볼트 규격 — 강도등급·피치 표기법과 체결 토크 계산

볼트 규격 하나를 잘못 읽으면, 겉보기엔 멀쩡하던 체결부가 예고 없이 풀리거나 끊어져 설비가 통째로 멈춥니다.
호칭경만 대충 맞춰서 재고에 있는 볼트를 쓰다가 진동이 심한 설비에서 풀림이 반복되거나 나사산이 통째로 뭉개지는 상황도 발생합니다.
특히 볼트 머리에 찍힌 8.8이나 10.9 같은 숫자는 단순 등급 표시가 아니라 실제 파단 강도와 직결되는데, 무작정 높은 숫자만 고집하면 오히려 위험해지는 경우도 있습니다.
왜 그런지는 강도구분 마킹 부분에서 자세히 설명하겠습니다.
이 글 순서대로 보면 볼트 규격 표기법부터 헤드 형상별 종류, 강도구분 읽는 법, 체결 토크 계산까지 막힘없이 적용할 수 있습니다.

볼트란? — 정의와 나사·너트와의 차이

체결용 기계요소

볼트(Bolt)는 머리와 나사산을 가진 봉 형태의 부품으로, 너트나 암나사와 짝을 이뤄 두 부재를 조여 고정하는 체결용 기계요소입니다.
나사(Screw)와 자주 혼용되지만 엄밀히는 다릅니다. 볼트는 너트와 함께 관통 구멍에 체결하는 것이 기본이고, 스크류는 부재에 직접 암나사를 내며 박히는 방식입니다. 소켓헤드캡스크류처럼 이름에 스크류가 붙어도 실무에서는 볼트로 부르는 경우가 많아 명칭보다 체결 방식으로 구분하는 게 정확합니다.

볼트 하나에는 호칭경(굵기)·피치(나사산 간격)·길이·강도등급·재질·표면처리까지 여러 정보가 동시에 들어갑니다.
이 중 하나라도 설계와 다르면 체결력이 부족하거나 아예 조립이 안 됩니다. 그래서 볼트 규격을 읽는 능력이 선정의 출발점입니다.

볼트 vs 너트 — 역할 구분

볼트가 수나사(외부 나사산)라면, 너트는 짝이 되는 암나사(내부 나사산) 부품입니다.
볼트 혼자서는 체결력을 낼 수 없고, 너트나 탭 가공된 암나사 구멍이 있어야 조임 축력이 발생합니다. 볼트·너트의 강도등급도 서로 맞춰야 하는데, 고강도 볼트(10.9급 이상)에 낮은 등급의 너트를 조합하면 너트 쪽 나사산이 먼저 뭉개져 볼트 본래 강도를 전혀 활용하지 못합니다.

그럼 볼트 머리에 찍힌 M10, 8.8 같은 표기는 정확히 무엇을 뜻할까요? 규격 표기법부터 하나씩 뜯어보겠습니다.

볼트 규격 표기법 한눈에 비교

볼트 규격은 “M(미터 나사) + 호칭경 × 피치 × 길이”로 표기합니다.
예를 들어 M10×1.5×30이라면 호칭경 10mm, 피치 1.5mm, 길이 30mm를 뜻합니다. 피치를 생략하면 굵은 나사(보통 나사)가 기본값이고, 별도로 표기된 경우만 가는 나사입니다.

가는 나사(세목 나사)는 같은 호칭경에서 피치가 작아 나사산이 더 촘촘합니다.
접촉 면적이 넓어져 풀림에 강하고 미세 조정이 가능하지만, 나사산이 얕아 이물질에 의한 손상에는 약합니다. 일반 조립·구조용은 굵은 나사가 기본이고, 진동이 크거나 정밀 조정이 필요한 자리(계측 장비, 자동차 부품)에 가는 나사를 씁니다.

표에 나온 유효단면적(As)은 나사산의 대경과 소경 사이 평균 지름을 기준으로 계산한 인장 저항 단면적으로, 볼트의 실제 파단 강도나 체결 토크를 계산할 때 나사 바깥지름이 아니라 이 값을 사용합니다. 뒤에 나올 체결 토크 계산에서도 이 As 값을 그대로 가져다 씁니다.

