스테인레스 스틸은 철입니까??

재료 과학 및 산업 응용 분야의 근본적인 질문은 다음과 같습니다.: 스테인레스 스틸은 철을 함유하고 있습니다.? 대답은 정의에 달려 있습니다. 철 금속 스테인레스 스틸의 화학적 조성에 대한 자세한 이해, 결정 구조, 및 재료 분류 기준.

핵심, 스테인레스 스틸 는 철 합금— 철분이 함유되어 있습니다 (철) 주요 구성 요소이지만 독특한 크롬 (Cr) 함량이 탄소강 및 주철과 구별됩니다., 건설부터 의료기기까지 산업에 혁명을 일으킨 내식성을 부여합니다..

1. 재료 공학에서 "철"이 의미하는 것

공학과 야금학에서는 이 용어를 사용합니다. 철 금속과 합금을 말한다. 주성분은 철이다.

일반적인 철 재료에는 연강이 포함됩니다., 다리미 캐스트, 연철 및 스테인리스강과 같은 철 기반 합금.

대조적으로, 비철함 금속은 주성분이 철이 아닌 금속이다. (예: 알류미늄, 구리, 티탄, 니켈 기반 합금).

요점: 분류는 구성적이다 (철 기반) 기능성보다는 (예를 들어, “녹슬었나요??”). 스테인레스강은 철 기반 합금이므로 철 계열에 속합니다..

2. 스테인레스 스틸이 철인 이유 - 구성 및 표준

• 철은 균형 요소입니다.. 스테인레스강은 철을 모체 요소로 하여 제조됩니다.; 원하는 특성을 얻기 위해 다른 합금 원소가 추가됩니다..
  일반적인 산업 등급에는 다음이 포함됩니다. 대부분의 철 크롬으로, 니켈, 의도적인 합금 첨가물로 존재하는 몰리브덴 및 기타 원소.
• 크롬 요구 사항. 스테인레스 강의 표준 기술 정의는 다음을 포함하는 철 기반 합금입니다. 질량 기준 10.5% 크롬, 이는 패시브를 전달합니다., 부식 방지 표면 필름 (cr₂o₂).
  이 크롬 임계값은 주류 표준에 명시되어 있습니다. (예를 들어, ASTM/ISO 문서 계열).
• 표준 분류. 국제 표준에서는 스테인레스강을 강철로 분류합니다. (즉., 철 기반 합금).
  조달 및 테스트를 위해 철 재료 표준 프레임워크 내에서 처리됩니다. (화학 분석, 기계적 테스트, 열처리 절차 등).

요컨대: 스테인레스 = 부동태화에 충분한 크롬을 함유한 철 기반 합금; 그러므로 스테인레스 = 철.

3. 일반적인 화학 - 대표적인 등급

다음 표는 철이 비금속임을 보여주는 대표적인 화학 반응을 보여줍니다. (값은 일반적인 범위입니다.; 정확한 사양 한계는 등급 데이터시트를 확인하세요.).

"균형"은 합금의 나머지 부분이 철과 미량 원소임을 의미합니다..

4. 결정 구조 및 미세 구조 클래스 - 왜 구조 ≠ 비철

스테인레스강은 실온에서 주된 결정 구조에 따라 야금학적으로 구분됩니다.:

• 오스테나이트계 (γ-FCC) - 예를 들어, 304, 316. 단련된 상태에서 비자성, 우수한 인성 및 내식성, 높은 Ni는 오스테나이트를 안정화시킵니다..
• 페라이트계 (α-BCC) - 예를 들어, 430. 자기, 매우 낮은 온도에서 인성이 낮아짐, 일부 환경에서 응력 부식 균열에 대한 우수한 저항성.
• 마르텐사이트 (왜곡된 BCT / 마르텐사이트) - 예를 들어, 410, 420. 열처리로 경화 가능; 칼 붙이에 사용, 밸브와 샤프트.
• 듀플렉스 (혼합물 + 기음) — 향상된 강도와 염화물 저항성을 위해 균형 잡힌 페라이트와 오스테나이트.

중요한: 이러한 결정 구조의 차이는 원자의 배열을 설명합니다., 기본 요소가 아님.

오스테나이트임에도 불구하고, 페라이트 또는 마르텐사이트, 스테인레스 스틸이 남아 있습니다 철 기반 합금 - 따라서 철.

5. 기능적 구별: "스테인리스"는 "비철" 또는 "비자성"을 의미하지 않습니다.

