스테인리스강의 발전
1912년 영국 셰필드 지역에 위치한 브라운 퍼스(Brown Firth) 연구소에서 연구원으로 근무하던 해리 브리얼리(Harry Brearley)는 공장 뜰을 산책하던 중 반짝하고 빛나는 쇳조각을 발견했습니다. 이 쇳조각은 브리얼리가 고온에 견딜 수 있는 철강재를 개발하기 위해 여러 실험을 하던 중 쓸모없다고 판단해 버렸던 것이었습니다.
오래됐을 뿐 아니라 비까지 맞았지만 쇳조각은 조금도 녹슬지 않았고 그는 쇳조각을 분석하기로 마음 먹습니다. 분석 결과 철과 크롬이 혼합돼 있다는 것을 알아냈고, 철과 크롬을 일정한 비율로 합금할 경우 녹이 슬지 않는 성질을 지닌다는 것을 발견한 브리얼리는 ‘녹이 슬지 않는 철강(rustless steel)’을 상업화하는데 성공했죠. 이 철강재는 나중에 ‘스테인리스 스틸(stainless steel)’로 불리게 됩니다.
스테인리스 스틸이 발견된 후 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 납(Nb), 티타늄(Ti)등을 첨가한 안정화 스테인레스강이 개발되어 상업화가 이루어지게 됩니다.
또한 제조 기술에 있어서도 발전을 이룩하는데요, 1960 년대에 저품위 원료로 고탄소 훼로크롬(Fe-Cr)광석을 사용할수 있는 노외 정련인 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization : 진공탈탄)와 AOD (Argon Oxygen Decarburization : 산소아르곤탈탄)가 실용화 됨으로써 생산성 향상에 의한 제조 비용 절감을 이룩하게 됩니다.
스텐레스강이 녹슬기 어려운 이유는 주요 합금 성분인 크롬(원소 번호 24：Cr)이 강의 표면에 강한 산화 피막을 형성하고, 그 피막이 더 이상의 산화를 방지하기 때문입니다. 이를 위해서는 대략 11%의 크롬이 포함되는 것이 필요하고, 스텐레스강은 모두 그 이상의 크롬을 포함한 합금입니다.
스테인리스의 구분
스테인리스 스틸은 그 재료의 성분과 조직에 따라 다섯 가지로 크게 구분 됩니다. 각 강종의 조직 구분은 주로 Chromium의 함량고 Nickel의 유무 및 기타 원소의 함량에 따라 결정이 됩니다.
- 마르텐사이트계
담금질을 하여 마르텐사이트화 시킨 뒤, 취성을 줄이기 위해 풀림처리 하여 질긴 성질을 높인 것이 마르텐사이트계이며. 열처리 후 탄소의 함유량에 의해 강도가 변화합니다. 또한 마르텐사이트계는 페라이트계와 유사한 특성을 보이지만 스테인리스강 중 유일하게 열처리(Quenching)에 의해 경화가 가능한 특성이 있습니다.
410 / 410S 로 대표되는 이 재질은 Ferritic Stainless Steel 과 마찬가지로 고온에서의 산화가 적으며, S 부식과 H2S 및 Chloride 분위기에서의 저항성이 커서 VCM, PVC 등의 Process 에 많이 사용됩니다.
- 페라이트계
스테인리스강 중에서 탄소 함유량이 적고 크롬 함유량이 많아 순수한 체심입방구조(Ferrite)를 가진 스테인리스강입니다. 또한 니켈을 포함하지 않기 떄문에 가격에 저렴한 편이지만, 열처리에 의한 경도 향상이 불가합니다. Stainless Steel 로 구분되기는 하지만, 실외에서는 약간의 녹이 발생하는 문제점이 있습니다.
- 오스테나이트계
가장 널리 사용되는 Stainless Steel 재료로 304 / 316 SS 가 대표적인 강종입니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 18 크롬스테인리스강에 니켈을 8% 첨가한 후 약 1100도까지 가열하고 급냉하여 함유 하는 탄화물을 오스테나이트 조직에 용해 함으로써 상온에서는 일반적으로 존재하지 않는 오스테나이트 조직을 유지 할 수 있게 됩니다.
