2. 스텐레스의 종류와 등급
스텐레스 강의 개발이 시작된 이후 수년 동안 등급의 수가 급격히 증가했습니다. 아래의 표는 미국과 유럽에서 표준화된 스텐레스 강을 보여줍니다. 이 표에는 다양한 조성을 가진 많은 종류의 스텐레스 강이 있음을 분명하게 나타납니다. 적어도 언젠가 이 등급은 표준화의 어려움을 감당할 만큼 충분히 가치가 있습니다. 다양한 철강의 등급을 고려하면 더 광범위한 개요가 도움이 될 수 있습니다.
산업화된 세계에서 스테인리스 스틸을 사용하여 다양한 제품 형태와 용도 종류
구조가 특성에 결정적인 영향을 미치므로, 스텐레스 강재는 전통적으로 상온에서의 구조에 따라 종류로 구분됩니다.
따라서 스텐레스 강은 마르텐사이트, 마르텐사이트-오스테나이트, 페라이트, 페라이트계-오스테나이트, 오스테나이트 및 석출 경화계로 6개의 그룹으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 5개의 이름은 여러 철강에서 미세 구조의 주요 구성 요소로 나타냅니다. 마지막 그룹의 이름은 이러한 철강이 미세한 구조 내에 침전물이 형성되는 특수 작용에 의해 경화된다는 사실을 의미합니다. 아래의 표는 이러한 범주 내의 구성을 요악한 것입니다.
다양한 스테인리스 스틸 종류의 구성 범위
두 가지 첫 번째 종류인 마르텐사이트 및 마르텐사이트-오스테나이트 스텐레스 강은 경화 가능합니다. 즉, 경화 가능한 탄소강과 동일한 방식으로 열처리를 통해 특성을 수정할 수 있음을 의미합니다. 마르텐사이트-오스테나이트 강은 때때로 페라이트-마르텐사이트 강이라고도 합니다. 세 번째 종류인 석출 경화계 강은 열처리를 통해 경화될 수도 있습니다. 이 강재에 사용된 절차는 특수 열처리 또는 최종 석출 경화 및 숙성 단계를 포함한 열처리 순서입니다.
석출 경화계 스텐레스 강은 때로는 마레이징 강(maraging steel)이라고도 합니다. 마지막으로 세 가지 철강 종류인 페라이트, 페라이트-오스테나이트 및 오스테나이트는 경화 가능하지 않으며, 근본적으로 수용된 상태에서 사용됩니다. 페라이트-오스테나이트 스텐레스 강은 종종 듀플렉스 스텐레스 강이라 불립니다. 오스테나이트 스테인리스 강은 자성이 없습니다. 다른 모든 것은 자성이 있습니다.
1) 합금 원소의 영향
각각 합금 원소는 철의 성질에 특별한 영향을 미칩니다. 이는 모든 합금 원소와 어느 정도 특정 강종의 특성을 결정하는 불순물의 결합된 효과입니다. 왜 다른 등급이 다른 구성을 갖는지 이해하기 위해서 합금 원소에 대한 간략한 개요 및 구조는 특성에 미치는 영향에 도움이 될 수 있습니다. 중요한 재료 특성 중 일부에 합금 원소가 미치는 영향에 대해서는 다음에 자세하게 설명합니다. 또한 합금 원소의 효과는 경화성 및 비경화성 스텐레스 강 사이의 몇몇 측면에서 상이하다는 점에 유의해야 합니다.
(1) 크롬(Cr)
이것은 스텐레스 강에서 가장 중요한 합금 원소입니다. 스텐레스 강에 기본 내 부식성을 주는 것이 크롬입니다. 크롬(Cr) 함량이 증가하면 내 부식성이 증가합니다. 또한 고온에서 산화 저항성을 증가시킵니다. 크롬(Cr)은 페라이트 구조를 촉진합니다.