• "스테인레스"는 크롬으로 인한 부동태로 인한 내식성을 나타냅니다. (cr₂o₂ 영화). 그렇습니다 ~ 아니다 금속이 철 기반이라는 사실을 바꾸다.
• 자기적 행동은 ~ 아니다 철 성분의 신뢰할 수 있는 지표: 일부 오스테나이트계 스테인리스강은 어닐링된 상태에서 본질적으로 비자성입니다., 하지만 그들은 여전히 ​​철 합금입니다. 냉간 가공 또는 낮은 Ni 변형은 자성이 될 수 있습니다..
• 부식 거동 ("녹"에 대한 저항) 크롬 함량에 따라 다름, 미세 구조, 환경 및 표면 상태 - 철/비철 분류만으로는 분류되지 않음.

6. 산업 관행 및 재료 선택에 미치는 영향

• 사양 및 조달. 스테인레스강은 철강 표준 및 등급을 사용하여 지정됩니다. (ASTM, 안에, 그, GB, 등.).
  기계 테스트, 용접 절차 자격, 및 열처리는 철 야금 관행을 따릅니다..
• 용접 및 제작. 스테인레스강은 다른 철금속과 동일한 기본 예방 조치가 필요합니다. (등급에 따라 예열/후열, 300 시리즈의 민감화를 방지하기 위한 탄소 제어, 적합한 용가재 선택).
• 자기학과 NDT. 자기 기반 NDT (자기 입자) 페라이트/마르텐사이트 등급에는 적합하지만 가공 경화되지 않는 한 완전 오스테나이트 등급에는 적합하지 않습니다.; 초음파 및 염료 침투 테스트는 가족 전체에 걸쳐 일반적입니다..
• 설계: 엔지니어는 특정 요구에 맞게 다양한 스테인리스 제품군을 활용합니다. (성형성과 내식성을 위한 오스테나이트; 니켈을 최소화해야 하는 페라이트계; 고강도 및 내염화물성을 위한 듀플렉스).

7. 페라이트계 스테인레스강의 장점

페라이트계 스테인리스강은 스테인리스강 제품군 내에서 중요한 제품군입니다..

그들은 체심 입방체를 특징으로 하는 철 기반 합금입니다. (α-Fe) 실온에서 결정 구조를 가지며 니켈이 거의 또는 전혀 없는 비교적 높은 크롬 함량.

산화성 및 약간 공격적인 환경에서의 내식성

• 페라이트계는 일반적으로 다음을 포함합니다. ~12~30% 크롬, 연속적인 산화크롬을 생성하는 (cr₂o₂) 패시브 필름. 그것은 준다 우수한 일반 부식 및 산화 저항성 공중에서, 많은 대기 환경 및 약간 공격적인 공정 매체.
• 그들은 특히 다음과 같은 곳에서 좋은 성과를 냅니다. 염화물 응력 부식 균열 (SCC) 관심사입니다: 페라이트 등급은 염화물 유발 SCC에 훨씬 덜 민감함 많은 오스테나이트 등급보다,
  SCC 위험을 최소화해야 하는 특정 석유화학 및 해양 응용 분야에 적합합니다..

비용 효율성 및 합금 경제성

• 페라이트계 등급에는 니켈이 거의 없거나 전혀 없음, 그들은입니다 니켈 가격 변동성에 덜 민감 그리고 일반적으로 저렴한 비용 오스테나이트보다 (니켈 베어링) 다양한 환경에서 동등한 내식성을 제공하는 스테인리스강.
  이러한 비용 이점은 대용량 또는 가격에 민감한 애플리케이션에 중요합니다..

고온에서의 열 안정성 및 침탄/취화 저항성

• 페라이트계 스테인리스강은 유지 안정적인 페라이트 미세구조 넓은 온도 범위에 걸쳐 있으며 민감성이 덜하다 (입계 크롬 탄화물 침전) 오스테나이트보다.
• 많은 페라이트계는 좋은 고온 산화 저항 배기 시스템에 사용됩니다., 열 교환기 표면 및 기타 고온 응용 분야.
  특정 페라이트 등급 (예를 들어, 446, 430) 내구성 있는 산화물 스케일을 형성하기 때문에 고온에서 지속적으로 사용하도록 지정되었습니다..

