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합금강 4130과 4140은 크롬-몰리브덴("크롬몰리브덴") 강종으로 뛰어난 담금질성과 고온 강도를 가집니다. 4130은 약 1.0% Cr과 0.20% Mo를 함유하고; 4140은 더 높은 담금질 경도를 위해 더 많은 탄소와 망가니즈를 첨가합니다. 둘 다 압력용기, 밸브, 시추장비 및 높은 강도가 필요한 구조 부품에 광범위하게 사용됩니다.
개요
합금강은 탄소강과 달리 의도적으로 합금 원소를 첨가합니다 — 주로 크롬, 몰리브덴, 니켈, 바나듐 또는 이들의 조합 — 이는 담금질성, 고온 강도, 인성 또는 부식 저항성을 탄소만으로 달성 가능한 것 이상으로 개선합니다.
4xxx 시리즈(AISI/SAE 지정 시스템)는 크롬-몰리브덴강입니다. 첫 자리 "4"는 몰리브덴 기초를 나타냅니다; 두 번째 "1"은 크롬의 추가를 나타냅니다. 마지막 두 자리는 백분율의 백분의 일 단위로 공칭 탄소 함량을 나타냅니다:
- 4130: ~0.30% C
- 4140: ~0.40% C
이러한 강종은 광범위한 강도 수준으로 담금질 및 뜨임이 가능하여 가장 다양한 엔지니어링 강 중 하나입니다.
화학 조성 — AISI 4130
ASTM A29 / SAE J1397(용탕 분석)에 따라:
| 원소 | 범위 (wt%) |
|---|---|
| 탄소 (C) | 0.28 – 0.33 |
| 망가니즈 (Mn) | 0.40 – 0.60 |
| 규소 (Si) | 0.15 – 0.35 |
| 인 (P) | ≤ 0.035 |
| 황 (S) | ≤ 0.040 |
| 크롬 (Cr) | 0.80 – 1.10 |
| 몰리브덴 (Mo) | 0.15 – 0.25 |
화학 조성 — AISI 4140
ASTM A29 / SAE J1397(용탕 분석)에 따라:
| 원소 | 범위 (wt%) |
|---|---|
| 탄소 (C) | 0.38 – 0.43 |
| 망가니즈 (Mn) | 0.75 – 1.00 |
| 규소 (Si) | 0.15 – 0.35 |
| 인 (P) | ≤ 0.035 |
| 황 (S) | ≤ 0.040 |
| 크롬 (Cr) | 0.80 – 1.10 |
| 몰리브덴 (Mo) | 0.15 – 0.25 |
4130과 4140의 주요 차이점은 탄소와 망가니즈 함량입니다. 4140의 더 높은 탄소는 담금질 후 높은 경도와 인장 강도를 의미하지만, 4130에 비해 인성과 용접성이 감소합니다.
기계적 특성
특성은 열처리 조건에 매우 의존합니다. 아래 표는 일반적인 조건에 대한 대표 값을 제공합니다.
AISI 4130
| 조건 | UTS | YS (0.2%) | 신장율 | 경도 |
|---|---|---|---|---|
| 열처리됨 | 560 MPa | 360 MPa | 28% | 156 HBW |
| 정규화됨 | 670 MPa | 435 MPa | 25% | 197 HBW |
| Q&T (870/480 °C) | 1040 MPa | 900 MPa | 16% | 302 HBW |
AISI 4140
| 조건 | UTS | YS (0.2%) | 신장율 | 경도 |
|---|---|---|---|---|
| 열처리됨 | 655 MPa | 415 MPa | 26% | 197 HBW |
| 정규화됨 | 1020 MPa | 655 MPa | 18% | 302 HBW |
| Q&T (870/480 °C) | 1090 MPa | 960 MPa | 14% | 315 HBW |
Q&T = 담금질 및 뜨임. 뜨임 온도는 강도-인성 균형에 강하게 영향을 미칩니다. 더 높은 뜨임 온도는 낮은 강도를 생성하지만 더 나은 충격 인성을 제공합니다.
