인장강도 뜻과 단위 – 항복강도 인장강도 차이, 응력 변형률 선도 해석, 재료별 인장강도표 (SS275 · SD400 · SUS304 · 알루미늄)

 

인장강도는 재료를 양쪽에서 잡아당길 때 끊어지기 전까지 버틸 수 있는 최대 응력이다. 시험에서 걸린 최대하중을 처음 단면적으로 나눠 구하고, 단위는 MPa(= N/mm²)를 쓴다. 강재 · 철근 · 스테인리스 · 알루미늄 같은 금속 재료의 강도를 말할 때 가장 먼저 나오는 값이다.

 

이 글에서는 인장강도 뜻과 공식, 인장강도 단위 환산(MPa · kgf/cm² · kgf/mm²), 응력 변형률 선도 해석, 탄성 · 소성 · 연성 · 취성 차이, 항복강도 인장강도 차이와 항복비, 0.2% 오프셋 항복강도, 인장시험 방법, 그리고 재료별 인장강도 · 항복강도표(SS275 · SM355 · SD400 · SUS304 · 알루미늄 6061 · ADC12)까지 그래프와 계산기로 정리한다.

 

용어	뜻	공식 · 단위
인장강도 (fu, σu)	시험 중 걸린 최대 응력. 이 값을 넘으면 네킹이 시작되고 곧 끊어진다	fu = Pmax / A₀ (MPa)
항복강도 (fy, σy)	하중을 빼도 원래대로 돌아오지 않는 변형(소성 변형)이 시작되는 응력	fy = Py / A₀ (MPa)
항복비	인장강도 대비 항복강도 비율. 작을수록 항복 후 여유가 크다	YR = fy / fu
연신율	끊어질 때까지 늘어난 길이 비율. 연성(늘어나는 성질)의 척도	δ = (Lf − L₀) / L₀ × 100 (%)
단위	1 MPa = 1 N/mm² ≈ 10.2 kgf/cm²	1 kgf/mm² = 9.807 MPa

 

 

인장강도 뜻과 공식

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막대 모양 시험편을 인장시험기에 물리고 천천히 잡아당기면, 하중이 점점 커지다가 어느 순간 최대값을 찍고 그 뒤로는 시험편 한가운데가 잘록해지면서(네킹) 하중이 떨어지다 끊어진다. 이 최대하중 Pmax를 시험 전 단면적 A₀로 나눈 값이 인장강도다.

 

 

기호	뜻	단위
Pmax	시험 중 기록된 최대 인장하중	N, kN
A₀	시험 전 원래 단면적 (원형이면 πd₀²/4)	mm²
fu = Pmax / A₀	인장강도 (극한강도, ultimate tensile strength)	N/mm² = MPa
σ = P / A₀	공칭응력(공학응력). 응력 변형률 선도의 세로축	MPa
ε = ΔL / L₀	공칭변형률. 늘어난 길이 ÷ 처음 표점거리	무차원 (또는 %)

 

 

예제 – 지름 14 mm 시험편의 인장강도

지름 d₀ = 14 mm인 강재 시험편에서 최대하중 Pmax = 72 kN이 나왔다.

• 단면적 A₀ = π × 14² / 4 = 153.9 mm²
• 인장강도 fu = 72,000 N / 153.9 mm² = 467.8 MPa
• 같은 시험에서 항복하중 Py = 48 kN이면 항복강도 fy = 48,000 / 153.9 = 311.9 MPa, 항복비 = 311.9 / 467.8 = 0.67

 

• 인장강도는 처음 단면적으로 나눈다. 네킹으로 줄어든 실제 단면적으로 나눈 값은 진응력(true stress)이라고 하며, 인장강도 이후에도 계속 커진다.
• 그래서 공칭응력으로 그린 선도는 인장강도 이후 내려가지만, 재료가 약해진 것이 아니라 단면이 줄어든 것이다.

 

 

인장강도 단위와 환산 – MPa · N/mm² · kgf/cm² · kgf/mm²

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응력은 힘 ÷ 면적이므로 인장강도 단위도 힘/면적이다. 지금 KS · KDS는 MPa(= N/mm²)를 쓰고, 오래된 도면 · 시방서 · 일본 자료에는 kgf/cm², kgf/mm²가 남아 있다. 미국 자료는 ksi · psi를 쓴다.

