티타늄 등급 해설: ASTM, GB, AMS 대응

티타늄은 하나의 소재가 아닙니다. 같은 단어가 산소 상한에 따라 네 단계로 나뉘는 산업용 순수 티타늄을 가리키기도 하고, 팔라듐이나 몰리브덴-니켈을 첨가한 예닐곱 가지 내식 합금을 가리키기도 하며, TC4(Ti-6Al-4V)처럼 순수 티타늄과 전혀 다른 거동을 보이는 구조용 합금을 가리키기도 합니다. 등급을 잘못 고르는 일은 대개 작은 문제로 끝나지 않습니다. 용접부 균열, 열교환기가 이듬해에 공식으로 천공되는 일, 또는 인용한 규격 조항과 맞지 않아 고객 입고 검사에서 전량 반품되는 일로 나타납니다.

이 글은 산업 공급에서 실제로 유통되는 등급 — 판재, 스트립, 봉재, 관재, 단조품, 패스너 — 과 구매 현장에서 가장 많이 혼용되는 세 체계인 ASTM, 중국 GB, AMS를 다룹니다.

등급 번호가 실제로 규제하는 것

산업용 순수 티타늄의 등급을 구분하는 것은 두 가지뿐입니다: 침입형 원소 함량(산소, 질소, 탄소, 철)과 그에 따라 결정되는 강도입니다. 순도 99.5%의 티타늄은 대단히 무릅니다. 결정 격자에 고용된 산소는 슬립면을 고정해 강도를 높이는 동시에 연성을 떨어뜨립니다. Gr.1은 산소 상한이 가장 낮아 성형성이 가장 좋고, Gr.4는 가장 높아 순수 티타늄 중 강도가 가장 높으며 항복강도는 Gr.1의 약 세 배입니다.

합금 등급은 메커니즘이 다릅니다: 알루미늄은 α상을 안정화해 강도와 크리프 저항을 높이고, 바나듐은 β상을 안정화해 열간 가공성을 개선하며, 팔라듐과 몰리브덴-니켈은 표면 부동태 피막의 전기화학적 거동을 바꿉니다. 마지막 항목이 내식성에 가장 중요하지만, '강도가 같다'는 이유로 소재를 교체할 때 구매 담당자가 가장 놓치기 쉬운 부분이기도 합니다.

산업용 순수 티타늄: Gr.1에서 Gr.4까지

Gr.2는 기본 산업용 등급으로 화학, 해양, 담수화, 의료 보조 용도의 대부분을 커버합니다. Gr.1은 냉간 성형이 까다로운 곳 — 딥드로잉 라이닝, 확관 열교환기 튜브, 복잡한 판금 부품 — 에서 더 낮은 산소 함량으로 연성을 얻고 그 대가로 강도를 포기합니다. Gr.3은 그 중간입니다. Gr.4는 '내식성 때문에 순수 티타늄을 써야 하지만 응력이 높아 Gr.2로는 벽 두께를 늘려야 하는' 경우에 쓰이며, 성형과 용접의 허용 범위가 확실히 좁습니다.

합금 등급: Gr.5, Gr.9, Gr.23과 팔라듐·몰리브덴-니켈 등급

Gr.5(Ti-6Al-4V, 중국 TC4)는 주력 구조용 합금입니다. 최소 항복강도가 약 828 MPa로 Gr.2의 275 MPa에 비해 세 배이며, 비강도는 스테인리스강의 약 두 배입니다. 동체 피팅, 고강도 패스너, 압축기 부품, 의료 기기, 그리고 중량 감소가 제약인 모든 곳에 사용됩니다. 성형이 어렵고 용접 요구가 높지만, '더 강하다'는 것이 화학 용기로 이 합금을 선택할 이유는 아닙니다.

Gr.9(Ti-3Al-2.5V)는 순수 티타늄과 Ti-6Al-4V 사이에 위치합니다. 최소 항복강도 약 483 MPa, 냉간 성형성이 좋아 유압 배관과 자전거 프레임 튜브에 자주 쓰입니다.

Gr.23(Ti-6Al-4V ELI)은 Gr.5의 초저침입형 버전입니다. 강도 수준은 같지만 인성과 연성이 더 좋아, 외과용 임플란트와 저온 조건에서 통상 지정되는 등급입니다.

