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8.8인가 A2-70인가? 강도 등급이 약속하는 것
요약하면, 8.8은 품번이 아니라 식입니다. 점 왼쪽 숫자는 MPa 단위 호칭 인장 강도의 1/100이고, 점 오른쪽 숫자는 항복 강도와 인장 강도의 비를 10배 한 값입니다. 둘을 곱하면 호칭 항복 강도가 나옵니다. 즉 등급 이름이 이음부 설계의 실제 기준이 되는 두 수치를 알려 줍니다 — 그리고 같은 발상처럼 보이는 스테인리스 체계는 그중 하나만 표시합니다.
표시가 이렇게 구성된 이유
ISO 898-1 5절은 기호를 직접 정의합니다. 점 왼쪽 숫자는 ‘호칭 인장 강도 Rm,nom의 1/100을 메가파스칼 단위로 나타낸다’고 하고, 오른쪽 숫자는 ‘호칭 항복 강도와 호칭 인장 강도의 비의 10배를 나타낸다’고 합니다(번역). 이어서 표준은 그 결과를 분명히 적습니다. 두 숫자를 곱하면 MPa 단위의 호칭 항복 강도가 됩니다.
그래서 등급의 숫자는 하나가 아니라 둘입니다. 숫자 하나는 나사가 끊어지기 전까지 얼마나 강한지를 말해 줄 것입니다. 숫자 둘은 끊어지기 전까지 얼마나 강한지와 그중 얼마까지 써도 탄성으로 되돌아오는지를 말해 줍니다. 이음부는 늘어난 나사가 만들어 내는 체결 축력으로 유지되므로, 설계자가 원하는 초기 체결력은 이음부에서 정해집니다 — 외부 하중, 강성, 벌어지거나 미끄러지지 않으려면 무엇이 필요한지에 따라서요. 강도 등급이 주는 것은 그 바람의 상한이며, 그 상한은 탄성 한계입니다. 항복을 넘으면 늘어난 만큼 돌아오지 않기 때문입니다. ISO 898-1이 보증 응력을 따로 두는 것도 같은 이유입니다. 10.9의 보증 응력은 830 MPa이고 최소 항복 강도는 940 MPa이므로, 이음부 계산에 쓰는 값이 늘 이름에서 나오는 값은 아닙니다.
따라서 8.8은 이렇게 읽습니다. 호칭 인장 강도 800 MPa, 항복비 0.8, 그러므로 호칭 항복 강도 640 MPa. 10.9는 1 000과 0.9, 그러므로 900입니다. 여기까지는 아무것도 찾아볼 필요가 없고, 그것이 이 표기법의 요점입니다.
함께 쓰는 너트에는 숫자가 하나뿐이며, 그 숫자는 볼트를 기술합니다. 너트의 숫자는 하나입니다.
품질로 읽히는 또 다른 문자는 전혀 다른 축에 있습니다. 제품 등급은 품질 등급이 아닙니다.
호칭값은 최솟값이 아니며, 8.8을 넘으면 서로 어긋납니다
이름은 호칭값으로 만들어지며, ISO 898-1은 각주에서 호칭값이 ‘표시 체계를 위해서만’ 존재한다고 밝힙니다(번역). 설계 기준이 되는 열은 최솟값이고, 두 열은 같지 않습니다.
