기계체결요소 기술교육bumax.co.kr/wp-content/uploads/2018/10/D-1... · 2018-11-09 · 2 ㈜태흥시스템 * 기술트러블은 모두 비용니다!!! 기계장비 생산현장에는

㈜태흥시스템 기술연구소장

기계공학박사 장경복 [email protected]

070-4489-5302 / 010-2296-2012

기계체결요소 기술교육

1. 체결요소 기술일반 2. 체결요소 내식성관리 3. 조립생산비용 절감 (사례연구)

적정한 체결요소의 선택은 생산기술이며, 곧 생산원가절감 입니다 !!!

mailto:[email protected]

www.BUMAX.co.kr ㈜태흥시스템 2

* 기술트러블은 모두 비용입니다 !!!

기계장비 생산현장에는 많은 체결요소 기술문제가 있으며, 모두 비용낭비로 이어집니다 (생산원가, 유지보수비용 및 하자보수비용). 기계체결요소 기술 교육으로 이런 비용들을 모두 제거할수 있습니다.

이외에도 재질, 강도, 체결력문제등 많은 기계체결요소 기술문제가 발견됩니다.


Part I 체결요소 기술일반

* 볼트 기본기능과 원리 (Page 6)

* 볼트 체결력 및 체결토크 결정 (Page 7~13)

* 볼트강도 및 Marking (Page 14~15)

* 볼트재료 및 제조과정 (Page 16~17)

* 열처리, 금속결합 (Page 18~24)

* 진동 풀림 (Page 25~27)

* 볼트 파단 (Page 28~30)

* 기타 기술사안 (Page 31~35)

Part II 체결요소 내식성 관리

* 부식/수소취성 등 (Page 37~46)

* 표면처리 (Page 47~54)

* 내식성 (Page 55~59)

* Why Stainless? (Page 60~61)

Part III 조립생산비용 절감 (Case Study)

기술검토 항목 :

http://www.bulten-stainless.com/


Part-I 체결요소 기술일반

www.BUMAX.co.kr ㈜태흥시스템

스프링작용과 흡사한 볼트의 작동 구조 ( 2 Spring System )

볼트의 일반적인 사용 목적은 두 물체를 결합시키는 것이다. 볼트 머리 또는 너트에 토크를 주어 볼트 내부에 인장력을 발생시키고 반대로 결합력(압축력)을 얻는다.

볼트기능과 원리

5

압축 반력(인장력)

인장 반력 (압축력)

* 볼트 결합체의 적정한 체결상태란?

- 충분히 높은 축력으로 나사를 조인상태(가동 중에 파손 또는 풀림 등을 일으키지 않을 것) - 결합체의 피로강도, 내부식성, 고강도 등 안정성 확보 - A/S 용이성 등을 고려한 적당한 체결

교육자료 견본


pnl

llead

:)(*리드

가 크면, 나사의 체결을 빨리 할 수 있으나 체결된 상태에서 쉽게 풀리는 경향이 있다!

호칭지름 : 수나사에서는 바깥지름 2

12

ddd

유효지름 : 나사산 높이 :

2

1ddh

볼트기능과 원리 : 나사 기초

22

tan

:)(*

d

p

d

l

anglelead

리드각

리드 : 나선을 따라 축의 둘레를 일주할 때 축 방향으로 전진하는 거리

피치 : 나사산과 산의 거리

프랭크(flank, 나사산면) : 산봉우리와 골밑을 연결하는 면

나사산 각도 : 서로 이웃하는 2개의 프랭크가 이루는 각도

교육자료 견본


볼트 체결력

Underhead

Friction (50%)

Tension

(10%)

Thread

Friction (40%)

Total Tightening (100%)

Torque

토크

축력 마찰력

체결

7

(축방향 하중)

(회전력)

너트

나사를 조을때

F

Nf

마찰력과 마찰각

ρ)(αP tanQ

N

ftan

수직항력

마찰력

마찰각

마찰계수

N

f

put

)

체결 Torque의 90%는 마찰력으로 소비

나머지 10% 정도만이 체결력으로 전환

교육자료 견본


축력 토크(T= L x F)

Preload (kN)

0.08

0.20

( )

0 0

12

Torq

ue

(Nm

)

4

8

20

16

2 4 8 6 10

5.3

8.4

마찰계수 대비 축력 토크(socket head screw/M8)

볼트 체결력 : 상세

교육자료 견본


볼트 체결토크 결정 : 계산법

▪ Example Calculation As an example, the above formulae will be used to determine the preload and tightening torque for a grade 8.8 M16 hexagon headed bolt. ▪ Step 1 Establishing the dimensions and friction conditions. The data below is to be used. ▪ d2 = 14.124 mm ▪ d = 14.701 mm ▪ d1 = 13.546 mm ▪ P = 2 mm ▪ μT =Taken as 0.11 ▪ μH =Taken as 0.16 ▪ Step 2 Calculating the equivalent strength(σE) in the fastener using 90% of 640 N/mm

2 gives σE = 576 N/mm

2, substituting values into the formula gives σT = 491 N/mm2.

▪ Step 3 Taking the stress area as As as 157 mm2, gives the bolt preload F to be 77087N. ▪ Step 4 Determination of the tightening torque T. i ) The effective friction diameter. Taking D0 = 24 mm and DI = 17.27 mm gives DF =20.6 mm. ii ) Using the values calculated gives a Tightening torque T of 220658 , that is 221Nm.

Terms used in the formula

T Tightening torque to be applied to the fastener.

F The preload (or clamp force) in the fastener.

σE Equivalent strength (combined tensile and torsion strength) in the bolt thread. A figure of 90% of the yield strength of the fastener is usual.

σT Tensile strength in the fastener.

d Major (or outside) diameter of the thread.

d1 Minor (or root) diameter of the thread.

d2 Pitch diameter of the thread.

P Pitch of the thread.

μT Thread friction coefficient.

μH Friction coefficient between the joint and nut face.

DF The effective friction diameter of the bolt head or nut.

D0 Outside diameter of the nut bearing surface.

DI Inside diameter of the nut bearing surface.

