아연 도금이냐 스테인리스냐: 서로 다른 두 질문, 하나의 결정

누구나 순위를 매기고, 그 순위는 대체로 맞습니다

아연 도금은 싼 것, 스테인리스는 좋은 것. 견적도 이렇게 나오고, 비교도 이렇게 하며, 구매 결정도 대개 이렇게 내려집니다. 어리석은 사고방식은 아닙니다.

일반적인 실내 용도에서도 올바른 답을 내며, 실제 용도의 대부분이 그렇습니다. 이 사고방식이 무너지는 곳은 환경이 일반적인 작용이 아니라 특정한 작용을 하는 곳입니다.

그러니 스테인리스가 그냥 더 좋다는 것인데, 비교해야 할 것은 그게 아닙니다

스테인리스로 바꾸면 체결부가 약해집니다

많은 사람이 놀라는 부분입니다. ‘스테인리스로 업그레이드’라는 말은 모든 면에서 향상되는 것처럼 들리기 때문입니다.

• 흔한 탄소강 강도 등급인 8.8 등급의 최소 인장 강도는 약 800 MPa입니다. 반면 흔한 스테인리스 등급인 A2-70은 약 700 MPa입니다. 같은 치수, 더 낮은 강도
• 체결 토크도 낮춰야 합니다. 강도 때문만이 아니라, 스테인리스는 마찰 계수가 높고 고착이 생기기 때문입니다. 그래서 같은 토크라도 체결 축력이 달라집니다
• 강도 등급과 내식 등급은 서로 독립적입니다. A4-80은 두 가지 결정을 담고 있으며, 구매자는 흔히 하나만 바꾸고 둘 다 바꿨다고 여깁니다

고착: 아연 도금이 대부분 막아 주는 파손 양상

스테인리스와 스테인리스는 압력과 미끄럼 아래에서 냉간 용착될 수 있습니다. 나사산이 중간까지 들어가다 들러붙고, 그러면 부품은 체결된 것도 아니고 풀 수도 없는 상태가 됩니다.

• 조립 중에 발생합니다. 따라서 현장 문제가 아니라 라인 정지 문제입니다
• 속도가 빠를수록 심해집니다. 전동 드라이버는 손 체결보다 접촉면에서 열을 더 많이 냅니다
• 아연 도금에는 어느 정도 윤활성이 있습니다. 탄소강 체결부가 거친 취급을 견디는 이유 중 하나입니다
• 스테인리스가 필수라면 대책은 윤활제나 이종 재료 조합입니다. 그리고 윤활제는 마찰 계수를 바꾸므로 체결 축력이 또 달라집니다

스테인리스에서 이런 일이 생기는 이유에 대한 흔한 설명은 거꾸로 되어 있으며, 어느 쪽이 맞는지 알아 둘 가치가 있습니다. 산화층은 고착을 일으키는 것이 아니라 늦춥니다.

자성: 당사 치수 범위에서 중요한 항목

• ‘스테인리스는 비자성’은 풀림 열처리 상태의 오스테나이트계 강종에만 해당합니다
• 냉간 성형은 미세 조직에 약간의 마르텐사이트를 유발합니다. 그리고 나사는 냉간 성형으로 만들어집니다. 머리도 나사산도 마찬가지입니다. 그래서 완성된 A2 나사는 흔히 약한 자성을 띱니다
• 대부분의 제품에서는 상관없습니다. 그러나 센서, 스피커, 하드 디스크, 정밀 계측기에서는 그렇지 않습니다. 그리고 이런 요구 사항은 설계 단계가 아니라 인증 단계에서 발견되곤 합니다

결정을 내리는 네 가지 질문

• 누군가 이 체결부를 다시 들여다볼 일이 있습니까? 점검하거나 교체할 수 있다면, 눈에 보이고 점진적인 아연의 파손은 장점이며 비용 절감도 실제입니다. 제품 수명 내내 묻혀 있다면 그 논리는 사라집니다
• 염화물이 있습니까? 염분이 섞인 공기, 세정제, 땀. 그렇다면 일반 아연은 수명이 짧고 A2로도 부족할 수 있습니다. 몰리브덴 함유 그룹이 바로 그 질문에 관한 것입니다
• 나사가 무엇과 닿습니까? 이종 금속에 수분이 더해지면 세 번째 메커니즘이 생기며, 체결 부품은 대개 그 짝에서 작은 쪽입니다. 알루미늄에 스테인리스를 쓰는 것은 알루미늄에 아연을 쓰는 것보다 나쁜 조합입니다
• 체결부가 원래 강도 등급을 기준으로 설계되었습니까? 그렇다면 이 교체는 구조 변경입니다

대개는 둘 중 하나를 고르는 문제가 아닙니다

문제는 대개 질문의 틀 자체에 있습니다. 일반 아연과 스테인리스 사이에는 실제 불만을 해결하는 선택지가 있습니다.