(2) 니켈(Ni)
니켈 첨가의 주된 이유는 오스테나이트 구조를 촉진시키는 데 있습니다. 니켈은 일반적으로 연성 및 인성을 증가시킵니다. 또한 부식 속도를 감소시키므로 산소 환경에서 유리합니다. 석출 경화강 니켈은 강도를 증가시키는데 사용되는 금속간 화합물을 형성하는 데에도 사용됩니다.
(3) 몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 일반적이고 국부 부식에 대한 내성을 상당히 증가시킵니다. 몰리브덴은 기계적 강도를 약간 증가시키고 페라이트 구조를 갈력하게 촉진합니다. 또한 몰리브덴은 페라이트, 페라이트-오스테나이트계 및 오스테나이트 스텐레스 강에서 2차 상의 형상을 촉진합니다. 마르텐사이트 강에서는 탄화물 석출에 대한 영향으로 높은 조질 온도에서 경도가 증가합니다.
(4) 구리(Cu)
구리(Cu)는 특정 산의 내식성을 향상시키고 오스테나이트 구조를 촉진시킵니다. 석출 경화강에서 구리는 강도를 증가시키는 데 사용되는 금속 간 화합물을 형성하는데 사용됩니다.
(5) 망간(Mn)
망간(Mn)은 일반적으로 고온 연성을 향상시키기 위해 스텐레스 강재에 사용됩니다. 페라이트/오스테나이트 균형에 미치는 영향은 온도에 따라 다릅니다. 저온에서 망간은 오스테나이트 안정제이지만, 고온에서는 페라이트가 안정화됩니다. 망간은 질소의 용해도를 증가시키고 오스테나이트 강의 높은 질소 함량을 얻는데 사용됩니다.
(7) 실리콘(Silicon)
실리콘(Silicon)은 고온에서나 저온에서 강한 산화 용액에서 산화 저항성을 증가시킵니다. 그것은 페라이트를 촉진합니다.
(8) 탄소(C)
탄소(C)는 강한 오스테나이트이며 오스테나이트 구조를 강력하게 촉진합니다. 또한 실질적으로 기계적 강도를 증가시킵니다. 탄소는 입계 부식에 대한 내성을 감소시킵니다. 페라이트 스텐레스 강에서 탄소는 인성 및 내식성을 크게 감소시킵니다. 마르텐사이트 및 마르텐사이트-오스테나이트 강에서 탄소는 경도와 강도를 증가시킵니다. 마르텐사이트 강에서는 경도 및 강도의 증가가 일반적으로 인성의 감소를 수반하며, 이러한 방식으로 탄소는 이들 강의 인성을 감소시킵니다.
(9) 질소(N)
질소는 매우 강한 오스테나이트이며, 오스테나이트 구조를 강하게 촉진합니다. 또한 실질적으로 기계적 강도를 증가시킵니다. 질소는 특히 몰리브덴과 함께 국부 부식에 대한 내성을 증가시킵니다. 마르텐사이트 스텐레스 강의 질소는 인성 및 내식성을 크게 저하시킵니다. 마르텐사이트 및 마르텐사이트-오스테나이트 강의 질소는 경도와 강도를 증가시키지만 인성은 감소시킵니다.
(10) 티타늄(Ti)
티타늄은 강한 페라이트 형성제 및 강한 탄화물 형성제이며, 따라서 효과적으로 탄소 함량을 낮추어 두 가지 방법으로 페라이트 구조를 촉진시킵니다. 오스테나이트 강에서는 입계 부식에 대한 내성을 높이기 위해 첨가되고, 고온에서 기계적 특성 또한 증가합니다. 페라이트 스텐레스 강 티타늄은 고용체의 조직 사이에 양을 낮춤으로써 인성과 내식성을 향상시키기 위해 추가됩니다. 마르텐사이트 강에서 티타늄은 마르텐사이트 경도를 낮추고 조질 저항을 증가시킵니다. 석출 경화강에서 티타늄을 사용하여 강도를 증가시키는 금속간 화합물을 형성합니다.