The preload F is related to the direct tensile stress ▪ F = As X σT

The stress area of the thread As ▪ As = π x d2

2 / 4

▪ DF = ( D0 + D1 ) / 2

T = F× [(0.159xP)+(0.577xd2xμ

T)+(D

Fxμ

H/2)]

1

d2 = ( d + d1 ) / 2

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볼트 체결토크 결정 : 측정법

10

토크 측정기

토크

시간

Peak Torque(최대값)

유효 토크

(Prevailing Torque)

1단계) 볼트머리가 부품면에 안착할 때까지

Torque의 증가 없이 체결이 진행

2단계) Torque값이 급격히 증가

3단계) 최대 Torque에 도달

4단계) 유효 토크로 Torque 감소

①

②

③ ④

체결토크 범위 : 65%~75%

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볼트 체결토크 결정 : 챠트법

11

Size Property

class

Preload force FM Tab in kN for μG = Tightening torque MA in Nm for μK = μG =

0.1 0.12 0.14 0.16 0.2 0.1 0.12 0.14 0.16 0.2

M 5 8.8 10.9 12.9

7.4 10.8 12.7

7.2 10.6 12.4

7.0 10.3 12.0

6.8 10.0 11.7

6.4 9.4

11.0

5.2 7.6 8.9

5.9 8.6

10.0

6.5 9.5

11.2

7.1 10.4 12.2

8.1 11.9 14.0

M 6 8.8 10.9 12.9

10.4 15.3 17.9

10.2 14.9 17.5

9.9 14.5 17.0

9.6 14.1 16.5

9.0 13.2 15.5

9.0 13.2 15.4

10.1 14.9 17.4

11.3 16.5 19.3

12.3 18.0 21.1

14.1 20.7 24.2

M 7 8.8 10.9 12.9

15.1 22.5 26.0

14.8 21.7 25.4

14.4 21.1 24.7

14.0 20.5 24.0

13.1 19.3 22.6

14.8 21.7 25.4

16.8 24.7 28.9

18.7 27.5 32.2

20.5 30.1 35.2

23.6 34.7 40.6

M 8 8.8 10.9 12.9

19.1 28.0 32.8

18.6 27.3 32.0

18.1 26.6 31.1

17.6 25.8 30.2

16.5 24.3 28.4

21.6 31.8 37.2

24.6 36.1 42.2

27.3 40.1 46.9

29.8 43.8 51.2

34.3 50.3 58.9

M 10 8.8 10.9 12.9

30.3 44.5 52.1

29.6 43.4 50.8

28.8 42.2 49.4

27.9 41.0 48.0

26.3 38.6 45.2

43 63 73

48 71 83

54 79 93

59 87

101

68 100 116

M 12 8.8 10.9 12.9

44.1 64.8 75.9

43.0 63.2 74.0

41.9 61.5 72.0

40.7 59.8 70.0

38.3 56.3 65.8

73 108 126

84 123 144

93 137 160

102 149 175

117 172 201

M 14 8.8 10.9 12.9

60.6 88.9

104.1

59.1 86.7

101.5

57.5 84.4 98.8

55.9 82.1 96.0

52.6 77.2 90.4

117 172 201

133 195 229

148 218 255

162 238 279

187 274 321

M 16 8.8 10.9 12.9

82.9 121.7 142.4

80.9 118.8 139.0

78.8 115.7 135.4

76.6 112.6 131.7

72.2 106.1 124.1

180 264 309

206 302 354

230 338 395

252 370 433

291 428 501

M 18 8.8 10.9 12.9

104 149 174

102 145 170

99 141 165

96 137 160

91 129 151

259 369 432

295 421 492

329 469 549

360 513 601

415 592 692

M 20 8.8 10.9 12.9

134 190 223

130 186 217

127 181 212

123 176 206

116 166 194

363 517 605

415 592 692

464 661 773

509 725 848

588 838 980

M 22 8.8 10.9 12.9

166 237 277

162 231 271

158 225 264

154 219 257

145 207 242

495 704 824

567 807 945

634 904

1057

697 993

1162

808 1151 1347

M 24 8.8 10.9 12.9

192 274 320

188 267 313

183 260 305

173 253 296

168 239 279

625 890

1041

714 1017 1190

798 1136 1329

875 1246 1458

1011 1440 1685

According to

VDI 2230

Torque Chart

교육자료 견본


동일 토크 경우 너트 체결이 볼트 체결 대비 약 2배 체결력

원인 : ① 볼트 몸체와 장착 홀 간의 간섭에 의한 손실

② 볼트 자체의 비틀림 변형에 의한 손실

반드시 설계상

지시된 부분으로

체결 필요

볼트 체결과 너트 체결 비교

교육자료 견본


체결시의 저항 요소

볼트와 너트의 나사산 마찰

볼트 머리와 부품 또는 너트와 부품간의 마찰

볼트 머리를 조였을 때 볼트 몸체의 비틀림에 의한 Torque 손실 발생

→체결 때 볼트부 조임이냐, 너트부 조임이냐에 따라 체결력에 큰 영향

볼트 몸체와 홀 간극과의 간섭으로 인한 저항

나사산의 종류와 등급

체결부의 윤활

재질의 종류

와셔의 종류

접촉부의 면적 및 표면 처리

록킹면의 종류

가는 나사와 보통 나사 구분 / 4T, 7T 등급 구분

장착 홀의 편심

나사산에 오일, 그리스, 기타 이물질 오염 여부

조이는 부품의 강도에 따라 Torque에 영향을 미침

와셔의 강도, 종류 및 사용 수량에 따라 달라짐

체결체의 종류에 따른 접촉면적 차이, 체결체 및 부품의 표면처리(아연도금, 다크로)가 영향을 미침

록킹면의 강도, 종류에 따라 달라짐

볼트와의 간섭 발생에 따라 영향

체결력을 결정하는 인자

체결력 저항 요소와 인자

교육자료 견본


볼트 강도(ISO 898-1) 및 마킹

14

특별히 강도를 요하지 않는 부품결합에는 4.8등급 사용.

강도를 요하며, 진동에 의한 풀림 부위에는 8.8등급(Grade 5) 사용.

중요부분 및 공간적 제한 부위에는 10.9등급(Grade 8) 또는 그 이상 사용.

Bolt

Class

Rm

Cal

Min

Rm Rp0.2 Cal

min

Rp0.2 Nut

Class N/mm2 N/mm2

4.6 4x100= 400 4x6x10 = 240 4

4.8 4x100= 400 4x8x10 = 320 4

5.6 5x100= 500 5x6x10 = 300 5

5.8 5x100= 500 5x8x10 = 400 5

6.8 6x100= 600 6x8x10 = 480 6

8.8 8x100= 800 8x8x10 = 640 8

10.9 10x100= 1000 10x9x10 = 900 10

12.9 12x100= 1200 12x9x10 = 1080 12

13.9 13x100= 1300 13x9x10 = 1170 13

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볼트 강도 및 마킹 : Stainless Steel

15

Austenitic

A1 A2 A3 A4 A5

50 70 80

Martensitic

C1 C4 C3

50 70 110 50 70 80

Ferritic

F1

45 60

A4-80

조성 집단에 의한 분류

Austenitic = 니켈 기반 오스테나이트 계열 금속

화학적조성에 의한 분류

1 = 황 성분이 포함되어 있으며 절삭가공 (303)

2 = 크롬과 니켈이 포함 냉간단조 (304 / 304L / 305)

3 = 크롬, 니켈과 티타늄, 니오비움, 탄탈럼 포함 냉간 단조 (321 / 347)

4 = 크롬, 니켈과 몰리브덴이 포함되어 있으며 냉간단조 (316 / 316L / 317)

5 = 크롬, 니켈과 티타늄, 니오비움, 탄탈럼, 몰리브덴 포함 냉간 단조 (316Ti)

속성 구분

50 = 인장강도의 1/10 (min 500 N/mm2) 70 = 인장강도의 1/10 (min 700 N/mm2) 80 = 인장강도의 1/10 (min 800 N/mm2)

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볼트 재료

16

일반적으로 탄소강선을 그 중에서 냉간단조용 강선재를 많이 사용함.