 

단위	MPa로 바꾸기	예 (SS275 인장강도 하한 410 MPa)
MPa = N/mm²	× 1	410 MPa = 410 N/mm²
kgf/cm²	× 0.0981 (1 MPa ≈ 10.2 kgf/cm²)	≈ 4,181 kgf/cm²
kgf/mm²	× 9.807 (1 MPa ≈ 0.102 kgf/mm²)	≈ 41.8 kgf/mm²
GPa	× 1,000	0.41 GPa
ksi (kip/in²)	× 6.895	≈ 59.5 ksi
psi (lb/in²)	× 0.006895	≈ 59,470 psi
kPa = kN/m²	× 0.001	410,000 kPa

 

• 옛 강재 이름 SS41 · SM50의 숫자는 인장강도 하한 kgf/mm²였다. 단위를 SI로 바꾸면서 SS400(400 N/mm²) · SM490이 되었고, 2016년 이후 KS는 다시 항복강도 기준(SS275 · SM355)으로 이름을 바꿨다.
• 1 kgf = 9.80665 N이므로 kgf 단위를 MPa로 바꿀 때 10으로 어림하면 약 2% 크게 잡힌다.

 

직접 해 보기 – 인장강도 단위 환산기

인장강도 · 응력 단위 환산기

MPa (N/mm²) kgf/cm² kgf/mm² GPa ksi psi kPa (kN/m²) tf/m²

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응력 변형률 선도 해석 – 항복점 · 인장강도 · 네킹

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인장시험에서 하중과 늘음량을 계속 기록해 응력(세로) – 변형률(가로)로 그린 그래프가 응력 변형률 선도다. 구조용 연강(SS275 같은 저탄소강)의 선도는 아래처럼 생겼다. 오른쪽 아래 작은 그래프는 변형률 0 ~ 2% 구간을 확대한 것이다.

 

 

 

구간 · 점	선도에서	뜻
비례한도	직선이 끝나는 점	응력과 변형률이 정비례(후크의 법칙 σ = Eε)하는 한계
탄성한도	비례한도와 거의 같은 위치	하중을 빼면 원래 길이로 돌아오는 한계
상항복점 · 하항복점	튀어 올랐다 떨어지는 점과 그 뒤 평평한 높이	연강에서만 뚜렷하다. 설계에 쓰는 항복강도는 보통 하항복점
항복 구간 (소성 흐름)	하중이 거의 그대로인데 변형만 늘어나는 수평 구간	소성 변형이 시작되어 하중을 빼도 늘어난 길이가 남는다
변형경화	다시 올라가는 곡선	소성 변형을 받은 금속이 더 단단해지는 현상
인장강도 (극한강도)	곡선의 꼭대기	최대 공칭응력. 여기서 네킹이 시작
네킹	꼭대기 이후 내려가는 구간	한 곳이 잘록해지며 단면적이 급격히 줄어든다
파단점	곡선의 끝	시험편이 끊어진다. 이때의 변형률이 연신율

 

• 직선 구간의 기울기 = 탄성계수 E다. 강재는 약 200 ~ 205 GPa, 알루미늄은 약 70 GPa로 강재의 1/3이다. 콘크리트 탄성계수는 콘크리트 탄성계수 종류와 산정식에 따로 정리했다.
• 곡선 아래 면적 = 인성(toughness)이다. 끊어질 때까지 흡수하는 에너지(단위 부피당)로, 강하면서 많이 늘어나는 재료일수록 크다. 탄성 구간만의 면적은 레질리언스라고 한다.
• 그래프는 KS 최소값이 아니라 모양을 설명하기 위한 예시 곡선이다. 실제 강재는 성적서(밀시트) 값이 규격 최소값보다 높게 나온다.

 

 

탄성 소성 연성 취성 차이

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응력 변형률 선도 위에서 보면 네 단어가 한 번에 정리된다. 탄성 · 소성은 선도의 구간을, 연성 · 취성은 재료가 끊어지기 전에 얼마나 늘어나는지를 말한다.

