스테인리스 스틸은 우리 생활 곳곳에서 찾아볼 수 있으며, 종류가 너무 많아 구별하기가 어려울 정도입니다. 오늘은 이러한 점을 명확히 설명해 드리는 글을 준비했습니다.
스테인리스강은 내산성강의 약자로, 공기, 증기, 물 및 기타 약한 부식성 매체에 강하며, 화학적 부식성 매체(산, 알칼리, 염 및 기타 화학 물질)에 대한 내성을 갖는 강철을 내산성강이라고 합니다.
스테인리스강은 공기, 증기, 물 등의 약한 부식성 매체와 산, 알칼리, 염 등의 화학적 부식성 매체에 내성을 가지는 강재를 말하며, 내산성 스테인리스강이라고도 합니다. 실제로 약한 부식성 매체에 대한 내식성을 가진 강재를 스테인리스강이라고 하고, 화학적 부식성 매체에 대한 내식성을 가진 강재를 내산성 강재라고 부르는 경우가 많습니다. 두 강재의 화학적 조성 차이 때문에 전자는 반드시 화학적 부식에 대한 내성을 가지는 것은 아니며, 후자는 일반적으로 내식성이 뛰어납니다. 스테인리스강의 내식성은 강재에 함유된 합금 원소에 따라 달라집니다.
일반적인 분류
야금학회에 따르면
일반적으로 금속 조직에 따라 일반 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강, 마르텐사이트계 스테인리스강의 세 가지 범주로 나뉩니다. 이 세 가지 범주의 기본 금속 조직을 바탕으로 특정 요구 사항과 용도에 따라 듀플렉스강, 석출경화 스테인리스강, 철 함량이 50% 미만인 고합금강 등이 파생됩니다.
1. 오스테나이트 스테인리스강
오스테나이트 조직(CY상)의 면심 입방 결정 구조는 주로 비자성이며, 스테인리스강은 주로 냉간 가공을 통해 강도를 높여 특정 정도의 자성을 띠게 됩니다. 미국 철강 협회(ASI)는 이러한 스테인리스강을 304와 같은 200 및 300 시리즈의 숫자로 표기합니다.
2. 페라이트계 스테인리스강
페라이트 조직(a상)의 체심 입방 결정 구조가 주를 이루며 자성을 띠고, 일반적으로 열처리로 경화되지 않지만 냉간 가공을 통해 스테인리스강의 강도를 약간 높일 수 있습니다. 미국 철강 협회(AISI)에서는 이를 430 및 446으로 표기합니다.
3. 마르텐사이트계 스테인리스강
기지 조직은 마르텐사이트 구조(체심 입방 또는 입방 구조)이며, 자성을 띠고 열처리를 통해 스테인리스강의 기계적 특성을 조절할 수 있습니다. 미국 철강 협회(American Iron and Steel Institute)에서는 410, 420, 440 규격으로 표기합니다. 마르텐사이트는 고온에서 오스테나이트 구조를 가지며, 적절한 속도로 실온까지 냉각되면 마르텐사이트로 변환(즉, 경화)됩니다.
4. 오스테나이트계 및 페라이트계(이중상) 스테인리스강
기지에는 오스테나이트상과 페라이트상의 두 가지 상이 모두 존재하며, 일반적으로 페라이트상의 함량이 15% 이상입니다. 자성을 띠고 냉간 가공으로 강도를 높일 수 있는 329 스테인리스강은 대표적인 듀플렉스 스테인리스강입니다. 오스테나이트 스테인리스강과 비교했을 때, 듀플렉스강은 높은 강도, 입계 부식 저항성, 염화물 응력 부식 저항성 및 공식 부식 저항성이 크게 향상되었습니다.
5. 석출 경화 스테인리스강
기지 조직은 오스테나이트 또는 마르텐사이트이며, 석출 경화 처리를 통해 경화 스테인리스강으로 만들 수 있습니다. 미국 철강 협회(AISI)는 600 시리즈 디지털 라벨(예: 630)을 사용하는데, 이는 17-4PH를 의미합니다.
