스텐레스강은 철(Fe)에 상당량이 크롬(보통 12%이상)을 넣어서 녹이 잘 슬지 않도록 만들어진 강으로 여기에다 필요에 따라 탄소(C), 니켈(Ni),규소(Si), 망간(Mn), 모리브덴(Mo)등을 소량씩 포함하고 있는 복잡한 성분을 가지고 있는 합금강이라고 볼 수 있다.
이렇게 하여 만들어진 스텐레스강은 철(Fe)을 주성분으로 하면서도 보통강이 가지고 있지않는 여러가지 특성 즉 표면이 아름다운 점, 녹이 잘 슬지않는 점, 열에 견디기 좋은 점, 또한 외부 충격에 대해 강한 점 등에서 볼 때 대단히 우수한 특성을 갖추고 있다.
그러나 크롬 및 기타 성분의 함유량에 따라 기계적 성질, 열처리 특성 등에 현저한 변화가 있으며 또한 녹이 슬지 않는 정도에도 큰 차이가 있다.
근래에 와서 다양한 용도에 적합하게 성분, 성능이 다른 각종의 스텐레스강이 만들어지고 있다.
이들 스텐레스강은 함유된 성분상 또는 성질상(금속내 부조직의 차이)으로 보아 몇가지 계통으로 분류할 수 있으며, 보통 같은 계통에 속하는 것은 비교적 유사한 특징을 가지고 있으며, 다른 계통에 속하는 것은 스텐레스강이라도 그 성질, 특성에는 대단히 큰 차이가 있다.
현재 사용되어지고 있는 스텐레스강을 금속조직상 크게 분류하면 마르텐사이트계, 오스테나이트계, 훼라이트계와 석출경화형이 있다.
스테인레스강[SUS;Stainless Steel]은 산소의 산화 작용이 있는 중성 가까운 상테에서 부동태(不動態)를 형성하여 불수성(不銹性)을 유지하는 강이며,통상적으로 금속 내 부 조직에 따라 오스테나이트(Austenite)계와 페라이트(Ferrite)계 및 마르텐사이트(Martensite)계 스테인레스 강으로 구분한다. (사람이 사는 일반적 환경이 중성 상태이며 공기중의 산소 농도치 pH6~7에 서 녹슬지 않는 강을 스테인 레스강이라고 함.) 그러나 최근에는 스테인레스강의 품질과 가공성의 요구가 높아짐에따라 위 의 각계의 결점을 보완한 새로운 type의 스테인레스강이 개발되어 실용화 되고 있다.
1.1 오스테나이트(Austenite)계
주요 화학 성분으로는 18Cr-8Ni 가 본계통의 대표 강종이며, 내식성은 물 론 가공성도 우수하므로 각종 화학용기,건축,주방용기,터빈관계 기기류,항 공기,자동차,선박 및 원자로관계 등 여러 분야에 광범위하게 사용되며 그 종류도 매우 다양하다. 본 계통강에서는 SUS302(JIS)(KS는 STS302)를 기본형으로 하고 내입계 부식성,내산내식성(耐酸耐食性),내산화성,용접성,냉간가공성,절삭성,가공경 화성 등의 특성을 첨가 원소의 종류와 량에 의해 개량하여 개발되어 있습니 다. JIS규격에서는 본 계통 강종을 23종류로 규정하며,표시기호는 Cr-Ni게는 300번으로하고, Cr-Ni-Mn계는 200번으로함.
1.2 오스테나이트-페라이트계
본 계통의 스테인레스강은 통칭 2상합금(2相合金,duplex alloy)라고도하 며,오스테나이트계 및 페라이트계 스테인레스강의 결점을 보완하여 개발된 것으로 JIS에서는 1개 강종으로 규정되어 있다. 이 강(JIS329J1)의 특징은 내입계부식성,내공식성,내응력 부식 크랙성이 우수하여 이러한 특성을 요구하는 부품에 사용되고 있다.