그 외에도 침탄소재강을 많이 사용(보통 S12C~S25C 상당재료 사용)

4.8등급(S10C 상당재료), 8.8등급(S45C 상당재료), 9.8등급 이상(SCM435~SCM440 )

강구분 강 종 화 학 성 분

C Si Mn P S Ni Cr MO -

탄소강

S10C 0.08∼0.13

0.15 ∼0.35

0.30 ∼0.60

0.030↓ 0.035↓ 0.20↓

Ni+Cr 0.35↓

CR 0.20↓

Cu 0.30↓

S45C 0.42∼0.48 0.60 ∼0.90

크롬몰리브덴강

SCM435 0.33∼0.38 0.15 ∼0.35

0.60 ∼0.85

0.030↓ 0.030↓ 0.25↓ 0.90∼1.20 0.15∼0.30 Cu

0.30↓ SCM440 0.38∼0.43

AISI4140 0.38∼0.43 0.17∼0.22 0.75∼1.00 0.035↓ 0.040↓ - 0.80∼1.10 0.15∼0.25 -

JIS (SUS)

AISI C

MAX Si

MAX Mn

MAX P

MAX S

MAX Ni

MAX Cr

MAX 기 타

304 304 0.08 1.00 2.00 0.040 0.030 8.00~10.50 18.00~20.00

304 L 304 L 0.030 1.00 2.00 0.040 0.030 9.00~13.00 18.00~20.00

316 316 0.08 1.00 2.00 0.040 0.030 10.00~14.00 16.00~18.00 Mo 2.00~3.00

316 L 316 L 0.030 1.00 2.00 0.040 0.030 12.00~15.00 16.00~18.00 Mo 2.00~3.00

탄소강&합금강

스테인리스강

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볼트 제조과정

17

(원소재 입고) (원소재 시험) (세척) (머리 부 성형) (성형 후 모습)

(열처리) (전조 치수검사) (전조가공) (전조 가공기 세팅) (성형 치수검사)

(표면처리) (출하검사) (포장 / 출하)

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볼트 열처리 : 종류

18

분류 목 적 종 류 설 명

일반 열처리

미세 조직의 변경과 경화에 의한 재료의 전체적인 성질을 변화시키는 공정

담금질(Quenching; 소입) 강을 단단하게 하는 처리, 경도증가, 내마모성 향상

뜨임(Tempering; 소려) 목적에 알맞게 조직 및 기계적 성질의 안정화 처리, 인성 증가, Stress제거

풀림(Annealing; 소둔) 강을 연하게 하는 처리, 내부응력제거, 성분·조직의 균질화, 기계가공성 증가

불림(Normaling; 소준) 가열하여 정상적인 상태로 처리, 조직 미세화, 내부응력 제거,

표면 경화법

표면의 성질만 변화시키는 열처리

물리적 방법

고주파경화 고주파 전류를 이용하여 가열→급속히 표피만 가열→ 담금질

화염경화 산소-아세칠렌 화염이나 프로판 가스 화염 등으로 가열하여 담금질

전해담금질 음극효과에 의해 발열하는 전기화학적 현상을 응용

화학적 방법

침탄경화 목적: 표면경도 증가,내마모성 증가

가스침탄법

침류처리 프로판 액체침탄법

금속침투법 매탄 고체침탄법

화학증착법 부탄

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Metal : 금속결합 / Crystal Structure(BCC, FCC 등)

Defects(결함) : dislocation (전위), grain boundary(입계) 등

Phase Transformation(상변태)

Precipitaion (석출) : eutectic (공정) /eutectoid (공석)

Alloy Steel (합금강) : Fe-C Phase Diagram (상태도)

열처리 이해 도모를 위한 야금학 기초

Diffusion (확산)

Solid Soultion (고용)

교육자료 견본


금속결합 - 금속의 양이온과 자유전자 사이의 정전기적인 인력에 의한 결합

자유전자(Free Electron) : 금속의 양이온 사이를 자유롭게 돌아 다니며 서로 반발하는 양이온을 정전기적인 인력으로 결합시켜 주는 전자

Force

Deformation

교육자료 견본


Crystal Structure

- 원자간에 반복적인 혹은 주기적인 배열이 존재하는 구조

BCC 상, α상 Ferrite 조직 ADF=0.68

FCC 상, γ상 Austenite 조직 ADF=0.74

온도 상승 교육자료 견본


Defects

결정체 강화메카니즘 =>전위의 이동 제한

결정체 내 결함이 많음=>전위 이동이 어려움=>강화

Solid Soultion

Precipitation

-dislocation

-grain boundary

결정 구조는 같으나 성장 방향이 서로 다른 두 개의 결정 경계(불연속면)

교육자료 견본


Alloy Steel : Fe-C 상태도

교육자료 견본


Martensite (BCT, ) '

Tempered Martensite( +시멘타이트 )

Tempering

열처리 이해 도모를 위한 연속냉각곡선

교육자료 견본


진동 풀림

연신

체결력 강도가

높은Fastener

0

한계점

초기

일반Fastener

너트 회전

풀림 범위 진동 발생 정적 상태

너트 회전안됨

진동 풀림 시 체결력 변화

진동이 심할 경우, 접촉 표면의 미세한 떨림 발생 풀림 억제력인 정지마찰력이 운동마찰력으로 전환 마찰열 발생=>마찰계수 감소로 Bolt 풀림 발생

진동 풀림 인자

1) 나사의 정밀도 2) 나사의 마찰계수 3) 나사의 조도 4) 체결토크 및 축력 5) 체결류와 작업모재의 재질 6) 진동의 세기 7) 작업환경 요인 8) 기타

교육자료 견본


진동 풀림 : 풀림방지 Nut, Washer, Bolt

구분 형식 형상

CHEMICAL TYPE

삽입형

패치형

ALL- METAL TYPE

나사 변형 형

고정형

삽입형


ALL- METAL TYPE

일반와샤

NUT일체형

Look Washer


CHEMICAL TYPE

LOCTITE

삽입형

ALL- METAL TYPE

FLANGE BOLT

SEMS BOLT

TAPTITE

파워락

교육자료 견본


진동 풀림 : 체결력 비교

DIN 65151에 의거 제작된 Junker Machine으로 Vibration Test 한 결과

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

500100 1000

Cycles

Preload (N)

