STAINLESS STEEL 정보

Stainless steel Information

  • 스테인리스강
  • 강종별 특성 및 용도
  • 스테인리스강의 분류
  • 주요 원소와 역할
  • 표면상태 분류
  • 스테인리스 부식
  • STS 제품중량 계산표
1.녹이란 무엇인가? 일반적으로 철은 공기중의 산소와 수분에 의해 화학적인 반응을 보이는데 여기서 생기는 부산물이 바로 녹이다.
이 녹은 여러 환경에 따라 그 변화속도가 다른데 수분중에 소금기나 산(酸)등이 있으면 좀 더 빨리 진행된다. 화학적으로는 철산화물이라고 할 수 있다.
2.그렇다면 이 녹의 방지책은 어떤 것이 있을까? 우리 주변에는 수많은 철 구조물, 기계, 자동차등이 있다. 이들 거의 대부분은 녹을 방지하기위해 표면에 페인트를 칠하든가 아니면 플라스틱류로 덧씌워놓는다.
이 경우 표면에 흡집이나 이상이 생기기 전까지는 녹이 발생하지 않는다. 그러나 약간이라도 흡집이 생길 경우 시간이 지남에 따라 녹의 발생부위는 점점 커져
마침내 사용을 못하게도 될 수 있다.
이보다 좀 더 좋은 방법은 표면에 아연으로 얇게 도금을 하는 것이다. 즉 아연도 강판을 만드는 방법이다.
전기화학적 반응을 통해 아연이 부식으로부터 철을 보호할 수 있도록 표면에 코팅을 하는 것이다.
하지만 이 역시도 표면의 코팅에 문제가 생길 경우에는 페인트와 마찬가지로 부식이 생길 수 있다.
3.왜 스테인리스강을 사용해야 하나? 스테인리스강은 철에 녹을 방지할 수 있는 소재, 즉 크롬을 11%이상 섞어서 만든 크롬 합금강이다.
그러면 이 크롬이 공기중의 산소와 결합하여 얇은 피막을 형성하게 된다. 이 눈에 보이는 피막이 녹으로부터 철을 보호한다.
만약 이 피막이 손상을 입어도 새로운 크롬성분이 새로운 피막을 형성하기에 역시 녹은 슬지 않는다.
이렇게 녹이 슬지 않는 성질은 크롬성분이 많아질수록 더욱 강력하게 나타난다.
한편 쓰이고자 하는 목적에 따라 니켈이나 몰리브덴, 티타늄등을 넣어 사용하는데 이런 금속들이 들어갈 경우 일반적으로 부식에 대한 저항성은 더욱 커진다.
4.활용 범위 우리가 일반적으로 쓰는 스테인리스는 약 18%의 크롬과 9%의 니켈로 이루어져 있으며, 이를 특히 304타입이라고 말한다.
우리의 일상생활에서 쓰이는 가장 적합한 성능을 가지고 있는 이 강종은 공기중이나 맑은 물 등 일반적인 환경에서 부식에 견디는 성질이 좋다.
그러기에 흔히 볼 수 있는 칼, 주전자, 냄비, 세탁기, 싱크대, 식기세척기 등 다양한 형태로 쓰여지고 있다.
그런데 이보다 더 스테인리스가 중요하게 쓰이는 곳은 공장 설비이다. 다양하고 고순도의 스테인리스강은 여러 형태의 부식환경에 노출되어 있는 장비나
프랜트등에 사용된다. 예를 들어 화학공장이나 석유화학 공단, 제지공장, 식품이나 음료공장 등이 그 대상이라 할 수 있다. 혹은 구조물에 강한 힘을 받는 곳이나,
공업로와 같은 고온에서 작업해야 하는 곳에 사용하기 적합하도록 만들 수 있다.