1.3 페라이트계
페라이트 스테인레스강은 Fe-Cr계가 되며 소입경화성은 거의 없으므로 일 반적으로 소둔상태에서 사용되고 있다. 오스테나이트계에 비하여 내식성은 떨어지며,특히 비산화성 산,즉 염산이 나 황산에 대해서는 내식성의 저하가 현저하다.현재 JIS에서는 5개 강종으 로 규정되어 있다.(소입=담금질,소둔=풀림) SUS430은 16-18%Cr 함유하며 페라이트 스테인레스강의 대표적 강종이다. SUS429는 SUS430의 인성 및 용접성을,SUS434는 내식성을,SUS430F는 피 삭성을 개량한 강종이다. SUS405는 SUS410에 Al을 소량 첨가하여 페라이트화한 것으로 용접성을 개량한 것이다. AISI(미국철강협회)에서는 SUS430에 Mo 또는 Nb를 첨가하 여 개량한 것이며 cCr도 20~25%로 높혀 규정하고 있다. 이 강에서 Nb의 특 징은 고온에서 S을 함유한 가스에 견디며,주로 내고온,내산화성 용도에 사 용된다.
1.4 마르텐사이트계
성분적으로 13%Cr 강이 대표되는 스테인레스강이며, 통상 quenching and tempering(담금질,일본에서는 조질이라고도함) 상태에서 사용된다. 본 계의 강에서는 13%Cr과 17%Cr으로 대별되며 탄소함유량에 따라 소입성 과 자경성이 좌우된다. 저탄소계는 내식성을 가지고 Q,T처리하면 우수한 기계적 성질도 얻으므로 기게구조용 용도로도 널리 쓰인다.(기계의 축과 동력 전달용 부품) SUS403 은 SUS410의 Si량을 감소시켜 quenching조직을 개선 시킨 것으로 증기터 빈의 날개용으로 쓰인다. SUS416은 S를 첨가한 쾌삭강이며, SUS410J1은 Mo첨가로 고온강도를 개 량한 것이다. SUS420 type은 탄소량을 증가시켜 자경성 및 내마모성을 증가시킨 것이 고 SUS420F는 SUS420의 쾌삭강이다. (Self hardning=공냉시 스스로 경도 증가)***SUS에서는 Si가 금속 조직상의 연결체인 그레인 사이즈를 증가 시 켜 재료를 무르게한다.
SUS440 type은 내마모성을 중점으로 개량한 것으로 칼 재료 및,내식 내마 모성 재료로서 사용된다.(Bearing재료로도 사용) 최근에는 터빈의 효율을 향상시키기 위하여 Mo,W,Nb,V 등의 원소를 첨가한 고장력 13%Cr 강이 개발 되었다.
1.5 석출 경화계
본 계통의 스테인레스강은 오스테나이트계의 강도 부족, 마르텐 사이트계 의 내식성 및 가공성 부족을 보완하여 양측 게통의 특징을 겸비하도록 개발 된 강종으로 생성(生性/matrix)의 종류에 따라 (1) 오스테니이트형 (2) semi-오스테나이트형 (3) 오스테나이트-페라이트형 (4) 마르텐사이트형 의 4개의 그룹으로 분류하며,모두가 금속간 화합물(고용체)의 석출 경화 를 이용한 강력 스테인레스강이다. 마르텐사이트형인 SUS630은 일명 17-4PH 강이라고도 하며 항공기 부품, 화학장치 펌프,밸브등에 사용되고,semi-오스테나이트형인 SUS631은 17-7PH 강이라고도 하며,항공기 부품,내식 스프링등에 쓰인다.
