다 — 틈새만 따로 측정한 결과

논문은 전문을 읽었으며, 표 1과 표 2의 수치, 경도, 인장 시험 결과와 결론은 발표된 그대로입니다. 이 논문은 2026-10-02에 실행한 논문 수집 도구(체결 부품 부식, 오픈 액세스)로 찾았습니다. ISO 3506-1은 3.5항의 정의만 인용했습니다.