오스테나이트계 스테인리스강 결정구조는 면신입방격자로 열처리에 의해서는 경화되지 않고 가공에 의해 경화되며, 대표강종은 304강종으로 18Cr-8Ni이 기본조성이다.
오스테나이트조직은 상온과 고온에서 안전하게 존재하기 때문에 압연중에 변태현상을 동반하지 않고 비자성이다.
페라이트계 스테인리스강 페라이트계 스테인리스강은 체심입방구조로 오스테나이트계 스테인리스강보다 내식성은 열위지만 응력부식균열에는 우수하다.
또한 상온에서 강자성이며 열처리에 의해 경화되지 않고 냉간가공성이 매우 우수하다.
마르텐사이트계 스테인리스강 마르텐사이트계 스테인리스강은 상온에서 강자성을 보이며, 일반적으로 내식성은 열위한 편이나 강도가 우수하여 고강도 구조용강으로 사용된다.
고온에서는 오스트계나이트 조직을 보유하며 공냉 또는 유냉에 의해 마르텐사이트 변태를 상온에서 완전한 마르텐사이트 조직을 갖는다.
이상계 스테인리스강 상온에서 오스테나이트상과 페라이트상의 혼합조직으로 강도가 우수하고 결정립이 미세화되며 응력부식 균열에 대한 저항성을 준다.
석출경화계 스테인리스강 열처리후 시효에 의해 Cu,Al,Ti,Nb등의 금속간 화합물을 석출시켜 강도를 향상 시킨다.
크롬 (Cr) 스테인리스강을 만드는 기본 원소로서 Fe에 첨가시 12%이상이 되면 결정구조가 페라이트 조직으로 변한다. Cr의 함량이 증가하면 내식성이
향상됨으로 사용되는 분위기의 부식성 및 온도가 증가할 수록 Cr 함량이 증가된 강종을 사용한다.
니켈 (Ni) Cr과 함께 Ni은 오스테나이트계 스테인리스강을 만드는 기본 원소로서, 8%이상 첨가시 Fe-Cr-Ni 합금의 결정구조가 오스테나이트계로 변화된다.
오스테나이트 구조를 갖는 스테인리스강은 가공성, 충격인성 및 용접성이 좋다.
탄소 (C) C는 오스테나이트 안정화 원소로서 스테인리스강에 일반적으로 0.12%까지 첨가된다. 또한, C는 Cr및 Fe와 반응하여 탄화물을 만들기 때문에 강도 및
경도를 높힐 목적으로 사용되며, 특히 마텐사이트계에서는 고경도를 얻기 위하여 0.15%의 높은 함량을 첨가하고 있다.
C는 Cr과 쉽게 반응하여 Cr23C6와 같은 크롬탄화물을 만들어 석출하기 때문에 기지금속의 Cr을 고갈시켜 국부적으로 입계부식등을 유발하는 단점이 있어,
내식성이 요구되는 주요 부품에는 C의 함유량을 0.03% 이하로 낮추는데 이러한 강종을 "L-급"강종이라고 한다.
질소 (N) N도 기본적으로 오스테나이트 안정화 원소에 속하며, 고용도는 오스테나이트계에서 페라이트계에 비하여 상대적으로 더 높다.
그러므로 페라이트계에서 N이 Cr과 반응하여 Cr2N과 같은 크롬질화물을 형성하여 석출하는 경향이 상대적으로 높으며, 이 경우 입계부식등을
유발한다. 스테인리스강의 Cr함량이 23%이상 되는 강종에서는 N의 함량이 증가함에 따라 공식 및 입계부식이 저하되는 경향이 있으며,
슈퍼스테인리스강에는 0.25%까지 첨가된다.
몰리브데늄(Mo) Mo은 오스테나이트계 316강의 기본합금원소로 2~3% 첨가된다. Mo가 첨가된 316강계열의 스테인리스강은 크롬계 산화물로 구성된 부동태 피막내에
MoO2와 같은 몰리브데늄계 산화물이 고용되어 매우 치밀하고 소지금속과 밀착성이 좋은 부동태 피막을 형성하여 공식(Pitting) 및
틈새부식(Crevice corrosion)저항성이 우수하다. Mo이 첨가된 스테인리스강은 소금과 같은 염분이 함유된 분위기에 노출되면 부동태피막에
CrCl3과 같은 엽화물의 고용도를 저하하여 공식을 방지한다고 알려져 있다.


금속부식이란? ㉠ 금속이 전자를 잃고 이온화 되는 것을 말하며, 금속이 이온화하면서 양극에서 잃게되는 전자를 환원 반응을 하는 음극에서 흡수하는 완전한 전기적 회로를 이룰때 일어난다.
㉡ 부식(저온부식)은 전기화학에너지가 반응속도를 지배하는 주된 변수가 된다.
STS강 부식유형 ㉠ 균일부식(Uniform corrosion)
㉡ 국부부식(Localized corrosion)
㈀ 갈바닉부식(Galvanic corrosion)
㈁ 공식(Pitting)
㈂ 틈새부식(Cravice corrosion)
㈃ 입계부식(Intergranular corrosion)
㉢ 환경야기균열(Environmentallyindeced cracking)
㈀ 응력부식균열(Stress corrosion cracking)
㈁ 피로부식균열(Corrosion fatigue cracking)
㈂ 수소취성균열(Hydrogen embrittlement cracking)
균일부식 부식기구
㉠ 부식 환경에 노출된 금속표면 전체가 균일하게 침식당하는 부식
㉡ 부식에 의한 무게 감량 및 파손되는 금속의 량은 다른 형태의 부식에 비해 많으나, 부식에 의한 유효수명 예측방식, 방법이 비교적 용이하여 공학적으로 문제가 되지 않음

방지대책
적절한 재료의 선택, 각 종 표면처리 등
국부부식 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)
<부식기구>
㉠ 두 개의 금속 혹은 같은 금속이라 할지라도 부식환경 조건이 국부적으로 다름에 의하여 두 지점간 전위차이가 있을 때 전자의 이동에 의하여 산화-환원 반응계를 형성하여 금속이 부식되는 현상.
㉡ 모든 STS강 부식을 미시적으로 볼 때 기본원리는 갈바닉 부식임
㉢ 갈바닉 부식은 EMF Series로 예측가능

<부식발생 특징>
음극이 크고, 양극이 상대적으로 적을 경우 부식이 급 가속됨.

