스테인레스강의 특성

요약

스테인레스강 철 기반 합금은 얇은 두께를 형성하고 유지하는 능력으로 정의됩니다., 자가 치유 산화 크롬 (cr₂o₂) 패시브 필름.

이 수동막은 크롬 함량이 대략적으로 도달할 때 형성됩니다. ≥10.5중량% - 내식성의 기초이며 스테인리스강을 일반 탄소강과 구별되게 만듭니다..

합금을 조정하여 (Cr, ~ 안에, 모, N, 의, NB, 등.) 및 미세 구조 (오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트, 듀플렉스, 강수량 강화), 엔지니어는 부식 성능의 다양한 조합을 얻습니다., 힘, 인성, 가공성 및 외관.

1. 스테인레스 스틸이란??

정의. 스테인레스 스틸은 충분한 크롬을 함유한 철 기반 합금입니다. (명목상 ≥10.5wt%) 연속적인 형태를 이루다, 보호 산화 크롬 (cr₂o₂) 산소가 공급되는 환경의 수동층.

그 패시브 필름은 얇습니다. (nm 규모), 산소가 있으면 자가 복구, 재료의 내식성의 기본이 되는 기초입니다..

핵심 합금 요소 및 기능

• 크롬 (Cr, 10.5%–30%): 가장 중요한 요소. 충분한 농도에서, Cr은 산소와 반응하여 치밀한 크롬을 형성합니다., Cr₂O₃ 패시브 피막 부착 (2-5nm 두께) 부식성 매체가 철 매트릭스를 공격하는 것을 차단합니다..
  Cr 함량이 높을수록 일반적인 내식성은 향상되지만 다른 원소와 균형을 이루지 못하면 취성이 증가할 수 있습니다..
• 니켈 (~ 안에, 2%–22%): 오스테나이트 상을 안정화합니다. (면심 입방체, FCC) 실온에서, 연성 개선, 인성, 및 용접성.
  Ni는 또한 응력 부식 균열에 대한 저항성을 향상시킵니다. (SCC) 염화물 환경 및 저온 인성 (0℃ 이하에서 취성파괴 방지).
• 몰리브덴 (모, 0.5%–6%): 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성이 크게 향상됩니다. (특히 염화물이 풍부한 환경에서) 패시브 필름의 안정성을 높여.
  Mo는 몰리브덴 산화물을 형성합니다. (무₃) 국부적으로 필름 손상을 복구하기 위해, 해양 및 화학 응용 분야에 필수적입니다..
• 티탄 (의) 니오븀 (NB, 0.1%-0.8%): 초경 안정제. 그들은 우선적으로 탄소와 결합합니다. (기음) TiC 또는 NbC를 형성하기 위해,
  용접 또는 고온 서비스 중 결정립 경계에서 Cr²₃C₆의 형성을 방지하여 "크롬 고갈" 및 그에 따른 입계 부식을 방지합니다. (IGC).
• 망간 (망, 1%–15%): 오스테나이트 안정화를 위한 Ni의 비용 효율적인 대안 (예를 들어, 200-시리즈 스테인레스 스틸).
  Mn은 강도를 향상시키지만 Ni 함유 등급에 비해 내식성과 인성을 감소시킬 수 있습니다..
• 탄소 (기음, 0.01%–1.2%): 경도와 강도에 영향을 줍니다.. 낮은 C 함량 (0.03% 이하, L등급) 탄화물 형성 및 IGC 위험을 최소화합니다.; 높은 C 함량 (≥0.1%, 마르텐사이트 등급) 열처리를 통해 경화성을 향상시킵니다..