낮은 열팽창계수 (CTE)

• 페라이트계 스테인리스 강의 일반적인 CTE 값은 다음과 같습니다. 10–12 × 10⁻⁶ /°C, 일반적인 오스테나이트 등급보다 상당히 낮음 (16–18 × 10⁻⁶ /°C).
• 낮은 열팽창은 페라이트계가 저팽창 재료와 결합되거나 고온 순환 서비스에 사용될 때 열 왜곡 및 불일치 응력을 줄입니다. (배기 시스템, 용광로 부품).

더 나은 열전도율

• 페라이트 등급은 일반적으로 더 높은 열전도율 (대충 20-30W/m·K) 오스테나이트 등급보다 (~15~20W/m·K).
  향상된 열 전달은 열교환기 튜빙에 유리합니다., 신속한 열 제거가 필요한 용광로 구성 요소 및 응용 분야.

자기적 성질과 기능적 유용성

• 페라이트계 스테인리스강은 자기 어닐링 된 상태에서. 이는 자기 반응이 필요할 때 이점이 됩니다. (모터, 자기 차폐, 센서) 또는 자기 분리시, 검사 및 취급은 제조/조립 공정의 일부입니다..

내마모성 및 표면 안정성이 우수함

• 특정 페라이트 등급 전시 좋은 마모 및 산화 저항 고온 산화 분위기에서 표면 마감을 유지합니다..
  이것은 그것들에 적합합니다 배기 매니 폴드, 굴뚝 구성 요소, 장식적인 건축 요소 열 순환을 경험하는 사람.

제작 및 성형성 (실용적인 측면)

• 많은 페라이트 합금은 다음을 제공합니다. 적절한 연성 및 성형성 시트 및 스트립 작업에 적합하며 고강도 합금과 동일한 수준의 스프링백 없이 냉간 성형될 수 있습니다..
  딥드로잉이나 복합성형이 필요한 곳, 적절한 등급 선택 (낮은 크롬, 최적화된 성질) 좋은 결과가 나온다.
• 단순한 페라이트 미세구조로 인해, 40철계 내식성을 회복하기 위해 용접 후 용액 어닐링이 필요하지 않습니다. 예민화에 민감한 오스테나이트계가 때때로 하는 것과 같은 방식입니다. 하지만 용접 절차 제어는 여전히 중요합니다..

제한사항 및 선택 시 주의사항

균형 잡힌 엔지니어링 관점에서는 재료가 잘못 적용되지 않도록 한계를 인정해야 합니다.:

• 매우 낮은 온도에서 인성이 낮아짐: 페라이트계는 일반적으로 오스테나이트계보다 극저온에서 충격 인성이 낮습니다..
  특별히 검증되지 않은 한 중요한 저온 구조 응용 분야에는 400철계를 사용하지 마십시오..
• 용접성 제약: 용접이 일상적인 동안, 곡물 성장 및 취성 열 입력 및 용접 후 냉각이 제어되지 않으면 고Cr 페라이트에서 발생할 수 있습니다.;
  일부 400철계는 적절한 절차를 사용하지 않는 한 열 영향부에서 취성 거동을 겪습니다..
• 일부 고Cr 등급의 성형성이 낮음: 극도로 높은 크롬 함량은 연성과 성형성을 감소시킬 수 있습니다.; 등급 선택은 성형 작업과 일치해야 합니다..
• 염화물 피팅에서는 보편적으로 우수하지 않습니다.: 400철은 SCC에 저항하지만, 피팅 / 피팅 저항 공격적인 염화물 함유 환경에서는 Mo 함량이 높은 오스테나이트 또는 이중 등급을 사용하여 더 잘 해결되는 경우가 많습니다.;
  공식 저항 등가 수치 평가 (목재) 염화물 노출이 심각한 곳.

8. 비철 대체재와의 비교

엔지니어가 내식성 응용 분야용 재료를 고려할 때, 스테인레스 스틸은 최고의 철 선택입니다.

하지만, 비철금속 및 합금 (알, Cu 합금, 의, Ni 기반 합금, 마그네슘, 아연) 종종 체중 경쟁을 벌인다, 전도도, 특정 내식성, 또는 가공성.

9. 지속 가능성 및 재활용

• 재활용성: 스테인리스강은 가장 많이 재활용되는 엔지니어링 재료 중 하나입니다.; 스크랩은 재활용 함량이 높은 새로운 용융물에 쉽게 통합됩니다..
• 수명주기: 긴 사용 수명과 낮은 유지보수로 인해 스테인리스강이 경제적이 되는 경우가 많습니다., 일반 탄소강에 비해 초기 비용이 높음에도 불구하고 부품 수명 동안 영향이 적은 선택.
• 환경 규정 및 복구: 스테인리스 생산에서는 에너지 집약도와 배출량을 줄이기 위해 전기 아크로와 재활용 공급원료를 점점 더 많이 사용하고 있습니다..