 

구분	뜻	선도에서	대표 재료 · 예
탄성	힘을 빼면 원래 모양으로 돌아오는 성질	처음 직선 구간 (항복 전)	스프링, 항복 전의 모든 금속
소성	힘을 빼도 변형이 남는 성질	항복점 이후 구간	철사를 구부리면 그대로 있는 것, 소성가공
연성	끊어지기 전에 크게 늘어나는 성질	항복 후 긴 꼬리, 연신율이 큼	연강, 철근, 스테인리스, 구리
취성	거의 늘어나지 않고 갑자기 끊어지는 성질	소성 구간 없이 짧게 끝남	주철, 유리, 콘크리트(인장), 세라믹

 

 

 

위 곡선들도 모양 비교를 위한 예시다. 같은 재료라도 열처리 · 두께 · 제조사에 따라 값이 달라진다.

 

 

• 연성 파괴는 네킹이 생기고 파단면이 컵 · 원뿔(cup-cone) 모양이다. 끊어지기 전에 크게 늘어나 미리 경고를 준다.
• 취성 파괴는 네킹 없이 파단면이 평평하고 반짝인다. 경고 없이 갑자기 끊어진다.
• 같은 강재도 온도가 낮아지면 연성에서 취성으로 바뀐다(연성-취성 천이온도). 교량 · 저온 구조물 강재에 샤르피 충격시험 등급(A · B · C)을 따지는 이유다.
• 구조설계가 연성 파괴를 목표로 하는 이유도 같다. 철근콘크리트 보에서 철근이 먼저 항복하도록 최대 철근비를 제한하는 것이 그 예다 → 휨인장 · 압축 · 전단 최소 및 최대 철근비
• 소성은 설계에서도 쓰인다. 단면 전체가 항복하는 소성모멘트, 소성힌지, 소성단면계수 Z가 그것이다 → 단면2차모멘트 · 단면계수 공식

 

 

항복강도 인장강도 차이 – 항복응력 · 허용응력 · 극한강도

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항복강도는 "영구 변형이 시작되는 응력", 인장강도는 "끊어지기 직전까지 낼 수 있는 최대 응력"이다. 항복강도가 늘 더 작다. 구조물은 하중을 빼면 원래대로 돌아와야 하므로 설계는 항복강도를 기준으로 하고, 인장강도는 항복 이후의 여유(연성 · 안전여유)를 확인하는 데 쓴다.

 

용어	뜻	기호	비고
항복응력 · 항복강도	같은 말. 소성 변형이 시작되는 응력. "항복점"은 그 점 자체	fy, σy, Fy	영어 yield stress / yield strength
0.2% 내력	항복점이 뚜렷하지 않은 재료의 항복강도 대용값	σ0.2, Rp0.2	스테인리스 · 알루미늄 · PS 강재
인장강도 · 극한강도	최대 공칭응력	fu, σu, Fu, Rm	영어 tensile strength (UTS)
허용응력	설계에서 넘지 않도록 정한 응력 = 항복강도 ÷ 안전율	fa, σa	허용응력설계법(ASD)에서 사용
파단응력	끊어지는 순간의 공칭응력	σf	네킹 때문에 인장강도보다 작게 나온다

 

 

항복비 (fy / fu)

항복비는 항복강도를 인장강도로 나눈 값이다. 항복비가 낮을수록 항복한 뒤에도 인장강도까지 여유가 커서, 힘을 다른 부재로 넘겨주며 크게 변형할 수 있다(연성이 좋다). 그래서 내진용 강재 · 철근은 항복비 상한을 둔다.

 

재료	항복비 (대략)	설명
연강 (SS275)	0.6 ~ 0.75	항복 후 여유가 커서 연성이 좋다
철근 SD400	0.87 이하 (인장강도 ≥ 항복강도 × 1.15)	KS D 3504가 비율로 규정
고강도 철근 SD500 이상	0.93 이하 (인장강도 ≥ 항복강도 × 1.08)	강도가 올라갈수록 항복비가 커진다
내진용 강재 (SN 등)	0.80 · 0.85 이하 등	강종 · 두께별로 상한 규정
PS 강연선	약 0.9	항복 후 여유가 작다 (설계 fpy ≈ 0.9 fpu)

 

 

0.2% 오프셋 항복강도 – 항복점이 없는 재료

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스테인리스 · 알루미늄 · 고강도강 · PS 강재는 연강처럼 평평한 항복 구간이 없이 곡선이 완만하게 휘어진다. 이럴 때는 변형률 0.2%(0.002) 지점에서 탄성 직선과 평행한 선을 그어 곡선과 만나는 응력을 항복강도로 정한다. 이 값을 0.2% 오프셋 항복강도 또는 0.2% 내력이라고 한다.