담금질성
4130과 4140의 조미니 끝면 담금질 담금질성 밴드는 두 강종 모두 압력 설비 및 밸브 본체의 일반적인 단면 크기에서 효과적으로 관통 담금질됨을 보여줍니다. 4140의 더 높은 탄소와 망가니즈는 동등한 단면 크기에서 약간 더 나은 담금질성을 제공합니다.
| 강종 | 임계 직경 (오일에서 완전 경화) |
|---|---|
| 4130 | 약 25–50 mm (1–2 인치) |
| 4140 | 약 38–75 mm (1.5–3 인치) |
표준 적용
| 강종 | 표준 | 응용 |
|---|---|---|
| 4130 / 4140 | ASTM A29 | 봉 |
| 4130 / 4140 | ASTM A519 | 이음매 없는 튜브 |
| 4130 | ASTM A322 | 열연 봉 |
| F22 (~2.25Cr-1Mo) | ASTM A182 | 압력 서비스 단조품 |
| P22 (~2.25Cr-1Mo) | ASTM A335 | 이음매 없는 파이프, 고온 |
| 42CrMo4 | EN 10083-3 | 유럽식 봉, 4140과 비교 가능 |
주의: ASTM A182 Grade F22 및 A335 Grade P22는 2.25Cr-1Mo 합금강입니다 — 4130/4140의 고합금 상대로 ASME 규정에 따른 고온 압력 서비스용으로 특별히 인증되었습니다.
응용
4130 일반적인 용도
- 항공기 구조 튜브 및 기체 부품
- 압력용기 및 고압멸균기 (중간 강도)
- 자전거 프레임 및 모터스포츠 롤케이지 (용접 가능, 좋은 인성)
- 석유 및 가스 시추공 설비의 밸브 본체 및 피팅
4140 일반적인 용도
- 시추 칼라, 시추 파이프 공구 접합부 및 BHA 부품 (API 7-1)
- 고강도 볼트 및 패스너
- 중장비 기어, 축 및 스핀들
- 금형 베이스 및 공구
용접성 고려사항
두 강종 모두 용접 가능하지만 예열 및 용접 후 열처리에 주의가 필요합니다:
| 강종 | CE (약) | 최소 예열 | PWHT 필요? |
|---|---|---|---|
| 4130 (열처리됨) | ~0.60 | 175–230 °C | 예 (응력 해소) |
| 4140 (열처리됨) | ~0.75 | 260–315 °C | 예 (응력 해소 또는 완전 Q&T) |
높은 탄소 당량 값은 냉간 균열 위험이 상당함을 의미합니다. 저수소 전극 또는 필러 금속이 필수입니다.
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Try TestCert free자주 묻는 질문
AISI 지정 시스템에서 '4130'은 무엇을 의미합니까?
AISI 네 자리 시스템에서: 첫 자리(4)는 몰리브덴을 주 합금 원소로 나타냅니다; 두 번째 자리(1)는 크롬의 추가를 나타냅니다; 그리고 마지막 두 자리(30)는 대략 0.30% 공칭 탄소를 나타냅니다. 따라서 4130은 약 0.30% C를 가진 Cr-Mo 강이고 4140은 약 0.40% C를 함유합니다.
압력용기 응용에는 4130 또는 4140이 더 나습니까?
4130은 낮은 탄소 함량과 더 나은 용접성으로 인해 용접된 압력용기에 일반적으로 선호됩니다. 4140의 높은 강도는 볼트, 밸브 스템 및 기계 가공 피팅과 같은 비용접 부품에 유리합니다. ASME Section VIII에 따른 고온 압력 서비스의 경우, 2.25Cr-1Mo (A182 F22)는 일반적으로 4130/4140보다 선호됩니다. 왜냐하면 이미 규정된 허용 응력과 더 나은 크리프 저항을 가지고 있기 때문입니다.
4130 및 4140을 시어 서비스 (H₂S)에서 사용할 수 있습니까?
제한 사항이 있습니다. NACE MR0175 / ISO 15156-2은 최대 경도 제한(일반적으로 모재 및 HAZ에서 22 HRC / 248 HBW)을 받는 시어 서비스에서 4130/4140을 포함한 저합금강을 허용합니다. 제어된 경도의 뜨임 상태 및 열처리 문서가 필요합니다. 최대값 훨씬 아래의 경도를 가진 과도하게 뜨인 4140은 시추공 헤드 부품에 일반적으로 사용됩니다.
4140 봉의 MTC에는 무엇이 포함되어야 합니까?
ASTM A29에 따른 일치하는 4140 MTC는 다음을 포함해야 합니다: 용탕 번호, 용탕 분석 (모든 지정된 원소), 구매 주문에 필요한 경우 제품 분석, 열처리 상태, 기계 시험 결과 (UTS, YS, 신장율, 면적 감소, 경도) 및 적용 가능한 표준 및 구매 주문에 대한 준수 인증서. NACE MR0175에 따른 시어 서비스가 지정된 경우, 경도 시험 결과 및 열처리 기록도 포함되어야 합니다.