5. 스텐레스 스틸의 분류
역사적으로, 스텐레스 스틸은 미세 조직으로 분류되었으며, 오스테나이트, 마르텐사이트, 페라이트 또는 이중(오스테나이트+페라이트)으로 설명됩니다. 또한 5차 제품군, 석출 경화(PH) (스텐레스 스틸은 미세 구조보다는 열처리 유형으로 구분합니다. 아래에 설명된 가공된 등급 중 상당수가 해당 부분을 캐스팅 한 점에 유의해야 합니다.
1) 오스테나이트계 스텐레스 스틸
오스테나이트계 스텐레스 스틸은 합금 및 사용면에서 가장 큰 비중을 차지합니다. 여기에는 다음과 같은 등급이 포함됩니다.
① 철–크롬–니켈 등급은 표준 AISI 시리즈 합금 및 이 합금의 변형된 버전에 해당합니다.
그림1에서 나타난 바와 같이, 유형 304(18-8) 스텐레스 스틸을 기본으로 하는 이러한 합금은, 일반적으로 16~26%의 Cr, 10~22%의 Ni 및 몰리브덴, 티타늄, 니오븀 및 질소와 같은 기타 합금 원소를 소량 포함합니다.
② 철–크롬–망간–니켈 등급은 표준 AISI 시리즈 합금 및 이 합금의 변형된 버전에 해당합니다. 이 합금에서 망간(5~18%)은 일부 니켈을 대체합니다. 질소 합금도 이러한 합금에 공통적으로 사용됩니다.
③ 심각한 부식성 환경에는 고 합금 철–니켈–크롬 스텐레스 스틸이 있습니다. 이 합금의 니켈 함량은 35%까지 높아질 수 있습니다. 몰리브덴 및 구리 첨가도 일반적입니다.
④ 내식성 향상을 위해 크롬, 니켈 및 질소의 양 뿐만 아니라 6% 몰리브덴을 포함한 슈퍼 오스테나이트계 등급이 있습니다.
2) 페라이트계 스텐레스 스틸
페라이트계 스텐레스 스틸은 경화되지 않은 철–크롬 합금입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
① 표준 400시리즈 합금뿐만 아니라 11~27%의 Cr, 0.08~20%의 C 및 알루미늄, 니오븀 및 티타늄과 같은 소량의 페라이트 안정제를 함유한 이들 합금의 변형된 버전을 포함합니다.
② 최근에는 크롬(30% 이하), 몰리브덴(4% 이하) 및 니켈(2% 이하)을 포함하는 저 간헐성(저탄소/질소) 등급이 개발되었습니다. 응력 부식 균열(SCC)에 대한 우수한 내성을 나타내는 이러한 등급은 슈퍼 페라 이트라고 합니다.[그림1 참조]
3) 마르텐사이트계 스텐레스 스틸
마르텐사이트계 스텐레스 스틸은 페라이트계 그룹과 조성이 비슷하지만 열처리에 의한 경화가 가능하도록 탄소 함량이 높고 크롬이 적습니다.
① 11~18% Cr, 최대 1.20% C 및 소량의 망간 및 니켈을 함유하는 표준 400 시리즈입니다. 자유 가공, 내열, 기어 및 베어링 등급을 포함한 비표준 등급입니다.
4) 듀플렉스 스텐레스 스틸
듀플렉스 스텐레스 스틸은 거의 동일한 양의 오스테나이트와 페라이트의 미세 구조와 함께 공급됩니다. 이 합금에는 대략 22~25%의 Cr, 5~7%의 Ni, 최대 4%의 Mo 및 구리와 질소의 첨가를 포함합 니다. 일부 더 높은 합금, 부식 방지 등급은 슈퍼 듀플렉스 스텐레스 스틸이라고 합니다. 듀플렉스 스텐레스 스틸은 표준 AISI 200, 300 또는 400 시리즈에서 다루지 않습니다. 대부분 UNS 번호를 가지고 있지만, 일부는 크롬 및 니켈 함량으로 나타납니다. 예를 들어, 합금 2205는 22% Cr 및 5% Ni를 함유합니다.
5) 석출 경화형 스텐레스 스틸
석출 경화형 스텐레스 스틸은 알루미늄, 구리 또는 티타늄과 같은 합금 원소를 함유한 크롬–니켈 합금이며, 이들은 용액 및 노화 열처리에 의해 경화될 수 있습니다. 그들은 마르텐사이트, 반 오스테나이트 및 오스테나이트 PH 스텐레스 스틸로 하위 그룹으로 분류됩니다. 이 철강은 일반적으로 그들의 삼품명 또는 UNS 번호로 언급됩니다.
그림1 스텐레스 스틸 합금 계열의 조성 및 물성 관계
6. 스텐레스 스틸의 물리적 및 기계적 성질
스텐레스 스틸의 물리적 및 기계적 특성은 알루미늄 및 구리 합금과 같이 일반적으로 사용되는 비철 합금의 물리적 및 기계적 특성과는 상당히 다릅니다. 그러나 다양한 스텐레스 제품군을 탄소강과 비교할 때, 속성의 많은 유사점이 존재하지만, 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다. 탄소강과 마찬 가지로 스텐레스 스틸의 밀도는 ~8.0g/cm3이며, 이는 알루미늄 합금(2.7g/cm3)의 약 3배입니다.
