금속 소재 선택: 강재, 알루미늄, 스테인리스 및 기타

소재 선택은 절단 속도, 벤딩 반경, 용접 변수, 표면 처리 옵션, 그리고 단가 등 하위 모든 공정에 영향을 미치는 가장 중요한 결정입니다. 엔지니어들은 흔히 합금과 템퍼를 명시하지 않고 '연강' 또는 '알루미늄'이라고 지정하는 경우가 많으며, 이는 제작사가 해당 응용 분야에 맞지 않을 수 있는 가정을 하게 만듭니다. 이 가이드에서는 금속 소재 제작에서 가장 흔히 사용되는 다섯 가지 합금 계열과, 합리적인 결정을 내리기 위해 필요한 사양을 다룹니다.

냉간 압연 강재(CRS)와 열간 압연 강재(HRS)는 전 세계 금속 소재 부품의 대부분을 차지합니다. CRS는 매끄러운 표면 조도(Ra 0.8–1.6µm), 높은 두께 정밀도(±0.05mm), 그리고 우수한 가공성을 제공합니다. HRS는 더 저렴하지만 밀 스케일, 넓은 허용 오차 및 거친 표면을 갖습니다. 대부분의 인클로저, 브래킷 및 구조 패널에는 SPCC 또는 ASTM A36 동등 규격의 CRS가 기본 선택입니다.

• 일반 보유 두께: 0.5, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0mm
• 항복강도: 등급 및 템퍼에 따라 200–280MPa (CRS)
• 최소 벤딩 반경: 0.5T–1T (섬유 방향 수직)
• 레이저 절단: 우수 — 1064nm에서 높은 흡수율, 산소 가스 보조로 깨끗한 절단면
• 내식 보호를 위한 표면 처리 필요: 분체 도장, 아연 도금 또는 페인트
• 원가: 일반 금속 중 최저 (표준 두께 기준 $0.80–$1.50/kg)

스테인리스강 합금은 최소 10.5%의 크롬을 함유하고 있으며, 대기, 담수 및 많은 화학 환경에서 부식을 방지하는 수동 산화막을 형성합니다. 금속 소재 제작에서 가장 흔히 사용되는 두 가지 등급은 304(오스테나이트계, 범용)와 430(페라이트계, 저원가)입니다. 316은 염화물 저항이 중요한 해양, 화학 또는 의료 응용 분야에 지정됩니다.

• 304(1.4301): 우수한 가공성, 연화 시 비자성, 인장강도 515MPa
• 316(1.4401): 염화물 저항을 위한 몰리브덴 첨가, 인장강도 515MPa
• 430(1.4016): 페라이트계, 자성, 저원가, 인장강도 450MPa — 용접성 제한적
• 표면 마감 옵션: 2B(매트), No.4(브러시드), 미러, 비드 블래스트
• 최소 벤딩 반경: 0.5T(304 연화) ~ 4T(304 경질 템퍼)
• 원가: 연강의 2.5–4배 — 주로 니켈 및 크롬 함량에 의해 결정

알루미늄 시트는 강재의 약 1/3 밀도(2.7 vs 7.85 g/cm³)를 가지며, 표면 처리 없이도 중간 수준의 내식성을 제공하는 자연 산화막을 보유합니다. 가장 흔히 사용되는 시트 합금은 5052(우수한 가공성, 해양 등급), 6061(높은 강도, 열처리 가능), 3003(범용, 저원가)입니다. 알루미늄은 파이버 레이저에서 매우 빠르게 절단되며, 적절한 템퍼를 선택하면 쉽게 벤딩됩니다.

• 5052-H32: 가공 부품의 기본 선택 — 우수한 신율(10–12%, ASTM B209 기준 두께별 차이), 뛰어난 내식성
• 6061-T6: 높은 강도(항복강도 276MPa)지만 가공성 제한적 — 최소 벤딩 반경 2T–4T
• 3003-H14: 최저원가 알루미늄, 중간 강도, 비구조적 패널에 적합
• 아노다이징 호환성: 5052 및 6061은 우수한 아노다이징 성능; 3003은 불균일한 색상
• 레이저 절단: 1064nm에서 높은 반사율 — 2kW 이상의 파이버 소스 필요; 질소 가스 보조로 깨끗한 절단
• 원가: 연강의 1.5–2.5배 — 합금 및 템퍼에 따라 크게 차이

구리(C110)는 전기적 또는 열전도율이 요구될 때 지정됩니다 — 전력 모선, 방열판 및 RF 차폐 등. 황동(C260, C2680)은 장식적 응용 분야와 가공성 때문에 선택됩니다. 두 소재 모두 강재나 알루미늄보다 상당히 비싸며, 높은 반사율로 인해 레이저 변수 조정이 필요합니다.

• 구리 C110: 101% IACS 전도율, 인장강도 220MPa, 우수한 가공성
• 황동 C260: 70/30 카트리지 황동, 인장강도 325MPa, 우수한 스프링백 특성
• 레이저 절단: 반사율로 인해 고출력 파이버(최소 4kW 이상) 필요
• 표면 마감: 구리는 자연적으로 패티나 형성; 투명 래커 또는 주석 도금으로 색상 유지
• 원가: 연강의 4–8배 — 구리 가격은 변동성이 크고 원자재 시장에 좌우

아래 표에서는 주요 제작 및 성능 지표에 따라 가장 흔히 지정되는 합금을 비교합니다.

특성	CR 강재(A36)	SS 304	SS 316	AL 5052-H32	AL 6061-T6	구리 C110
밀도(g/cm³)	7.85	7.93	7.93	2.68	2.70	8.96
항복강도(MPa)	220–280	205–310	205–310	193	276	70–210
최소 벤딩 반경	0.5T	0.5T–1T	0.5T–1T	1T	2T–4T	0.25T
레이저 절단 속도(상대)	1.0×	0.7×	0.6×	1.3×	1.2×	0.5×
내식성	낮음(도장 필요)	높음	매우 높음	높음	보통	보통
용접성	우수	우수	우수	양호(MIG/TIG)	보통(균열 위험)	양호
아노다이징 호환	아니오	아니오	아니오	예	예	아니오
상대 원가	1.0×	2.5–3.5×	3–4×	1.5–2×	2–2.5×	4–8×

벤딩 반경은 소재 선택에서 결정적인 요인이 되는 경우가 많습니다. 뛰어난 내식성을 가진 소재라 해도 설계에서 요구하는 벤드에서 균열이 발생하면 무용지물입니다. 아래 표는 일반적인 합금과 두께에 대한 최소 내부 벤딩 반경을 제공하며, 압연 방향 수직으로 벤딩하는 경우를 가정합니다.

소재	합금/템퍼	0.5–1.0mm	1.0–2.0mm	2.0–3.2mm	3.2–6.0mm
연강	CRS/A36	0.5T	0.75T	1T	1.5T
스테인리스 304	연화	0.5T	0.75T	1T	1.5T
스테인리스 304	반경질	2T	2.5T	3T	4T
알루미늄	5052-H32	1T	1T	1.5T	2T
알루미늄	6061-T6	1.5T	2T	2.5T	3T
알루미늄	5052-O(연화)	0.25T	0.5T	0.5T	1T
황동	C2680 연화	0.5T	0.75T	1T	1.5T
구리	C110 연화	0.25T	0.5T	0.5T	1T
티타늄	CP 등급 2	1.5T	2T	2.5T	3T