스테인레스 스틸이란 무엇입니까?
'스테인리스'는 칼붙이용 강철을 개발할 때 초기에 만들어진 용어입니다. 이는 이러한 강철의 일반적인 이름으로 채택되었으며 현재 부식 또는 내산화성 응용 분야를 위한 광범위한 강철 유형 및 등급을 포괄합니다.
스테인레스강은 최소 10.5%의 크롬을 함유한 철 합금입니다. 성형성, 강도, 극저온 인성과 같은 구조와 특성을 향상시키기 위해 다른 합금 원소가 추가됩니다.
이러한 결정 구조는 이러한 강철을 비자성으로 만들고 저온에서 덜 깨지게 만듭니다. 더 높은 경도와 강도를 위해 탄소가 추가됩니다. 적절한 열처리를 하면 이 강철은 면도날, 수저, 도구 등으로 사용됩니다.
많은 스테인레스강 구성에 상당한 양의 망간이 사용되었습니다. 망간은 니켈과 마찬가지로 강철의 오스테나이트 구조를 보존하지만 비용은 더 저렴합니다.
스테인레스 스틸의 주요 요소
스테인레스 스틸 또는 내식성 강철은 다양한 형태로 발견되는 일종의 금속 합금입니다. 그것은 우리의 실제적인 필요를 너무나 잘 충족시키기 때문에 우리 삶에서 이런 종류의 강철을 사용하지 않는 곳을 찾기가 어렵습니다. 스테인레스 강의 주요 구성 요소는 철, 크롬, 탄소, 니켈, 몰리브덴 및 기타 소량의 금속입니다.
여기에는 다음과 같은 금속이 포함됩니다.
- 니켈
- 몰리브덴
- 티탄
- 구리
비금속 추가도 이루어지며 주요 내용은 다음과 같습니다.
- 탄소
- 질소
크롬과 니켈:
크롬은 스테인레스 스틸을 스테인레스로 만드는 요소입니다. 패시브 필름을 형성하는데 필수적입니다. 다른 원소는 피막을 형성하거나 유지하는 데 있어서 크롬의 효율성에 영향을 미칠 수 있지만, 다른 원소 자체로는 스테인리스강의 특성을 만들 수 없습니다.
약 10.5%의 크롬에서는 약한 피막이 형성되어 온화한 대기 보호 기능을 제공합니다. 300형 오스테나이트계 스테인리스강에서 일반적으로 크롬 함량을 17~20%까지 증가시켜 부동태 피막의 안정성을 높였습니다. 크롬 함량을 더 높이면 추가적인 보호 기능이 제공됩니다.
상징 | 요소 |
알 | 알류미늄 |
기음 | 탄소 |
Cr | 크롬 |
구리 | 구리 |
철 | 철 |
모 | 몰리브덴 |
망 | 망간 |
N | 질소 |
니 | 니켈 |
피 | 인의 |
에스 | 황 |
Se | 셀렌 |
고마워 | 탄탈 |
티 | 티탄 |
니켈은 스테인리스 강의 오스테나이트 구조(입자 또는 결정 구조)를 안정화하고 기계적 특성과 제조 특성을 향상시킵니다. 8-10% 이상의 니켈 함량은 응력 부식으로 인해 금속이 균열되는 경향을 감소시킵니다. 니켈은 또한 필름이 손상된 경우에 대비해 재부동태화를 촉진합니다.
망간:
망간은 니켈과 함께 니켈에 따른 많은 기능을 수행합니다. 또한 스테인리스강의 황과 상호작용하여 망간 아황산염을 형성하여 공식 부식에 대한 저항성을 높입니다. 니켈을 망간으로 대체한 뒤 질소와 결합하면 강도도 높아진다.
몰리브덴:
몰리브덴은 크롬과 함께 염화물이 있을 때 부동태 피막을 안정화하는 데 매우 효과적입니다. 틈새부식이나 공식부식 방지에 효과적입니다. 크롬 다음으로 몰리브덴은 스테인리스강 내식성을 가장 크게 향상시킵니다. Edstrom Industries는 물에 염소를 첨가할 때 보호 기능을 제공하는 2-3% 몰리브덴을 함유하고 있는 316 스테인리스를 사용합니다.
탄소:
탄소는 강도를 높이는 데 사용됩니다. 마르텐사이트 등급에서는 탄소를 첨가하면 열처리를 통해 경화가 촉진됩니다.