일반볼트 와샤류

플랜지볼트

교육자료 견본


볼트 파단 : 파면학(Fractography)

Static Load

Dynamic Load : 피로파괴

너트 약함 너트 강함 &짧음

너트 강함 &동일

EXCECSSIVE AXIAL LOAD

TORQUE WITH EXCECSSIVE PRETENSION

TORSION HYDROGEN EMBRITTLEMENT

Fatigue Fracture Pulsating Axial Load with High Pretension

Pulsating Axial Load with Low Pretension

One-Side Flexing Fatigue

Alternating Bending Stress

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볼트 파단 : 피로파괴(Fatigue Fracture)

1943년 미국 포틀랜드항에 정박중 갑자기 두동강난 T-2 탱커

2009년 8월 28일 홍해에서 파나마 국적 29000톤 급

유조선이 수리를 위해 이동 중 갑자기 쪼개져서 침몰

2002년 11월19일 스페인 근해에서 싱가포르로 향하던 바하마 유조선 ‘프레스티지’호가 두 동강이 난 채 침몰.

1988년 4월 28일 Aloha Airlines 737-200. 24000ft 상공에서 비행기의 동체 부분이

떨어져 나감/1명 사망, 69명 부상.

반복하중 작용(항복하중 이하)

항복강도 이하의 변동 응력

시간이 흐름에 따라 크랙 발생

크랙 성장, 결합 => 피로파괴

볼트 파단의 85%!

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볼트 파단 : 피로파괴(Fatigue Fracture)

피로 한도

S-N 곡선에서 1,000,000 Cycle 이상을 견디는 하중(응력) 피로시험에서 최소 응력값과 최대 응력값의 비율을 R 로

정의. R = σmin / σmax 대개 금속모재 인장강도의 30% ≒ 피로한도

피로 한도

반복

응력

반복 사이클

피로 한도의 적용

모든 볼트는 예하중(축력)을 고려 / 변동하중 및 진동 상태

볼트는 항복강도가 아닌 피로한도를 적용

피로시험을 통한 피로한도 확보가 최선

- 실제 상황에서 피로한도는 메우 복잡한 응력상황에서 결정됨=> 피로 해석 FEM Tool 사용으로 피로 수명 예측

-피로해석이 불가능하다면 계산식으로라도 피로한도 적용

피로한도 인자

- 노치, 치수, 표면, 온도, 부식, 열처리 효과 등 (R=1상태에서의

피로한도)

(R= -1 상태에서의 피로한도)

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고착현상

고착현상(Galling) : 체결 중 볼트 너트가 늘어붙어 작업 중단

접동면 사이의 윤활부족으로 한쪽 금속 모재의 작은 일부분이 상대 금속면에 옮겨 붙는 현상

과대한 압력을 받으며 움직이는 면 사이에 발생 / 동종 연성 금속간 발생하는 일조의 냉간 용접화

고착현상(Galling) 발생 경우

불균일한 나사면 빠른 속도의 체결 연질의 마찰계수가

높은 동종금속 나사부에 잔존한

Chip, Burr, 이물질 국부적인 또는

전체적인 심한 마찰

고착현상(Galling) 방지법

경도가 다른 재질, 등급의 금속으로 조립

표면 안정화 처리로 윤활작용 가능하게 할 것

저속 조립

전조가공 나사 사용할 것

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Galling Chart

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볼트와 너트 조합 : 부적절한 등급의 볼트, 너트를 사용하는 것이 파손의 원인

등급의 상이함으로 인한 나사산 벗겨짐 현상 (Stripping)

볼트와 너트간의 체결 시 최적 조합 가이드 (ISO 898 – 2)

Property class of nut Mating bolts

Property class Diameter range

4 3.6 / 4.6 / 4.8 M16

5 3.6 / 4.6 / 4.8 / 5.6 / 5.8 M39

6 6.8 M39

8 8.8 M39

9 9.8 M16

10 10.9 M39

12 12.9 M39

Cam-out : 원심력에 의해 비트가 스크류와 회전 시 서로간의 토크전달과 중심선상의 부조화로 나사홈부 경사면을 타고 원심력에 의해 이탈하는 현상

볼트너트 조합 및 Cam-out

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나사산 씹힘현상

나사 삽입각도의 기울어짐으로 반대편 나사산이 1-2산을 건너뛰어 조립됨으로

발생되는 나사산간의 비정상적 맞물림

물림간격의 부조화로 체결이 불가능하거나 또는 도금 표면이 과도하게 벗겨짐과

동시에 나사산이 파괴되는 현상(예 : 고착현상)

한번 발생된 현상은 복구되지 않음 / 모재를 심각하게 파손, 즉각적인 경제적 손실 /

자동 체결공구에 심각한 데미지 / 작업자의 피로도 가중으로 작업성 저하

Cross Threading

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나사의 묻힘 깊이

최초 나사산이 하중의 약 50%를 부담, 2번째 및 3번째는 각각 25%, 12%를 부담

6번째 나사산은 하중의 2% 이하만을 부담 → 6번째 이후 나사산의 측면은 접촉하지 않음

Stress Analysis by Ansys

암나사 구멍 깊이는 볼트보다 2~3깊어야 하며 재질에 따라 일반적으로 다음과 같이 결정

【 d:나사의 호칭경 】

모재 재질 M8 이하 M8 이상

동, 청동 1.5~1.7 d 1.0~1.2 d

주철, 강 1.5~1.7 d 1.3~1.5 d

경금속 1.8 d 1.8 d

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Part-II 체결요소 내식성 관리

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부식 기초

정의 : 금속재료가 주위환경과 화학적 혹은 전기화학적 반응을 일으켜 재료 물성의 훼손 및 유효수명의 단축을 초래하는 현상. - 저온부식은 전기화학에너지, 고온부식은 열에너지가 반응속도 지배 - 환경인자에 더해 역학적 인자가 더해져 부식파괴 가속 : 응력부식, 부식피로 등

어원 : “Gnaw away”라는 이태리어 “Corroodere”

부식전극반응 : 두개의 반전지(half cell) 반응의 조합 - 공기 중(중성) 부식↓, 수용액(산 또는 알카리)에서는 부식↑ - 산화(oxidation)/양극(anode) : 전자(electron)를 잃어버리는 반응 / Fe → Fe2+ + 2e- - 환원(reduction)/음극(cathode) : 2H+ + 2e- →H2, H2O + 1/2O2 + 2e → 2OH

- - 전체 반응 : Fe + 1/2 O2 + H2O → Fe(OH)2 => 완전한 전기적 회로(circuit)