스텐레스의 계열별 용도
STS강종 특 성 주 용 도 STS 304 가장 넓은 용도로 사용되는 스테인레스강으로서 Ni이 함유되어 있기 때문에 Cr系보다 한층 뛰어난 내식성, 내열성, 저온강도를 가지고 있으며 기계적 성질도 양호하다. 가공성은 크고 열처리로써는 경화가 되지 않으며 자성은 없 다. 가정용 가구(식기, 욕조, 실 내배관), 자동차부품, 건축자재, 화학공업(탱크, 배관파이프, 반응탑등), 각종의료기구 낙농산업설비(살균 기, 열변환기, 저장용수송탱크 등), 선박용부품, 각종저온기기(내열부품, LPG 탱크 등)
STS 304L 저탄소의 Ni-Cr 강으로서 보통의 상태에서 내식성은 304도와 유사하나 용접후 혹은 응력제거, 열처리후의 입계부식에 대한 저항성은 뛰어나다. 화학공업, 석탄공업, 석유공업, 약품저장, 탱크 등의 열처리가 곤란한 부품,건축물에 사용.(304가 입계부식에 견디지 못하는 곳에 적합)
STS 309S 304보다 Cr, Ni의 량을 증가시키고 C의 량 을 낮게하여 비교적 용접성이 좋아 용접구조용, 내식강으로 사용되지만 실제는 내열강으로 많이 사용된 다. 초산용 탱크 및 기타 화학공업장치, 용접 용 Wire, 내열 STS 310S KS 규격중에서 최고의 Cr%를 가진 오스테나 이트계 강종으로서 내산화성이 309S보다 우수하고 실제로는 내열강으로 더 많이 사용된다. 초산탱크, 기타의 화학공업장치, 저항기 등
STS 316 Mo의 첨가로 특히 내식성이 우수하며 공식 (孔飾)에 대한 저항성이 크며, 고온에서 Creep 강도가 뛰어나다. 가공경화성은 대단히 크며 자성은 없 다. 제지, 화학섬유, 합성수지, 염료, 초산, 비 료 등의 제조설비, 사진공업, 식품공업 및 해안 부근의 건축물 외장 등
STS 316L STS 316의 특성과 유사하지만 용접후 또는 응력제거, 열처리후의 입계부식에 대한 저항성이 뛰어나다.
316J는 Ca를 첨가하여 내유산성이 뛰어난 강종이 다. 용접후 Tempering 되지 않는 부품에 사용, 비료공업, 합성섬유공업, 제지공업등 STS 317 316 보다 Mo을 높게하여 내산성 을 향상시 킨 것으로 310S와 같이 스테인레스 강으로서는 최고급이다. 염색설비, 잉크제조설비등
STS 321 18-8系에 Ti를 첨가하여 입계부식을 방지 한 것으로서 430-900C간의 사용에 적합하다. 소둔상태로는 비자성이나 냉간가공에 의하여 약간의 자성을 갖 는다 항공기, 엔진배기관, 보일러커버, Mainfoid, Ring, Boiler, Tube, Expansion Joint, 기타 화학처리장치
410 420과 함께 마르텐 사이트 스테인레스강의 대표적 강종으로서 우선 가격면에서 유리한 일반 내식강이나 심한 부식환경에 견디기 어렵다. 가공성은 아주 양호하며 열처리에 의하여 경화된다. 저자격 칼날, 기계부품, 석유정제장치, 각 종식기류, 칼날, 볼트, 너트, 펌프 샤프트, 수력발전용 Runner, 석유정제장치, 석탄용 스크린 및 세트 등
430 Cr계 스테인레스 강중에서 가장 일반적인 것으로서 양호한 냉간 가공성, 내식성을 가지고 있어 가공면에서 유리하지만 심한 굴곡, Drawing 등에는 난점이 있 다. 열처리에 의해 경화되지 않으며 자성을 가지고 있다. 자동차 부품, 공중질소 고정장치, 석유정제 설비, 고무공장설비, 프레스판, 가정용 가스버너, Heater, 초산제조설비, 연소실, 건축물, 전기기구, 각종 탱크, 담배제조 기계
304 : 18크롬- 8니켈
304L : 304에서 탄소 낮춘거
304J1 : 구리 2 넣은것
316 :19크롬-10니켈-2몰리
316L: 탄소 낮춘거
409L : 12Cr
430 : 16Cr
429L: 14Cr-1.5Si
439L: 18Cr
432L:18Cr-0.8Mo
436L:18Cr-1.2Mo
444 : 18..?19 하여간 Cr-2몰리
시리즈1: 스테인레스강의 가공
1. STAINLESS STEEL의 정의 :
스테인레스강(STAINLESS STEEL)이란 크롬(Cr)을 12%이상 첨가하여 녹슬기
어려운 강을 스테인레스강 이라고 부른다.
스테인레스강은 1820년대 영국의 패러디(Faraday)등이 크롬을 첨가하여 내식성을
향상시키는 연구를 하던중 20세기초 독일의 마우러러(Maurer)와 스트라우스(Strauss)에 의해 크롬니켈(Fe-Cr-Ni)계,영국의 벨리(Bearly)에 의해 크롬(Fe-Cr)계 스테인레스강이 개발되었다.
그후 10년동안 몰리브덴(Mo),구리(Cu),납(Nb),티타늄(Ti)등을 첨가한 안정화 스테인레스강이개발되어 상업화가 이루어졌다.