일반적으로 합금 외에도 오스테나이트계 스테인리스강의 내식성이 우수하며, 부식성이 낮은 환경에서는 페라이트계 스테인리스강을 사용할 수 있고, 부식성이 다소 강한 환경에서 높은 강도나 경도가 요구되는 경우에는 마르텐사이트계 스테인리스강이나 석출경화형 스테인리스강을 사용할 수 있습니다.
특징 및 용도
표면 처리
두께 차이
1. 제철소의 압연 공정에서 롤이 가열되어 약간 변형되기 때문에 판재 두께 편차가 발생하며, 일반적으로 양쪽 끝보다 가운데 부분이 두껍습니다. 따라서 판재 두께를 측정할 때는 판재 상단 중앙 부분을 기준으로 측정해야 합니다.
2. 허용 오차의 이유는 시장 및 고객 수요에 따라 결정되며, 일반적으로 큰 허용 오차와 작은 허용 오차로 나뉩니다.
V. 제조 및 검사 요구사항
1. 파이프 플레이트
① 100% 방사선 검사 또는 초음파 검사를 위한 접합 튜브 플레이트 맞대기 이음매, 자격 수준: 방사선 검사(RT): Ⅱ급, 초음파 검사(UT): Ⅰ급;
② 스테인리스강 외에도 접합 파이프 플레이트의 응력 완화 열처리;
③ 튜브 플레이트 홀 브리지 폭 편차: 홀 브리지 폭 계산 공식 B = (S - d) - D1에 따르면
홀 브리지의 최소 너비: B = 1/2 (S - d) + C;
2. 튜브 박스 열처리:
탄소강, 저합금강으로 제작된 파이프 박스에 분할형 칸막이를 용접하거나, 실린더 파이프 박스 내경의 1/3 이상 크기의 측면 개구부를 가진 파이프 박스의 경우, 용접 시 응력 완화 열처리를 적용해야 하며, 플랜지와 칸막이 밀봉면은 열처리 후 가공해야 합니다.
3. 압력 테스트
쉘 공정 설계 압력이 튜브 공정 압력보다 낮을 경우, 열교환기 튜브와 튜브 플레이트 연결부의 품질을 점검해야 합니다.
① 쉘 프로그램 압력을 높여 수압 시험과 일치하는 배관 프로그램에 따라 시험 압력을 증가시켜 배관 이음매의 누출 여부를 확인합니다. (단, 수압 시험 중 쉘의 1차 필름 응력이 ≤0.9ReLΦ가 되도록 해야 합니다.)
② 위의 방법이 적절하지 않은 경우, 쉘을 통과한 후 원래 압력에 따라 수압 시험을 실시하고, 그 후 암모니아 누출 시험 또는 할로겐 누출 시험을 실시할 수 있습니다.
녹이 잘 슬지 않는 스테인리스강은 어떤 종류인가요?
스테인리스강의 녹 발생에 영향을 미치는 주요 요인은 세 가지입니다.
1. 합금 원소 함량. 일반적으로 크롬 함량이 10.5%인 강철은 녹이 잘 슬지 않습니다. 크롬과 니켈 함량이 높을수록 내식성이 우수하며, 예를 들어 304 스테인리스강은 니켈 함량이 85~10%, 크롬 함량이 18~20%로, 일반적으로 녹이 슬지 않습니다.
2. 제조업체의 제련 공정 또한 스테인리스강의 내식성에 영향을 미칩니다. 제련 기술이 우수하고 첨단 설비와 기술을 갖춘 대형 스테인리스강 공장은 합금 원소 제어, 불순물 제거, 빌릿 냉각 온도 제어 등을 통해 제품의 품질이 안정적이고 신뢰할 수 있으며, 본질적인 품질이 우수하여 녹이 잘 슬지 않습니다. 반대로 설비와 기술이 낙후된 소규모 제철소는 제련 공정에서 불순물 제거가 제대로 이루어지지 않아 제품에 녹이 슬 수밖에 없습니다.
3. 외부 환경. 건조하고 통풍이 잘 되는 환경에서는 녹이 잘 슬지 않지만, 습도가 높거나 비가 계속 내리는 환경, 또는 산성이나 알칼리성 물질이 함유된 환경에서는 녹이 슬기 쉽습니다. 304 스테인리스강 재질도 주변 환경이 너무 열악하면 녹이 슬 수 있습니다.
스테인리스 스틸에 생긴 녹은 어떻게 제거해야 할까요?