425 ~ 870℃ 영역에서 장시간 유지시에는 입계에 Cr 탄화물이 형성되어 내식성이 저하되고 기계적 강도도 감소합니다. 따라서 이 온도 영역에서의 사용은 극히 제한되며, Cr 탄화물에 의한 예민화 현상을 억제하기 위해 Carbon 의 함량을 0.03%이하로 줄인 304L / 316L 등의 Low Grade 를 사용하거나, Chromium 보다 Carbon 과의 친화력이 좋은 Ti 이나 Nb(Cb)를 첨가하여 Cr 탄화물의 생성을 억제한 321 SS, 347 SS 를 사용합니다.
- 석출 경화형(Precipitation Hardening) Stainless Steel )
Austenite 와 Martensite 계의 결점을 없애고 이들의 장점을 겸비하게 한 강입니다. 즉, Austenite 계는 우수한 내열성 및 내식성을 가지고 있지만 강도가 부족하고, Martensite 계는 경화능을 가지고 있으나 내식성 및 가공성이 좋지 못하므로 양계의 부족한 점을 충족시키고, 좋은 특성을 살리기 위해 석출 경화현상을 이용한 것이 이 강종입니다. 이중에 대표적인 것은 STS 630 과 STS 631 입니다.
- Duplex Stainless Steel
Duplex Stainless Steel 은 가장 최근에 개발된 강종으로 점차 그 사용 영역이 확대되어 가고 있는 강종입니다. 이 강종은 기존의 Austenitic Stainless Steel 에 Cr 의 함량을 더 높이고 약간의 Mo 를 추가한 강종으로 보통 25%정도의 Cr 에 2 ~ 3% Mo 를 포함하는 강종입니다.
이 강종의 특징은 기존 Austenitic Stainless Steel 이 입계부식(Intergranular Corrosion) 및 응력 부식 균열(Stress Corrosion Cracking)에 민감한 단점을 보완하기 위해 개발된 강종으로 Ferrite 기지위에 50%정도의 Austenite 조직이 공존하는 Dual Phase 의 조직입니다. Ni 함량이 적어서 경제적이고 열처리에 의해 경화될 수 있습니다.
-60℃이하에서는 충격치가 급속히 감소하며, 300℃ 이상에서는 Ferrite 조직의 분해가 일어나서 취성이 발생하므로 통상적인 사용온도는 -50 ~ 250℃정도로 제한됩니다.
스테인리스강의 성질, 용도
물리적 성질
1. Stainless Steel 은 높은 전기 비저항으로 용접시 발열이 심합니다.(탄소강의 약 3 배)
2. 저항이 큰 만큼 열전도율도 떨어지고 따라서 냉각속도가 느려집니다.(탄소강의 1/3 정도)
3. 열팽창계수가 커서 변형이 심합니다.
기계적 성질
스테인리스강의 기계적 성질은 각 강종별로 매우 다양합니다. ASTM에 제시된 기준 값만을 우선 아래의 테이블과 같이 확인해 보시는 것이 좋을 것 같습니다.