미세구조 분류 및 주요 특성

오스테나이트계 스테인리스강 (300-시리즈, 200-시리즈)

• 구성: 높은 Cr (16%-26%), ~ 안에 (2%–22%) 또는 Mn, 낮은 c (0.12% 이하). 일반적인 등급: 304 (18CR-8NI), 316 (18CR-10NI-2MO), 201 (17Cr-5Ni-6Mn).
• 미세구조: 완전 오스테나이트계 (FCC) 실온에서, 비자성 (냉간 가공 이후를 제외하고).
• 핵심 특성: 우수한 연성, 인성 (-270℃까지의 극저온에서도), 및 용접성; 균형 잡힌 내식성.

페라이트계 스테인레스강 (400-시리즈)

• 구성: 높은 Cr (10.5%–27%), 낮은 c (0.12% 이하), Ni가 없거나 최소. 일반적인 등급: 430 (17Cr), 446 (26Cr).
• 미세구조: 페라이트계 (체심 입방체, 숨은참조) 모든 온도에서, 자기.
• 핵심 특성: 비용 효율적, 좋은 일반 내식성, 고온에서의 산화 저항성 (최대 800℃); 제한된 연성 및 용접성.

마르텐사이트계 스테인레스강 (400-시리즈, 500-시리즈)

• 구성: 중간 Cr (11%–17%), 높은 C (0.1%–1.2%), 낮은 Ni. 일반적인 등급: 410 (12Cr-0.15기음), 420 (13Cr-0.2기음), 440기음 (17Cr-1.0C).
• 미세구조: 마르텐사이트 (체심 정사각형, BCT) 담금질과 템퍼링 후; 자기.
• 핵심 특성: 높은 경도와 내마모성 (열처리 후 HRC 50-60); 적당한 부식 저항.

듀플렉스 스테인레스 스틸 (2205, 2507)

• 구성: 균형 잡힌 오스테나이트-페라이트 상 (50%각각 ±10%), 높은 Cr (21%–27%), ~ 안에 (4%-7%), 모 (2%–4%), N (0.1%–0.3%). 일반적인 등급: 2205 (22Cr-5Ni-3Mo), 2507 (25Cr-7Ni-4Mo).
• 미세구조: 이중 위상 (FCC + 숨은참조), 자기.
• 핵심 특성: 뛰어난 강도 (오스테나이트 등급의 두 배) SCC에 대한 저항성, 구멍 뚫기, 틈새 부식; 가혹한 해양 및 화학 환경에 적합.

석출-경화 (PH) 스테인레스 스틸 (17-4PH, 17-7PH)

• 구성: Cr (15%–17%), ~ 안에 (4%-7%), 구리 (2%–5%), NB (0.2%-0.4%). 일반 등급: 17-4PH (17Cr-4Ni-4Cu-Nb).
• 미세구조: 침전물이 있는 마르텐사이트 또는 오스테나이트 염기 (Cu가 풍부한 단계, NBC) 에이징 처리 후.
• 핵심 특성: 매우 높은 강도 (인장강도 >1000 MPa) 그리고 좋은 내식성; 고부하 항공우주 및 의료 응용 분야에 사용됩니다..

2. 핵심 성과: 부식 저항

내식성은 스테인리스 강의 정의 특성입니다., 패시브 피막의 안정성과 합금원소 시너지에 뿌리를 두고 있습니다.. 다양한 등급은 특정 부식 메커니즘에 대해 뚜렷한 저항성을 나타냅니다..

패시브 필름 메커니즘 및 일반 내식성

Cr2O₃ 부동태 피막은 산소 함유 환경에서 자발적으로 형성됩니다. (공기, 물) 자가 치유됩니다(손상된 경우). (예를 들어, 흠집), 매트릭스의 Cr은 빠르게 재산화되어 필름을 복구합니다..
일반적인 부식 (균일한 산화) 필름이 파괴된 경우에만 발생, 강한 환원산과 같은 (염산) 또는 고온 환원 분위기.