<방지대책>
㉠ 두 금속이 접촉하는 면을 절연(절연 와셔, 가스켓 사용)
㉡ 음극을 작게, 양극을 크게 설계

공식
<부식기구>
공식은 부동태 피막을 형성할 수 있을 정도의 높은 산화도를 가진 용액내에서 부동태 피막을 파괴시킬 수 있는 염소이온과 같은 원소가 존재할 때 발생

<부식발생특징>
㉠ 처음 부식이 발생할 때는 다소 시간이 걸리나 일단 Pit가 생기면, Pit내부는 small양극이 되고 외부 전제는 large음극이 되어 부식이 급가속으로 진행되어 수일만에 관통되는 경우가 많음.
㉡ Pit부 입구는 매우 적어 조그만 구멍이 뚫려있는 형태임

<공식대책>
㉠ 사용환경 적합한 소재선정: 고 Mo, N, Cr, Ni 합금
㉡ 환경개선 : 염화물 환경 제거
㉢ 설계 시 구분이 고이지 않도록 설계

틈새부식
<부식기구>
틈새형성 → 틈새부에서 용액의 정체 발생 → 틈새부에 용존산소고갈 → 양이온과다 → 염소이온 끌어들임(전하평형을 위해) → HCI형성 → 부식의 가속화(공식과 동일한 원리)

<부식발생특징>
㉠ 틈새가 있을 경우, 침전물이 있는 환경에서 다발
㉡ 염화물 환경에 노출 시 발생
㉢ 처음 부식이 발생되는데는 다소 시간이 걸리나 일단 생기면 급가속
㉣ 육안관찰이 어렵기 때문에 상당히 진행된 후에나 발견가능
㉤ 공식과 더불어 STS강에 가장 많이 발생되는 부식형태 틈새부식대책

<틈새부식대책>
㉠ 환경개선(염화물 환경 제거)
㉡ 내공식 합금사용(고 Mo, N, Cr Ni합금)
㉢ 틈새가 생기지 않도록 설계(리벳, 볼트 체결보다는 용접으로)
㉣ 용액이 고이지 않고 완전히 배수되는 구조로 설계
㉤ 틈새가 발생되었을대는 충진물로 충진

입계부식
<부식기구>
예민화온도구간(450~800℃)에서 장기간 유지

<부식발생특징>
㉠ 용접 후 용체화처리 미실시시 HAZ부에서 주로 발생
㉡ 단면조직 관찰 시 입계가 예민화 되어 있음
㉢ 예민화온도구간에서 장시간 사용 및 노출 시 발생

<입계부식대책>
㉠ 용체화열처리(1050~1150℃)
㉡ 적절한 수재의 선정(탄소안정화 강종 사용(Ti첨가-321강)
㉢ 열처리 후 가능한 급속냉각

환경야기 균열 응력부식
<발생기구>
부식환경에 노출된 부식 감수성이 있는 금속에 인장 응력이 주어졌을 때 응력과 부식이 협동작용에 의해 취성균열 발생

<발생특징>
㉠ 염화물 환경시 다발 - 염소이온에 의해 Pitting이 일어나면 Pi부내는 염화물의 농도가 높아지고 인장으력하에 균열로 반전한다.
㉡ 균열의 전파속도가 매우 빨라 부품의 파괴가 2~3일 혹은 수시간내에 일어날 수도 있다.
㉢ 응력부식은 인장응력의 90도 방향으로 발생
㉣ 균열의 전파가 입계, 입내 구분없이 무차별로 전파

<응력부식대책>
㉠ 사용환경개선(염화물 환경 제거)
㉡ 잔류응력 제거(용접 후 열처리)
㉢ 적정 강재 선정(오스테나이트계)

피로부식
<발생기구>
재료가 주기적으로 변하는 하중을 받으면 인장각도보다 매우 낮은 응력에서도 파괴가 일어나는데, 부식분위기에서 주기적인 하중을 받으면 더 낮은
하중에서도 단기간에 파괴가 일어나는 현상

<발생특징>
㉠ 부식리로로 생성된 균열은 사방으로 분기하는 일이 거의 없음
㉡ 파단면의 줄무늬 혹은 해변의 모래무늬를 나타냄.
㉢ 부식피로는 인장응력의 90도 방향으로 발생
㉣ 부식리로는 모든환경에서 발생할 수 있으며, 노출된 환경의 부식성에 따라 피로수명의 차이가 있음.
㉤ 표면에 Notch가 있을 때 발생가능성 높음.

<부식피로대책>
㉠ 재료표면에 Shot peening처리로 압축응력 부여
㉡ 잔류응력 제거(용접 후 열처리)
㉢ 적정 강재 선정(Duplex강)

(주) 포스틸 고객기술지원 사례집에서 발췌
중량 계산법 실중량 : 실제 제조 중량
이론중량 : (두께 X 폭 X 길이) X 비중
제품 비중표
※ 당사 제품은 이론중량으로 수요자에게 공급됩니다.
앵글 중량표 (단위 : kg/m)

봉강 중량표 (단위 : kg/m)