무쇠 철과 스테인레스 철의 차이

[석수]

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스테인리스 스틸과 자성 (스텐에 왜 자석이 찰싹 달라붙을까?)

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스테인리스 스틸 제품들이 왜 녹이 쓰는지, 자석에 붙는지 궁금해서 조사하고, 실험해 보았다.

스테인리스 스틸 중 SUS304(STS304), SUS316 자재


모든 스텐 부품들에 자석이 붙지 않을 줄 알았지만, 어떤 부품에는 붙고 어떤 부품에는 붙지 않는다.



Stainless steel....영문 해석 그대로...녹이 쓸지 않는 자재인데....그 중에서 녹을 방지하는 크롬과 자성을 방지하는 니켈성분이 포함된 오스테 나이트계(SUS300계열)를 사용한 것인데, 자석에 붙는 이유가 엄청 궁금해 졌다.


사실 2005년도에 모든 배관 자재를 SUS304자재로 선정하여 하수처리장을 시공하고 발주처 감독관에게 준공검사 받을 당시에 이미 경험했던 일이었다. 당시 준공검사관은 자석을 휴대하고 현장을 검수했다.


당시에 배관부 특히 플랜지부에 자석이 달라붙자 검사관은 SUS 304재질인데 왜 달라붙냐고, 불량제품이 아니냐고 따져 물었던 적이 있었으나, 여러 설명을 통해 통과했다.


그 이후에도 가끔 궁금해서 자료를 찾아보았지만, 오스테 나이트계는 녹슬지 않고 자석에도 달라붙지 않는다는 이론만 접할 수 있을뿐 실제 경험하는 녹현상과 자성을 나타내는 이유에 대해 스텐리스강 제조사측이나 연구분야에서 명확하게 제시해 놓은 자료는 접할 수 가 없었다.


내가 내린 결론은 SUS304가 이론적으로는 자성체가 아니라고 해도 SUS304로 제작된 모든 제품이 자석에 달라붙지 않는것은 아니고, 일부 제조과정의 차이로 인해 자성을 강하게 띠거나 약하게 띠거나하는 차이가 발생하는 것이다.



그런데, 스테인리스가 자석에 달라붙는지 아닌지를 테스트할때 어떤 종류의 자석을 사용하느냐, 즉 강한 자석이냐 약한 자석이냐에 따라서 자성 테스트 결과도 달라질수 있다. 


고철상들에서 스텐리스 고물을 접수할 때 간단히 자석을 붙여본다. 그런데, 달라붙는 경우가 많고 이를 핑계로 제값을 쳐주지 않는 경우도 있다. 아래의 테스트 결과를 보면 그 역시 오리지날 스텐으로 인정해 줄 수 밖에 없을 것이다.



https://newsroom.posco.com/kr/%EC%8A%A4%ED%85%8C%EC%9D%B8%EB%A6%AC%EC%8A%A4-%EC%8A%A4%ED%8B%B8%EC%9D%80-%EC%9E%90%EC%84%9D%EC%97%90-%EB%B6%99%EC%9D%84%EA%B9%8C-%EC%95%88-%EB%B6%99%EC%9D%84%EA%B9%8C/

스테인리스 스틸은 자석에 붙을까, 안 붙을까?

스테인리스 스틸은 자석에 붙을까, 안 붙을까?

2021/03/22


STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.


철은 Fe라는 원소를 뜻하는 동시에 Fe의 함유량이 대부분인 물질인 철강을 일컬어요. 많게는 100% 가까이, 스테인리스강의 경우 적어도 70%가 Fe로 이루어져 있죠. 철(Fe)은 물체를 끌어당기는 성질인 자성을 지니고 있는데요. 철(Fe)의 함유량이 많음에도 자석이 붙지 않는 것은 바로 철강의 결정구조에 따라 자성이 달라지기 때문이에요.

l 결정구조에 따라 자기적 성질이 달라진다!