녹이란? =>수산화철 2Fe(OH)2 => 붉은 침전 Fe(OH)3 => 산화철 Fe2 O3 => 녹(수산화철+산화철)

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환원반응 종류 - 수소 환원반응 : 2H+ + 2e- →H2(산성용액) / 2H2O + 2e

- → H2 + 2OH- (중성&알카리)

- 용존산소환원반응 : O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O(산성용액)

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (중성&알카리)

- 금속이온환원반응 : M3+ + e- → M2+ / M+ + e- → M

Nernst 공식 : E = Eo + (RT/nF) ln (aOx/aRed)

- E : 반전지 전위 / Eo: 반전지 표준전위 / R : 기체상수 / T : 절대온도

- aOx and aRed : 산화 및 환원 이온 활동도 (Activity)

=> 표준전위(전극재료) 및 산화이온 활동도(용액농도)가 증가할수록 전위값이 증가! => 부식↑

구동기전력(Electromotive Force, EMF)

- 전극재료 및 용액농도에 따라 반전지 전위 결정 => 이 전위가 전극반응 구동력

- 반전지들의 절대적 전위값은 측정할 수 없고 임의로 선택한 표준전위와 상대적인 값 - 표준전극으로는 수소전극을 이용해 측정한 반전지 전위를 Electromotive Force(EMF) - EMF가 낮을수록 산화(부식↑) 반응을 높을수록 환원반응(부식억제)을 나타냄 - 두 금속간 EMF 차가 크면 클수록 양극이 부식되는 속도가 가속 → 수용액 부식에서 수소전극 전위 보다 낮은 전위를 지니는 금속(예 Fe, Zn 등)은 부식되고 이 보다 높은 전위를 지니는 금속(예 Cu, Ag 등)은 쉽게 부식되지 않음

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Standard Electromotive Force Potential

산화

환원

-산성용액에 산소가 용해되어 있으면 산소의 환원전위 1.23V 만큼 증가되기 때문에 쉽게 부식되지 않던 Cu, Ag 등도 이 보다 낮은 전위를 지니게 되어 부식되기 시작하며 기존에 부식되기 쉬운 금속들의 부식은 가속화 된다!

산화

Cu + H2SO4 → 무반응 (부식되지 않음) Cu+H2SO4 +1/2O2 → CuSO4 +H2O (부식)

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부식 형태

40

균일부식(Uniform Corrosion)

금속표면 전체가 균일하게 부식 / 침식도 (25mg/dm2/day 또는 mm/y) 등으로 부식 정도

국부부식(Localized Corrosion)

공식 및 틈새부식(Pitting and Crevice Corrosion)

- 높은 산화도 용액 내에 부동태 피막 파괴원소(염소이온)가 존재할 때 발생

1)부동태피막 파괴 → Pit내 금속 산화반응(용해) → 표면은 용존산소 환원반응

산화 : Fe → Fe2+ + 2e- & 환원 : 1/2O2 + H2O + 2e- → 2OH-

2)산소가 Pit내로 들어가 용해되는 속도 < 환원반응에 의해 용존산소가 소모되는 속도 → Pit내 용존산소 고갈 → Pit내에는 환원반응 멈춤 + 금속 용해반응 지속 → 양이온(Fe2+) 과다 현상 : + → 평형 위해 외부 염소이온(-)을 Pit내로 유입 → Pit내 염화금속반응물의 농도가 높아지고 아래와 같은 반응이 진행

Fe2+Cl- + H2O → Fe(OH)2 (침적, 수산화철) + H+Cl-

(금속염화물이 수용액과 반응하여 용해되지 않고 침적하는 MOH와 염산을 형성)

→ Pit내 산성도가 높아짐 → 부식 가속화

3)부식가속화로 방출되는 과다 전자는 전하평평 유지 위해 외부표면으로 이동 → 용존산소와 반응하여 수산화기(OH-)를 생성하는 환원반응

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Stainless Steel

Steel

- 공식&틈새부식 유발하는 용액 : CuCl2, FeCl3, HgCl2 등

- 방지법 : 고 내부식성 볼트 사용 / 표면처리 / 내식성 모재 사용

갈바닉 부식(Galvanic corrosion)

- 부식환경 조건의 국부적 차이로 두 지점간 전위차가 발생 할 때 1)두 개의 다른 금속이 부식환경에 접촉→Galvanic Cell 부식→금속 EMF에 따라 전극 결정 2)동일 금속 두 부위가 농도가 다른 부식용액 접촉→농도전지부식(Differential Aeration Cell) →산소 농도가 높은 쪽은 용존산소 환원반응, 반대 쪽은 산화반응

- 재질 선정시 전위차를 최소화/가능한 이종금속은 전기적 절연(부전도체 와셔, 가스켓 등)

- 음극 표면적이 상대적으로 클수록 양극 부식속도 증가 → 설계상 유의

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www.BUMAX.co.kr ㈜태흥시스템 42 Galvanic series for sea water

Differential aeration cells

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입계 부식(Intergranular Corrosion)

- 입계가 입내 보다 높은 에너지 상태 → 입계는 산화반응 입내는 환원반응 가능성 존재 - 입계에 석출물(부동태원소 포함)이 형성 → 부동태 원소의 과소화로 내식성 저하

- Austenite계 스테인리스 예민화 현상 ∙ 약 425 - 815℃에 노출 → 탄소가 입계로 확산 입계주변 크롬과 결합하여 크롬카바이드(Cr23C6) 형성하여 입계에 석출 → 입계 부식

∙ 입계주변은 산화반응(양극부식), 입내는 환원반응(음극방식) ∙ 양극 입계면적이 음극 입내면적 보다 절대적으로 작기 때문에 부식 가속화

- 방지법 ∙ 탐소함량을 크롬카바이드 형성에 필요한 최저 탄소량 0.03% 이내로 제한 ∙ 탄소와 친화력이 더 강한 Ti, Cb, Nb, Ta 첨가(STS321, 347) / 용체화 처리

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응력부식균열 (Stress Corrosion Cracking)

Cl- 이나 응력집중으로 부동태피막(산화크롬) 파괴 => 공식 발생 => Pit 내 염화금속반응물 농도↑ =>Pit 내 산성도 증가로 공식↑=>균열 및 파괴!(오스테나이트 스테인리스강 염화물 응력부식 균열)

부식환경 + 응력집중 => SCC 발생확률↑

허용하중 내에서 급격한 균열성장으로 갑작스런 파괴 : Failure Time is > hour!