질소:
질소는 스테인레스 강의 오스테나이트 구조를 안정화시키는 데 사용되며, 이는 공식 부식에 대한 저항성을 높이고 강철을 강화시킵니다. 질소를 사용하면 몰리브덴 함량을 최대 6%까지 높일 수 있어 염화물 환경에서 내식성이 향상됩니다.
티타늄과 미오비움:
티타늄과 미오비움은 스테인레스 스틸의 감작을 줄이기 위해 사용됩니다. 스테인레스 스틸이 민감해지면 입계 부식이 발생할 수 있습니다. 이는 부품이 용접될 때 냉각 단계에서 크롬 탄화물이 침전되기 때문에 발생합니다. 이로 인해 크롬 용접 면적이 고갈됩니다. 크롬이 없으면 부동태 피막을 형성할 수 없습니다. 티타늄과 니오븀은 탄소와 상호작용하여 탄화물을 형성하고 용액에 크롬을 남겨 부동태 피막이 형성될 수 있습니다.
구리 및 알루미늄:
티타늄과 함께 구리와 알루미늄을 스테인레스강에 첨가하여 경화를 촉진할 수 있습니다. 경화는 900 ~ 1150F의 온도에 담가서 이루어집니다. 이러한 요소는 높은 온도에서 담금질 공정 중에 단단한 금속간 미세 구조를 형성합니다.
황과 셀레늄:
304 스테인레스에 황과 셀레늄을 첨가하여 자유롭게 기계 가공이 가능합니다. 이는 303 또는 303SE 스테인리스강이 되며, 이는 Edstrom Industries에서 식수에 노출되지 않는 호그 밸브, 너트 및 부품을 만드는 데 사용됩니다.
스테인레스 스틸의 종류
AISI는 다음과 같은 등급을 정의합니다.
유형 304에 비해 바닷물 부식에 대한 저항력이 향상되어 "해양 등급" 스테인리스강으로도 알려져 있습니다. SS316은 핵 재처리 공장 건설에 자주 사용됩니다.
304/304L 스테인레스 스틸
Type 304는 탄소 함량이 낮기 때문에 302보다 강도가 약간 낮습니다.
316/316L 스테인레스 스틸
316/316L형 스테인리스강은 염화물 및 기타 할로겐화물을 함유한 용액에 의한 공식에 대한 저항성이 향상된 몰리브덴강입니다.
310S 스테인레스 스틸
310S 스테인레스 스틸은 2000°F까지 일정한 온도에서 산화에 대한 저항성이 뛰어납니다.
317L 스테인레스 스틸
317L은 317L의 합금 함량이 다소 높다는 점을 제외하면 316 유형과 유사한 오스테나이트계 크롬 니켈강을 함유한 몰리브덴입니다.
321/321H 스테인레스 스틸
Type 321은 기본 Type 304에 탄소와 질소 함량의 5배 이상의 티타늄을 첨가하여 변형한 것입니다.
410 스테인레스 스틸
Type 410은 자성이 있고 온화한 환경에서 부식에 강하며 연성이 매우 좋은 마르텐사이트계 스테인리스강입니다.
듀플렉스 2205(UNS S31803)
Duplex 2205(UNS S31803) 또는 Avesta Sheffield 2205는 페라이트-오스테나이트 스테인리스강입니다.
스테인리스강은 결정 구조에 따라 분류됩니다.
- 오스테나이트계 스테인리스강은 전체 스테인리스강 생산량의 70% 이상을 차지합니다. 이 합금에는 최대 0.15%의 탄소, 최소 16%의 크롬, 그리고 극저온 영역부터 합금의 녹는점까지 모든 온도에서 오스테나이트 구조를 유지하기에 충분한 니켈 및/또는 망간이 포함되어 있습니다. 일반적인 조성은 크롬 18%, 니켈 10%로 일반적으로 18/10 스테인리스로 알려져 있으며 식기류에 자주 사용됩니다. 마찬가지로 18/0 및 18/8도 사용할 수 있습니다. ¨초오소나이트계 스테인리스강(예: 합금 AL-6XN 및 254SMO)은 높은 몰리브덴 함량(>6%)과 질소 첨가로 인해 염화물 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성이 뛰어나고 니켈 함량이 높을수록 응력 부식 균열에 대한 저항성이 향상됩니다. 300시리즈 이상. "초오소나이트" 강철의 합금 함량이 높다는 것은 그 강철이 엄청나게 비싸다는 것을 의미하며 일반적으로 훨씬 낮은 비용으로 이중 강철을 사용하여 유사한 성능을 달성할 수 있다는 것을 의미합니다.