 

 

 

• 순서: ① 선도의 직선 구간 기울기(E)를 구한다 ② 가로축 0.2% 점에서 그 기울기로 직선을 긋는다 ③ 곡선과 만나는 점의 응력을 읽는다.
• 스테인리스 304는 곡선이 일찍부터 휘어 0.2% 내력(약 205 MPa 이상)이 인장강도(520 MPa 이상)의 절반도 안 된다. 그만큼 항복 후 여유가 크다.
• 규격표의 "항복강도" 칸이 이런 재료에서는 대부분 0.2% 내력이다.

 

 

인장시험 방법 – KS B 0801 시험편 · KS B 0802 시험 방법

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금속 재료의 인장강도는 KS B 0801(금속 재료 인장 시험편)에 정한 모양으로 시험편을 만들고, KS B 0802(금속 재료 인장 시험 방법)에 따라 시험해서 구한다. 국제 규격 ISO 6892-1과 같은 방식이다.

 

순서	내용
① 시험편 준비	봉강은 원형, 강판은 판 모양 시험편. 가운데 평행부에 표점거리 L₀를 표시하고 지름 · 폭 · 두께를 재서 A₀를 구한다
② 물리기	시험편 양 끝을 인장시험기(UTM) 그립에 물리고 신율계를 단다
③ 하중 가하기	정해진 속도로 천천히 당기며 하중 – 늘음량을 기록한다
④ 항복 · 최대하중 읽기	항복하중 Py(또는 0.2% 내력)와 최대하중 Pmax를 읽는다
⑤ 파단 후 측정	끊어진 두 조각을 맞대어 표점거리 Lf, 가장 잘록한 곳 지름을 잰다
⑥ 계산	항복강도 · 인장강도 · 연신율 · 단면수축률을 구해 규격값과 비교한다

 

• 철근은 시험편을 깎지 않고 원래 철근 그대로 시험하며, 단면적은 지름이 아니라 KS의 공칭단면적(D13 = 126.7 mm² 등)을 쓴다 → 철근 규격 · 이형철근 단위중량표
• 현장 반입 강재 · 철근은 밀시트(시험성적서)의 항복강도 · 인장강도 · 연신율을 KS 규격값과 비교해 확인한다.

 

직접 해 보기 – 인장시험 결과 계산기

시험편 치수와 하중을 넣으면 항복강도 · 인장강도 · 항복비 · 연신율 · 단면수축률을 계산하고, 고른 강종의 KS 규격값과 비교한다.

 

인장시험 결과 계산기

시험편 단면

원형 (지름 d₀) 판형 (폭 b × 두께 t) 단면적 직접 입력 (철근 공칭단면적 등)

지름 d₀ (mm)

× t mm

항복하중 Py (kN)

최대하중 Pmax (kN)

표점거리 L₀ → Lf (mm)

→

파단부 지름 (mm, 선택)

원형일 때만 단면수축률 계산

비교할 강종

비교 안 함 SS275 (t ≤ 16) SM355 (t ≤ 16) SD400 SD500 STS304

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재료별 인장강도 · 항복강도표 (SS275 · SM355 · SD400 · SUS304 · 알루미늄)

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아래 값은 각 규격의 최소 보증값이다(따로 적은 것 제외). 강재는 두께가 두꺼울수록 항복강도 기준이 낮아지므로, 정확한 값은 KS 원문과 납품 성적서로 확인한다.

 