탄소강과 마찬가지로 스텐레스 스틸은 구리 합금(115MPa 또는 17ksi)의 거의 두 배이며, 알루미늄 합금의 약 3 배(70MPa 또는 10ksi)이고, 높은 탄성계수(200MPa 또는 30ksi)를 가지고 있습니다. 이들 재료의 차이는 열전도성, 열팽창 및 전기 저항에서도 분명합니다. 그림4는 다양한 유형의 재료 중 열전도율의 큰 변화를 보여줍니다.
탄소강, 구리합금, 알루미늄합금 및 스텐레스 스틸의 열전도율 비교
6061 알루미늄합금(aAL-IMG-0.6Si-0.3Cu-0.2Cr)은 매우 높은 열전도율을 가지고 있으며, 그 다음으로 알루미늄 청동(Cu-5AI), 1080 탄소강 및 스텐레스 스틸이 있습니다. 스텐레스 스틸의 경우 합금 첨가제, 특히 니켈, 구리 및 크롬이 열전도율을 크게 감소시킵니다. 열팽창은 6061 알루미늄 합금에 대해 가장 크며, 알루미늄 청동 및 오스테나이트계 스텐레스 합금, 그 다음에 페라이트 및 마텐자이트 합금이 뒤를 잇습니다. 오스테나이트계 스텐레스 합금의 경우, 니켈 및 구리의 첨가는 열팽창을 감소시킬 수 있습니다.
탄소강, 구리합금, 알루미늄합금 및 스텐레스 강의 열팽창 비교
스텐레스 스틸은 높은 전기 저항을 갖습니다. 합금 첨가는 전기 정항을 증가시키는 경향이 있습니다. 따라서, 페라이트 및 마르텐사이트계 스텐레스 스틸은 오스테나이트, 듀플렉스 및 PH 합금보다 전기 저항이 낮지만 1080 탄소강보다 전기 저항이 높습니다. 스텐레스의 전기 저항은 알루미늄 청동보다 약 7.5배, 6061 알루미늄 합금보다 약 20배큽니다.
탄소강, 구리합금, 알루미늄합금 및스텐레스 강의 전기저항 비교
아래 표1은 제품군을 대표하는 선택된 스텐레스 합금의 인장 특성과 연성을 열거합니다.
다양한 철 및 비철금속 합금과 관련하여 선택된 스텐레스 강의 특성
아래 열거된 4가지 등급의 오스테나이트계 합금 스텐레스는 열처리 가능한 합금과 비교하여 상대적으로 낮은 항복 강도를 갖지만, 인장강도와 연성은 가장 높습니다. 2개의 오스테나이트계 합금인 S20161(Gall-Tough)과 S21800(Nitronic 60)은 스텐레스 강재의 마모 및 금속 대 금속 마모에 대해 우수한 내성을 갖도록 특별히 개발되었습니다. 합금 N08020(20Cb-3)은 까다로운 부식 환경에서 사용 할 수 있는 고 니켈(33%) 스텐레스 스틸 합금입니다.
열거된 페라이트계 스텐레스 스틸(유형 405 및 409)은 오스테나이트계 재종과 유사한 인장 항복강도를 갖지만 최대 인장강도 연성 및 인성에 대해서는 낮은 수치를 갖습니다. 그러나 강도, 연성 및 인성은 6061 알루미늄 합금 및 알루미늄 청동과 같은 다른 재료의 강도, 연성 및 인성보다 여전히 우수합니다.
그림1에서 열거된 듀플렉스 스텐레스 합금인 합금 S32950(20Mo-6)은 오스테나이트계 및 페라이트계의 약 2배의 인장 항복강도와 약 1/2의 인성을 가지고 있습니다. 다시 말해, 인성은 열처리되고 경화된 합금의 인성보다 월등합니다.
그림1에 열거된 마르텐사이트계 합금은 강도, 연성 및 인성이 크게 다릅니다. 열처리된 조건에서, 특성은 페라이트계 합금의 특성과 유사하며, 탄소 함량이 증가함에 따라 강도가 증가하고 연성이 감소합니다. 고 탄소 함유 합금 유형 420 및 유형 440C는 일반적으로 강도를 최대화하기 위해 저온(330℃ 또는 최대 625℉)에서 처리합니다. 한편으로, 410형은 260~650℃(500~1200℉)의 넓은 온도 범위에서 부드럽게 조절됩니다. 410 형의 인장 특성은 탄소강(AISI 1080)의 인장 특성과 유사합니다.
S45500 및 S17400(17-4PH)과 같은 마르텐사이트계 PH합금은 마르텐사이트 합금보다 더 높은 어닐링 강도와 낮은 연성을 가지고 있으며 480~620℃(895~1150℉)에서 노화됩니다. 이들의 강도는 경화제(티타늄, 니오브, 구리), 경화제의 양 및 사용하는 숙성 온도에 달려있습니다. 인성은 주어진 강도 수준에서 마르텐사이트 합금과 비슷하거나 우수합니다.
