스테인리스강은 표면에 보호막을 형성할 수 있을 만큼 충분한 크롬을 함유한 철 기반 합금입니다. BS EN 10088-1 표준에 따르면, 일반적인 정의 기준은 질량 기준으로 크롬 함량이 최소 10.5% 이상인 경우입니다. 이 한 가지 변화만으로도 강철 표면이 산소와 반응하는 방식이 달라지며, 이로 인해 재료에 내식성이 부여됩니다.
이름만 보고 오해할 수 있습니다. 등급, 표면 상태, 제조 공정 또는 사용 환경이 적절하지 않으면 스테인리스강도 여전히 얼룩이 생기거나, 피팅이 발생하거나, 균열이 생기거나, 녹슬 수 있습니다. 이 가이드에서는 스테인리스강이 부식에 강한 이유, 제철소와 주조소에서 스테인리스강을 제조하는 방법, 주요 종류, 그리고 등급을 지정하기 전에 확인해야 할 사항에 대해 다룹니다.
스테인리스강이란 무엇인가?
스테인리스강은 단일한 제조 공정을 가진 단일한 소재가 아닙니다. 이는 철을 주성분으로 하고 크롬을 핵심 원소로 하는 내식성 강철의 한 종류입니다.
표면의 크롬은 산소와 반응하여 ‘부동층’이라 불리는 크롬이 풍부한 얇은 산화막을 형성하며, 이 막은 그 아래의 합금을 외부 환경으로부터 차단합니다. 깨끗한 표면에 흠집이 생기더라도 산소가 존재하는 한 이 막은 대개 다시 형성됩니다.
내식성은 일반 강철 표면의 코팅이 아니라 합금 자체에서 비롯됩니다. 이는 절단, 가공 또는 표면 손상 후에 중요한데, 손상된 코팅은 보호받지 못한 모재를 노출시키는 반면, 스테인리스강은 화학적 조건과 환경이 허용할 경우 재패시베이션될 수 있기 때문입니다.
이것이 바로 스테인리스강 및 탄소강, 하지만 그렇다고 해서 모든 등급이 해수, 산성 물질, 고온 또는 틈새 환경에 적합한 것은 아닙니다.
라벨보다 사양이 더 중요합니다. 제품의 형태, 열처리, 표면 마감, 적용되는 단조 또는 주조 표준, 그리고 요구되는 시험 결과 등은 모두 완전한 재료 사양의 일부를 구성합니다. 구매 주문서에는 ‘식품용 등급’이나 ‘선박용 등급’과 같은 상업적 명칭보다는 표준과 등급을 명시해야 합니다.
스테인리스 스틸의 구성
철이 주성분이며, 크롬은 이 계열의 특징을 결정짓는 부동태화 특성을 부여합니다. 그 외의 원소들은 조직, 내식성, 강도, 경도, 성형 및 가공성에 영향을 미치기 때문에, 두 가지 스테인리스 강종이 모두 스테인리스로 분류되더라도 그 특성은 현저하게 다를 수 있습니다.
니켈은 오스테나이트를 안정화시키고, 다양한 등급의 강종에 인성, 연성 및 성형성을 부여합니다. 몰리브덴은 염화물을 함유한 다양한 환경에서 국부 부식 저항성을 향상시킵니다. 탄소는 강도와 경도를 높이되, 열처리 중 카바이드 생성과 균형을 맞춰야 합니다. 질소는 강도를 높이고 오스테나이트를 안정화시키는 데 도움을 주는 반면, 망간, 규소, 구리, 티타늄, 니오븀은 보다 구체적인 역할을 수행합니다.
화학 성분만으로는 완전한 사양을 구성할 수 없습니다. 등급, 제품 형태, 열처리 및 제조 공정이 최종 특성을 결정하며, 외관, 스파크 시험 또는 자석만으로는 등급을 신뢰할 수 있게 식별할 수 없습니다. 화학 성분에 대한 증명이 필요한 경우, 재료 시험 증명서를 명시하십시오.
스테인리스 스틸은 어떻게 만들어지나요?