부식 형태 : 환경야기균열

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수소취성 (Hydrogen Embrittlement)

전기도금, 고강도(365HV이상, 9.8등급이상) 볼트에서 특별한 이유 없이 볼트가 부러지는 경우

Crack Initiations

수소취성 모식도

파단면&SEM 사진

Dacromet, Magni > M6 (다크로, 매그니)

Deltatone / Deltaseal (델타톤, 델타실)

Hot dip galvanization, > M12 (핫 딥 갈바나이징)

Mechanical plating (미케니컬 도금)

Electroless Ni plating (무전해 니켈도금)

수소취성 방지에 적합한 도금 처리

수소취성 테스트

방지법 : 산세척 대신 알카리세척 / 가능한 무전해도금 적용(기계적 도금, 화성피막처리 등) / 전기도금 후 200℃에서 3~4시간 베이킹처리(ISO규정) 등

BCC계에서 많이 유발(BCC가 FCC 보다 충진율 낮음 → Silp이 제한됨) / FCC계는 수소확산이 느림 → 수소취성 저항성 ↑

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부식피로 (Corrosion Fatigue) : 부식분위기 + 반복응력

부식 분위기에서 금속재료의 피로한도가 격감(공식 등에 의해 노치효과 발생)

금속 내부에 공공이나 게재물 등에서 응력 집중 → 부식피로 원인 제공

거의 모든 재료에서 발생 가능 양전위 영역에서는 공식과 같은 금속의 용해에 의해 음전위 영역에서는 수소의 발생으로 인한 수소취성에 의해 발생함

Fracture curves showing reduced service life (number of cycles to failure) in the presence of (a) corrosive environment, and (b) added notches.

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표면처리

표면처리 (Surface treatment) 란?

전기적, 화학적, 물리적 방법 등을 통해 이종재질을 제품의 표면에 생성시키는 방법 목적 : 금속의 부식 방지 / 내마모성, 내구성 등 기능향상 / 전기절연 / 표면의 색채, 광택 향상 등 종류 : 전기도금(Electro Plating), 화학도금(Electroless Plating), 양극산화(Anodizing), 용융도금(Hot Dipping), 화성처리(Conversion Treatment), 크로메이트(Cromate), 인산염(Phosphate), 다크로(Dacro) / 도장(Painting), 라이닝(Lining), 코팅Coating), 진공증착 등

도금(Plating)

물건의 표면 상태를 개선하기 위해 다른 물질의 얇은 층으로 피복하는 것. 금속 표면에 다른 금속의

얇은 층을 입히는 것. 오늘날 보통 도금이라고 하면, 전기도금을 말함.

도금의 두께단위는 미크론(micron)을 사용

기능

- 수명 연장(내식성)

- 내마모성

- 치수보정

- 고유 성질 개선

- 특정 성질 부여(솔더링)

- 식별 및 구분

- 다른 처리를 위한 기본 바탕

- 밀착성 향상

전기식 - 대표적인 도금 방식 -경제성 우수 -도금상태가 균일하지 않음

비전기식(무전해식) - 균일한 도금 두께 보장 - 치수관리가 용이 - 도금성 우수, 고가

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표면처리 : 도금 종류

전기 아연도금 (Electro Zn Plating)

• 아연은 이온화되기 쉬운 금속으로 철 대신 부식되어 철을 보호

1. 최소 5㎛ (M6 미만), 최소 8㎛ 이상 (M6 이상), 특별한 경우 20 ~25 ㎛ 까지 생산

2. 후처리의 발달(ex. 크로메이트 처리)로 내식성 수배 ~ 십수배 향상가능

3. 크로메이트(Chromate) 내식성 순서 : 국방색 > 흑색 > 자연색(무지개색) > 백색

4. 내식성 평가 : 중성 염수분무시험(SST)으로 5% 염수를 연속분무 시 최소 96시간 이상

5. 크로메이트 후처리로 인한 +3가/+6가로 도금 분류 +6가는 환경규제로 사용하지 않음

Chromat

e Zn

Fe

아연 - 니켈도금 (Zn-Ni plating)

• 일반 아연도금 대비 가혹한 환경에 월등한 내식성(니켈5∼10% 함유한 합금)

• 내식성 향상을 위해 15㎛ 혹은 20㎛ ∼ 25㎛로 두껍게 도금 후 녹색 크로메이트를 실시 하기도 함(비용상의 제약, 정밀도상의 제약이 있슴)

1. 알루미늄 부품과 가장 낮은 접촉 부식성 제공.

2. 아연-니켈은 아연의 특유의 자기희생 부식 작용을 유지. 3. 도금 층의 경도가 높음. 4. 유색 크로메이트 처리 시, 염수분무 2,000시간 이상에서도 적청의 발생 없음. 5. 내열성이 뛰어나 가열 처리 뒤에도 내식성이 우수함.

니켈 도금(Ni plating)

•밀착성,내식성, 경도와 유연성 양호하며 백색을 띰 / 보통 5 ~ 10 ㎛ 도금 두께

1. 변색이 적고 방청력 우수 / 은백색 장식용으로 사용 3. 질산에 박리되며, 황산과 염산에 약간 녹음 4. 내식성, 내마모성, 납땜성이 우수

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• 전기대신 환원제를 전자의 공급원으로 하는 화학작용에 의한 도금방법

1. 경도가 HV450∼550, 열처리하면 HV650∼1000 가능. 2. 복잡한 형상부품에 균일한 도금 가능. 3. 열처리 적정두께 25㎛ · 최소도금두께 5㎛(일반도금두께) 4. 내열성: 300℃이상 사용가능하나 경도 떨어짐 / 내식성: 산, 알카리에 비교적 양호. 6. 적용재질: 철강, 스테인레스, 동, 합금강, 프라스틱, 알루미늄 합금

무전해 니켈 도금 (Ni Electroless plating)

인산염 피막 (또는 흑피막, Phosphate coating, Parkerizing)

• 도장하지, 내식성 용도로 사용되고 있는 일종의 화성피막

1. 중성염수분무시험(ASTM b 117)을 실시, 24시간 동안 견디어야 함. 2. 도장 하지용으로 사용할 경우 습기와 수분에 대한 내식성 증가 및 부식퍼짐 억제가능. 3. 내식성 증가 위해 방청유나 WAX등 후막(厚漠)을 덧붙여 사용하기도 함 4. 인산 아연계(z형) : 연회색~진회색 / 도장하지용, 냉간성형, 내마멸성, 내식성이 좋음. 5. 인산 망간계(M형) : 흑갈색 / 피막내의 MnO₂량에 따라 갈색이 짙어짐 / Zn계에 비해 처리 비용이 많이 드나 두꺼운 피막 가능 / 내마모성 개선

흑착색 (또는 알칼리 흑착색, Black Fast, BL Oxide)

• 피막을 입힘으로써 치수가 커지게 되면 안 되는 활동부품(Sliding Part)에 특히 적합

1. 알칼리염 처리 / 내부식성은 양호하지 못함 / 전후 치수 변화가 극히 적어 정밀 부품 방청 2. 표면이 흑색이므로 장식용이나 광선 반사 감소용으로 주로 사용 3. 흑착색과 흑피막의 차이 - 흑착색 : 알카리염 처리 / 150℃ 용액에서 5~10분간 처리 / 무광 - 흑피막 : 인산염 처리 / 100℃ 용액에서 5~10분간 처리 / 유광