스테인리스 스틸은 ‘stain(녹) + less(없는) + steel(철)’의 합성어로, ‘녹이 잘 슬지 않는 철’을 의미해요. 스테인리스 스틸에 녹이 거의 발생하지 않는 이유는 철(Fe) 다음으로 많은 크롬(Cr) 성분이 공기 중의 산소와 결합하여 얇은 피막을 형성하고, 이 피막이 녹이 침투하는 것을 막아주기 때문이에요.


크롬뿐 아니라 니켈(Ni), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo) 등 다른 원소도 스테인리스 스틸에 첨가돼 있어요. 이러한 합금 성분들은 스테인리스 스틸을 분류하는 중요한 기준이 되는데, 미세조직의 결정구조에 따라 크게 오스테나이트계(Austenite), 페라이트계(Ferrite), 마르텐사이트계(Martensite)로 나눌 수 있어요. 이는 철, 크롬 같은 성분은 페라이트 결정구조를 가지려는 성질이, 니켈, 망간 같은 성분은 오스테나이트 결정구조를 가지려는 성질이 강하다는 데서 기인한 결과랍니다.


페라이트계와 마르텐사이트계의 경우, 자기장의 영향을 받으면 강하게 자화되는 성질(강자성 强磁性, Ferromagnetic)이 있어 자석에 쉽게 반응해요. 반면 오스테나이트계는 자기장이 사라지면 자성이 사라지는 성질(상자성 常磁性, Paramagnetic)이어서 자석에 반응하지 않죠.


이미 눈치챈 친구 있나요? 맞아요. 스테인리스 스틸로 만들어진 것 중 자석에 반응하지 않는 것은 오스테나이트계로 만들어졌기 때문이에요. 


겉으로 보기엔 다 똑같아 보이는 스테인리스 스틸도 성분과 결정구조에 의해 성질이 다르다는 사실!

l 자기장 원리 이용하는 인덕션 전용 조리기구의 조건!

맛있는 한 끼 식사가 만들어지는 주방에도 이러한 자기장의 원리를 이용한 제품이 있어요. 전기레인지 중 자체적으로 열이 발생하지 않으면서도 가열이 빨라 사용하는 사람이 점점 늘고 있는 인덕션이 바로 그 주인공! 인덕션을 이용하기 위해서는 인덕션 전용 조리기구가 필요한데, 이 전용 조리기구의 조건은 바로 자석이 붙어야 한다는 거죠.


인덕션(IHㆍInduction Heating)은 자기장을 이용해 열을 발생시키기 때문에 냄비나 프라이팬 등의 조리기구가 자성이 있는 소재여야만 조리가 가능해요. 즉, 인덕션 전용 스테인리스 스틸 조리기구는 자성이 있는 400계로만 만들어졌거나 또는 인덕션 상판과 닿는 냄비 바닥 부분에 자성을 지닌 400계 스테인리스 스틸을 덧대어 만든 것이랍니다.


인덕션에 올려놓았는데 가열이 되지 않는 스테인리스 스틸 조리기구가 있다면, 그것은 자성이 없는 오스테나이트계 스테인리스 스틸로 만든 거란 사실, 잊지 마세요.


인덕션 전용 조리기구에 쓰이는 자성을 지닌 400계 스테인리스스틸부터, 애플의 ‘아이폰X’에는 전자제품 간 전파를 방해하지 않는 비자성 스테인리스 스틸, 그리고 수소전기차의 연료전지 분리판용 초고내식 스테인리스 스틸까지 우리 일상 곳곳에서 무궁무진한 매력을 자랑하는 포스코의 스테인리스 스틸. 오늘도 포스코는 우리의 일상에 편리함을 더해주는 스테인리스 스틸 개발에 힘쓰고 있답니다.


* 도움말 주신 분: 기술연구원 STS연구그룹 정일찬 수석연구원