| 등급 | Rm 호칭 | Rm 최소 | Rp0.2 호칭 | Rp0.2 최소 |
|---|---|---|---|---|
| 8.8 (d ≤ 16) | 800 | 800 | 640 | 640 |
| 8.8 (d > 16) | 800 | 830 | 640 | 660 |
| 9.8 (d ≤ 16) | 900 | 900 | 720 | 720 |
| 10.9 | 1 000 | 1 040 | 900 | 940 |
| 12.9 | 1 200 | 1 220 | 1 080 | 1 100 |
- 8.8과 9.8에서는 식이 정확히 맞습니다. 그래서 이 표기법을 처음 접할 때 믿을 만해 보입니다
- 10.9와 12.9에서는 최솟값이 호칭값보다 높습니다. 10.9 나사는 1 000이 아니라 1 040 MPa에 도달해야 하고, 항복 강도도 900이 아니라 940 MPa여야 합니다
- 8.8은 M16에서 갈립니다. 그 지름을 넘으면 같은 표시에 더 높은 요구가 붙으므로, ‘8.8’은 크기 범위 전체에서 하나의 숫자가 아닙니다
차이의 방향은 편리하지만, 습관은 그렇지 않습니다. 극한 인장 능력이 필요한 자리에 1 000을 쓰는 것은 보수적이며, 차이가 무해하다고 말할 때 사람들이 떠올리는 경우가 이것입니다. 그러나 같은 숫자를 보증값이나 항복값, 즉 다른 특성으로 쓰는 순간, 또는 초기 체결력을 너무 낮게 잡아 이음부가 벌어짐, 미끄럼, 진동에 대한 여유를 잃는 순간 무해하지 않게 됩니다. 표시를 값으로 읽는 것이 바로 그 습관이며, 다음 절에서 그 대가를 치르게 됩니다.
스테인리스 체계는 같은 체계가 아닙니다
ISO 3506-1 5.3절은 강도 등급을 ‘최소 인장 강도의 1/10에 해당하는 숫자’로 정의합니다(번역). 숫자 하나가 특성 하나를 나타냅니다. 항복비는 들어 있지 않으며, 어떤 계산으로도 끌어낼 수 없습니다. 표시가 애초에 그 정보를 담고 있지 않았기 때문입니다.
| 등급 | 인장 강도 최소 | 항복 강도 최소 | 인장 강도 대비 항복 강도 % |
|---|---|---|---|
| 8.8 (d ≤ 16) | 800 | 640 | 80% |
| A2-70 / A4-70 | 700 | 450 | 64% |
| A2-80 / A4-80 | 800 | 600 | 75% |
| A2-50 / A4-50 | 500 | 210 | 42% |
사람들이 걸려 넘어지는 대체가 바로 이것입니다. 8.8과 비교하면 A2-70은 인장 강도를 12.5% 잃습니다 — 700 대 800으로, 반올림 오차처럼 보일 만큼 가깝습니다. 그러나 항복 강도는 30%를 잃습니다. 450 대 640입니다. 그리고 초기 체결력은 항복 강도에서 정했으므로, 이음부가 잃는 체결 능력은 겉으로 보이는 비교보다 훨씬 큽니다.
A2-50은 같은 문제의 극단적인 경우입니다. 항복 강도가 인장 강도의 42%입니다. 오스테나이트계 스테인리스는 탄소강 나사처럼 담금질·뜨임으로 경화할 수 없으므로 높은 등급은 냉간 가공으로 얻습니다 — ISO 3506-1은 등급 70을 가공 경화 상태로 기술하고, 등급 50은 고용화 열처리 상태에 대응시킵니다. 한 숫자가 다른 숫자를 결정한다는 뜻이 아니라, 경화 경로가 다른 계열이 담금질·뜨임 계열과 같은 위치에 항복 강도를 둘 이유가 없다는 뜻입니다. 따라서 ‘강도가 비슷한 스테인리스’는 표의 한 열에 관한 주장일 뿐이며, 어차피 문자와 숫자는 서로 관계없는 두 질문에 답하고 있습니다.
그럼 더 높은 등급으로 — 바로 거기서 뒤집힙니다
숫자가 올라가면 강도를 얻는 대신 다른 것을 치르며, ISO 898-1은 그 비용을 같은 표에 기록합니다.