실제로 사양서를 좌우하는 것은 내식 등급인 경우가 많습니다. Gr.7은 Gr.2에 팔라듐을 0.12–0.25% 첨가한 것으로, 팔라듐이 부식 전위를 정방향으로 이동시켜 약한 환원성 산에서도 부동태 피막을 유지하게 합니다 — 순수 Gr.2는 이 매체에서 공식이 발생합니다. Gr.11은 같은 발상을 저산소 기재에 적용한 등급입니다. Gr.12(Ti-0.3Mo-0.8Ni)는 몰리브덴과 니켈로 더 낮은 비용에 유사한 효과를 내며, 열염화물과 묽은 산 조건에 널리 쓰입니다.

최소 기계적 성질 일람

아래 표는 ASTM B265(판재, 스트립, 스트립 조각)와 B348(봉재, 로드, 빌렛)이 어닐링 상태 제품에 요구하는 최소값입니다. 관재는 B338, 단조품은 B381에 각자의 표가 있습니다. 등급 논리는 같지만, 반드시 귀하의 제품 형태에 적용되는 조항을 확인하십시오.

등급	UNS	공칭 조성	Rp0.2 / Rm (MPa, 최소)	대표 용도
Gr.1	R50250	산업용 순수, O ≤ 0.18%	170 / 240	딥드로잉, 확관 열교환기 튜브, 라이닝
Gr.2	R50400	산업용 순수, O ≤ 0.25%	275 / 345	화학 설비, 해양, 담수화, 일반
Gr.3	R50550	산업용 순수, O ≤ 0.35%	380 / 450	중간 강도, 압력 부품
Gr.4	R50700	산업용 순수, O ≤ 0.40%	483 / 550	고강도 순수 티타늄, 후벽 부품
Gr.5	R56400	Ti-6Al-4V	828 / 895	항공 구조, 패스너, 의료
Gr.7	R52400	Gr.2 + 0.12–0.25% Pd	275 / 345	환원성 산, 열염화물
Gr.9	R56320	Ti-3Al-2.5V	483 / 620	유압 배관, 냉간 성형 부품
Gr.11	R52250	Gr.1 + 0.12–0.25% Pd	170 / 240	내식성과 성형성이 모두 필요한 경우
Gr.12	R53400	Ti-0.3Mo-0.8Ni	483 / 550	고온 염수, 묽은 산, 열교환기 튜브
Gr.23	R56407	Ti-6Al-4V ELI	828 / 860	임플란트, 저온, 파괴 임계 부품

ASTM 등급과 GB 등급의 대응

중국 소재는 GB/T 3620.1에 따라 명명되며, 등급은 ASTM 체계를 일대일로 옮긴 것처럼 보입니다. 대부분의 구매 문서도 실제로 그렇게 처리합니다. 엄밀히 말하면 이들은 등가의 '계열'이지 완전히 동일한 규격은 아닙니다.

GB 등급	가장 가까운 ASTM 등급	대체 전 반드시 확인할 항목
TA1	Gr.1	산소 상한과 철 함량 한도
TA2	Gr.2	산소 상한; 인장·항복 최소값
TA3	Gr.3	산소 상한; 해당 제품 형태의 공급 가능성
TA9	Gr.7	팔라듐 함량 범위 0.12–0.25%
TA10	Gr.12	몰리브덴·니켈 범위와 어닐링 상태
TC4	Gr.5	알루미늄·바나듐 범위, 산소 상한, 열처리 조건
TC4 ELI	Gr.23	침입형 원소 한도(O, Fe, N)
TA15 (Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)	직접 대응 ASTM 등급 없음	근접 α 합금; 대체는 문서 작업이 아닌 엔지니어링 판단
TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)	직접 대응 ASTM 등급 없음	고온 합금; 바로 대체할 등가 등급 없음

AMS는 두 체계보다 상위의 더 엄격한 체계입니다. AMS 4911은 Ti-6Al-4V 판재·스트립·후판을, AMS 4928은 Ti-6Al-4V 봉재·선재·단조품·링을, AMS 4900 시리즈는 산업용 순수 티타늄 등급을 다룹니다. AMS는 보통 ASTM 기준선 위에 조직 제어, 더 좁은 조성 창, 추가 시험을 얹습니다 — 항공 구매자가 ASTM 대신 AMS를 인용하는 이유입니다.

