18-8 스테인레스 강의 특성(오스테나이트) 및 스테인레스(STS) 샌드위치패널(판넬)의 생산

2021년 3월 9일 - 글쓴이: khbkgs1005 - 카테고리: 샌드위치판넬 적용가이드, 스테인레스판넬 기술자료 - No responses

1. 18-8 스테인레스 강의 특성(오스테나이트)

18-8 스테인레스 강은 950℃~1100℃의 온도에서 가열하여 급냉시킴으로 오스테나이트 조직이 보존되는 것입니다. 그 이유는 450℃~870℃의 온도 범위에 가열, 유지한 경우에는 크롬과 탄소의 화합물인 크롬·카바이드가 나타나게 되며 620℃~840℃에서 시그마상이라고 부르는 철과 크롬의 화합물이 석출됩니다.

또한 냉간가공을 한 경우 크롬·카바이드가 나타나는 것과 변행하여 금속 내부조직 중에 일부가 마르텐사이트 조직으로 변화하여 경화하게 되고 자성도 나타납니다. 따라서 오스테나이트 강으로 냉간, 열간 및 용접 등의 가공을 행한 경우에는 상기의 석출물이 나타나게 되어 기계적성질과 내식성을 저하시킵니다. 이들의 석출물들을 제거시키기 위해서는 950℃~1100℃까지 가열하여 급냉시키는 것이 필요합니다.

종래에는 이러한 열처리를 소입처리라고 불러왔으나 현재는 석출물을 금속 조직내에 골고루 분포시키는 의미를 가지고 있기 때문에 고용화 열처리라고도 부릅니다.

다음의 4가지는 오스테나이트 스테인레스 강의 가공상 또는 사용할 문제를 일으키는 것이므로 특성을 이해할 필요가 있습니다.

① 훼라이트의 생성

18-8 스테인레스 강은 일반적으로 오스테나이트 스테인레스 강이라고 불리우고 있으나, 실제로는 8% 정도의 니켈량으로써는 완전한 오스테나이트 조직이 되지 않고 약간만 가공하여도 자성이 나타납니다. 이러한 조직을 준안정화 오스테나이트라고 부릅니다. 예를 들어 STS 301, STS 302가 이들의 대표적인 강종이며 STS 304는 가격과 품질을 적절히 조화시킨 준안정화 스테인레스 강입니다. 오스테나이트의 안정화가 높은 것은 1100℃ 이상의 온도에서도 훼라이트조직이 나타나지 않으나, 안정도가 낮은 것은 이와같은 온도에서 훼라이트 조직이 생성됩니다. 이와같이 훼라이트가 발생하면 열간압연에서나 냉간가공에서 균열이 발생하기 쉽습니다.

오스테나이트 중에 소량의 훼라이트가 함유된 것은 가공성을 저해하지만 내식성에 대하여서는 훼라이트가 그대로 함유된 경우에는 영향을 거의 받지 않습니다. 그러나 훼라이트가 어떤 온도(450℃~870℃)로 가열되면 훼라이트로부터 시그마(σ)상이나 카바이드가 석출하게 되어 내식성 및 기계적성질에 나쁜 영향을 미칩티다.

② 시그마(σ)상의 형성

18-8 스테인레스 강에는 오스테나이트 및 훼라이트 조직외에 제3의 상이 나타납니다. 이러한 상을 시그마(σ)라 부르며 이것은 대단히 강하여 비자성의 성질을 가지고 있습니다. 이것은 철–크롬의 화합물로써 크롬의 양이 약 45% 정도 함유되어 있습니다.

이 시그마(σ)상은 오스테나이트 조직으로부터도 석출되나 오스테나이트 조직이 함유된 경우 훼라이트로부터 선택적으로 비교적 단시간에 금속조직의 경계에 형성됩니다. 이 시그마가 형성되는 온도 범위는 600℃~840℃로 되어있습니다. 이 시스마상은 훼라이트 형성 원소가 많으면 석출되기 쉽고 기계적성질과 내식성에 영향을 주는데 기계적성질에 대해서는 강도가 증가합니다.

③ 크롬·카바이드 석출

18-8 스테인레스 강을 450℃~870℃간의 온도에서 장시간 유지하게 되면 성분 중의 탄소와 크롬이 결합하여 크롬·카바이드(크롬탄화물)가 석출됩니다. 이것은 결정과 결정 사이에 발생하고 크롬·카바이드가 발생함으로써 결정입계 근처의 Cr량이 극도로 감소하여 입계 부근의 내식성이 떨어집니다. 이러한 카바이드의 석출 온도 범위를 입계 부식 감수온도범위라고 부르며 가장 두드러진 온도는 650℃ 부근입니다. 따라서 이러한 크롬·카바이드의 석출을 방지하기 위하여 탄소량을 극소로 하는 것과 티타늄(Ti)과 니오븀(Nb) 등을 첨가하는 방법으로 스테인레스 강을 개량한 것입니다.

즉, STS 304L (C; 0.030% 이하)

STS 321 (Ti; 탄소함량의 5배 이상)

STS 347 (Nb+Ta; 탐소함량의 10배 이상) 등의 강종으로써 보통 안정화강이라고 부릅니다.

④ 냉간가공경화성

18-8 스테인레스 강은 18Cr 스테인레스 강에 비해 상온에서 가공할 경우 가공경화도가 높습니다. 즉 쉽게 경화한다는 것입니다. 그 이유는 오스테나이트조직이라는 것은 고온으로부터 급냉시켜 고용화 열처리를 하여 얻은 준안정화 오스테나이트 조직이기 때문에 냉간 가공하면 그 조직의 일부가 변태하여 마르텐사이트 조직이 되며 이 조직 내부에는 가공응력이 증대되어 경화되는 것입니다.

오스테나이트 강에서는 일반적으로 탄소의 함량을 적게하고 또 오스테나이트 조직을 안정화하기 위한 니켈이나 합금 성분을 첨가함으로써 행상됩니다. 그러나 이러한 냉간가공 경화성을 이용하여 스츠링 재질에 이용하기도 하며 다양한 용도에 사용할 수도 있습니다. 일반적으로 냉간가공경화를 받은 스테인레스 강은 내부 응력을 제거하고 부분적으로 발생된 마르텐사시트 조직을 내식성이 강한 오스테나이트 조직으로 회복시켜야 하므로 950℃~1100℃에서 가열시켜 급냉하는 것이 바람직합니다.

2. 스테인레스(STS) 샌드위치패널(판넬)의 생산

1) 스테인레스(STS, stainless steel) 샌드위치패널(판넬)의 장점

① 부식 저항성

② 내구성

③ 습기 저항성

④ 강도

⑤ 단열성 우수

⑥ 성능 유지 및 미관 유지

⑦ 쉽고 빠른 설치

2) 스테인레스(STS, stainless steel) 샌드위치패널(판넬)의 단점

① 확대된 웨이브 현상

② 표면 기포현상 노출