- 연성이 떨어집니다. 파단 후 최소 연신율은 8.8에서 12%, 10.9에서 9%, 12.9에서 8%입니다. 한 번의 과체결이나 충격 하중을 견뎌야 하는 이음부는 바로 이렇게 내주는 곡선 부분에 기대고 있습니다
- 표면 경도 상한이 생깁니다. 10.9와 12.9에만 있으며, 각각 390과 435 HV 0.3입니다. 침탄 시험과 함께 있으며, 의도하지 않은 공정으로 표면이 심부보다 단단해지지 않았는지 확인합니다 — 취화와 피로에 대한 표준의 경고는 이것에 관한 것이지, 표면이 단단할수록 나쁘다는 일반 규칙이 아닙니다
- 도금이 더 이상 자유로운 선택이 아닙니다. ISO 4042는 내부 수소 취성에 세 가지가 함께 필요하다고 봅니다 — 높은 강도나 경도, 인장 응력, 흡수된 수소입니다 — 그리고 경도가 높을수록 민감도가 커진다고 합니다. 이어서 ISO 898-1 체결용 부품에 대한 표는 등급별로 두 개의 선을 긋습니다. 10.9 미만은 추가 검증도 베이킹도 없습니다. 10.9는 검증 및/또는 제품 시험을 하고 베이킹은 제조사가 선택합니다. 12.9는 검증 및/또는 시험과 베이킹을 모두 합니다
10.9는 결정이 대신 내려지는 등급입니다. 표준이 베이킹 여부를 제조사에 맡기므로, 두 공급업체가 모두 표준에 맞으면서도 서로 다르게 처리한 부품을 보낼 수 있습니다. 가정하지 말고 물어야 할 문제이며, 요청할 것은 공정 기록입니다. 참고로 그쪽의 경도 수치는 이 수치가 아닙니다. ISO 4042는 체결용 부품의 지정 경도를 기준으로 360과 390 HV에 경계를 두며, 위 항목의 390은 다른 표준의 표면 경도 상한으로 우연히 같은 숫자일 뿐입니다.
이 중 어느 것도 이음부가 필요로 할 때 10.9를 쓰지 말라는 뜻은 아닙니다. 안전 여유 삼아 손을 뻗지 말라는 뜻이며, 실제로는 대개 그런 이유로 손을 뻗습니다.
그 결정의 나머지 절반은 등급과 함께 오는 토크 값입니다. 등급별 토크표가 숫자를 어디서 가져오는지, 그리고 상자에 잘못된 등급이 들어 있으면 어떻게 되는지는 토크 값은 등급에서 나왔습니다에서 다룹니다.
아무도 설명하지 않는 앞자리 0
두 표준 모두 앞에 붙는 0을 같은 뜻으로 씁니다. 08.8은 8.8의 재료 특성을 지녔지만 부하 능력이 감소한 체결용 부품이고, A2-070은 그 스테인리스판입니다. 오타도 아니고 등급의 변형도 아닙니다 — 전체 하중표가 적용되지 않는다는 표시이며, 대개 형상이 그 하중을 낼 수 없기 때문입니다.
지나쳐 읽기 쉬우므로 알아 둘 가치가 있습니다. 8.8 표시 부품 옆에 놓인 08.8 표시 부품은 글자 하나가 잘못 들어간 같은 등급처럼 보입니다.
가장 자주 만나는 경우로 풀어 본 글 — 80%가 무엇이고 무엇이 아닌지: 08.8 표시.
등급을 도면에 적기 전에 정해 둘 것
- 이음부는 어떤 수치를 기준으로 설계되었습니까? 답이 ‘강도’라면 아직 정해지지 않은 것입니다 — 인장 강도와 항복 강도는 서로 다른 요구이며, 초기 체결력의 상한이 되는 것은 그중 하나뿐입니다. 그 뒤에 얼마나 남는지는 체결 길이의 문제입니다
- 강도를 바꾸는 것입니까, 내식성을 바꾸는 것입니까? 8.8에서 A2-70으로 가는 것은 둘 다이며 방향이 반대입니다. 바로 그 이유로 일반적인 순서에서는 모재와 환경이 등급보다 먼저 옵니다(영어)
- 8.8을 넘으면 도금 문제는 누가 맡습니까? 경도가 올라가면 등급과 마감은 더 이상 독립적인 선택이 아닙니다
- 성적서가 값을 보고합니까, 등급을 되풀이합니까? 등급만 적은 문서는 무엇을 주문했는지를 알려 줄 뿐, 무엇을 측정했는지는 알려 주지 않습니다
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
8.8의 두 숫자는 무엇을 뜻합니까?