표기법을 읽을 줄 알아도 실제로 볼트를 고를 땐 헤드 형상까지 봐야 합니다. 어떤 형상이 있는지 다섯 가지로 정리했습니다.

볼트 종류 5가지 — 헤드 형상별 특징과 용도

① 육각머리볼트(Hex Head Bolt) — 가장 흔한 범용 규격

육각머리볼트는 스패너나 복스알로 조이는 육각형 머리를 가진 볼트로, KS B 1002·ISO 4014(반나사)·ISO 4017(전나사) 규격을 따르는 가장 보편적인 볼트 종류입니다.
공구가 흔하고 큰 토크를 걸기 쉬워 구조물, 배관 플랜지, 설비 프레임 조립 등 어디에나 쓰입니다. 머리가 돌출되기 때문에 주변에 공구가 들어갈 공간이 필요합니다.

② 소켓헤드캡스크류(Socket Head Cap Screw) — 좁은 공간의 고강도 체결

소켓헤드캡스크류는 원통형 머리에 육각 홈이 파여 육각렌치(알렌키)로 조이는 볼트로, ISO 4762 규격을 따릅니다.
머리 지름이 작아 좁은 공간에도 매립할 수 있고, 대부분 12.9급 같은 고강도 재질로 만들어져 작은 사이즈로도 큰 체결력을 냅니다. 지그, 금형, 정밀기계 조립에서 표준처럼 쓰이는 이유입니다.

육각 홈이 나사산보다 먼저 마모되기 쉬운 것이 단점입니다.
규격에 맞지 않는 육각렌치를 쓰거나 무리하게 힘을 주면 홈이 뭉개져 이후에는 아예 풀 수 없게 되므로, 반드시 정품 규격 육각렌치를 사용해야 합니다.

③ 플랜지볼트(Flange Bolt) — 와셔 일체형, 진동부 기본 선택

플랜지볼트는 머리 아래에 넓은 와셔 형태의 플랜지가 일체로 달린 볼트입니다.
별도 와셔 없이도 접촉 면적이 넓어 체결압이 분산되고, 플랜지 아래 세레이션(톱니)이 있는 타입은 미끄럼을 억제해 진동에 의한 풀림도 함께 줄여줍니다. 자동차 하부, 컨베이어 프레임처럼 진동이 지속되는 부위에 기본으로 채택됩니다.

④ 접시머리볼트(Countersunk Bolt) — 표면을 평평하게

접시머리볼트는 머리가 원뿔 형태로, 부재에 카운터싱크(모따기) 가공을 하면 체결 후 표면이 평평해지는 볼트입니다.
ISO 10642 규격을 따르며, 머리가 돌출되면 안 되는 이동부·슬라이드 레일·도어 힌지 주변에 사용합니다.

돌출이 없는 대신 접촉 면적이 작아 같은 호칭경이라도 육각볼트보다 체결력이 낮습니다.
카운터싱크 각도(보통 90°)와 깊이가 볼트 머리 각도와 맞지 않으면 완전히 밀착되지 않아 체결력이 더 떨어지므로, 가공 도면의 모따기 각도를 반드시 확인해야 합니다.

⑤ 스테인리스 볼트(SUS304·SUS316) — 내식 환경 전용

스테인리스 볼트는 SUS304나 SUS316 같은 오스테나이트계 스테인리스강으로 만든 볼트로, 탄소강 볼트와 강도 표시 체계 자체가 다릅니다.
탄소강은 4.6·8.8 같은 소수점 표기를 쓰지만, 스테인리스는 A2-70·A4-80처럼 재질 기호(A2=SUS304, A4=SUS316)와 인장강도 등급을 조합해 표기합니다. A2-70은 인장강도 700MPa급을 의미합니다.