• 오스테나이트 등급 (304, 316): 대기 중 일반적인 부식 방지, 담수, 온화한 화학 환경. 316 성능이 뛰어납니다 304 Mo 첨가로 인해 염화물이 풍부한 매체에서.
• 페라이트 등급 (430): 공기 및 중성 용액에서는 일반적인 내식성이 우수하지만 고염화물 환경에서는 구멍이 생기기 쉽습니다..
• 이중 등급 (2205): 탁월한 일반 내식성, Cr의 성막능력과 Mo의 내공식성을 결합.

특정 부식 유형 및 등급 적응성

구멍 및 틈새 부식

공식 부식은 염화물 이온이 발생하면 발생합니다. (cl⁻) 패시브 필름의 국부적 결함 침투, 작게 형성, 깊은 부식 구덩이.
틈새 부식은 유사하지만 좁은 간격에 국한됩니다. (예를 들어, 용접 이음새, 패스너 인터페이스) 산소 결핍이 부식을 가속화하는 곳.

• 주요 영향 요소: Mo와 N은 각각 저항을 크게 향상시킵니다. 1% Mo 첨가로 임계 피팅 온도 감소 (CPT) ~10℃.
  316 (CPT ≒ 40℃) 성능이 뛰어납니다 304 (CPT ≒ 10℃); 2507 이중 강철 (CPT ≒ 60℃) 해수 응용 분야에 이상적입니다..
• 예방 조치: Mo 베어링 등급 사용, 틈새 디자인을 피하십시오, 패시베이션 처리를 수행합니다. (질산 침지) 필름 무결성을 향상시키기 위해.

입계 부식 (IGC)

IGC는 결정립계의 크롬 고갈로 인해 발생합니다.: 용접 또는 고온 서비스 중 (450-850℃), 탄소는 Cr과 결합하여 Cr2₃C₆를 형성합니다., Cr 고갈 구역을 떠나는 중 (Cr < 10.5%) 수동성을 잃는 것.

• 저항성 등급: L등급 (304엘, 316엘, C ≤ 0.03%), 안정된 등급 (321 Ti와 함께, 347 Nb와 함께), 및 이중 등급 (낮은 c + N 안정화).
• 완화: 웰드 후 열처리 (1050~1150℃에서 용액 어닐링) Cr²₃C₆를 용해하고 Cr을 재분배시키는 것.

응력 부식 균열 (SCC)

SCC는 인장 응력과 부식성 매체의 결합 작용으로 발생합니다. (예를 들어, 염화물, 가성 용액), 갑작스러운 취성파괴로 이어지는.
오스테나이트 등급 (304, 316) 뜨거운 염화물 환경에서 SCC에 취약함 (>60℃), 페라이트계 및 이중 등급은 더 높은 저항성을 나타냅니다..

• 저항성 등급: 2205 이중 강철, 430 페라이트강, 및 PH 등급 (17-4PH).
• 완화: 인장 응력 감소 (스트레스 구호 어닐링), 낮은 Cl⁻ 환경 사용, 또는 이중 등급을 선택하세요.

고온 및 내산화성

Cr, Si로 내산화성 향상; 고Cr 4철계 (예를 들어, 446 25~26% Cr 함유) ~800°C까지 산화 방지. 310S와 같은 오스테나이트계 (25% Cr, 20% ~ 안에) 최대 ~1의 산화 저항에 사용됩니다. 000 ℃.
지속적인 고온 강도 또는 침탄 분위기용, 목적에 맞게 설계된 내열 합금 또는 Ni 기반 초합금 선택.

3. 기계적 성질

스테인레스 강의 기계적 성질은 미세 구조와 열처리에 따라 크게 달라집니다., 하중 지지를 위한 사용자 정의 가능, 내마모성, 또는 극저온 응용 분야.