(11) 니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 강한 페라이트 및 카바이드를 형성합니다. 티타늄은 페라이트를 촉진합니다. 오스테나이트 강에서는 입계 부식에 대한 내성을 향상시키기 위해 첨가되지만, 고온에서 기계적 성질을 향상시킵니다. 마텐사이트계 강에서는 니오브가 경도를 낮추고 조질 저항을 증가시킵니다. 미국에서는 콜롬비아(Columbium, Cb)라고도 합니다.
(12) 알루미늄(Al)
상당한 양의 알루미늄(Al)을 첨가하면 알루미늄의 내 산화성이 향상됩니다. 이것을 위해 특정 내열 합금에 사용됩니다. 석출 경화강에서 알루미늄은 노화된 상태에서 강도를 증가시키는 금속간 화합물을 형성하는데 사용됩니다.
(13) 코발트(Co)
코발트는 마르텐사이트 강의 합금 성분으로만 사용되며, 특히 고온에서 경도와 조질 저항을 증가시킵니다.
(14) 바나듐(V)
바나듐은 존재하는 탄화물의 유형에 대한 영향으로 마르텐사이트 강의 경도를 증가시킵니다. 또한 조질 저항성을 증가시킵니다. 바나듐은 페라이트를 안정화 시키며 높은 함량으로 구조 내에서 페라이트를 촉진시킵니다. 그것은 단단한 스텐레스강에서만 사용됩니다.
(15) 유황(S)
기계 가공성을 높이기 위해 유제가 특정 스텐레스 강, 즉 자유로운 가공 등급에 첨가됩니다. 이 등급에 존재하는 수준에서 황은 용접성 및 성형성과 같은 내식성, 연성 및 제조 특성을 크게 감소시킵니다.
(16) 세륨(Ce)
세륨은 희토류 금속(REM, rare earth metals) 중 하나이며, 산화 및 고온 부식에 대한 내성을 높이기 위해 특정 온도 강과 합금에 소량으로 첨가됩니다.
스텐레스 강의 구조에 합금 원소가 미치는 영향은 Schaeffler-Delong 그림에 요약되어 있습니다. 이 그림은 합금 원소가 페라이트 안정제와 오스테나이트 안정제로 나눌 수 있다는 사실에 근거합니다. 이것은 구조에서 페라이트 또는 오스테나이트의 형성을 선호한다는 것을 의미합니다.
셰플러-델롱 다이어그램(1)
오스테나이트 형성을 촉진시키는 오스테나이트 안정제의 능력이 니켈의 경우와 관련되어 있고, 페라이트 안정제가 크롬과 비교되는 경우, 강 합금 원소의 전체 페라이트 및 오스테나이트 안정화 효과를 계산하는 것이 가능해집니다. 이는 Schaeffler-Delong 그림에서 소위 크롬 및 니켈 등가물을 제공합니다.
크롬 등가 = %Cr + 1.5 × %Si + %Mo
니켈 등가 = %Ni + 30 × (%C + %N) + 0.5 × (%Mn + %Cu + %Co)
이러한 방식으로 합금 원소의 복합 효과를 고려하는 것이 가능합니다. Schaeffler-Delong 그림은 원래 용접 금속용으로 개발되었지만, 즉 용융 및 급냉 후의 구조를 기술하고 있지만, 이 그림은 단조 및 열처리된 재료에 대해서도 원소의 효과에 대한 유용한 그림을 제공하는 것으로 밝혀졌습니다.
또한 Schaeffler-Delong 그림이 페라이트 함유량 및 스텐레스 강의 구조를 평가하는 유일한 그림이 아니라는 점을 언급해야합니다. 약간 다른 그림이 게시되었으며, 모두 약간 다른 등가물, 단계 제한 또는 일반 레이아웃이 있습니다. 일부 합금 원소의 효과 또한 중요한 논의의 대상이었습니다. 예를 들어, 망간의 오스테나이트 안정화 효과는 나중에 Schaeffler-Delong 그림에서 예측된 것보다 작다고 간주되었습니다. 그 효과는 온도에 달려있습니다.