ISO 898-1 5절이 정의합니다. 점 왼쪽 숫자는 MPa 단위 호칭 인장 강도의 1/100이므로 8은 800 MPa를 뜻합니다. 점 오른쪽 숫자는 호칭 항복 강도와 호칭 인장 강도의 비를 10배 한 값이므로 8은 비 0.8을 뜻합니다. 둘을 곱하면 호칭 항복 강도가 나옵니다. 800 × 0.8 = 640 MPa입니다. 표시는 카탈로그 코드가 아니라 식이므로 표 없이도 나사 등급을 읽을 수 있습니다.
A2-70은 8.8과 같습니까?
아닙니다. 인장 강도 수치는 차이를 실제보다 작아 보이게 합니다. A2-70의 최소 인장 강도는 700 MPa로 8.8의 800보다 12.5% 낮습니다. 최소 0.2% 내력은 450 MPa로 640보다 30% 낮습니다. 초기 체결력은 항복 강도에서 정하므로, 8.8 기준으로 설계한 이음부는 인장 강도 비교가 시사하는 것보다 훨씬 많은 체결 능력을 잃습니다.
A2-70은 왜 항복 강도를 알려 주지 않습니까?
스테인리스 표시가 항복 강도를 담지 않기 때문입니다. ISO 3506-1은 강도 등급을 최소 인장 강도의 1/10에 해당하는 숫자로 정의하며, 그 밖의 것은 없습니다. 강재 체계는 두 번째 숫자에 항복비를 담지만 스테인리스 체계에는 그것을 담을 두 번째 숫자가 없습니다. 항복 강도는 이름에서 계산하지 말고 표에서 읽어야 합니다.
10.9 나사는 항상 1000 MPa입니까?
아닙니다. 1 000 MPa는 이름을 만드는 데 쓰는 호칭값이며, ISO 898-1은 각주에서 호칭값이 표시 체계를 위해서만 존재한다고 밝힙니다. 10.9 체결용 부품에 요구되는 최소 인장 강도는 1 040 MPa이고, 최소 0.2% 내력은 식이 주는 900이 아니라 940 MPa입니다. 8.8과 9.8에서는 호칭값과 최솟값이 일치하므로, 더 높은 등급의 불일치가 눈에 띄지 않는 것입니다.
강도 등급 앞에 붙은 0은 무엇을 뜻합니까?
부하 능력 감소입니다. ISO 898-1은 표시 왼쪽에 0을 추가하면 해당 등급의 재료 특성을 지녔지만 부하 능력이 감소한 체결용 부품을 뜻한다고 규정하므로, 08.8은 전체 하중표 없이 8.8의 특성을 지닙니다. ISO 3506-1도 스테인리스에 같은 관례를 써서 A2-070 같은 표시를 둡니다. 인쇄 오류나 하위 등급이 아니라 별개의 표시입니다.
강도 등급이 높을수록 항상 더 안전합니까?
자동으로 그렇지는 않습니다. 파단 후 최소 연신율은 8.8의 12%에서 10.9의 9%, 12.9의 8%로 떨어지므로 연성을 강도와 맞바꾸는 셈입니다. ISO 898-1은 10.9와 12.9에 390과 435 HV 0.3의 표면 경도 상한도 두는데, 이는 침탄 시험과 함께 있으며 의도하지 않은 공정으로 표면이 심부보다 단단해지지 않았는지 확인합니다. 그리고 도금은 더 이상 자유로운 선택이 아닙니다. ISO 4042는 10.9 미만에는 베이킹을 요구하지 않고, 10.9에서는 추가 검증이나 제품 시험과 함께 베이킹을 제조사에 맡기며, 12.9에서는 둘 다 요구합니다.
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