주조 스테인레스 강의 특성

1. 소개

주조 스테인리스강은 내식성을 겸비합니다., 복잡한 형상에 대한 우수한 기계적 강도 및 주조성.

부식되는 곳에 사용됩니다., 온도, 또는 위생 요구 사항으로 인해 일반 탄소강이 불가능하고 가공 플레이트로 복잡한 형상을 제작하는 것이 비용이 많이 들거나 불가능할 수 있습니다..

성능은 합금 계열에 따라 다릅니다. (오스테나이트계, 듀플렉스, 페라이트계, 마르텐사이트, 강수량 강화), 캐스팅 방법, 열처리 및 품질 관리.

금속의 본질적인 장점을 무효화할 수 있는 취화 단계와 주조 결함을 방지하려면 적절한 사양과 공정 제어가 필수적입니다..

2. 핵심 정의 & 주조 스테인레스 강의 분류

핵심 정의 - "주조 스테인리스강"의 의미

깁스 스테인레스 스틸 용융된 합금을 금형에 붓고 응고시켜 생산되는 크롬 함유 철 합금을 말합니다., 그런 다음 필요에 따라 마무리 및 열처리.

이를 "스테인리스"로 만드는 특징은 충분한 크롬 함량입니다. (그리고 종종 다른 합금 원소) 지속적인 형성과 유지를 위해, 자가 치유 산화 크롬 (cr₂o₂) 일반적인 부식을 획기적으로 줄여주는 필름.

주물은 복잡한 형상이 있는 곳에 사용됩니다., 필수 기능 (구절, 상사, 갈비 살), 또는 주조의 경제적 이점이 단조 가공의 이점보다 큽니다..

가족별 요약 (테이블)

명명 규칙 & 일반적인 주조 등급 (실용적인 메모)

• 주조 스테인레스 등급이 자주 사용됩니다. 캐스팅 명칭 숫자로 짜여진 것보다는 (예를 들어: CF8 ≒ 304, CF8M ≒ 316 많은 사양의 등가물).
  이러한 주조 코드와 합금 이름은 표준 시스템에 따라 다릅니다. (ASTM, 안에, 그, 등.).
• “CF” / “캘리포니아” / "CD" 접두사는 일부 표준에서 주조 오스테나이트/페라이트/이중 그룹을 나타내는 데 일반적입니다.; 제조업체는 독점 이름을 사용할 수도 있습니다..
  항상 두 가지를 모두 지정하십시오. 화학 범위 그리고 기계적/열처리 요구사항 모호함을 피하기 위해 조달 문서에.

3. 야금 및 미세구조

합금군과 그 정의 특징

• 오스테나이트계 (예를 들어, 304, 316, 주조된 CF8/CF3 등가물): 면중심입방 (FCC) 니켈로 안정화된 철 매트릭스 (또는 질소).
  인성 및 연성이 우수함, 뛰어난 일반 내식성; 염화물 구멍 및 응력 부식 균열에 취약함 (SCC) 일부 환경에서는.
• 듀플렉스 (예를 들어, 2205-유형 캐스트에 해당하는 항목): 대략 동등한 페라이트 (체심 입방체, 숨은참조) + 오스테나이트 상.
  고강도, 크롬 고갈층 형성이 적기 때문에 오스테나이트계보다 우수한 피팅/틈새 저항성과 SCC에 대한 저항성이 우수합니다.; 부서지기 쉬운 단계를 피하기 위해 냉각 제어가 필요합니다..
• 페라이트계: 대부분 BCC 크롬 안정화; 일부 환경에서 더 나은 응력 부식 성능, 오스테나이트계에 비해 저온에서 인성이 낮음.
• 마르텐사이트: 열처리 가능한, 매우 강하고 단단하게 만들 수 있습니다, 오스테나이트 및 듀플렉스에 비해 적당한 내식성; 내마모성 주조 부품에 사용.
• 석출경화 (PH): 시효경화될 수 있는 합금 (Ni 기반 또는 스테인리스 PH 등급), 합리적인 내식성과 높은 강도 제공.

중요한 미세 구조 문제

• 탄화물 석출 (m ₂₃cl, M₆C) 그리고 시그마 (에이) 단계 주조물이 600~900°C 범위에서 너무 오랫동안 유지되면 형성이 발생합니다. (아니면 천천히 식혀서).
  이 부서지기 쉬운, 크롬이 풍부한 상은 크롬 매트릭스를 고갈시키고 인성과 내식성을 감소시킵니다..
• 금속간 화합물 및 함유물 (예를 들어, 규화물, 황화물) 균열 개시제 역할을 할 수 있음.
• 분리 (화학적 불균일) 주조 고유의 특성이며 용융 및 응고 제어, 때로는 균질화 열처리를 통해 최소화해야 합니다..