기계적 스냅샷 (전형적인, 범위):

연성 및 인성

• 오스테나이트 등급: 우수한 연성 (파단 신율 40%~60%) 그리고 인성 (노치 충격 인성 Akv > 100 실온에서 J).
  극저온에서도 인성을 유지합니다. (예를 들어, 304L Akv > 50 -200℃에 J), LNG 저장 및 극저온 용기에 적합.
• 페라이트 등급: 적당한 연성 (신장률 20%~30%) 그러나 저온 인성이 좋지 않습니다. (취성전이온도 ~0℃), 추운 환경에서의 사용 제한.
• 마르텐사이트 등급: 낮은 연성 (신장 10%-15%) 담금질 상태의 인성; 템퍼링은 인성을 향상시킵니다. (Akv 30~50J) 그러나 경도가 감소합니다.
• 이중 등급: 균형잡힌 연성 (신장률 25%~35%) 그리고 인성 (물 > 80 실온에서 J), 좋은 저온 성능 (취성 전이 온도 < -40℃).

피로 저항

주기적인 하중을 받는 부품에는 피로 저항이 매우 중요합니다. (예를 들어, 샤프트, 스프링).
오스테나이트 등급 (304, 316) 피로 강도가 보통이다 (200-250MPa, 40% 인장강도의) 어닐링 된 상태에서; 냉간 가공은 피로 강도를 300-350 MPa로 증가시키지만 표면 결함에 대한 민감도를 높입니다..
이중 등급 (2205) 더 높은 피로 강도를 나타냄 (300-380MPa) 이중 위상 구조로 인해, PH 등급 동안 (17-4PH) 노화 후 400-500 MPa에 도달.
표면 처리 (쇼트 피닝, 패시베이션) 응력 집중을 줄이고 필름 안정성을 향상시켜 피로 수명을 더욱 향상시킵니다..

4. 열 및 전기 특성

열적 특성

• 열전도율 (20 ℃): 304 ≈ 16 W · m ¹ · K⁻¹; 316 ≈ 15 W · m ¹ · K⁻¹; 430 ≒ 25–28 W·m⁻¹·K⁻¹. 스테인레스강은 탄소강이나 알루미늄보다 열을 훨씬 덜 효율적으로 전도합니다..
• 열팽창 계수 (20–100 ° C): 오스테나이트 ≒ 16–17 ×10⁻⁶ K⁻¹; 40철계 ≒ 10–12 ×10⁻⁶ K⁻¹; 듀플렉스 ≒ 13–14 ×10⁻⁶ K⁻¹.
  오스테나이트계의 높은 CTE는 더 큰 열 이동과 더 큰 용접 왜곡 위험으로 이어집니다..
• 고온 강도: 오스테나이트계는 적당한 온도에서 강도를 유지합니다.; 특수 등급 (310에스, 내열성 페라이트계) 최대 사용 온도 연장. 연속 크리프 적용 분야용, 내크리프성 강철 또는 Ni 기반 합금 선택.

전기적 특성

스테인레스 스틸은 적당한 전기 전도체입니다., 구리와 알루미늄보다 저항률이 높지만 비금속 재료보다 저항률이 낮습니다..
오스테나이트 등급 (304: 72 × 10⁻⁸Ω·m) 페라이트계 등급보다 저항성이 더 높습니다. (430: 60 × 10⁻⁸Ω·m) 합금 원소 첨가로 인해.
전기 전도성이 고효율 도체에는 적합하지 않습니다. (구리/알루미늄이 지배적) 그러나 접지봉으로는 충분합니다., 전기 인클로저, 기계적 강도와 내식성을 우선시하는 저전류 부품.

5. 처리 성능

스테인리스강의 가공성 (용접, 형성, 가공) 산업 제조에 매우 중요합니다., 등급별로 상당한 차이가 있는.