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크롬도금 (Chrom plating)

• 장식 크롬도금 - 색상이 아름답고 내마모성과 내식성 우수 / 도금두께가 0.5㎛이하 • 경질크롬도금 - 경질크롬도금의 경우 도금욕의 성질이 대단히 나쁨(타 도금에 비해 음극전류효율이 10-20%정도) - Hv700 ~ 1.000의 고경도 가능 / 염산 외의 산에 부식이 안 됨 / 물질이 쉽게 분리되는 이형성 우수

동 도금(Cooper plating)

• 철(Fe), Zn Diecast, Al 제품의 하지 도금으로 널리 사용

• 하지 도금이란 금속표면에 최종도금을 하기 전, 도금물질과 소지의 밀착성이 좋지 않을 경우에 그 사이에 최종도금을 하기 위한 목적으로 도금해주는 것을 말함 (예, Fe에 Cr 도금이 잘 되지 않으므로 Cu를 먼저 도금한 다음 Cr 도금을 함)

용융 아연도금 (Hot Dip Galvanizing)

• 치밀한 보호피막을 형성, 가장 이상적인 방식특성을 갖고 있음 • 아연을 고온(460℃ 부근)에서 가열하여 녹인 용탕에 시편을 넣은 후 냉각 통상 도금두께 40 ~ 80㎛ 정도 : 약 40㎛ (M10 미만), 약 55㎛ (M10 이상) - 치밀한&두꺼운 보호피막, 아연의 희생적 방식작용→해수환경에 적용! - 경량품에서 중량품까지 도금 조에 침적 가능한 제품은 모두 도금이 가능 - 모재의 산화층과 아연이 뒤섞인 복합층 존재로 모재와의 결합력 우수 - 긴 내부, 가느다란 절곡형태 등 보이지 않는 부위에도 도금 가능. - 크로메이트등 화상처리 하지 않고 방청용도유 처리제를 사용. - 법규상 필요한 도장 또는 주변과의 조화를 위해 다양한 페인트 처리가 가능.

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다크로(Dacro)

• 다크로 수용액을 금속표면에 도포한 후 열풍으로 건조시켜 다크로 피막 형성 • 다크로 원료는 아연과 알루미늄 금속분말(Zinc Flake)과 금속산화물(Matrix) 및 기타 유기물로 조성된 수용액 → 아연의 자기희생 보호작용+부동태화(크롬폴리머)+장벽작용

• 특징 1) 내식성 : SST 500시간 이상 피막 두께 : 6 ㎛ 이상 (KSD 9502, ASTM B-117)

2) 내열성

- 다크로 피막은 고온에서 장시간 견딤 / 전기아연도금은 100도에서 크로메이트피막 파괴

3) 내상처성

4) 수소취성에 강함

5) 복잡한 형상에도 안정적인 코팅

6) Al과 접촉부식에 우수

7) 물 사용 공정 無 → 폐수 발생 無 → 경제성

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지오매트 도금 (Geomet Plating)

• 크롬을전혀 포함하지 않는 세계 최초의 수성 방청제를 사용한 친환경적 피막제

• 무광 은백색의 내식성 화성피막제 / 기본색상은 은색 / 광범위 한 사용 분야

-얇은 도금두께(6~10㎛)에도

염수분무테스트(SST) 1,000시간 이상 보증

• 특징 (Zn+Al)

무기질 바인더

1)친환경성 - 용제형이 아닌 수용성 - 크롬 無(황색의 6가 크롬이 석출되지 않음) → 환경규제에 부합

2)우수한 내식성

3)나머지는 다크로와 동일

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매그니 도금 (Magni Plating)

• Base 코팅(유, 무기 수지가 독특하게 배합 )과 Top 코팅(에폭시 수지와 알루미늄 함유)의 이중 코팅 시스템으로 구성

• 친환경성(크롬 無 특수 Zinc 코팅) / 6~10㎛에도 염수분무테스트(SST) 1,000시간 이상

경제성 / 수소취성에 강함

테프론 코팅(Tefron Coating)

• 불소수지를 도료화하여 페인트처럼 표면에 적당량 스프레이 후 일정한 온도로 가열, 소성을 거쳐 비활성의 단단한 코팅 층을 형성

• 불소수지의 특징 : 비점착성 / 내열성(-260℃~+260℃) /

모든 화학제품에 안정성을 보임 / 기계설비의 보수시간이 단축되어 생산성 향상 / 마찰계수는 일반적으로 0.5～0.20

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www.BUMAX.co.kr ㈜태흥시스템 55 55

Corrosion Resistance

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내식성 시험 규격

시험법 적용규격 내 용

SSC Test (Sulphide Stress Corrosion)

NACE TM0177 H2S Gas와 응력 환경

CSC Test (Chloride Stress Corrosion)

ASTM G36 염화물(해수)과 응력 환경

Pitting Corrosion Test ASTM G48 Method A 산화염화물 노출 환경

Crevice Corrosion Test ASTM G48 Method B 산화염화물 노출 환경

HIC Test (Hydrogen Induced

Corrosion) NACE TM0284

수소취성, 수소원조균열, 수소응력균열

IGC Test (Inter Granular Corrosion)

ASTM A262 입계부식 확인 고온에서 C, Cr 결합에 의한 내부식성 저하

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특수강의 분류

구조용강, 베어링강, 스프링강, 스테인레스강, 내열강, 공구강

내열강 Ni base 합금 : Inconel, Hastelloy, Monel, Incoloy

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Ni 첨가에 따른 조직 변화

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특수강의 합금 원소 영향

합금원소 스테인레스 스틸 내열강

탄소(C) C 함량↓ 내식성 향상, 강도 감소 C 함량↑ 강도 및 경도 증가 Austenite 계 예민화 현상 발생

Cr 화합물 형성으로 강도 향상

크롬(Cr) 부통태 피막형성 : Cr 12% 이상 산화피막 형성, 내산화성 향상

니켈(Ni) Cr-Ni계 기계적 성질 및 내식성 향상 Cr과 함께 내산화성 향상

몰리브덴(Mo) Cr-Ni계에서 부동태 특성 강화 (Cr대비 3배이상) 고용강화로 강도 향상에 기여

고온강도 향상

구리(Cu) Mo과 상호작용하여 내식성 향상

티타늄(TI) 나이오비윰(Nb)

오스테나이트계 입계부식 방지 석출에 의한 고온강도 향상

망간(Mn) 오스테나이트 조직의 안정화

질소(N) 오스테나이트 조직의 안정화(내식성), 고온 강도 증가(고용강화)=>Duplex

Cr 화합물 형성으로 강도 향상

텅스텐(W) 석출경화로 고온강도 향상

알루미늄(Al) 산화물 보호 피막

교육자료 견본


스테인리스&내열강 합금조성 비교

구 분 STS 316L (Bumax88)