식품·화학·해양 설비처럼 부식 환경에 필수지만, 일반 탄소강 고장력 볼트만큼의 강도는 나오지 않습니다.
SUS304는 일반 내식용, SUS316은 염분·산성 환경에 강한 몰리브덴 함유 등급으로 구분해서 선정합니다.

형상까지 정했다면 다음은 강도입니다. 볼트 머리에 찍힌 숫자를 제대로 읽을 차례입니다.

볼트 규격 강도구분 마킹 읽는 법

탄소강 볼트 머리에 찍힌 4.6, 8.8, 10.9 같은 두 자리 숫자를 강도구분(Property Class)이라고 하며, ISO 898-1과 KS B 1010 규격을 따릅니다.
앞자리 숫자에 100을 곱하면 최소 인장강도(MPa), 뒷자리(소수점 아래)는 항복강도가 인장강도의 몇 %인지를 나타내는 항복비입니다. 예를 들어 8.8은 인장강도 800MPa, 항복비 80%이므로 항복강도는 640MPa입니다.

강도구분이 높을수록 좋은 건 아닙니다. 도입부에서 짚었던 이유가 바로 여기 있습니다.
등급이 올라갈수록 인성(충격을 흡수하는 능력)이 떨어져 오히려 취성 파단 위험이 커집니다. 특히 12.9급 이상 고강도 볼트를 아연도금 처리하면 수소취성으로 인해 사용 중 예고 없이 갑자기 파단될 수 있어, 도금 후 반드시 탈수소 열처리를 거쳐야 합니다.

위 표는 M39 이하 소형·중형 볼트를 기준으로 한 값입니다.
8.8급은 M16을 초과하면(M16<d≤M39) 항복강도가 660MPa로 상향 조정되므로, M20 이상 대형 볼트의 축력·토크를 계산할 때는 이 상향된 값을 적용해야 합니다.

강도구분까지 읽었다면 이제 이 정보를 실제 선정 순서에 어떻게 넣을지가 남았습니다.

볼트 선정 체크리스트 5단계

볼트 선정은 하중 분석 → 강도등급 → 재질·표면처리 → 헤드 형상 → 피치·길이 순서로 좁혀가면 됩니다.
카탈로그를 열기 전에 아래 다섯 가지부터 정리해 두는 것이 순서입니다.

1. 체결부 하중 분석: 인장·전단·진동 중 어떤 하중이 지배적인지, 예상 최대 하중은 얼마인지 먼저 파악합니다.
2. 강도등급 결정: 위 하중을 견딜 안전율을 확보한 등급(일반 조립 8.8, 고하중·고진동 10.9 이상)을 정합니다.
3. 재질·표면처리·와셔: 부식 환경이면 스테인리스나 아연도금, 이종 금속 접촉이 있으면 갈바닉 부식도 함께 검토합니다. 와셔는 일반 조립엔 평와셔, 접촉면이 넓어야 하면 광폭 와셔, 체결력 관리가 중요한 부위엔 하중 표시 와셔(DTI)를 씁니다.
4. 헤드 형상과 체결 공간: 공구 접근 공간, 표면 돌출 허용 여부에 따라 육각·소켓·접시머리 중 선택합니다.
5. 피치·길이 확인: 관통부 두께에 여유 나사산 2~3산을 더한 길이로 정하고, 진동부는 가는 나사도 검토합니다.

관통 체결이 아니라 부재에 직접 암나사를 낸 블라인드 탭 구멍(막힌 나사 구멍)에 체결할 때는 길이 기준이 다릅니다.
물림 깊이는 재질 강도에 따라 달라지는데, 일반 강재는 호칭경의 1배(1×D), 알루미늄이나 주철처럼 상대적으로 무른 재질은 1.5~2배(1.5~2×D)를 확보해야 나사산이 뽑히지 않습니다. 예를 들어 M10 볼트를 관통부 두께 20mm의 강재 플레이트에 체결한다면, 여유 나사산 2~3산(약 4mm)을 더해 볼트 길이는 24~25mm 정도로 정하면 됩니다.