4. 주조 스테인레스 강의 물리적 특성

위 값은 대표적인 엔지니어링 범위입니다.. 지정된 등급에 대해서는 항상 공급업체 데이터를 참조하십시오., 주조 경로 및 열처리 상태.

5. 전기 같은 & 주조 스테인레스 강의 자기 특성

• 전기 저항력: 오스테나이트계 주조 스테인리스강 (CF8, CF3M) 저항력이 높다 (70025°C에서 –750nΩ·m)—주조 탄소강보다 3배 더 높음 (200 nΩ · m).
  이로 인해 전기 절연 응용 분야에 적합합니다. (예를 들어, 변압기 하우징).
• 자기: 오스테나이트 등급 (CF8, CF3M) ~이다 비자성 (상대 투자율 μ ≤1.005) FCC 구조로 인해 의료 기기에 매우 중요 (예를 들어, MRI 호환 구성 요소) 또는 전자 인클로저.
  페라이트계 (CB30) 마르텐사이트 (CA15) 등급은 강자성입니다, 자기에 민감한 환경에서의 사용 제한.

6. 주조 공정 및 특성에 미치는 영향

스테인레스의 일반적인 주조 경로:

• 모래 주조 (녹색 모래, 수지 모래): 크거나 복잡한 부품에 유연함.
  통제되지 않으면 미세 구조가 더 거칠고 다공성의 위험이 더 높습니다.. 많은 펌프 본체와 대형 밸브에 적합.
• 투자 (잃어버린 왁스) 주조: 우수한 표면 조도 및 치수 정확도; 작은 용도로 자주 사용, 엄격한 공차가 필요한 복잡한 부품.
• 원심 캐스팅: 소리를 낸다, 미세한 원통형 부품 (파이프, 소매) 내부 결함을 최소화하는 방향성 응고로.
• 쉘 및 진공 주조: 중요한 응용 분야에 대한 청결도 향상 및 가스 포집 감소.

프로세스 영향:

• 냉각 속도 수상돌기 간격에 영향을 미침; 더 빠른 냉각 (투자, 원심 분리기) → 더 미세한 미세구조 → 일반적으로 더 나은 기계적 성질.
• 녹는 청결과 붓는 연습 피로 및 누출 기밀성에 직접적인 영향을 미치는 포함물 및 이중막 수준을 결정합니다..
• 방향성 응고 및 상승 설계 수축 구멍을 최소화.

7. 주조 스테인레스 강의 기계적 성질

강도와 연성

• 오스테나이트 주물: 좋은 연성 및 인성; UTS는 일반적으로 수백 MPa 중반입니다.; 연성이 높다 (결함이 없을 때 주조 316L의 연신율은 종종 20-40%입니다.).
• 이중 주물: 페라이트로 인한 더 높은 수율 및 UTS + 오스테나이트; 일반적인 UTS ~600-900 MPa(수율이 자주 발생함) >350 MPa.
• 마르텐사이트/PH 주물: 매우 높은 UTS와 경도에 도달할 수 있지만 연성은 감소합니다..

피로

• 피곤한 삶이란 매우 민감하다 주조 결함에: 다공성, 포함, 표면 거칠기와 수축은 일반적인 균열 시작 요인입니다..
  회전 또는 순환 하중용, 저다공성 공정, 쇼트 피닝, 잘 알고 있기 (뜨거운 등방성 프레스), 피로 성능을 향상시키기 위해 표면 가공이 일반적으로 사용됩니다..

크리프 및 온도 상승

• 일부 스테인레스 등급 (특히 고합금 및 듀플렉스) 높은 온도에서도 강도를 유지; 그러나 장기적인 크리프 성능은 합금 및 예상 수명과 일치해야 합니다..
  열 노출 시 탄화물/σ상 석출은 크리프 및 인성을 심각하게 감소시킬 수 있습니다..

8. 열처리, 미세 구조 제어 및 상 안정성

솔루션 어닐링 (전형적인)

• 목적: 바람직하지 않은 침전물을 용해하고 균일한 오스테나이트/페라이트 매트릭스를 복원합니다.; 크롬을 고용체로 되돌려 내식성을 회복합니다..
• 전형적인 체제: 적절한 용액 온도로 가열 (많은 오스테나이트의 경우 1,040~1,100°C인 경우가 많습니다.), 균질화를 유지하다, 그 다음에 급속 담금질 해결된 요소를 유지하기 위해. 정확한 온도/시간은 등급 및 단면 두께에 따라 다릅니다..
• 경고: 도가니 및 섹션 크기 제한 달성 가능한 담금질 속도; 무거운 부분에는 특별한 절차가 필요할 수 있습니다..