등가성이 깨지는 지점

실무에서 문제가 생기는 곳은 세 군데입니다.

조성 창이 다릅니다. 두 순수 티타늄 등급을 가르는 산소 상한은 체계마다 완전히 같지 않으며, 산소는 강도와 연성을 좌우합니다. GB 등급을 만족하는 성적서가 특정 원소에서 ASTM 한도를 여전히 넘을 수 있고, 또는 간신히 경계에 걸쳐 있어 두 번째 시료 재시험에서 규격을 벗어날 수도 있습니다.

공차와 납품 상태는 별도 조항입니다. 등급은 판재가 열간 압연인지 냉간 압연인지, 어닐링인지 응력 제거인지, 산세인지 연마인지 설명하지 않으며, 허용되는 휨과 캠버도 말해주지 않습니다. 두 공급사 모두 'B265 Gr.2 판재'를 팔 수 있지만, 도착한 소재의 가공 거동은 전혀 다를 수 있습니다.

시험 요구가 다릅니다. 어떤 시험이 필수인지, 시료 채취 빈도는 어떤지, 성적서가 3.1인지 3.2인지는 등급과 무관합니다. 등급만 기준으로 완벽히 적합한 성적서도, 제품 형태에 맞는 규격 조항을 잘못 인용했다는 이유로 고객 입고 검사에서 거부될 수 있습니다.

실전 선정: 네 가지 질문

1. 매체와 온도는 무엇입니까? 순수 티타늄 계열에 남아야 하는지, 팔라듐이나 몰리브덴-니켈이 필요한지를 결정합니다. 강도로 고른 등급은 염산을 만나면 기계적 성질이 아무리 좋아도 실패합니다.

2. 실제 제약은 강도입니까, 강성과 부식 여유입니까? 대부분의 화학 설비 고장은 항복이 아니라 부식 또는 벽 두께 감소에서 옵니다. Gr.2가 보통 정답이며, Gr.5는 종종 '문제를 잘못 읽은' 고가의 답입니다.

3. 성형은 어떻게 합니까? 용접, 딥드로잉, 기계 가공, 탭 가공 중 무엇입니까? Gr.1과 Gr.9는 Gr.4와 Gr.5보다 성형성이 좋습니다. Gr.5는 순수 티타늄보다 절삭성이 좋지만 예리한 공구와 충분한 냉각이 필요하며, Gr.5 패스너는 건식 피막 윤활제 없이 조이면 쉽게 갈링(고착)됩니다.

4. 승인 주체는 무엇을 받아들입니까? 최종 사용자가 항공이나 의료라면 답은 보통 AMS 또는 ASTM 임플란트 규격(F67, F136)이며, 용해 히트까지 추적되는 완전한 사슬이 요구됩니다. 어떤 '등가' 논리도 심사자의 검토를 통과하지 못합니다.

문의에서 가장 흔한 실수

• '더 좋으니까' Gr.5를 고릅니다. 강도는 두 배, 용접성은 절반이 되며, 부식이 벽 두께를 좌우하는 경우에는 아무 이익이 없습니다.
• 고온 염화물 염수에 일반 Gr.2를 씁니다. 약 70 °C 이상에서는 개스킷 아래와 튜브시트 접합부의 틈새 부식이 설계 조건이 되며, 보통 Gr.7이나 Gr.12로 바꿔야 합니다.
• 서류상 TA2를 Gr.2로 간주합니다. 등급만 받지 말고 조성표를 요구해, 구매하는 ASTM 조항과 원소별로 대조하십시오.
• 규격만 말하고 상태를 말하지 않습니다. 'ASTM B265 Gr.2'는 어닐링인지 냉간 압연인지, 단부 상태와 표면 처리가 무엇인지 지정하지 않으며, 이들이 가격과 납기를 바꿉니다.
• 팔라듐 등급이 항상 상위라고 생각합니다. 팔라듐은 환원성 조건에서 유효하며, 강한 산화성 매체에서는 문제를 해결하지 못하면서 비용만 크게 높입니다.

위에 언급한 모든 소재를 판재·스트립, 봉재·로드, 관재·배관, 패스너, 단조품·가공품으로 공급할 수 있습니다. 특정 매체나 도면에 묶인 등급 질문이 있으시면 사용 조건을 함께 보내주십시오. 귀하가 적용하는 규격에 맞춰 답변드립니다.