볼스크류나 LM 가이드처럼 정밀 부품을 설치할 때도 결국 이 다섯 단계가 그대로 적용됩니다.
서포트 유닛을 베이스에 고정하는 체결 볼트 규격과 토크는 부품 자체 선정 못지않게 중요한데, 관련 내용은 볼스크류 선정 가이드 글에서 함께 참고할 수 있습니다.

형상과 등급까지 정했다면 마지막은 숫자로 조이는 일만 남았습니다. 체결 토크를 계산해보겠습니다.

체결 토크 계산 — 공식과 규격별 토크값

체결 토크는 T = K × F × d 공식으로 계산합니다. T는 토크(N·m), K는 토크계수, F는 목표 체결축력(N), d는 볼트 호칭경(m)입니다.
목표 축력 F는 안전하게 항복강도의 약 70%를 넘지 않도록 잡는 것이 일반적이며, F = 0.7 × 항복강도 × 유효단면적(As)로 구합니다. 토크계수 K는 무도금 상태에서 약 0.2, 윤활유를 바르면 0.12~0.15까지 낮아집니다.

표의 값은 계산상 참고치입니다.
실제 현장에서는 볼트·너트 제조사가 제공하는 토크표나 도면에 지정된 값을 우선 적용해야 하며, 표면처리(도금·윤활)에 따라 토크계수가 달라져 같은 규격이라도 필요 토크가 크게 바뀔 수 있습니다. *M20 이상은 앞서 설명한 대로 8.8급 상향 항복강도(660MPa)를 반영한 값입니다.

볼트 체결 순서 — 대각선·단계별 조임

여러 개의 볼트를 한 번에 조일 때는 대각선 순서로, 목표 토크를 2~3단계에 나눠 적용해야 부재가 한쪽으로 쏠리지 않습니다.
플랜지나 커버처럼 여러 볼트가 원형·사각으로 배치된 경우 아래 순서를 따르면 체결압이 고르게 분산됩니다.

1. 모든 볼트를 손으로 가체결해 부재 위치를 맞춥니다.
2. 대각선 순서(마주보는 볼트끼리 번갈아)로 목표 토크의 약 50%까지 1차 조임합니다.
3. 같은 순서로 목표 토크의 약 80%까지 2차 조임합니다.
4. 마지막으로 같은 순서를 반복해 목표 토크 100%까지 최종 조임합니다.
5. 토크 렌치로 전체 볼트를 한 번 더 확인 체결(순회 점검)합니다.

한 번에 한 볼트씩 완전히 조여버리면 그 볼트 주변만 압축되고 반대쪽은 틈이 남아, 부재가 휘거나 가스켓이 한쪽만 눌려 누설로 이어질 수 있습니다.
배관 플랜지처럼 밀폐가 중요한 부위일수록 이 단계별 대각선 조임이 필수입니다.

토크까지 맞게 계산해서 조였는데도 문제가 생긴다면, 이제 증상별 패턴으로 원인을 찾을 차례입니다.

볼트 풀림·파단 트러블슈팅

볼트 문제는 대부분 풀림, 나사산 손상, 파단, 부식 네 가지 패턴으로 나뉘고, 패턴을 보면 원인을 역추적할 수 있습니다.

볼트 부식 원인 중 현장에서 자주 놓치는 것이 갈바닉 부식(이종금속 접촉 부식)입니다.
스테인리스 볼트를 알루미늄 부재에 그냥 체결하면, 두 금속의 이온화 경향 차이 때문에 습기가 있는 환경에서 전위차가 발생해 상대적으로 덜 귀한 금속(알루미늄)이 전기화학적으로 부식됩니다. 볼트 자체는 멀쩡한데 체결 구멍 주변 알루미늄만 하얗게 부식되는 사례가 대표적입니다. 절연 부싱이나 절연 와셔로 두 금속의 직접 접촉을 끊어주면 예방할 수 있습니다.

