스테인리스 스틸 : 알아야 할 4가지 유형의 차이점

스테인리스 스틸이란?

소위 스테인리스강은 철을 기본 소재로 하여 합금 원소를 첨가하여 제련한 고합금강입니다.
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스테인리스 스틸의 원자재는?

화학 조성은 주로 철, 탄소, 크롬 으로 이루어져 있으며, 니켈, 몰리브덴, 구리, 티타늄, 니오븀 등의 합금 원소도 포함되어 있습니다. 크롬은 주요 합금 원소이며, 스테인리스강이라고 불리려면 크롬 함량이 중량 기준으로 최소 11.5% 이상이어야 합니다. 니켈은 두 번째 주요 합금 원소입니다. 강철 표면이 녹슬기 쉬운 이유는 철이 공기 중의 산소에 의해 산화되어 다공성 산화철 녹층을 형성하기 때문입니다.

대기 중 공기와 습기로 인해 녹 층은 기공을 통해 내부로 침투할 수 있습니다. 이는 부식 현상이 지속적으로 발생하게 합니다. 그러나 스테인리스강에는 크롬이 함유되어 있습니다. 크롬은 철보다 활성이 높아 표면에 접착력이 좋고 치밀하며 기밀성이 높은 크롬 산화 피막 층이 형성됩니다. 이 피막은 부식성 가스나 액체가 내부로 침투하는 것을 방지하여 부식과 녹이 더 이상 발생하지 않도록 합니다. 특히 이 보호 피막은 움푹 패이거나 긁히거나 마모되어 손상되더라도 공기(산소)가 있으면 다시 형성될 수 있으므로 부식과 녹이 쉽게 발생하지 않습니다 .

스테인리스 스틸의 특성 및 장점

스테인리스 스틸은 많은 독특한 장점을 제공합니다.

• 내식성 : 이는 스테인리스 강의 가장 중요한 특징으로, 습한 환경이나 화학 물질에서도 안정성을 유지할 수 있습니다.

• 강도 및 내구성 : 스테인리스 스틸은 고온에 강하고 변형이 잘 되지 않아 수명이 깁니다.

• 성형성 : 스테인리스강은 다양한 요구 사항을 충족시키기 위해 다양한 모양과 크기로 쉽게 가공할 수 있습니다.

• 미적 매력 : 스테인리스 스틸은 녹슬지 않는 것 외에도 매끄럽고 아름다운 표면을 가지고 있습니다.

• 쉬운 유지관리 : 스테인리스 스틸은 녹슬기 쉽지 않아 청소가 매우 편리하고 쉽습니다.

스테인리스 스틸의 응용 분야

스테인리스 스틸은 뛰어난 내식성과 강도로 일상생활과 주요 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 가정용 주방용품, 건축 장식, 의료 기기, 식품 가공 장비 등 다양한 분야에서 그 우수성을 인정받고 있으며, 항균, 심미성, 그리고 손쉬운 세척으로 선호되는 소재로 자리 잡았습니다. 또한, 스테인리스 스틸은 중공업, 에너지, 운송, 항공우주 등 다양한 전문 분야에서도 탁월한 성능을 발휘하며, 극한 환경에서도 고압, 고온, 화학적 부식에 강합니다. 생활의 편리함을 향상시키거나 최첨단 기술의 요구를 충족하는 스테인리스 스틸은 뛰어난 내구성과 환경 보호 기능으로 현대 사회에서 없어서는 안 될 핵심 소재로 자리 잡았습니다.

스테인리스 스틸의 4가지 주요 유형

스테인리스강의 분류: 스테인리스강에는 여러 종류가 있습니다. 일반적으로 금속 조직에 따라 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

• 페라이트계 스테인리스강
• 마르텐사이트계 스테인리스강
• 오스테나이트계 스테인리스강
• 석출 경화 스테인리스강

미국 철강협회(AISI)와 미국 재료시험학회(ASTM)의 규격을 예로 들어 보겠습니다. 이 규격은 단조 스테인리스강을 " 세 자리 "로 분류합니다. 이는 스테인리스강 시리즈의 다양한 표준 등급을 나타내는 문자입니다. 각 시리즈는 금속 조직, 자기적 특성 및 용도가 다릅니다. 각 시리즈를 간략하게 설명하면 다음과 같습니다.

1. 페라이트계 스테인리스강

AISI 400 시리즈 스테인리스강의 크롬 계열로, 405, 430, 446 등이 있습니다. 이 시리즈는 크롬 함량이 높고(약 11.5~27%), 니켈 함량이 낮으며, 탄소 함량이 낮습니다(탄소 함량 ≤0.2%). 일반적으로 사용되는 기본형은 430(크롬 16~18%, 탄소 함량 ≤0.12%)입니다. 다양한 온도에서 지방 입자 구조를 유지하기 때문에 열처리로 경화될 수 없습니다.

일반적으로 냉간 가공은 경도를 높이는 데에만 사용됩니다. 철(Fe, 체심입방 구조)과 마찬가지로 물리적 특성 면에서 강한 상자성을 가지고 있으며, 주요 용도는 건설 및 자동차 장식입니다.

