티타늄 패스너는 높은 강도, 낮은 중량, 그리고 스테인리스가 제공하지 못하는 내식성이 동시에 필요한 틈새 분야를 채웁니다. 구조용 패스너에는 Grade 5(Ti-6Al-4V)가 주력 합금이며, 볼트, 스크류, 스터드는 ASTM F468, 너트는 ASTM F467에 따라 공급됩니다. 이 가이드에서는 어떤 제품을 공급할 수 있는지, 실제 기계적 성질은 어떤지, 그리고 검토 대상이 되는 스테인리스 및 니켈 합금 대안과 어떻게 다른지를 설명합니다.
왜 패스너에는 Ti-6Al-4V를 쓰는가
티타늄 패스너의 장점은 세 가지 특성이 동시에 작동한다는 점입니다.
- 강도 대비 중량비. Grade 5 티타늄은 밀도 4.43 g/cm3에서 900-1100 MPa의 인장강도를 가집니다. 이는 고강도 합금강 볼트(SAE Grade 8)와 비슷한 강도이면서 무게는 약 57% 수준입니다. A4-80 스테인리스 패스너와 비교하면 약 40% 더 가볍고 인장강도는 거의 두 배에 가깝습니다.
- 내식성. 티타늄은 염화물 환경에서 내식성이 우수하며, 해양과 많은 화학 공정에서 스테인리스가 겪는 공식 및 틈부식에 훨씬 덜 취약합니다. 해수, 차아염소산염, 기타 부식성 조건에서 스테인리스 패스너의 수명이 제한될 때 자주 선택됩니다.
- 낮은 자기 반응과 의료 분야 사용 이력. 낮은 자기 반응이 필요한 곳에서 선택되며, 티타늄 합금은 의료 기기에도 널리 사용됩니다. 다만 임플란트 용도에서는 합금 종류, 청정도, 표면 상태, 규제 검증 요건을 별도로 명확히 지정해야 합니다.
제공 가능한 머리 형상과 구성
육각 볼트
DIN 931(반나사)과 DIN 933(전나사)의 표준 육각 볼트는 가장 일반적인 티타늄 패스너 형태입니다. 보통 M5부터 M24까지 공급되며, 더 큰 사이즈는 주문 제작합니다. 플랜지 연결, 구조 조립, 장비 고정 등 렌치 체결이 필요한 곳에 사용됩니다.
육각 소켓 헤드 캡 스크류
DIN 912 소켓 헤드 캡 스크류는 항공우주, 모터스포츠, 정밀 장비에서 널리 사용됩니다. 내부 육각 구동 방식으로 더 작은 머리 형상에서 높은 체결 토크를 얻을 수 있습니다. 일반적인 범위는 M3부터 M20입니다.
버튼 헤드 및 접시머리 스크류
버튼 헤드(ISO 7380) 및 접시머리(DIN 7991) 소켓 스크류는 낮은 프로파일 또는 플러시 표면이 필요한 곳에 사용됩니다. 레이싱 바디워크, 해양 데크 하드웨어, 의료 기기 하우징 등에서 흔히 볼 수 있습니다.
스터드 볼트 및 전산봉
ASTM F468 규격의 양단 스터드 볼트는 압력용기 및 열교환기 플랜지 연결에 사용됩니다. 티타늄 스터드는 화학 반응기, 클로르알칼리 셀, 오프쇼어 라이저처럼 볼트 자체가 용기와 같은 부식 환경을 견뎌야 하는 곳에서 지정됩니다.
육각 너트 및 나일론 락 너트
ASTM F467 Grade 5 육각 너트는 DIN 934 표준형과 DIN 439 얇은형으로 공급 가능합니다. 나일론 인서트 락 너트(DIN 985)는 진동 환경에서 풀림 방지에 유리합니다. 볼트와 너트를 모두 티타늄으로 사용하면 이종 금속 혼용 시 발생할 수 있는 갈바닉 부식 우려를 줄일 수 있습니다.
나사 규격
티타늄 패스너는 미터 및 인치 나사 모두로 제조됩니다.
- ISO 미터 나사(M3–M24): 보통 거친 피치가 표준 재고이며, 미세 피치는 요청 시 가능합니다. 대부분의 산업 및 유럽 규격은 미터 나사를 사용합니다.
- UNC / UNF: 북미 규격 장비와 항공우주 사양에서 필요합니다. 일반 범위는 #6-32부터 1"-8 UNC까지입니다.
- 나사 등급: 미터는 6g/6H, 유니파이드는 2A/2B가 표준입니다. 정밀 용도를 위해 더 높은 등급도 가능합니다.
기계적 성질 — ASTM F468 Grade 5 패스너
인장강도: 최소 900 MPa (일반적으로 950-1100 MPa)
항복강도(0.2% 오프셋): 최소 830 MPa
연신율(4D): 최소 10%
단면 수축률: 최소 25%
밀도: 4.43 g/cm3
경도: HRC 30-36
전단강도: 약 550 MPa
사용 온도 범위: -54°C ~ +315°C (315°C 이상에서는 크리프와 산화 고려 필요)
Ti Grade 5 vs 스테인리스강 vs Inconel 718
부식성 또는 고성능 서비스에서 가장 흔한 대안들과 비교하면 다음과 같습니다.