용접성능

용접성은 미세구조에 따라 달라집니다., 탄소 함량, 및 합금 원소:

• 오스테나이트 등급 (304, 316): 아크용접으로 용접성이 우수함, 가스 용접, 그리고 레이저 용접.
  낮은 C 등급 (304엘, 316엘) 그리고 안정된 등급 (321, 347) IGC를 피하세요; 용접 후 패시베이션으로 내식성 향상.
• 페라이트 등급 (430): 열영향부의 결정립 조대화 및 취성으로 인해 용접성이 불량함 (위험요소). 용접에는 낮은 입열량과 예열이 필요합니다. (100-200℃) HAZ 균열을 줄이기 위해.
• 마르텐사이트 등급 (410): 보통의 용접성. C 함량이 높으면 HAZ 경화 및 균열이 발생합니다.; 예열 (200–300℃) 용접 후 템퍼링 (600-700℃) 필수입니다.
• 이중 등급 (2205): 용접성은 좋지만 엄격한 열 관리가 필요함 (층간 온도 < 250℃) 위상 균형을 유지하기 위해 (50% 오스테나이트/페라이트). 용접 후 용액 어닐링 (1050-1100℃) 부식 저항을 복원합니다.

성형 성능

성형성은 연성 및 가공 경화율과 연관되어 있습니다.:

• 오스테나이트 등급: 높은 연성과 낮은 가공경화율로 성형성이 우수합니다..
  그들은 깊게 그려질 수 있습니다, 스탬프가 찍힌, 굽은, 복잡한 모양으로 굴러가서 (예를 들어, 304 식품 캔용, 건축 패널).
• 페라이트 등급: 성형성은 보통이지만 연성이 낮아 냉간성형시 균열이 발생하기 쉽습니다.; 따뜻한 성형 (200–300℃) 작업성이 좋아진다.
• 마르텐사이트 등급: 냉간 성형성이 좋지 않음 (낮은 연성); 성형은 일반적으로 어닐링된 상태에서 수행됩니다., 이어서 담금질 및 템퍼링.
• 이중 등급: 좋은 성형성 (비슷합니다 304) 그러나 강도가 높기 때문에 더 높은 성형력이 필요합니다..

가공 성능

가공성은 경도의 영향을 받습니다., 인성, 및 칩 형성:

• 오스테나이트 등급: 인성이 높아 가공성이 좋지 않음, 일을 강화합니다, 절삭 공구에 대한 칩 접착. 가공에는 날카로운 도구가 필요합니다, 낮은 이송률, 마모를 줄이기 위한 절삭유.
• 페라이트 등급: 중간 정도의 가공성, 오스테나이트 등급보다 우수하지만 탄소강보다 나쁩니다..
• 마르텐사이트 등급: 어닐링 상태에서 가공성이 양호함 (HB 180-220); 경화하면 난이도가 증가합니다, 초경합금 공구가 필요한 경우.
• PH 등급: 용체화 어닐링 상태에서 중간 정도의 가공성; 노화로 인해 재료가 경화됩니다., 노화 후 가공을 불가능하게 만듭니다..

6. 기능적 특성 및 특수 용도

핵심 성능을 넘어서, 스테인레스 스틸의 기능적 특성 (생체적합성, 표면 마무리, 자기 특성) 적용 범위 확대.

생체적합성

오스테나이트 등급 (316엘, 316LVM) 및 PH 등급 (17-4PH) 생체 적합성 - 독성이 없습니다., 자극적이지 않은, 그리고 체액에 대한 저항력이 있는 (피, 조직).

316LVM (저탄소, 진공 용해) 수술용 임플란트에 사용됩니다. (뼈판, 나사, 스텐트) 생리적 환경에서 높은 순도와 내식성으로 인해.

표면 수정 (세련, 전기화학적 에칭) 박테리아 부착을 줄여 생체 적합성을 더욱 향상시킵니다..

표면 특성 및 미학

스테인레스 스틸의 표면은 미적 및 기능성에 맞게 맞춤화될 수 있습니다.:

• 기계적 마감: 2비, 4호 (닦은), 학사 (밝게 단련된), 거울. 의도한 심미성과 청결성을 고려하여 마감재를 선택하세요..
• 전해연마: 표면 평활성 및 내식성 향상; 의료/식품 장비에 일반적으로 사용되는.
• 화학적 패시베이션: 질산 또는 구연산 처리로 유리 철분을 제거하고 수동층을 강화합니다., 식품 및 의료 응용 분야의 내식성 향상.
• 천연색 & 코팅: PVD 또는 유기 코팅으로 색상을 추가하거나 추가 보호 기능을 추가할 수 있습니다.; 접착에는 적절한 표면 준비가 필요합니다.