1. 화학적 방법
산세척 페이스트나 스프레이를 사용하여 녹슨 부위를 재부동태화하고 크롬 산화물 막을 형성하여 내식성을 회복시키십시오. 산세척 후에는 모든 오염 물질과 산성 잔류물을 제거하기 위해 물로 깨끗하게 헹궈야 합니다. 모든 처리가 완료되면 연마 장비로 다시 광택을 내고 광택 왁스로 마무리할 수 있습니다. 부분적으로 가벼운 녹이 있는 경우에는 깨끗한 천에 휘발유와 오일을 1:1로 섞어 녹슨 부분을 닦아낼 수도 있습니다.
2. 기계적 방법
샌드블라스팅, 유리 또는 세라믹 입자 분사 세척, 연마, 브러싱 및 폴리싱. 기계적 세척 방법은 이전에 제거된 물질, 연마재 또는 연마된 물질로 인한 오염 물질을 제거할 수 있습니다. 그러나 모든 종류의 오염 물질, 특히 이물질인 철 입자는 부식의 원인이 될 수 있으며, 특히 습한 환경에서 더욱 그렇습니다. 따라서 기계적 세척 후 표면은 건식 조건에서 재세척하는 것이 바람직합니다. 기계적 세척은 표면만 세척할 뿐 재료 자체의 내식성을 변화시키지는 않습니다. 따라서 기계적 세척 후에는 폴리싱 장비를 사용하여 표면을 재연마하고 폴리싱 왁스로 마감하는 것이 좋습니다.
계측 장비에 일반적으로 사용되는 스테인리스강 등급 및 특성
1.304 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강 중 하나로, 적용 범위가 넓고 사용이 가장 다양합니다. 심가공 성형 부품, 산성 파이프라인, 용기, 구조 부품, 각종 계측기 본체 등의 제조에 적합하며, 비자성 및 저온 장비와 부품 제조에도 사용할 수 있습니다.
2. 304L 스테인리스강. 304 스테인리스강에서 특정 조건에서 심각한 입계 부식 경향을 일으키는 Cr23C6 석출 문제를 해결하기 위해 개발된 초저탄소 오스테나이트 스테인리스강으로, 입계 부식에 대한 민감도가 304 스테인리스강보다 훨씬 우수합니다. 강도는 321 스테인리스강보다 약간 낮지만, 다른 특성은 유사합니다. 주로 내식 장비 및 용접이 불가능한 용체화 처리가 필요한 부품에 사용되며, 다양한 종류의 계측기 본체 제작에도 적합합니다.
3.304H 스테인리스강. 내부 분기부는 304 스테인리스강과 동일하며, 탄소 질량 분율은 0.04%~0.10%로, 고온 성능이 304 스테인리스강보다 우수합니다.
4.316 스테인리스강은 10Cr18Ni12 강을 기반으로 하며, 몰리브덴을 첨가하여 환원성 매체에 대한 저항성과 공식에 대한 저항성이 우수합니다. 해수 및 기타 매체에서 304 스테인리스강보다 내식성이 뛰어나 주로 공식 방지 재료로 사용됩니다.
5.316L 스테인리스강. 초저탄소강으로, 민감화된 입계 부식에 대한 저항성이 우수하여 내식성 소재로서 석유화학 설비와 같은 두꺼운 단면의 용접 부품 및 장비 제조에 적합합니다.
6.316H 스테인리스강. 내부 구조는 316 스테인리스강과 동일하며, 탄소 함량은 0.04%~0.10%로 316 스테인리스강보다 고온 성능이 우수합니다.
7.317 스테인리스강. 내공식성 및 내크리프성이 316L 스테인리스강보다 우수하며, 석유화학 및 유기산 부식 방지 장비 제조에 사용됩니다.
8.321 스테인리스강은 티타늄 안정화 오스테나이트 스테인리스강으로, 티타늄을 첨가하여 입계 부식 저항성을 향상시켰으며, 우수한 고온 기계적 특성을 지니고 있어 초저탄소 오스테나이트 스테인리스강을 대체할 수 있습니다. 고온 또는 수소 부식 저항성 등 특수한 경우를 제외하고는 일반적인 상황에서는 사용을 권장하지 않습니다.