인장강도: Ti Gr.5 — 900-1100 MPa | SS 316 A2-70 — 700 MPa | SS 316 A4-80 — 800 MPa | Inconel 718 — 1240 MPa
항복강도: Ti Gr.5 — 830 MPa | SS 316 A2-70 — 450 MPa | SS 316 A4-80 — 600 MPa | Inconel 718 — 1030 MPa
밀도: Ti Gr.5 — 4.43 g/cm3 | SS 316 — 7.98 g/cm3 | Inconel 718 — 8.19 g/cm3
염화물 내식성: Ti Gr.5 — 우수 | SS 316 — 보통 (따뜻한 해수에서 공식 발생) | Inconel 718 — 우수
최대 사용 온도: Ti Gr.5 — 315°C | SS 316 — 800°C | Inconel 718 — 700°C
자성: Ti Gr.5 — 없음 | SS 316 — 약간 있음 (냉간가공 시) | Inconel 718 — 약간 있음
상대 비용: Ti Gr.5 — 높음 | SS 316 A2-70 — 낮음 | SS 316 A4-80 — 중간 | Inconel 718 — 매우 높음
핵심은 분명합니다. 티타늄은 중량과 염화물 내식성에서 강점이 있고, Inconel 718은 절대 강도와 고온 성능에서 우세합니다. 스테인리스 A4-80은 부식 조건이 중간 수준이고 중량이 중요하지 않을 때의 예산형 선택지입니다.
산업별 적용 분야
해양 및 오프쇼어
해저 장비, 선박 배기 시스템, 담수화 설비, 오프쇼어 플랫폼 배관 등에 사용됩니다. 낮은 중량, 강한 해수 내식성, 우수한 피로 특성이 장기 사용 접합부에서 장점이 됩니다.
항공우주
Grade 5 패스너는 기체 조인트, 랜딩기어 조립체, 터빈 엔진 케이싱에 사용됩니다. 항공우주용 티타늄 패스너는 완전한 재질 추적성을 요구하며 보통 NAS 또는 NASM 규격으로 제조됩니다.
화학 공정
티타늄 반응기, 열교환기, 배관의 플랜지 접합에는 이종 금속 접촉 부식을 피하기 위해 티타늄 볼팅이 필요합니다. 이 분야에서는 M16-M24의 스터드와 대형 육각 너트가 흔합니다.
모터스포츠 및 의료
모터스포츠에서는 M5-M10의 소켓 헤드와 버튼 헤드 스크류로 강철 패스너를 대체해 전체 중량을 줄입니다. 의료 적용에서는 표준 산업용 Grade 5 대신 Grade 5 ELI(Grade 23)가 사용되는 경우가 많으며, 최종 기기는 적용되는 의료 규격에 맞게 별도 검증이 필요합니다.
표면 마감 옵션
- 내추럴(기계가공 또는 압연 상태): 표준 마감입니다. 티타늄의 자연 산화층만으로도 충분한 내식성을 제공합니다. 대부분의 산업용 패스너가 이 상태로 공급됩니다.
- 아노다이징(착색): 산화층 두께를 제어해 블루, 퍼플, 골드, 그린 같은 간섭색을 만듭니다. 식별 코드나 외관 목적에 사용되며, 두께가 얇아 치수나 나사 맞춤에 큰 영향을 주지 않습니다.
- 은 또는 니켈 도금: 고온 항공우주 환경에서 갈링과 소착을 방지합니다. 터빈 엔진용 티타늄 볼트에는 AMS 2410 기준의 은도금이 대표적인 대책입니다.
- 왁스 또는 PTFE 코팅: 조립 시 갈링 위험을 줄이기 위한 나사 윤활 코팅입니다. 티타늄은 건식 체결 상태에서 자신과 스테인리스 모두에 대해 갈링이 쉽게 발생합니다.
갈링 방지: 실무 포인트
티타늄은 갈링이 쉽게 발생합니다. 건식 티타늄 볼트를 티타늄 너트에 체결하면 고착 위험이 높고, 나사면이 압력 하에서 냉간 용착될 수 있습니다. 실제 현장에서는 사용 환경에 맞는 안티시즈 컴파운드, 적절한 도금 마감, 또는 왁스/PTFE 윤활을 함께 사용하는 것이 일반적입니다.
FILTURE는 ASTM F468/F467 기준의 Grade 5 티타늄 패스너를 M3부터 M24까지 공급합니다. 육각 볼트, 소켓 헤드 캡 스크류, 버튼 헤드 스크류, 스터드 볼트, 너트가 가능하며, 특주 길이, 비표준 머리 형상, 코팅 마감도 요청할 수 있습니다. 자세한 내용은 티타늄 패스너 카탈로그를 보거나, 사양과 함께 문의해 주세요.