• 아연-니켈: 같은 탄소강 강도를 유지하면서 마이크로미터당 내식성이 아연보다 높습니다
• 아연 플레이크: 전해 공정 없이 높은 내식 수치를 내며, 그 덕분에 경화 부품의 수소 취성 위험도 없어집니다
• 더 두꺼운 아연 등급에 보조 실러 추가: 흔히 가장 저렴한 실질적 개선책입니다

이 글은 5단계: 표면 처리를 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

스테인리스 나사가 아연 도금 나사보다 강합니까?

같은 치수라면 대개 그렇지 않습니다. 8.8 같은 흔한 탄소강 강도 등급의 최소 인장 강도는 약 800 MPa이고, A2-70 같은 흔한 스테인리스 등급은 약 700 MPa입니다. 스테인리스는 마찰 계수도 높고 고착이 생기므로 체결 토크도 낮춰야 합니다. 따라서 내식성 때문에 스테인리스로 바꾸는 것은 강도 변경이기도 하며, 원래 등급을 기준으로 설계된 체결부는 다시 검토해야 합니다.

실외에서는 아연 도금과 스테인리스 중 어느 것이 오래갑니까?

체결부를 점검할 수 있는지에 달려 있습니다. 아연은 희생 방식이고 유한합니다. 강을 보호하기 위해 우선적으로 부식되며, 하얗게, 그다음 갈색으로 변하면서 소모되는 동안 눈에 보이는 경고를 줍니다. 스테인리스는 산소가 닿는 곳에서는 부동태 피막을 끝없이 복구하지만, 나사는 구조상 산소가 부족한 틈새의 연속이므로 공식이 깊어지는 동안에도 완벽해 보일 수 있습니다. 묻혀서 정비할 수 없는 체결부라면 일반적으로 스테인리스가 더 안전한 선택이고, 들여다보는 체결부라면 아연의 점진적이고 눈에 보이는 파손에 가치가 있습니다.

스테인리스강 나사는 자석에 붙습니까?

A2 같은 오스테나이트계 강종은 풀림 열처리 상태에서는 비자성이지만, 냉간 성형은 미세 조직에 약간의 마르텐사이트를 유발합니다. 그리고 나사는 냉간 성형으로 만들어집니다. 따라서 완성된 A2 나사는 흔히 약한 자성을 띱니다. 센서, 스피커, 드라이브, 계측기처럼 낮은 투자율이 실제 요구 사항이라면, 스테인리스라는 단어에 기대지 말고 한계값이 있는 요구 사항으로 지정하십시오.

스테인리스 나사는 왜 조립 중에 들러붙습니까?

고착 때문입니다. 냉간 용착은 고착의 흔한 시작 현상이지 고착과 같은 말이 아닙니다. 압력과 미끄럼 아래에서 스테인리스와 스테인리스는 나사산 접촉부에서 용착되어 중간까지 들어가다 들러붙을 수 있으며, 그러면 부품은 체결된 것도 아니고 풀 수도 없습니다. 현장 문제가 아니라 조립 라인 문제이며, 전동 드라이버는 접촉면에서 열을 더 많이 내서 상황을 악화시킵니다. 대책은 윤활제나 이종 재료 조합입니다. 그리고 윤활제는 마찰 계수를 바꾸므로 주어진 토크에서 얻는 체결 축력이 달라집니다.

아연 도금과 스테인리스 사이에 다른 선택지가 있습니까?

있습니다. 그리고 대개 그쪽이 더 나은 답입니다. 아연-니켈은 같은 탄소강 강도를 유지하면서 마이크로미터당 내식성이 일반 아연보다 높고, 아연 플레이크는 전해 공정 없이 높은 내식 수치를 내므로 경화 부품의 수소 취성 위험도 없앱니다. 더 두꺼운 아연 등급에 보조 실러를 더하는 것은 흔히 가장 저렴한 실질적 개선책입니다. 세 가지 모두 스테인리스로 바꾸면 포기하게 되는 탄소강의 강도를 유지합니다.

참고 자료

• ISO 898-1 — Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel (강도 등급)
• ISO 3506-1 — Fasteners — Mechanical properties of corrosion-resistant stainless steel fasteners — Part 1
• ASTM B633 — Electrodeposited Coatings of Zinc on Iron and Steel
• Galling — Wikipedia