듀플렉스 강의 화학 조성분

UNS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Mo	N	Cu	그 외
S32101	0.04	4.0-6.0	0.04	0.03	1	21-22	1.35-1.7	0.1-0.8	0.2-0.25	0.1-0.8
S32304	0.03	2.5	0.04	0.03	1	21.5-24.5	3-5.5	0.05-0.6	0.05-0.2	0.05-0.6
S31803	0.03	2	0.03	0.02	1	21-23	4.5-6.5	2.5-3.5	0.08-0.2
S32205	0.03	2	0.03	0.02	1	22-23	4.5-6.5	3.0-3.5	0.14-0.2
S32750	0.03	1.2	0.035	0.02	0.8	24-26	6.0-8.0	3.0-5.0	0.24-0.32	0.5
S32760	0.03	1	0.03	0.01	1	24-26	6.0-8.0	3.0-4.0	0.20-0.30	0.5-1.0	W:0.5-1.0

듀플렉스 강의 물성치

UNS	항복강도(Mpa, min)	인장강도(Mpa, min)	연신율(%, min)	경도(BRINELL, max)
S32101*	450	650	30	290
S32304	400	600	25	290
S31803	450	620	25	293
S32205	450	655	25	293
S32750	550	795	15	310
S32760	550	750	25	270
오스테나이트 300계
S30400	205	515	40	201
S31603	170	485	40	217

스테인리스 강들의 PRE 비교

일반적인 명칭	UNS	PRE
304	S30400	18
316L	S31603	24
904L	N08904	32
254SMO(6% Mo)	S31254	41
Alloy 825	N08825	28
LDX2304	S32304	22
DX2205	S31803	34
SDX2507	S32750	38

듀플렉스 강은 이론적으로 30% - 70%의 페라이트 또는 오스테나이트 상의 비율로 조성이 가능합니다. 실제 듀플렉스 강은 거의 동등한 비율(50:50)의 페라이트 상과 오스테나이트 상으로 조성됩니다. 페라이트 상과 오스테나이트 상은 물성치가 다르기 때문에 이를 적정한 비율로 조합하는 것이 듀플렉스 강 제강 시 핵심 입니다.

오스테나이트 강에서 크롬탄화물이 예민화 구간에 석출되는 것처럼 듀플렉스 강 또한 고온에서 Sigma Phase, Chi Phase 등 물성치를 저해하는 화합물들이 페라이트 상에서 석출될 수 있습니다. 질소의 첨가는 이런 화합물 석출을 상당히 지연시키기 때문에 듀플렉스 강의 조성에서 질소는 매우 중요한 원소입니다.

1) 크롬(Cr): 스테인리스 강에서 10.5% 이상의 크롬은 부동태 피막을 형성하여 강의 산화 방지를 돕습니다. 크롬의 양이 증가할수록 부식에 대한 저항성이 올라갑니다. 크롬은 페라이트 안정화 원소 중 하나로서, 크롬의 양이 증가할수록 철(Fe)이 체심입방구조(BCC)로 변하려는 성질이 증가합니다. 따라서 듀플렉스 나 오스테나이트 강의 조성을 위해선 크롬의 증가에 따라 오스테나이트 안정화 원소인 니켈의 양도 증가해야 합니다. 통상적으로 듀플렉스 강에서는 16~20%의 크롬이 함유되어 있습니다.

2) 몰리브덴(Mo): 페라이트 안정화 원소 중 하나인 몰리브덴은 공식(Pitting Corrosion)에 강한 저항성을 띄게 하는 원소입니다. 크롬이 18% 이상 있는 스테인리스 강에서 몰리브덴의 첨가는 크롬 대비 약 3배의 공식 저항성을 향상 시킬 수 있습니다. 몰리브덴은 또한 염화물 분위기에서 공식과 틈부식에 강한 저항성을 띄기 때문에 듀플렉스 강의 부식 저항성에 매우 중요한 원소 중 하나입니다. 다만, 몰리브덴은 페라이트 상에서 불필요한 화합물 석출에 기여할 수 있기 때문에 듀플렉스 강에서는 몰리브덴의 함유를 4% 정도로 제한하고 있습니다.

1) 질소(N): 오스테나이트 안정화 원소로서 첨가 시 강의 공식과 틈부식에 강한 저항성을 띄게 하며 강의 강도 또한 현저히 증가시킵니다. 또한 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에 듀플렉스 강에서는 상대적으로 비싼 니켈의 대체 원소로 일부 사용되고 있습니다. 불필요한 화합물 석출 시간을 지연 시키기 때문에 Sigma Phase의 석출 방지 원소로 오스테나이트 강과 듀플렉스 강에서 사용되고 있습니다. 고용체 강화(Solid Solution Hardening)의 효과도 있기 때문에 강도 향상에도 큰 도움을 줍니다.

2) 니켈(Ni): 대표적인 오스테나이트 안정화 원소로서 강의 입자구조를 체심입방구조(BCC)에서 면심입방구조(FCC)로 변화시킵니다. 듀플렉스 강에서는 1.5~7% 의 니켈을 함유하고 있으며, 질소와 마찬가지로 페라이트 상에서 불필요한 화합물 석출을 저해시킵니다. 오스테나이트 상은 인성(Toughness) 등의 물성치 향상에 장점이 있기 때문에 니켈과 질소는 듀플렉스 강의 물성치 향상에 매우 중요한 원소입니다.