STS 316L (Bumax109)

Duplex (SA2205)

Inconel 625

Hastelloy C-276

Titinium Gr2

Monel 400

C (%) 0.03이하 0.03이하 0.03이하 0.1이하 0.02이하 0.08이하 0.3이하

Mn (%) - - 2.0이하 0.5이하 1.0이하 - 2.0이하

Cr (%) 16.5~18.5 16.5~18.5 21.5~23.0 20.0~23.0 14.5~16.5 - -

Ni (%) 11.0~14.5 11.0~14.5 4.5~6.5 58이상 57이상 - 63이상

Mo (%) 2.5~3.0 2.5~3.0 2.5~3.5 8.0~10.0 15.0~17.0 - -

N (%) - - 0.14~0.2 - - 0.5이하 -

Cu (%) - - - - -- - 28~34

Al (%) - - - - 5.5~6.75 -

V (%) - - - - 0.35이하 3.5~4.5 -

교육자료 견본


볼트, 너트 표면처리에 따른 내식성

Phosphated(인산염), Black oxide(흑색피막)

Nickel galv.(니켈아연)

Chromium(크롬)

Zinc + Blue chromate(아연 + 황색 크로메이트)

Mechanical Zinc Plated(아연도금)

Zinc + Black Chromate(아연 +흑색 크로메이트)

Zinc + Yellow Choromate(아연 크로메이트)

Stainless A1(황성분 포함된 절삭가공)

Dacromet 320(다크로처리)

Delta Tone(아연분말 코팅)

Hot Dip Galvanized(용융아연도금)

Stainless A2(크롬, 니켈 포함된 냉간단조)

Stainless A4(크롬,니켈,몰리브덴 포함된 냉간단조)

Ni Base 합금(Duplex, INCONEL, HASTELLOY, MONEL 등)

내

식

성

교육자료 견본


Part-III 조립비용절감 Case Study

BUMAX 볼트너트 적용


D사 (방산) 방산장비(해양)

기존상황(SCC파단) 개 선

Duplex 볼트를 사용하였으나 SCC발생으로 개선이 필요함 • 절삭가공볼트 사용으로 피로파괴 위험성 내포 • 육각머리 M36*180 ASTM A182- F51(UNS31803) Duplex 사용

SCC발생이 없는 Bumax(STS 316L) 육각 머리 플랜지형 볼트로 교체

• 고가의 Duplex볼트 구입

• SCC에 의한 볼트교체 작업비용 및 관련손실

• 볼트값 절감

• SCC에 의한 볼트교체작업비용 및 관련손 실 제거

• 부식파단(SCC 파단) • 절삭가공의 품질적 문제를 전조가공으 로 해결

부식/SCC파단 *조립비용 절감 사례


I사 (해상장비) 해상안테나

기존상황(STS볼트 부식) 개 선

• 네델란드 선급기준(DNV)이 내부 식성을 맞춘 최고급안테나를 제작 중이나, 구조물에서 녹 발생 • M6~M20 육각머리 STS볼트

• 내식성이 뛰어난 Bumax(STS 316L) 육각 머리볼트로 교체하여 문제를 해결함

• 하자 보수비용 발생 • 하자보수비용 제거

• STS볼트의 내식성

부식/일반부식 *조립비용 절감 사례


S사 (방산) 장갑차

기존상황(자성볼트) 개 선

• 티타늄 Gr-2 육각렌치볼트 사용 으로 자성/강도문제로 인한 장비 오작동 문제가 발생 • M2~M6 육각렌치볼트

• 비자성 Bumax(STS 316L) 육각렌치볼트 M2~M6로 대체하여 해결함(비자성에 8.8 등급의 고강도)

• 고가의 티타늄 Gr-2 140 품목

볼트 사용 및 자성으로 오작동 보수비용 발생

• 고가 볼트 대체로 구매비용 절감 • 하자보수비용 제거

• 재질 검토 • 비자성&강도

비자성 *조립비용 절감 사례


H사 (석유화학설비) 화학플랜트 시설물

기존상황(내열성 문제) 개 선

• 고열로 배관이음세가 벌어지고 가스가 누출되어 화재가 발생(배 관은 STS316L이나 볼트는 STS 304로 열팽창의 차이에 기인) • 시중품 스터드볼트 M30*350 사용

• 볼트를 배관과 동일한 재질인 Bumax(STS 316L) 볼트로 교체하여 문제 해결

• 생산중단 손실 • 화재 위험

• 생산중단으로 인한 작업비용 절감

• 화재위험 제거

• 내열성 • 재질별 열팽창계수 검토

내열성 *조립비용 절감 사례


H사 (해상 크레인) 해상 크레인(특수선)

기존상황(SCM, 특수합금볼트) 개 선

• 특수선용 크레인 설치에 12.9Gr SCM 볼트를 사용하려 했지만 자성 및 내식성에 취약하여 볼트 적용 시 우려 사항 발생. • M12~M16 육각머리 SCM 볼트

• 고강도, 비자성, 내식성이 뛰어난Bumax(STS 316L) 육각 머리볼트로 교체하여 문제를 해결함

• SCM 볼트, 특수합금소재 볼트

적용 계획-> 유지보수 기간 짧음, 제품 단가가 고액.

• 고가 볼트 대체로 구매 비용 절감. • SCM 볼트 대비 유지보수 기간 연장. • 비자성으로 제품 품질 관리 가능.

• 재질 검토. • 비자성&강도&내식성

비자성/내식성 *조립비용 절감 사례


S사 외(장비 생산) 산업용 교반기

기존상황(문제점) 개 선

• 장비의 특성상 내열성이 요구되어 고가의 Inconel Bolt들을 사용하고 있는 제조업체들이 많이 있으나, 사실상 대부분 적용온도가 600°C 이하임.

• Bumax 88은 적용으로도 충분히 카바할수 있는것으로 판단되어 교체함

• Inconel 비하여 강한 강도가 지원됨

• 적용 환경에 비해 Over Spec.으로 인한 과다 비용 발생

• 기존 Inconell Bolt 가격 대비 약 75% 가량의 원가 절감

• 내식성 • 내열성 • 고강도 • 원가절감

Down Grading *조립비용 절감 사례


[출처] 2011. 5. 18 조선닷컴 제공

절단되어 분리된 가드레일

* 산업안전사고 사례연구(例)


감사합니다

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기계체결요소 기술교육bumax.co.kr/wp-content/uploads/2018/10/D-1... · 2018-11-09 · 2 ㈜태흥시스템 * 기술트러블은 모두 비용니다!!! 기계장비 생산현장에는