주요 혁신적인 제조기술로는 1960년대에 저품위 원료로 고탄소 훼로크롬(Fe-Cr)광석을 사용할수 있는 노외 정련인 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization:진공탈탄)와
AOD (Argon Oxygen Decarburization:산소 아르곤탈탄)가 실용화 됨으로써 생산성 향상에 의한 제조 비용 절감을 가져다 주었다.
2. 스테인레스강(STAINLESS STEEL)의 성질
(1) 표면이 아름답다. (2) 내식성이 우수하여 도장,도색등의 표면처리를 행하지 않고 고유의 표면을 살려서
다양한 용도에 사용할수 있다. (3) 보통의 스테인레스강이라고 하면 대표적으로 13Cr강,18Cr강,18Cr-8Ni강 등의
고합금강을 의미한다. (4) 주성분으로 크롬(Cr)이 함유되어 있기 때문에 강의 표면에 매우 얇은층의 산화크롬 (Cr₂O₃) 이 형성되고 이 얇은 피막은 금속기지내로 침입하는 산소를 차단시키는
부동태 피막(Passivity Layer)로 작용하여 녹이 잘슬지 않는 내식성을 갖게한다.
크롬 성분에 의해 매우 얇은 Cr₂O₃층이 형성되는 스테인레스 강의 고유한 내식성
을 가지기 위해서는 약 12%이상의 크롬을 함유하여야 한다.
3. 스테인레스강(STAINLESS STEEL)의 분류 및 특성
(1) 스테인레스강의 일반적 특성 : 스테인레스강은 화학성분과 금속조직에 따라 대별할수 있는데 화학성분에 의해서는
Fe-Cr계로 분류되고 금속 조직상의 차이에 의해서는 오스테나이트계(Austenite Type)
페라이트계(Ferrite Type),마르텐사이트계(Martensite Type)로 분류된다.
구 분
기 본 조 직
Austenite Type
Ferrite Type
Martensite Type
대표강종
STS304
STS430
STS410
대표성분
18%Cr-8%Ni
18%Cr
13%Cr
열처리
고용화열처리
풀림
풀림후 급냉
경 화 성
가공 경화성
비 Quenching 경화성
Quenching 경화성
주 용 도
- 건축물 내,외장재 - 주방용기 - 화학 Plant - 항공기용
- 건축재 부품 - 자동차 부품 - 가전용 주방기구 - 식기류
- 건축재 부품 - 자동차 부품 - 가전용 주방기구 - 식기류
품질특성
내 식 성
高
高
中
강 도
高
中
高
가 공
高
中
低
자 성
비자성
상자성
상자성
용 접 성
高
中
低
(2) 스테인레스강(STAINLESS STEEL)의 각 계열별 특성
1) 오스테나이트계 (Ostenite Type) . 크롬과 니켈을 함유하여 염분이나 산에 대해 내식성이 우수 . 고내식성이 요구되는 분야에 사용:식품,화학,해양,건축 . SUS304(18%cr-8%Ni)가 대표적임 . 가공경화 현상이 커서 절삭가공이 어렵다.(인선치핑 발생 → 마모촉진) . 열전도율이 나쁘다(탄소강의 1/3 수준 → 날끝 온도 상승) . 연성이 크다(고온 변형량이 많다)
2) 페라이트계 (Ferrite Type) . 비교적 다량의 크롬을 함유하고 마르텐사이트계보다 내식성이 우수하다. . 니켈 함유량이 없기 때문에 가격이 저렴하며 최근 사용량이 증가하는추세임. . 열처리에 의한 경도 향상이 불가능하다.(조직변화 無)
3) 마르텐사이트계 (Martensite Type) . 크롬을 주성분으로 하고 열처리(Quenching)에 의해 경화가 가능하다. . 열처리에 의해 얻어지는 경도는 탄소함유량에 따라 변화하며 이에 따라 규격화가 결정됨. . 사무기계,가전제품 등의 부품재료로 주로 사용된다. . SUS416은 황(S)을 첨가하여 피삭성을 개선한 쾌삭 스테인레스강임.
(2) 스테인레스강의 강종별 특성
강 종
조 성
특 성
주 용 도
430
18Cr
Cr계의 대표적 강종으로 Austenite계에 비해 가격이 저렴하며 가공성은 좋지만 자성을 가지고 있다.
적 