노화와 강수량

• 듀플렉스 그리고 마르텐사이트 재산 관리를 위해 등급이 노화될 수 있습니다.; 노화/시간-온도 범위는 시그마 및 기타 유해한 단계를 방지해야 합니다..
• 과노화 또는 부적절한 열 이력으로 인해 부서지기 쉽고 내식성이 감소되는 탄화물 및 시그마가 생성됩니다..

시그마 단계 및 크롬 고갈 방지

• 냉각 제어 취약한 온도 범위를 통해, ~600~900°C 사이에서 장기간 유지하지 마십시오., 필요한 경우 사후 용접 또는 용액 어닐링을 사용합니다..
  재료 선택과 열처리 설계가 주요 방어 수단.

9. 내식성 - 주조 스테인리스강의 핵심 장점

내부식성은 엔지니어가 주조 스테인리스강을 선택하는 주된 이유입니다..

부피가 큰 코팅이나 희생 보호에 의존하는 많은 구조용 금속과 달리, 스테인리스강은 화학 및 표면 반응성으로 인해 내구성 있는 환경 저항성을 얻습니다..

스테인레스강이 부식에 저항하는 방법 - 부동태 피막 개념

• 수동적 보호: 합금의 크롬은 산소와 반응하여 얇은 합금을 형성합니다., 연속 크롬 산화물 층 (cr₂o₂).
  이 필름은 두께가 나노미터에 불과하지만 매우 효과적입니다.: 이온 수송을 감소시킨다, 양극 용해를 차단합니다., 그리고 - 결정적으로 - 자가 치유 손상된 경우 산소를 사용할 수 있는 경우.
• 합금 시너지: 니켈, 몰리브덴과 질소는 매트릭스를 안정화하고 국부적 파괴에 대한 패시브 필름의 저항성을 향상시킵니다. (특히 염화물 환경에서).
  따라서 패시브 필름의 안정성은 화학적 결과입니다., 표면 상태, 그리고 지역 환경.

주조 스테인리스강에 중요한 부식 형태

고장 가능성이 있는 모드를 이해하는 것은 재료 선택과 설계에 중점을 둡니다.:

• 일반적인 (제복) 부식: 대부분의 산업 환경에서 적절하게 합금된 스테인리스의 경우 드물습니다. 패시브 필름은 균일한 손실을 매우 낮게 유지합니다..
• 구덩이 부식: 현지화, 패시브 필름이 국부적으로 파손될 때 종종 작고 깊은 구덩이가 시작됩니다. (염화물은 고전적인 개시제입니다.). 작은 결함이 빠르게 침투하므로 피팅이 중요할 수 있습니다..
• 틈새 부식: 산소가 고갈되는 차폐 틈 내부에서 발생합니다.; 산소 구배는 국지적 산성화 및 염화물 농도를 촉진합니다., 틈새 내부의 수동성을 약화.
• 응력 부식 균열 (SCC): 취약한 합금이 필요한 취성 균열 메커니즘 (일반적으로 염화물 환경에서 오스테나이트계 스테인리스), 인장 응력, 그리고 특정 환경 (따뜻한, 염화물 함유). SCC는 갑작스럽고 재앙적으로 나타날 수 있습니다..
• 미생물에 의한 부식 (마이크): 생물막 및 미생물 대사 (예를 들어, 황산염환원박테리아) 스테인리스 주물을 공격하는 국부적인 화학 물질을 생성할 수 있습니다., 특히 정체되거나 흐름이 적은 틈새에서.
• 침식-부식: 기계적 마모와 화학적 공격의 조합, 고속이나 충돌로 인해 보호 필름이 벗겨지고 새로운 금속이 노출되는 경우가 많습니다..

합금의 역할 - 무엇을 명시해야 하며 그 이유는 무엇입니까?

특정 요소는 국부적인 내식성에 큰 영향을 미칩니다.:

• 크롬 (Cr): 수동성의 기초; 최소 함량은 "스테인리스" 동작을 정의합니다..
• 몰리브덴 (모): 피팅 및 틈새 저항을 높이는 데 매우 효과적입니다. 해수 및 염화물 서비스에 필수적입니다..
• 질소 (N): 오스테나이트를 강화하고 내공식성을 대폭 향상시킵니다. (효율적인 작은 추가).
• 니켈 (~ 안에): 오스테나이트를 안정화하고 인성과 연성을 지원합니다..
• 구리, 텅스텐, Nb/티타늄: 틈새 환경을 위한 특수 합금에 사용됨.