자기적 성질

자성은 미세 구조에 의해 결정됩니다:

• 오스테나이트 등급: 단련된 상태에서 비자성; 냉간가공은 약한 자성을 유발한다 (마르텐사이트 변태로 인해) 그러나 내식성에 영향을 미치지 않습니다..
• 페라이트계, 마르텐사이트, 및 이중 등급: 자기, 자기 응답성을 요구하는 애플리케이션에 적합 (예를 들어, 자기 분리기, 센서 구성 요소).

7. 제품군별 일반적인 응용 분야

• 오스테나이트계 (304/316): 식품 가공, 건축 클래딩, 화학 공장, 극저온.
• 페라이트계 (430/446): 장식 트림, 자동차 배기가스 (446 고온), 가전제품.
• 마르텐사이트 (410/420/440기음): 주방용 칼, 밸브, 샤프트, 부품을 착용하다.
• 듀플렉스 (2205/2507): 기름 & 가스 (사워 서비스), 해수 시스템, 화학 공정 장비.
• PH (17-4PH): 항공우주 액츄에이터, 고강도 패스너, 적당한 내식성과 높은 강도를 요구하는 용도.

8. 경쟁사 소재와의 비교

재료 선택에는 균형이 필요합니다 기계적 성능, 내식성, 무게, 열 거동, 제조 특성, 그리고 수명주기 비용.

아래 비교는 스테인리스강과 엔지니어링 실무에서 가장 일반적으로 고려되는 금속 대체재에 중점을 두고 있습니다..

9. 결론

스테인레스강은 내식성을 겸비한 다목적 소재군입니다., 기계적 성능과 미적 유연성.

성공적인 사용은 정렬 등급에 달려 있습니다., 서비스 환경 및 제조 공정으로 미세 구조 및 마무리.

염화물 환경에 대한 스크리닝 도구로 PREN 및 검증된 부식 테스트를 사용하세요.; 제조 열 이력 및 표면 상태 제어; 중요한 시스템에 대해 MTR 및 초제품 부식/기계적 인증이 필요합니다..

적절하게 지정하고 처리한 경우, 스테인리스강은 긴 사용 수명과 경쟁력 있는 수명 주기 경제성을 제공합니다..

 

자주 묻는 질문

~이다 316 항상보다 낫다 304?

항상 그런 것은 아닙니다. 316Mo 함량은 염화물 환경에서 실질적으로 더 나은 공식 저항성을 제공합니다.; 그러나 비염화물 실내 응용 분야의 경우 304 일반적으로 적절하고 경제적입니다..

해수 서비스를 위해서는 어떤 PREN 가치를 목표로 삼아야 할까요??

목표 PREN ≥ 35 적당한 바닷물 노출을 위해; 물보라 또는 따뜻한 바닷물의 경우 PREN ≥을 고려하십시오. 40+ (이중 또는 초오소나이트). 항상 사이트별 테스트를 통해 검증하세요..

용접 후 입계 부식을 방지하려면 어떻게 해야 합니까??

저탄소 사용 (엘) 또는 안정화 된 성적, 감작 범위에서 시간을 최소화하십시오., 또는 실용적일 경우 용액 어닐링 및 산세척을 수행합니다..

오스테나이트계 스테인리스 대신 듀플렉스를 선택해야 하는 경우?

오일에 흔히 사용되는 초오소나이트보다 낮은 수명 주기 비용으로 더 높은 강도와 ​​개선된 염화물/공식 및 SCC 저항성이 필요한 경우 듀플렉스를 선택하십시오. & 가스, 담수화 및 열교환기 응용 분야.