스테인레스강 Fe-Cr계 크롬계 Fe-Cr-Ni계 크롬니켈계 분류 종류 상태도 특징 기술지도사 금속재료기술사 서브노트

#스테인레스강 #Fe-Cr #크롬계 #Fe-Cr-Ni #크롬니켈계 #분류 #종류 #상태도 #특징

 

 

---

 

스테인레스강 (Stainless steel)

일반적으로 철강 재료는 녹이 생기기 쉽다. 녹이 생기지 않도록 하는 가장 효과적인 방법은 철과 크롬의 합금을 만드는 것이다.
크롬이 약12% 이상 존재하면 공기 속에서 10년 이상 사용해도 거의 녹이 생기지 않는다.

부동태피막

12% 이상의 Cr을 첨가한 철은 Cr2O3 치밀한 부동태 피막을 생기게 하며 표면에서 외부 부식환경으로부터 보호하는 내식성을 가지게 된다.

크롬에 따른 부식율 그래프 : Google

스테인레스강의 분류

1. Fe-Cr계
 1) 페라이트계 : 15~30%Cr
 2) 마텐사이트계 : 12~17%Cr

2. Fe-Cr-Ni계
 1) 오스테나이트계 : 18~25%Cr - 8~20%Ni
 2) Duplex계 : 20~25%Cr - 4~7%Ni
 3) 석출경화계 : 17%Cr, 4~7%Ni-Cu, Al

 

페라이트계 스테인레스강

일반적으로 페라이트계 스테인레스강은 마텐사이트계 스테인레스강보다 Cr 함유량이 많다.

1. 12~17%Cr에 C함량을 낮춰서 안정한 페라이트 상을 유지한다.
2. 열처리에 의한 재질 개선이 불가하지만, 용접성이 좋다.
3. Cr 함량이 높아 내식성이 높고, 성형성이 좋다.
4. 비교적 값이 싸기 때문에 내식성 구조용 재료로 널리 사용된다.

 

크롬계 스테인레스강 상태도 : 위키피디아

마텐사이트계 스테인레스강

다른 스테인레스강은 담금질-뜨임과 같은 열처리를 할 수 없으나, 마텐사이트계 스테인레스강의 특직은 열처리가 가능하다는 점이다.

일반적으로 마텐사이트계 스테인레스강의 내식성은 오스테나이트계보다는 매우 낮고, 페라이트계보다도 다소 낮은 편이다.

1. 경도가 매우 높고 상온과 고온에서 내식성이 우수하다.
2. 칼이나 절삭용 공구, 자등에 널리 사용되고 있다.
3. 12~18%Cr에 C함량을 높여 고온의 오스테나이트 조직에서 급냉하여 마텐사이트 조직을 얻은 스테인레스강

 

오스테나이트계 스테인레스강

1. 크롬계 스테인레스강보다 내식성을 향상하기 위하여 Ni을 첨가한 강이다.
2. 고용화처리 상태에서 오스테나이트 조직이 되고 우수한 인성, 연성, 내식성을 갖으며 FCC 구조에 비자성체이다.
3. 가장 경제적이고 중요한 조직은 18Cr-8Ni 조성이다.
4. 1100'C 이상 오스테나이트 조직에서 서냉 할 경우 결정립계에서 탄화물이 석출 되어 입계부식의 원인이 된다.
5. 따라서, 1100'C 부근에서 급냉하여 고용화 처리 후 균일한 오스테나이트 조직으로 해서 사용한다.
6. Ni량을 증가시키면 오스테나이트 조직이 안정된다.
7. 오스테나이트계 스테인레스강은 자석에 붙지 않는 비자성체이지만, 상온에서 불안정하므로 상온 또는 약간 높은 온도에서 소성가공하면 오스테나이트의 일부가 마텐사이트로 변하면서 약간의 자성을 띄기도 한다.
8. 대부분의 강들은 Fe-Cr-Ni 합금의 STS 300계열이다.
9. STS 200 계열은 소량의 Ni을 Mn으로 바꾼 합금이다.

STS304 상태도 : Google

Duplex (2상)계 스테인레스강

1. 20~25%Cr - 4~8%Ni 을 함유하고 Mo, Cu, N을 첨가한 조직
2. 오스테나이트계보다 Cr함유량이 많기 때문에 오스테나이트와 페라이트의 혼합조직이다.
3. 내해수성이 우수하고 오스테나이트계보다 값이 싸다.
4. 페라이트계보다 SCC에 강하지는 않지만 오스테나이트계보다는 저항성이 높다.
5. 입계부식에 대한 저항성이 높다.
6. 페라이트계에 비하면 인성과 용접부 내식성이 좋고 시공성도 좋다.
7. 오스테나이트계 비해 강도가 높고 고용화처리 상태에서 약 2배의 내력을 갖는다.
8. σ상 석출이 쉬운 결점이 있으나, 25%Cr-3%Mo로 제한하여 관리하고 800~850'C에서 σ상 석출이 쉬우므로 급냉처리가 필요하다.

Schaeffler Diagram을 통해 각 상의 조성을 쉽게 확인할 수 있다.

2020/01/05 - [금속재료 기술사] - 금속재료기술사 기출문제 서브노트, Schaeffler Diagram

https://www.welderdestiny.com/dissimilar-metals-welding.html

 

석출경화계 스테인레스강

고용화 열처리한 상태에서는 오스테나이트계 스테인레스강에 필적하는 성형성을 가지므로 여러 종류의 제품을 만들수 있다. 그러나 석출 경화 처리 후에는 마텐사이트계 스테인레스강과 동등한 강도를 갖는다.

1. 오스테나이트와 마텐사이트에 고용되는 고용도 차이를 이용하여 석출 경화한다.
2. 석출경화방법 (고용화처리 -> 마텐사이트화처리 -> 석출경화처리)
3. 오스테나이트 상태에서 성형 후 석출경화처리를 하면 마텐사이트계 스테인레스강과 동등한 강도를 갖는다.

 

#스테인레스강 #Fe-Cr #크롬계 #Fe-Cr-Ni #크롬니켈계 #분류 #종류 #상태도 #특징