2. 마르텐사이트계 스테인리스강

마르텐사이트계 스테인리스강 AISI 규격은 403, 410, 420 등과 같은 400 시리즈 크롬 스테인리스강을 의미합니다. 이 시리즈의 크롬 함량은 비료용 스테인리스강(약 11.5~15%)보다 낮고 탄소 함량은 더 높습니다(탄소 0.08~1.2%). 기본 유형은 410(크롬 11.5~13.5%, 탄소 0.15%)입니다. 온도 변화에 따라 마티안 벌크 상 변태가 발생하므로 열처리를 통해 경도와 강도를 높일 수 있습니다.

마티안 루즈바디는 체심입방 또는 체심방정계 결정 구조로, 물리적 특성 면에서 자성을 띠며, 주로 고온 고압에 강한 칼, 수술 기구, 엔지니어링 부품 등에 사용됩니다. 또한, 500계열도 마티안 벌크 스테인리스강에 속하지만, 크롬 함량이 4~6%에 불과하여 크롬 함량이 극히 낮은 계열로 분류됩니다. 내식성이 좋지 않아 일반적으로 내열 합금강으로만 사용됩니다.

3. 오스테나이트계 스테인리스강

AISI 규격에는 300계열과 200계열 두 가지 스테인리스강이 있습니다. 300계열은 302, 304, 316 등과 같은 크롬-니켈 스테인리스강입니다. 일반적으로 사용되는 강종은 304입니다. 표준 화학 조성은 크롬 18%, 니켈 8%로, 일반적으로 18-8 스테인리스강 이라고 합니다. 다양한 온도에서 오스테나이트 조직을 유지하기 때문에 열처리로 경화될 수 없으며, 일반적으로 냉간 가공으로만 경화될 수 있습니다.

이 스테인리스강 시리즈는 내식성이 가장 뛰어나며, 그중 304는 식기, 도시락, 의료 및 위생 기기, 식품 가공 장비, 건축 및 장식 등 다양한 용도로 활용됩니다. 오스테나이트계 체적 구조는 면심입방정 구조이기 때문에 비자성체입니다. 그러나 냉간 가공(압연, 연신, 연마 등)을 거치면 표면이 응력의 영향을 받아 미세한 자유체 변형이 발생할 수 있습니다. 따라서 약한 자성을 갖도록 제작해야 합니다.

또한, 주조 스테인리스강과 단조 스테인리스강의 자기적 특성도 다릅니다. 예를 들어, AISI 304 단조 스테인리스강은 ACI(합금 주조 협회) 규격의 주조 스테인리스강(코드 CF-8)에 해당합니다. 유동성을 위해 다량의 실리콘(2%)을 첨가해야 합니다. 그러나 실리콘은 지방 입자의 안정화 원소로, 오스테나이트계 기지에 소량의 섬 모양의 지방 입자가 형성되도록 촉진하기 때문에 자기적 특성이 약합니다.

위 내용을 살펴보면, 304 스테인리스강을 자성 여부만으로 판단하면 의문이 생길 수 있습니다. 200계는 201, 202와 같은 300계열의 한 분과입니다. 200계열의 화학 조성은 니켈의 일부를 더 저렴한 망간으로 치환하여 크롬-니켈-망간계 스테인리스강을 만드는 것입니다. 이는 망간과 니켈이 모두 오스테나이트계이기 때문입니다. 안정화 원소인 니켈(Mn/Ni≅2)은 일반적으로 망간을 약 두 배 정도 치환하여 300계열과 동일한 비교적 저렴한 오스테나이트계 스테인리스강이며, 비자성체입니다. 일반적으로 자동차 휠 커버 와 주방용품 에 사용됩니다.

4.석출 경화 스테인리스강

석출 경화 스테인리스강은 AISI에서 600 시리즈로 분류한 스테인리스강입니다. 이 스테인리스강은 제2차 세계 대전 중 항공 산업의 요구에 부응하여 개발되었습니다. 주로 크롬과 니켈 등 다양한 원소로 구성되어 있으며, 주성분은 합금철이고, 구리와 알루미늄 등의 합금 원소가 첨가됩니다.

이 스테인리스강 시리즈는 금속조직의 차이에 따라 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

(a) 630(상품명 17-4 PH)과 같은 자성을 갖는 마티안 벌크 침전 경화 스테인리스강
(b) 반오사이트 석출 경화 스테인리스강, 자성체, 예: 631(상표명 17-7 PH)
(c) 오스테나이트계 석출경화 스테인리스강, 비자성체, 예: 660(상표명 A286)

이 유형의 스테인리스강은 경도와 강도가 높지만, 항공 및 로켓 산업 에 일반적으로 사용되며 엔지니어링 분야에서는 많이 사용되지 않는 것으로 보입니다. 일반적으로 브랜드명을 사용하는 것이 일반적입니다.

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참고문헌 1. JG Parr A. Hanson(1993). 스테인리스강, ASM, Metals Park.
2. Smith, WF (1993). 엔지니어링 합금의 구조 및 특성. McGraw-Hill Inc.
3. D. Peckner, I.M. Bernstein(1977). 스테인리스강 핸드북. McGraw-Hill Inc.

결론

스테인리스 스틸은 뛰어난 성능과 다재다능함으로 가정용 제품과 산업용 제품 모두에서 탁월한 가치를 제공합니다. 신뢰할 수 있는 건축 자재 공급업체인 AllWIN은 다양한 스테인리스 스틸 제품뿐만 아니라 고객 요구 사항에 맞는 맞춤형 솔루션을 제공합니다. 스테인리스 스틸 제품에 관심이 있으시거나 궁금한 점이 있으시면 언제든지 문의 해 주세요.