9.347 스테인리스강은 니오븀 안정화 오스테나이트 스테인리스강으로, 니오븀을 첨가하여 입계 부식 저항성을 향상시킨 강종입니다. 321 스테인리스강과 유사한 특성을 가지며, 산성, 알칼리성, 염분 등의 부식성 매체에서 내식성이 우수하고 용접성이 뛰어납니다. 내식재 및 내열강으로 사용되며, 주로 화력발전, 석유화학 분야에서 용기, 파이프라인, 열교환기, 축, 산업용 용광로의 용광로관 및 용광로관 온도계 등의 생산에 사용됩니다.
10.904L 스테인리스강은 핀란드의 오토 켐프(Otto Kemp)가 개발한 초완전 오스테나이트 스테인리스강으로, 니켈 함량이 24~26%, 탄소 함량이 0.02% 미만입니다. 내식성이 매우 뛰어나며, 황산, 아세트산, 포름산, 인산과 같은 비산화성 산에서 우수한 내식성을 보일 뿐만 아니라 틈새 부식 및 응력 부식에도 강합니다. 70℃ 이하의 다양한 농도의 황산에 적합하며, 상압 조건에서 모든 농도와 온도의 아세트산 및 포름산과 아세트산의 혼합산에 대해서도 우수한 내식성을 나타냅니다. 기존 표준인 ASMESB-625에서는 니켈계 합금으로 분류되었으나, 새로운 표준에서는 스테인리스강으로 분류되었습니다. 중국에서는 대략적인 등급인 015Cr19Ni26Mo5Cu2 강철만 사용하지만, 일부 유럽 계측기 제조업체는 주요 재료에 904L 스테인리스강을 사용합니다. 예를 들어 E+H의 질량 유량계 측정 튜브는 904L 스테인리스강을 사용하고, 롤렉스 시계 케이스에도 904L 스테인리스강이 사용됩니다.
11.440C 스테인리스강. 마르텐사이트계 스테인리스강, 경화성 스테인리스강, 최고 경도의 스테인리스강으로 경도는 HRC57입니다. 주로 노즐, 베어링, 밸브, 밸브 스풀, 밸브 시트, 슬리브, 밸브 스템 등의 생산에 사용됩니다.
12.17-4PH 스테인리스강은 마르텐사이트계 석출경화 스테인리스강으로, 경도는 HRC44이며 높은 강도, 경도 및 내식성을 지니고 있습니다. 다만 300℃ 이상의 고온에서는 사용할 수 없습니다. 대기 및 묽은 산이나 염에 대한 내식성이 우수하며, 304 스테인리스강 및 430 스테인리스강과 동등한 수준의 내식성을 자랑합니다. 해양 플랫폼, 터빈 블레이드, 밸브 스풀, 밸브 시트, 밸브 슬리브 및 밸브 스템 제조에 사용됩니다.
계측 분야에서는 범용성과 비용 문제를 고려하여 일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강을 304-304L-316-316L-317-321-347-904L 순으로 선택합니다. 이 중 317은 사용 빈도가 낮고, 321은 권장되지 않으며, 347은 고온 부식에 사용되고, 904L은 일부 제조업체의 특정 부품에 기본 재질로만 사용되므로 설계 시 904L을 우선적으로 선택하는 경우는 드뭅니다.
계측기 설계 시 재질 선택에는 일반적으로 계측기 재료와 배관 재료가 고려되어야 하며, 특히 고온 조건에서는 공정 장비 또는 배관의 설계 온도 및 압력 조건을 충족하는 계측기 재료를 선택하는 데 특별히 주의해야 합니다. 예를 들어 고온 배관에는 크롬 몰리브덴강을 사용하면서 계측기는 스테인리스강으로 선택하는 경우 문제가 발생할 가능성이 매우 높습니다. 따라서 관련 재질의 온도 및 압력 측정 장비에 대해 반드시 전문가와 상담해야 합니다.
계측기 설계 시 다양한 시스템, 시리즈, 스테인리스강 등급을 접하게 되는데, 선택은 특정 공정 매체, 온도, 압력, 응력이 가해지는 부품, 부식, 비용 및 기타 여러 관점을 고려하여 이루어져야 합니다.
게시 시간: 2023년 10월 11일