10. 오해와 해명

• “스테인리스” ≠ “영원히 스테인레스.” 극한 상황에서 (염화물 응력 부식 균열, 고온 산화, 산성 공격, 틈새 부식, 등.), 스테인레스 스틸은 부식될 수 있습니다.; 스테인리스이기 때문에 비철이 되지 않습니다..
• 자성 ≠ 철: 일부 스테인레스 등급의 비자성으로 인해 비철이 되는 것은 아닙니다.. 정의 속성은 철 기반 화학, 자기 반응이 아니라.
• 고니켈 합금과 스테인리스: 일부 니켈 기반 합금 (인코넬, 하스텔로이) 비철금속이며 스테인리스가 파손되는 곳에 사용됩니다.; 비슷하게 부식에 저항하더라도 "스테인리스강"이 아닙니다..

11. 결론

스테인레스강은 철 구성 및 분류별 재료. 철을 기본 원소로 크롬 및 기타 합금 원소와 결합하여 다양한 조건에서 부식에 저항하는 합금을 만듭니다..

결정 구조 (오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트, 듀플렉스) 기계적 및 자기적 특성을 결정합니다., 그러나 스테인리스강이 철 기반이라는 근본적인 사실은 아닙니다..

따라서 재료 선택은 스테인리스강을 철 계열의 구성원으로 취급하고 서비스 환경에 맞는 적절한 스테인리스 계열 및 등급을 선택해야 합니다., 제조 요구 사항 및 수명주기 목표.

 

자주 묻는 질문

스테인레스 스틸의 "스테인리스" 특성은 철 금속이 아니라는 것을 의미합니까??

스테인레스 강의 "스테인리스" 특성은 산화 크롬의 치밀한 부동태 피막에서 비롯됩니다. (cr₂o₂) 크롬 함량이 ≥10.5%일 때 표면에 형성됨; 이는 철분 함량과 관련이 없습니다..

그것의 스테인리스 행동에 관계없이, 철이 주성분인 만큼, 재료는 다음과 같이 분류됩니다. 철 금속.

스테인레스 스틸은 고온에서 철의 성질을 잃습니까??

철금속으로의 분류는 화학적 조성에 따라 결정됩니다., 온도가 아니라.

고온에서 상변태가 일어나도 (예를 들어, 고온에서 페라이트로 변태하는 오스테나이트계 등급), 기본 요소는 철로 남아 있습니다., 그래서 그것은 철금속으로 남아있습니다.

스테인레스 스틸의 자성은 철 여부에 영향을 줍니까??

자성은 결정 구조와 관련이 있습니다: 페라이트 및 마르텐사이트 스테인리스강은 일반적으로 자성이 있습니다., 어닐링된 오스테나이트계 스테인리스강은 일반적으로 비자성입니다..

하지만, 자기는 ~ 아니다 철이 함유되어 있다는 기준 - 철 함량은. 스테인레스 등급의 자성 여부, 철이 주원소라면 철금속이다.

스테인레스 스틸의 재활용성은 철의 성질과 관련이 있습니까??

예. 스테인레스 스틸은 철 기반이기 때문에, 재활용 흐름은 다른 철금속과 유사합니다..

스테인레스 스크랩은 쉽게 다시 녹습니다.; 스테인리스강은 재활용률이 매우 높으며 재활용 에너지는 일반적으로 극히 일부에 불과합니다. (20~30% 정도) 1차 생산에너지의.

이로 인해 스테인리스강은 지속 가능한 순환 경제 응용 분야에 귀중한 소재가 되었습니다..

페라이트계 스테인리스강이 일부 환경에서 부식되는 경우, 그건 철이 아니라는 뜻인가요??

아니요. 부식 성능은 환경과 구성에 따라 다릅니다.; 일부 스테인리스 등급은 특정 매체에서 부식될 수 있습니다., 그러나 이것이 철금속으로서의 지위를 바꾸지는 않습니다..

예를 들어, 페라이트계 스테인리스강은 강한 환원성 매체에서 약한 저항성을 보일 수 있지만 산화 환경에서는 탁월한 성능을 발휘합니다..

적절한 등급과 표면 처리를 선택하면 의도한 용도에 맞게 내식성이 최적화됩니다..