생산 과정은 엄선된 스테인리스 스크랩, 철 스크랩, 페로합금 및 기타 합금 첨가물을 투입하는 것으로 시작되며, 일반적으로 전기 아크로에서 용해됩니다. 용해 담당자들은 스크랩에 이미 포함된 합금 원소를 고려하여 부족한 성분만 추가할 수 있도록 원료의 시료를 채취하고 배합량을 계산합니다.
그 후 용융물을 정제합니다. 아르곤-산소 탈탄 공정은 크롬 손실을 최소화하면서 탄소 함량을 낮추는 일반적인 방법입니다. 이어서 주조 전에 성분, 온도 및 청정도를 조정하기 위해 래들 처리가 이루어집니다.
단조 제품의 경우, 강재를 슬래브, 빌렛 또는 잉곳 형태로 주조한 후 열간 압연합니다. 시트와 코일은 두께를 더 정밀하게 제어하거나, 냉간 가공 강도를 높이거나, 표면을 더 매끄럽게 하기 위해 냉간 압연될 수 있습니다. 어닐링은 가공 후 적절한 조직을 복원하며, 산세척은 산화피막과 그 아래에 있는 크롬이 고갈된 층을 제거합니다. 그 후 교정, 절단, 연마, 인발, 광택 처리 또는 광택 어닐링 공정이 이어질 수 있습니다.
주조 스테인리스 부품은 다른 공정을 거칩니다. 정제된 용융물은 압연 공정을 통해 압연 형태로 가공되는 대신 금형에 주입되며, 이후 주조품은 열처리를 거친 뒤 필요에 따라 절단, 기계 가공, 세척 및 검수를 받습니다. 펌프, 밸브 본체, 임펠러 및 기타 복잡한 형상의 부품은 봉재나 판재를 기계 가공하는 것보다 주조 공정이 더 적합한 경우가 많습니다.
주조 등급은 가장 가까운 단조 등급과 자동으로 일치하지는 않습니다.
용접 및 고온 작업 시 제어해야 할 연기가 발생합니다. 스테인리스강에 포함된 크롬은 용접 과정에서 6가 크롬 화합물을 형성할 수 있으므로, 환기, 노출 평가, 적절한 용가재 선정 및 개인 보호 장비를 제조 계획에 포함시켜야 합니다.
스테인리스강의 주요 종류
스테인리스강은 일반적으로 상온에서의 조직에 따라 분류됩니다. 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계, 듀플렉스계, 석출경화계 등 5가지 계열이 대부분의 상용 등급을 포괄합니다. 내부 조직이 기계적, 물리적 특성 및 내식성을 결정하므로, 등급명을 기준으로 삼기보다는 사용 조건을 바탕으로 재료를 선정해야 합니다.
더 자세한 내용을 보려면 스테인리스강의 종류 및 등급 안내, 단조와 주조의 구분 등을 포함하여 자세한 내용은 사이트 안내서를 참조하십시오.
오스테나이트계 300계열
300 시리즈에는 304 및 316과 같은 일반적인 등급이 포함됩니다. 이 등급들은 내식성과 우수한 연성, 성형성, 용접성을 겸비하고 있어 식품, 화학 및 일반 기계 공학 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 어닐링 처리된 오스테나이트계 강종은 자성 반응이 낮지만, 냉간 가공을 거치면 어느 정도의 자성이 발생할 수 있습니다.
다음 내용을 참조하세요. 오스테나이트 스테인리스 스틸 구조 및 등급 범위에 대한 안내와, 304 대 316 염화물이 존재할 때의 비교.
페라이트계 400 시리즈
430과 같은 페라이트계 강종은 크롬을 주성분으로 하며, 일반적으로 니켈 함량이 낮고 자성을 띱니다. 이 강종은 약하거나 중간 정도의 부식성을 지닌 다양한 환경에 대한 내성을 갖추고 있어 가전제품, 자동차 트림, 건축 자재 등에 널리 사용됩니다. 또한 마르텐사이트계 강종과 동일한 열처리 방법으로 경화시킬 수 없습니다.
마르텐사이트
410과 같은 마르텐사이트계 강종은 담금질 및 템퍼링을 통해 높은 강도와 경도를 얻을 수 있어, 축, 밸브 부품, 식기류 및 공구에 적합합니다. 대신 일반적인 오스테나이트계 강종에 비해 내식성이 다소 떨어지고 용접 요건이 더 까다롭다는 단점이 있습니다. 이 410 스테인리스강 이 안내서는 흔히 사용되는 마르텐사이트계 강종을 보다 상세히 다루고 있습니다.