- 페라이트계 스테인리스강은 내식성이 뛰어나지만 오스테나이트계 등급보다 내구성이 훨씬 낮고 열처리로 경화될 수 없습니다. 여기에는 10.5%~27%의 크롬이 포함되어 있고 니켈이 포함되어 있는 경우 매우 적습니다. 대부분의 구성에는 몰리브덴이 포함됩니다. 일부, 알루미늄 또는 티타늄. 일반적인 페라이트 등급에는 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo 및 29Cr-4Mo-2Ni가 포함됩니다.
- 마르텐사이트계 스테인리스강은 다른 두 등급만큼 내식성은 없지만 매우 강하고 인성이 높으며 기계 가공성이 뛰어나고 열처리를 통해 경화될 수 있습니다. 마르텐사이트 스테인리스강에는 크롬(12-14%), 몰리브덴(0.2-1%), 니켈이 포함되어 있지 않고 약 0.1-1%의 탄소가 포함되어 있습니다(경도는 더 높지만 재료가 좀 더 부서지기 쉽습니다). 그것은 담금질되고 자성입니다. "시리즈-00" 강철이라고도 합니다.
- 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트와 페라이트가 혼합된 미세 구조를 가지고 있으며, 상업용 합금의 경우 혼합 비율이 60:40일 수 있지만 목표는 50:50 혼합을 생성하는 것입니다. 듀플렉스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 강도가 향상되었으며 국부 부식, 특히 공식, 틈새 부식 및 응력 부식 균열에 대한 저항성이 향상되었습니다. 이는 오스테나이트계 스테인리스강보다 크롬 함량이 높고 니켈 함량이 낮은 것이 특징입니다.
스테인레스 스틸의 역사
몇 가지 부식 방지 철 유물이 고대부터 남아 있습니다. 유명한 (그리고 매우 큰) 예는 서기 400년경 쿠마라 굽타 1세(Kumara Gupta I)의 명령에 의해 세워진 델리의 철기둥(Iron Pillar of Delhi)입니다. 그러나 스테인레스 스틸과 달리 이 인공물은 크롬이 아니라 인 함량이 높기 때문에 내구성이 뛰어납니다. 이는 유리한 지역 기상 조건과 함께 대부분의 철제품에서 발생하는 비보호 균열 녹 층보다는 산화철 및 인산염의 견고한 보호 부동태화 층의 형성을 촉진합니다.
철-크롬 합금의 내식성은 1821년 프랑스의 야금학자 피에르 베르티에(Pierre Berthier)에 의해 처음으로 인식되었습니다. 그는 일부 산의 공격에 대한 저항성을 지적하고 식기류에 사용할 것을 제안했습니다. 그러나 19세기의 야금학자들은 대부분의 현대 스테인리스강에서 발견되는 저탄소와 고크롬의 조합을 생산할 수 없었으며, 그들이 생산할 수 있었던 고크롬 합금은 너무 부서지기 쉬워 실용적이지 못했습니다.
이러한 상황은 1890년대 후반 독일의 Hans Goldschmidt가 무탄소 크롬을 생산하기 위한 알루미늄열(테르밋) 공정을 개발하면서 바뀌었습니다. 1904년~1911년에 여러 연구자, 특히 프랑스의 Leon Guillet가 오늘날 스테인리스강으로 간주되는 합금을 준비했습니다. 1911년 독일의 Philip Monnartz는 이러한 합금의 크롬 함량과 내식성 사이의 관계에 대해 보고했습니다.
영국 셰필드에 있는 Brown-Firth 연구소의 Harry Brearley는 스테인리스의 "발명자"로 가장 널리 알려져 있습니다.
강철. 1913년에 그는 포신용 내식성 합금을 찾던 중 마르텐사이트계 스테인리스강 합금을 발견하고 산업화했습니다. 그러나 Eduard Maurer와 Benno Strauss가 오스테나이트 합금(21% 크롬, 7% 니켈)을 개발하던 독일의 Krupp Iron Works와 Christian Dantsizen과 Frederick Becket이 있는 미국에서도 비슷한 산업 발전이 동시에 일어나고 있었습니다. 페라이트계 스테인리스를 산업화하고 있었습니다.
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게시 시간: 2022년 6월 16일