재료	규격	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	비고
SS275	KS D 3503 일반구조용	275 (t ≤ 16) 265 (16 < t ≤ 40) 245 (40 < t ≤ 100)	410 ~ 550	옛 SS400 대체
SS400 (구 규격)	KS D 3503 (2016 이전)	245 (t ≤ 16) 235 (16 < t ≤ 40)	400 ~ 510	옛 도면 · 계산서
SM275	KS D 3515 용접구조용	275	410 ~ 550	두께별 감소 있음
SM355	KS D 3515 용접구조용	355	490 ~ 630	옛 SM490 대체, 교량 주부재
SM460	KS D 3515 용접구조용	460	570 ~ 720	고강도
SD300	KS D 3504 철근	300 ~ 420	항복강도 × 1.15 이상
SD400	KS D 3504 철근	400 ~ 520	항복강도 × 1.15 이상 (460 ~ 598)	가장 많이 쓰는 철근
SD500	KS D 3504 철근	500 ~ 650	항복강도 × 1.08 이상
SD600	KS D 3504 철근	600 ~ 780	항복강도 × 1.08 이상
STS304 (SUS304)	KS D 3698 · 3705 스테인리스	205 이상 (0.2% 내력)	520 이상	연신율 40% 이상
알루미늄 6061-T6	ASTM B209 판재	240 이상	290 이상	대표값 약 276 / 310
ADC12	JIS H 5302 다이캐스팅	참고 약 150	참고 약 310	규격에 기계적 성질 규정 없음
PS 강연선 SWPC7BL	KS D 7002	설계 fpy ≈ 0.9 fpu	1,860급	프리스트레스트 콘크리트

 

 

 

• SD400 · SD500의 인장강도는 SD400이면 "항복강도 400 ~ 520 범위 안에서, 실제 항복강도의 1.15배 이상"이다. 그래프의 460 · 540은 항복강도가 최소값일 때의 값이다.
• 알루미늄은 강재 대비 강도는 비슷하거나 낮지만 무게가 약 1/3이다. 대신 탄성계수도 1/3이라 같은 하중에서 처짐이 3배 생긴다.
• H형강 · 각관 · 강관의 강종별 규격은 H빔 규격 · H형강 규격표, 각관 규격 · 강관 규격에 정리했다.

 

 

인장강도와 압축강도 차이 – 콘크리트는 인장에 약하다

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강재는 인장강도와 압축강도가 거의 같지만(압축은 좌굴이 먼저 문제가 된다), 콘크리트 · 주철 · 돌 같은 취성 재료는 압축에는 강하고 인장에는 약하다. 콘크리트 인장강도는 압축강도의 대략 1/10 ~ 1/13이다.

 

재료	압축강도	인장강도	설계에서
콘크리트 (fck 24 MPa)	24 MPa	약 2 ~ 3 MPa 휨인장강도 fr = 0.63λ√fck ≈ 3.1 MPa	인장 쪽은 철근이 맡는다 (철근콘크리트)
연강 SS275	항복 275 MPa (단주 기준)	410 ~ 550 MPa	압축재는 좌굴로 결정되는 경우가 많다
회주철	인장강도의 약 3 ~ 5배	약 150 ~ 300 MPa	취성이라 인장 부재에 쓰지 않는다

 

• 콘크리트가 인장에 약해서 철근으로 보강한 것이 철근콘크리트다 → 철근 콘크리트 성립 이유 및 장단점
• 긴 압축재는 재료 강도에 닿기 전에 휘어 버린다 → 좌굴 뜻과 좌굴하중 공식

 

 

자주 묻는 질문

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질문	답
인장강도 뜻은?	재료가 잡아당기는 힘에 끊어지지 않고 버티는 최대 응력이다. 최대하중 ÷ 처음 단면적.
인장강도 단위는?	MPa(= N/mm²)를 쓴다. 1 MPa ≈ 10.2 kgf/cm² ≈ 0.102 kgf/mm².
항복강도와 인장강도 차이는?	항복강도는 영구 변형이 시작되는 응력, 인장강도는 끊어지기 전 최대 응력이다. 설계는 항복강도 기준이다.
항복응력과 항복강도는 다른가?	같은 뜻으로 쓴다. 기호는 fy 또는 σy.
인장강도 영어로?	Tensile strength(UTS, Ultimate Tensile Strength). 항복강도는 Yield strength.
항복점이 없는 재료는?	0.2% 오프셋법으로 0.2% 내력을 구해 항복강도로 쓴다.
응력 변형률 선도 면적은?	곡선 아래 면적이 인성(파단까지 흡수하는 에너지)이다.
연성과 취성 차이는?	연성은 끊어지기 전에 크게 늘어나는 성질, 취성은 거의 늘지 않고 갑자기 끊어지는 성질이다.
인장강도 시험 규격은?	KS B 0801(시험편), KS B 0802(시험 방법). 국제 규격은 ISO 6892-1.

 

 

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