유용한 비교 지표는 피팅 저항 등가수입니다. (목재):

PREN=%Cr+3.3×%Mo+16×%N

일반적인 PREN (둥근, 대표):

• 304 / CF8 ≈ ~19 (낮은 피팅 저항)
• 316 / CF8M ≈ ~ 24 (보통의)
• 듀플렉스 2205 / CD3MN ≈ ~ 35 (높은)
• 슈퍼 오스테 나이트 (예를 들어, 높은 Mo / 254SMO 등가물) ≈ ~40~45 (매우 높다)

실제 규칙: 더 높은 PREN → 염화물에 의한 공식/틈새 부식에 대한 더 큰 저항성. 노출 심각도에 비례하여 PREN을 선택하세요..

환경 동인 - 스테인리스가 실패하는 원인

• 염화물 (바다 물보라, 제빙염, 염화물 함유 공정 흐름) 지배적인 외부 위협입니다. 구멍 뚫기를 촉진합니다., 틈새 부식 및 SCC.
• 온도: 온도가 상승하면 화학적 공격과 SCC 민감성이 가속화됩니다.; 염화물의 조합 + 온도 상승은 특히 공격적입니다.
• 침체 & 틈새: 산소가 적고 밀폐된 공간에서는 공격적인 이온을 집중시키고 국지적 수동성을 파괴합니다..
• 기계적 응력: 인장 응력 (잔여 또는 적용) SCC에 꼭 필요한. 설계 및 응력 완화로 위험 감소.
• 미생물 생활: 생물막은 국소 화학을 수정합니다.; MIC는 특히 습식과 관련이 있습니다., 제대로 세척되지 않은 시스템.

설계 & 내식성 극대화를 위한 사양 전략

1. 올바른 등급 선택: PREN/화학을 노출과 일치시킵니다. 예:, 316 적당한 염화물의 경우, 듀플렉스 / 해수 또는 염화물이 풍부한 공정 흐름을 위한 높은 Mo 등급.
2. 열 이력 제어: 솔루션 어닐링 필요 + 표시된 곳에서 담금질; 이중 등급에 대한 σ-형성 창에서 최대 냉각 시간을 지정합니다..
3. 표면 품질: 표면 마무리 지정, 위생적이거나 피팅 위험이 높은 부품에 대한 전해 연마 또는 기계적 연마; 매끄러운 표면으로 피트 발생 감소.
4. 틈이 생기지 않도록 디테일하게: 좁은 틈을 없애는 디자인, 배수 장치를 제공하고 검사 접근을 허용합니다.. 개스킷 사용, 조인트가 불가피한 경우 실런트 및 적절한 패스너 선택.
5. 용접실습: 일치/과합금된 용가재 사용, 열 입력 제어, 필요에 따라 PWHT 또는 패시베이션을 지정합니다.. 용접 후 민감화로부터 용접을 보호합니다..
6. 유전체 절연: 부식의 갈바닉 가속을 방지하기 위해 스테인리스 부품을 이종 금속으로부터 전기적으로 분리합니다..
7. 코팅 & 안감: 환경이 고합금 성능을 초과하는 경우, 폴리머/세라믹 라이닝 또는 클래딩을 첫 번째 라인으로 사용 (아니면 백업으로) — 그러나 검사 조항 없이 중요한 격리를 위해 코팅에만 의존하지 마십시오..
8. SCC에 민감한 환경에서 인장 응력 방지: 설계 스트레스 감소, 압축 표면 처리 적용 (쇼트 피닝), 운전 부하 제어.

10. 제작, 합류, 및 수리

용접

• 주조 스테인레스강은 일반적으로 용접 가능, 하지만 주의가 필요하다:

• • 갈바니 효과를 피하기 위해 필러 금속을 기본 합금에 맞추거나 내부식성이 더 높은 필러를 선택하세요..
  • 경도 및 균열 위험을 관리하기 위해 일부 마르텐사이트 등급에 대한 예열 및 층간 제어.
  • 용접 후 용액 어닐링 내식성을 회복하고 잔류 응력을 줄이기 위해 오스테나이트 및 이중 충전재에 종종 필요합니다..
  • σ상을 생성할 수 있는 느린 냉각을 피하십시오..