풀림방지 방법 중 가장 흔한 오해가 스프링 와셔입니다.
스프링 와셔는 진동이 적은 정적 하중에서는 어느 정도 효과가 있지만, 진동이 지속되는 설비에서는 나일론 풀림방지너트(나일론 인서트)나 나사산 접착제(록타이트류)가 훨씬 확실한 대책입니다. 규격과 재질별 허용 하중 상세 자료는 e나라 표준인증 KS B 1002에서 확인할 수 있습니다.

여기까지 정리한 내용에서 자주 헷갈리는 부분들을 Q&A로 마무리하겠습니다.

볼트 규격 FAQ — 선정·체결 궁금증

Q1. 볼트와 나사, 스크류는 정확히 어떻게 다른가요?

A. 명칭보다 체결 방식으로 구분합니다. 볼트는 너트나 탭 가공 구멍에 조여 체결하고, 스크류(나사)는 부재에 직접 나사산을 내며 박히는 방식입니다. 소켓헤드캡스크류처럼 이름에 스크류가 있어도 너트 없이 탭 구멍에 체결하면 실무에서는 볼트로 취급합니다.

Q2. 볼트 길이는 어떻게 정하나요?

A. 관통부 부재 두께에 너트 두께, 그리고 여유 나사산 2~3산 정도를 더해서 정합니다. 너무 길면 볼트 끝이 반대쪽 부품과 간섭하고, 너무 짧으면 너트 체결 시 나사산이 부족해 강도가 나오지 않습니다.

Q3. 굵은 나사와 가는 나사 중 무엇을 선택해야 하나요?

A. 특별한 이유가 없다면 굵은 나사(보통 나사)가 기본입니다. 진동이 심해 풀림 방지가 중요하거나, 미세 조정이 필요한 정밀 부위, 얇은 부재에 큰 체결력이 필요한 경우에만 가는 나사를 검토합니다.

Q4. 스테인리스 볼트의 A2-70, A4-80은 무슨 뜻인가요?

A. A2는 SUS304, A4는 SUS316 계열 재질을 뜻하고, 뒤의 숫자는 인장강도를 100으로 나눈 값입니다. A2-70은 인장강도 약 700MPa급, A4-80은 약 800MPa급입니다. 탄소강의 강도구분(4.6, 8.8 등)과는 표기 체계 자체가 다릅니다.

Q5. 토크 렌치 없이 손 감각으로 체결해도 되나요?

A. 비구조용 경하중 부위라면 크게 문제없지만, 진동부·압력용기·안전 관련 체결부는 반드시 토크 렌치를 사용해야 합니다. 체결력이 부족하면 풀림과 피로파단으로, 과체결하면 나사산 손상과 취성 파단으로 이어질 수 있습니다.

Q6. 볼트를 재사용해도 괜찮은가요?

A. 강도등급이 높을수록 재사용을 권장하지 않습니다. 8.8급 이하 일반 볼트는 나사산과 머리에 손상이 없다면 제한적으로 재사용 가능하지만, 10.9급 이상 고강도 볼트나 이미 소성 영역까지 조여진 각도법 체결 볼트는 초기 특성이 변형되어 있어 신품으로 교체하는 것이 원칙입니다.

오늘 작업장에서 볼트 머리에 찍힌 숫자부터 한 번 확인해보세요.
호칭경만 보고 재고에서 아무거나 꺼내 쓰던 볼트가 있다면, 강도구분 숫자와 실제 하중이 맞는지부터 점검하는 것만으로 풀림·파단 사고 상당수를 미리 막을 수 있습니다. 볼스크류나 LM 가이드 같은 정밀 부품을 서포트 유닛에 고정할 때도 오늘 정리한 강도구분·토크 계산이 그대로 쓰이는데, 이어지는 선정 기준은 아래 볼스크류 선정 가이드에서 확인할 수 있습니다.

본 글은 일반적인 기술 정보 제공을 목적으로 작성되었으며, 실제 설계 및 시공 시에는 반드시 자격을 갖춘 전문가와 상담하시기 바랍니다. 현장 조건과 법규에 따라 적용 방법이 달라질 수 있습니다.