스테인리스스틸 클럽

스테인리스스틸 산업의 공동발전을 도모하며, 스테인리스스틸 관련 국내 및 해외 업계와의 교류를 확대함으로써 세계 스테인리스스틸 산업 발전에 기여합니다.

개요

스테인리스스틸 정의

  • 내식성 확보를 위해 Cr이 약 12%이상 첨가된 합금강
  • Cr이 12%이상 첨가되면 표면에 얇은 Cr2O3의 부동태 피막(10~30Å)이 형성
  • 내식성 가공성 등 물성향상을 Ni, Mo, N 등 다양한 합금첨가

대표적으로 13Cr강, 10Cr-8Ni강이 있으며, 주성분인 Cr이 철표면이 매우 얇은 Cr2O3층(20~30㎛)을 형성하여 금속기지내로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않는 특성을 갖게 한다.

부동태 피막의 구조

구분 스테인리스강 일반탄소강
형성 스테인리스강 형성 일반탄소강 형성
특징 피막이 얇고 치밀하여 외부 산소의 침투가 어렵다.
방사선 등 가혹한 환경에서는 피막이 파괴되어 녹이 슬 수도 있다.
피막이 두껍고 다공질이기 때문에 외부 산소의 침투가 용이.
일반적인 대기환경에는 쉽게 녹이 슬며, 근본적으로 녹발생을 방지할 수 없다.

스테인리스스틸 개발 역사

근대 제철발달사를 보면 철강소재는 19세기말부터 20세기초에 일관제철기술이 개발되어 대량 생산체제를 구축하고, 저렴한 가격으로 여러방면에서 사용되어 왔다.

그러나 이러한 鐵은 녹(부식) 발생하기 때문에 표면처리(도장, 도색 등), 전기방식, 합금원 소첨가 등 여러가지 방식기술에 대한 연구가 계속되어 왔으며, 이중 합금원소를 첨가해 녹 발생을 억제한 것이 스테인리스(Stainless: 녹이 슬기 어려운)강의 개발 동기가 되었다.

스테인리스강의 역사

스테인리스강은 영국의 Faraday가 Cr을 첨가하여 내식성을 향상시키는 연구를 시작하였고, 20세 기초 독일의 Maurer와 Strass에 의해 Fe-Cr-Ni 계열의 18-8 스테인리스강이 개발되었다.

또한 영국의 Breaeiey에 의해 Fe-Cr 계열이 연구되면서 그후 10여년간 Mo, Cu, Ti 등을 첨가한 안정화 스테인리스강과 17-4PH 등의 석출경화형 스테인리스강이 차례로 개발되어 상업화가 이루어졌다.

한편 1940년 순산소 제강법의 제조기술의 개발로 스테인리스강의 대량생산이 가능해졌고, 1960년대 개발된 연속주조기술은 생산성을 획기적으로 향상시켰다.

압연기술로는 1932년 T.Sendzimir가 고안한 20단 다단압연기가 스테인리스강의 냉연압연에 적용되어 실용화되었으며, 최근에는 극박 압연기술이 개발되어 10~20㎛ 두께의 스테인리스 냉연강판을 생산할 수 있게 되었다.

스테인리스스틸 분류

스테인리스강은 [표1]과 같이 화학성분과 금속조직에 따라 대별하고 있으며, 화학성분으로는 Fe-Cr계, Fe-Cr-Ni계로 분류되고, 금속조직상으로는 Austenite계, Ferrite계, Martensite계, Duplex계 및 석출경화계로 분류된다.

표1. 스테인리스강 분류도
스테인리스강 분류도

스테인리스강은 철(Fe)을 소지금속(Base)으로 하여 Cr, Ni을 주원료로 함유하고 있으나, Cr, Ni 이외에 원소를 첨가함으로써 여러 가지 특성을 갖는 스테인리스강을 제조할 수 있었다.

최근 정련기술의 급속한 발전으로 극저탄소 Ferrite강, 질소 첨가강 등 신강종이 개발 되었으며, 현재까지 규격상으로는 총 63종(Austenite계 31, Ferrite계 13, Martensite계 14, Duplex계 2, 석출경화계 3)이 양산되고 있다. 일본의 경우 각 회사별로 고유강종을 개발 약 2,000여종이 등록되어 있다. 스테인리스강의 발달과정은 [표2], [표3]에서와 같이 Cr주성분의 Martensite, Ferrite계에서 Cr-Ni성분의 Austenite계로 이어지며 기본조성을 바탕으로 하여 기타원소들을 첨가, 변화시켜 각종 용도에 맞는 강종이 개발되어 왔다.

표2. Austenite 계통도 ( 300계 )
Austenite 계통도
표3. Ferrite 계통도 ( Medium and High Cr-Based )
Ferrite 계통도

Austenite계 스테인리스강

결정구조는 면심입방격자로 열처리에 의해서는 경화되지 않고 가공에 의해 경화되며, 대표강종은 304강종으로 18Cr-8Ni이 기본조성이다. Austenite 조직은 상온과 고온에서 안전하게 존재하기 때문에 압연중에 변태현상을 동반하지 않고 비자성이다.

304강종은 용강으로부터 고상으로 응고할 때 δ-Ferrite가 우선 석출되며, 온도에 따라 Austenite상이 안전한 상으로 되기 때문에 상온에서는 완전한 Austenite 조직이 존재하여야 하지만, 화학성분에 따라 주편내에 δ-Ferrite가 잔류하게 되어 열간 가공성을 해칠 수 있으며, 가공후 경화정도에 의해 약간의 자성을 가질 수도 있다.

표4. Ferritic & Martensitic STS 계통도( 400계 )
Ferritic and Martensitic STS 계통도

Ferrite계 스테인리스강

Ferrite계 스테인리스강은 체심입방구조로 Austenite계 스테인리스강 보다 내식성은 열위지만 응력부식균열(SCC)에는 우수하다. 또한 상온에서 강자성이며 열처리에 의해 강화되지 않고 냉간가공성이 매우 우수하다.

Martensite계 스테인리스강

Martensite계 스테인리스강은 체심입방구조로 Austenite계 스테인리스강 보다 내식성은 열위지만 응력부식균열(SCC)에는 우수하다. 또한 상온에서 강자성이며 열처리에 의해 강화되지 않고 냉간가공성이 매우 우수하다.

표 5. Duplex STS 계통도
Duplex STS 계통도

Duplex계 스테인리스강

상온에서 Austenite상과 Ferrite상의 혼합조직으로 강도가 우수하고 결정립이 미세화되며 응력부식 균열에 대한 저항성이 준다.

석출경화계 스테인리스강

열처리후 시효에 의해 Cu, Al, Ti, Nb등의 금속간화합물을 석출시켜 강도를 향상 시킨다.

한국철강협회

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