|
UNS No. |
Type |
기계적 시험 요구 사항 |
|||||||
|
인장강도 |
항복강도 |
연신율(%) |
경도 |
Cold Bend |
|||||
|
ksi |
Mpa |
Ksi |
Mpa |
BHN |
HRB |
||||
| Austenitic (Chromium-Nickel) (Chromium-Manganese-Nickel) | |||||||||
|
N80367 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sheet & Strip |
|
104 |
715 |
46 |
315 |
30 |
|
100 |
N.R |
|
Plate |
|
95 |
655 |
45 |
310 |
30 |
241 |
|
N.R |
|
N08904 |
|
71 |
490 |
31 |
220 |
35 |
|
90 |
N.R |
|
S20100 |
201-1 |
95 |
655 |
38 |
260 |
40 |
|
95 |
|
|
S20100 |
201-2 |
95 |
655 |
45 |
310 |
40 |
217 |
100 |
|
|
S20103 |
201L |
95 |
655 |
38 |
260 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S20153 |
201LN |
95 |
655 |
45 |
310 |
45 |
241 |
100 |
N.R |
|
S20161 |
|
125 |
860 |
50 |
345 |
40 |
255 |
25A |
N.R |
|
S20200 |
202 |
90 |
620 |
38 |
260 |
40 |
241 |
|
|
|
S20400 |
|
95 |
655 |
48 |
330 |
35 |
241 |
100 |
N.R |
|
S30100 |
301 |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S30200 |
302 |
75 |
515 |
30 |
201 |
40 |
201 |
92 |
N.R |
|
S30400 |
304 |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
201 |
92 |
N.R |
|
S30403 |
304L |
70 |
485 |
25 |
170 |
40 |
202 |
92 |
N.R |
|
S30409 |
304H |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
201 |
92 |
N.R |
|
S30415 |
|
87 |
600 |
42 |
290 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S30451 |
304N |
80 |
550 |
35 |
240 |
30 |
201 |
92 |
N.R |
|
S30453 |
304LN |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
201 |
92 |
N.R |
|
S30500 |
305 |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
183 |
88 |
N.R |
|
S30600 |
|
78 |
540 |
35 |
240 |
40 |
|
|
|
|
S30601 |
|
78 |
540 |
37 |
255 |
30 |
|
|
N.R |
|
S30615 |
|
90 |
620 |
40 |
275 |
35 |
217 |
95 |
N.R |
|
S30815 |
|
87 |
600 |
45 |
310 |
40 |
217 |
95 |
|
|
S30908 |
309S |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S30909 |
309H |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S30940 |
309Cb |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S30941 |
309HCb |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31008 |
310S |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31009 |
310H |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31040 |
310Cb |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31041 |
310HCb |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31254 |
|
94 |
650 |
44 |
300 |
35 |
223 |
96 |
N.R |
|
S31600 |
316 |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31603 |
316L |
70 |
485 |
25 |
170 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31653 |
316LN |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31609 |
316H |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31635 |
316Ti |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31640 |
316Cb |
75 |
515 |
30 |
205 |
30 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31651 |
316N |
80 |
550 |
35 |
240 |
35 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31700 |
317 |
75 |
515 |
30 |
205 |
35 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31725 |
|
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31726 |
|
80 |
550 |
35 |
240 |
40 |
223 |
96 |
N.R |
|
S31703 |
317L |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31753 |
317LN |
80 |
550 |
35 |
240 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S31200 |
321 |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S32109 |
321H |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S32615 |
|
80 |
550 |
32 |
220 |
25 |
|
|
N.R |
|
S32654 |
|
109 |
750 |
62 |
430 |
40 |
250 |
|
N.R |
|
S33228 |
|
73 |
500 |
27 |
185 |
30 |
217 |
95 |
N.R |
|
S34565 |
|
115 |
795 |
60 |
415 |
35 |
241 |
100 |
N.R |
|
S34700 |
347 |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
201 |
92 |
N.R |
|
S34709 |
347H |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
201 |
92 |
N.R |
|