가공

• 가공성은 다양함: 오스테나이트계 스테인리스강은 가공 경화되며 날카로운 툴링과 적절한 속도가 필요합니다.; 듀플렉스 등급은 강도가 높기 때문에 어떤 경우에는 더 잘 절단됩니다.. 적절한 절삭유 및 절삭 매개변수 사용.

표면 마감

• 산세척 및 부동태화는 산화크롬을 복원하고 유리 철 오염물질을 제거합니다..
  전기화학적 광택 또는 기계적 마감 처리로 청결도 향상, 틈새를 줄이고 내식성을 높입니다..

11. 간결한, 수명주기 및 지속 가능성 고려 사항

• 비용: 주조 스테인레스 스틸 원료 비용은 탄소강 및 알루미늄보다 높습니다., 주조에는 더 높은 용융 온도와 내화 비용이 필요합니다..
  하지만, 부식성 환경에서의 수명 연장 및 유지 관리 감소로 프리미엄을 정당화할 수 있습니다..
• 수명주기: 부식성 환경에서 긴 서비스 수명, 낮은 교체 빈도 및 재활용성 (스테인레스 스크랩 가치가 높습니다) 수명주기 경제성 향상.
• 지속 가능성: 스테인레스 합금에는 전략적으로 중요한 요소가 포함되어 있습니다. (Cr, ~ 안에, 모); 책임 있는 소싱과 재활용이 필수적입니다.
  초기 생산에 필요한 에너지가 높다, 하지만 스테인리스를 재활용하면 내재 에너지가 크게 줄어듭니다..

12. 비교 분석: 주조 스테인레스 스틸 대. 경쟁사

13. 결론

주조 스테인리스강은 구조적 및 내식성 주조 재료 중에서 독특하고 전략적으로 중요한 위치를 차지합니다..

단일 속성은 해당 값을 정의하지 않습니다., 그러나 내식성의 시너지 조합으로, 기계적 강도, 내열성, 합금 디자인의 다양성, 복잡한 주조 형상과의 호환성.

성과를 종합적으로 평가할 때, 신뢰할 수 있음, 및 수명주기 지표, 주조 스테인리스강은 까다로운 산업 환경을 위한 고성능 솔루션임이 지속적으로 입증되었습니다..

전반적인, 주조 스테인레스 스틸은 높은 무결성으로 돋보입니다., 변하기 쉬운, 내식성을 요구하는 산업을 위한 신뢰할 수 있는 소재 선택, 기계적 내구성, 정밀 주조성.

 

자주 묻는 질문

주조 스테인리스는 단조 스테인리스만큼 부식에 강합니다.?

그럴 수 있다, 하지만 캐스팅 화학이, 미세 구조 및 열처리는 동일한 표준을 충족합니다..

주물은 분리 및 침전물이 발생할 가능성이 더 높습니다.; 완전한 내식성을 회복하려면 용액 어닐링과 급속 담금질이 필요한 경우가 많습니다..

캐스팅에서 시그마 단계를 피하는 방법?

~600~900°C 사이에서 오랫동안 유지하지 마십시오.; 용액 어닐링 및 담금질을 위한 열처리 설계, 시그마가 덜 발생하는 합금을 선택하세요. (예를 들어, 균형 잡힌 이중 화학) 적대적인 열 이력에 대한.

해수용 캐스트 스테인레스 어떤 것을 선택해야 할까요??

High-PREN 이중 합금 또는 특정 초오스테나이트계 (더 높은 MO, N) 일반적으로 선호됩니다. 316/316L은 물이 튀는 구역이나 산소가 함유된 해수가 빠른 속도로 흐르는 곳에서는 부적절할 수 있습니다..

주조 스테인리스 부품을 현장에서 용접할 수 있습니까??

예, 그러나 용접은 금속학적 균형을 국지적으로 변화시킬 수 있습니다.. 용접부 근처의 내식성을 회복하려면 용접 후 열처리 또는 패시베이션이 필요할 수 있습니다..

중요한 부품에 최고의 무결성을 제공하는 주조 방법은 무엇입니까??

원심 캐스팅 (원통형 부품용), 매몰/정밀주조 (작고 복잡한 부품용) HIP와 결합된 진공 또는 대기 제어 주형 주조는 최고의 무결성과 최저 다공성을 제공합니다..

고온 응용 분야에 적합한 주조 스테인리스강인가요??

오스테나이트 등급 (CF8, CF3M) 최대 870°C까지 사용 가능; 이중 등급 (2205) 최대 315°C.

온도를 위해 >870℃, 내열성 주조 스테인리스강 사용 (예를 들어, HK40, ~와 함께 25% Cr, 20% ~ 안에) 또는 니켈 합금.