이중화
이중상(Duplex) 강종은 오스테나이트와 페라이트를 모두 포함합니다. 이러한 균형 잡힌 구조 덕분에 높은 강도를 발휘하며, 다양한 환경에서 염화물 응력 부식 균열에 대한 저항성이 향상되므로, 화학, 수처리 및 해양 분야에서 널리 사용됩니다. 생산 및 용접 과정에서 상의 균형을 적절히 제어해야 합니다. 이 이중상 스테인리스강 이 안내서에서는 주요 등급군을 소개합니다.
침전 경화
17-4 PH와 같은 석출 경화형 합금은 용액 처리 및 노화 처리를 통해 높은 강도와 유용한 인성을 겸비합니다. 이러한 합금은 강도와 내식성이 모두 요구되는 항공우주용 패스너, 축, 스프링 및 고압 부품에 사용됩니다.
장점과 한계
스테인리스강의 주요 장점은 합금 조성을 통해 조절할 수 있는 내식성입니다. 또한 고온 및 저온에서도 충분한 강도를 발휘하며, 표면 세척이 용이하고 다양한 마감 처리가 가능하며, 스크랩을 합금 원소의 가치를 잃지 않고 재용해하여 새로운 스테인리스강으로 재생산할 수 있어 완전한 재활용이 가능합니다.
한계가 분명히 존재합니다. 스테인리스강은 부식에 완전히 면역이 있는 것은 아닙니다. 염화물 성분은, 특히 침전물이나 꽉 조인 이음매로 인해 산소 공급이 제한되는 곳에서 점식 부식이나 틈새 부식을 유발할 수 있으며, 탄소강 공구에서 비롯된 오염 물질은 표면에 녹을 남길 수 있습니다. 참조: 스테인리스강이 왜 여전히 녹슬 수 있는가 주요 고장 경로에 대해.
비용도 또 다른 고려 사항입니다. 오스테나이트계 강종은 가공 과정에서 가공 경화가 발생하며, 용접 시에는 적합한 용가재와 제어된 열입력이 필요하므로, 제조 특성을 선정 검토 과정에 포함시켜야 합니다.
스테인리스강의 용도
엔지니어들은 내식성과 강도, 세척 용이성, 내열성, 외관 또는 긴 수명이 모두 요구되는 경우 스테인리스강을 선택합니다. 대표적인 용도로는 다음이 있습니다:
- 탱크, 배관, 믹서, 밸브 및 이송 시스템을 포함한 식음료 장비.
- 펌프, 밸브 본체, 배관, 용기 및 열교환기가 실제 유체에 맞춰 선정되는 화학 및 공정 플랜트.
- 세척 및 멸균이 가능한 표면과 엄격히 관리된 재료 사양이 필요한 의료 및 제약 기기.
- 외장재, 난간, 체결 부품, 철근 및 급수 시스템 구성 요소를 포함한 건축 및 인프라.
- 교통 및 에너지 분야: 배기 부품 및 철도 장비부터 발전, 극저온 또는 고온 환경용 장비에 이르기까지.
- 복잡한 펌프 본체, 임펠러, 밸브 부품, 하우징 등 형상 특성상 준정형 주조가 적합한 주조 스테인리스 부품.
MinHe 주조 – 맞춤형 스테인리스강 주물
부품에 주조용 스테인리스강 등급이 필요한 경우, 도면, 사용 조건 및 적용해야 할 규격을 다음 주소로 보내주십시오. 당사의 엔지니어들. 주조 팀은 금형 제작을 시작하기 전에 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계, 듀플렉스, 석출 경화형 등의 옵션을 실제 사용 환경과 비교 검토할 수 있습니다.
견적 단계에서 강종, 열처리 및 검사 요건을 확인하는 것이 주조 후 이를 수정하는 것보다 훨씬 비용이 적게 듭니다. 명확한 사양은 불량률을 줄이고 납기 기간을 단축함으로써 그 효과를 발휘합니다.