S34800 |
348 |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
201 |
92 |
N.R |
|
S34809 |
348H |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
201 |
92 |
N.R |
|
S35315 |
|
94 |
650 |
39 |
270 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S38100 |
XM-15 |
75 |
515 |
30 |
205 |
40 |
217 |
95 |
N.R |
|
S30452 |
XM-21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sheet & Strip |
90 |
620 |
50 |
345 |
30 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
Plate |
85 |
585 |
40 |
275 |
30 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
S31050 |
310MoLN |
80 |
550 |
35 |
240 |
30 |
217 |
95 |
N.R |
|
S21600 |
XM-17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sheet & Strip |
100 |
690 |
60 |
415 |
40 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
Plate |
90 |
620 |
50 |
345 |
40 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
S21603 |
XM-18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sheet & Strip |
100 |
690 |
60 |
415 |
40 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
Plate |
90 |
620 |
50 |
345 |
40 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
S20910 |
XM-19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sheet & Strip |
105 |
725 |
60 |
415 |
30 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
Plate |
100 |
690 |
55 |
380 |
35 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
S24000 |
XM-29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sheet & Strip |
100 |
690 |
60 |
415 |
40 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
Plate |
100 |
690 |
55 |
380 |
40 |
241 |
100 |
N.R |
|
|
S21400 |
XM-31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sheet & Strip |
125 |
860 |
70 |
485 |
40 |
|
|
N.R |
|
|
Plate |
105 |
725 |
55 |
380 |
40 |
|
|
N.R |
|
|
S21800 |
|
95 |
655 |
50 |
345 |
35 |
241 |
1) |
N.R |
| Duplex (Austenite-Ferritic) | |||||||||
|
S31200 |
|
100 |
690 |
65 |
450 |
25 |
293 |
31A |
N.R |
|
S31260 |
|
100 |
690 |
70 |
485 |
20 |
290 |
|
|
|
S31803 |
2205 |
90 |
620 |
65 |
450 |
25 |
293 |
31A |
N.R |
|
S32205 |
2205 |
90 |
620 |
65 |
450 |
25 |
290 |
32A |
|
|
S32304 |
2304 |
87 |
600 |
58 |
400 |
25 |
290 |
32A |
N.R |
|
S32550 |
255 |
110 |
760 |
80 |
550 |
15 |
302 |
32A |
N.R |
|
S32750 |
2507 |
116 |
795 |
80 |
550 |
15 |
310 |
32A |
N.R |
|
S32760 |
|
108 |
750 |
80 |
550 |
25 |
270 |
|
N.R |
|
S32900 |
329 |
90 |
620 |
70 |
485 |
15 |
269 |
28A |
N.R |
|
S32950 |
|
100 |
690 |
70 |
485 |
15 |
293 |
32A |
N.R |
| Ferritic or Martensitic (chromium) | |||||||||
|
S32803 |
|
87 |
600 |
72 |
500 |
16 |
241 |
100 |
N.R |
|
S40500 |
405 |
60 |
415 |
25 |
170 |
20 |
179 |
88 |
180 |
|
S40900 |
409 |
55 |
380 |
25 |
205 |
20 |
179 |
88 |
180 |
|
S40945 |
|
55 |
380 |
30 |
205 |
22 |
|
80 |
180 |
|
S41000 |
410 |
65 |
450 |
30 |
205 |
20 |
217 |
96 |
180 |
|
S41008 |
410S |
60 |
415 |
30 |
205 |
22 |
183 |
89 |
180 |
|
S41045 |
|
55 |
380 |
30 |
205 |
22 |
|
80 |
180 |
|
S41050 |
|
60 |
415 |
30 |
205 |
22 |
183 |
89 |
180 |
|
S41500 |
|
115 |
795 |
90 |
620 |
15 |
302 |
32A |
N.R |
|
S42900 |
429 |
65 |
450 |
30 |
205 |
22 |
183 |
89 |
180 |
|
S43000 |
430 |
65 |
450 |
30 |
205 |
22 |
183 |
89 |
180 |
|
S43035 |
439 |
60 |
415 |
30 |
205 |
22 |
183 |
89 |
180 |
|
S44400 |
|
60 |
415 |
40 |
275 |
20 |
217 |
96 |
180 |
|
S44500 |
|
62 |
427 |
30 |
205 |
22 |
|
83 |
180 |
|
S44626 |
XM-33 |
68 |
470 |
45 |
310 |
20 |
217 |
96 |
180 |
|
S44627 |
XM-27 |
65 |
450 |
40 |
275 |
22 |
187 |
90 |
180 |
|
S44635 |
|
90 |
620 |
75 |
515 |
20 |
269 |
28A |
180 |
|
S44660 |
|
85 |
585 |
65 |
450 |
18 |
241 |
100 |
150 |
|
S44700 |
|
80 |
550 |
60 |
415 |
20 |
223 |
20A |
180 |
|
S44735 |
|
80 |
550 |
60 |
415 |
18 |
255 |
25A |
180 |
|
S44800 |
|
80 |
550 |
60 |
415 |
20 |
223 |
20A |
180 |
|
S46800 |
|
60 |
415 |
30 |
205 |
22 |
|
90 |
180 |