스테인리스강 특성, 용접, 미세구조

스테인리스 스틸은 주로 철, 크롬 및 종종 니켈 및 몰리브덴과 같은 다른 원소로 구성된 부식에 강한 합금입니다. 그것은 주방 가전 및 건설에서부터 의료 장비 및 항공 우주 부품에 이르기까지 다양한 용도에 적합한 선택이 가능하며, 내구성, 낮은 유지 보수성 및 심미적 매력으로 중요시 되고 있습니다.

 

 

1. 스테인리스강 특성

 

스테인레스강은 다양한 특성을 가진 다양한 합금 계열로 합금 원소와 제조 공정을 조정하여 다양한 용도에 맞게 조정할 수 있습니다. 스테인리스강의 주요 특성은 다음과 같습니다:

 

내식성: 스테인리스강의 가장 명확한 특징 중 하나는 부식에 대한 탁월한 저항성입니다. 합금에 크롬이 존재하면 표면에 패시브 산화물층을 형성하여 수분, 산소 또는 부식성 물질에 노출될 때 녹과 부식으로부터 보호합니다.

 

고강도: 스테인리스 스틸은 기계적 강도가 좋아 높은 하중과 압력에도 견딜 수 있어 구조 및 하중을 견디는 용도에 적합합니다.

 

내열성: 스테인리스 스틸의 일부 등급은 우수한 내열성을 나타냅니다. 예를 들어 304 및 316과 같은 오스테나이트계 스테인리스 스틸 등급은 고온을 견딜 수 있으며 열 및 열 사이클링과 관련된 용도에 사용됩니다.

 

낮은 유지보수: 스테인리스 스틸 표면은 매끄럽고 세척이 용이하여 최소한의 유지보수가 필요합니다. 이 특성은 식품 가공 및 의료와 같이 위생이 필수적인 산업에서 특히 가치가 있습니다.

 

위생적 특성: 스테인리스 스틸은 다공성이고 세균 증식에 강하여 식품 및 제약 산업에 적용하기에 적합합니다.

 

심미적 매력: 스테인리스 스틸은 광택이 나는 금속성 외관으로 제품과 구조물에 심미적 매력을 더합니다. 현대적이고 깨끗한 외관을 위해 건축 디자인과 소비자 제품에 자주 사용됩니다.

 

내구성: 스테인리스 스틸은 내구성과 내구성이 뛰어나 잦은 교체와 유지보수의 필요성을 줄여 장기적으로 비용을 절감할 수 있습니다.

 

성형성: 스테인레스강은 다양한 모양으로 쉽게 성형할 수 있어 주조, 단조, 가공, 용접 등 다양한 제조 공정에 적합합니다.

 

화학물질에 대한 저항성: 등급에 따라 스테인리스 스틸은 다양한 화학물질과 산의 영향에 저항할 수 있으므로 화학 가공, 석유 화학, 제약 산업에서 사용하기 적합합니다.

 

전기 및 열전도율: 스테인리스 스틸은 전기 전도율이 좋고 열전도율이 적당하여 전기 및 열교환기 용도에 유용합니다.

 

자성 및 비자성 품종: 스테인리스강은 조성 및 가공에 따라 자성(예: 페라이트 및 마르텐사이트 등급) 및 비자성(예: 오스테나이트 등급) 둘 다일 수 있습니다.

 

재활용성: 스테인리스 스틸은 재활용성이 뛰어나고 녹여서 재사용하여 새로운 스테인리스 스틸 제품을 만들 수 있으므로 환경 친화적인 소재를 선택할 수 있습니다.

 

스테인리스강의 특정한 특성은 사용되는 스테인리스강의 등급이나 종류에 따라 매우 달라질 수 있음을 유의할 필요가 있습니다.

 

 

2. 스테인리스강 용접

 

스테인리스 스틸을 용접하려면 재질의 고유한 특성 때문에 특별한 기술과 고려가 필요합니다. 스테인리스 스틸 용접은 어려울 수 있지만 올바른 지식과 장비만 있으면 성공적으로 이루어질 수 있습니다. 다음은 스테인리스 스틸을 용접할 때 유의해야 할 몇 가지 사항입니다:

 

올바른 유형 및 등급 선택: 스테인리스 스틸은 다양한 유형과 등급으로 제공되며 각각의 특성과 용접 요구 사항이 다릅니다. 가장 일반적인 용접 등급에는 304, 316, 308, 309가 포함됩니다. 작업 중인 특정 등급을 알고 있는지 확인하십시오.

 

표면 청소: 스테인레스강은 오염에 민감합니다. 용접 표면이 깨끗하고 오일, 그리스, 먼지 및 기타 오염 물질이 없는지 확인하십시오. 용매 또는 아세톤을 사용하여 표면을 철저히 청소하십시오.

 

적절한 충전재 소재 사용: 모재와 일치하거나 호환 가능한 충전재 소재를 선택합니다. 스테인리스 용접 시 가장 많이 사용되는 충전재 소재는 특정 등급에 따라 ER308, ER309, ER316입니다.

 

올바른 용접 공정 선택: 스테인리스강의 가장 일반적인 용접 공정은 TIG(Tungsten Inert Gas), MIG(Metal Inert Gas) 및 Stick(Shielded Metal Arc) 용접이며, TIG 용접은 정밀도와 제어를 위해 종종 선호됩니다.

 

차폐 가스: 적절한 차폐 가스(일반적으로 아르곤 또는 아르곤과 헬륨의 혼합물)를 사용하여 용접부를 산화 및 오염으로부터 보호합니다.

 

열 입력 제어: 스테인리스 스틸은 과도한 열에 민감하여 왜곡 및 내식성 손실을 초래할 수 있으며, 과열을 방지하기 위해 용접 파라미터, 예를 들어 암페어(Amperage), 이동 속도 등을 조정하여 열 입력을 제어합니다.

 

백 퍼징(Back Purging): 경우에 따라서는 용접부 후면을 산화로부터 보호하기 위해 백 퍼징을 사용해야 할 수도 있습니다. 이는 내식성을 유지해야 하는 용접부에서 특히 중요합니다.

 

조인트 준비: 적절한 조인트 준비는 스테인레스강 용접에 필수적입니다. 필요에 따라 조인트 가장자리를 경사시키거나 홈을 파고 적절한 피팅을 확인하십시오.

 

용접 기술: 일관되고 제어된 용접 기술을 사용합니다. 일정한 이동 속도와 안정적인 아크를 유지하여 깨끗하고 고른 용접 비드를 생성합니다.

 

Post-Weld Passivation: 용접 후에는 Post-Weld Passivation을 실시하여 스테인레스강의 내식성을 회복시키는 것이 좋습니다. 용접 부위를 세척한 후 산용액이나 Passivation Paste로 처리하는 과정이 포함됩니다.

 

오염 방지: 탄소강에 사용된 공구 또는 장비를 스테인리스 용접에 사용하지 마십시오. 탄소강 잔류물이 스테인리스강을 오염시키고 부식 저항성을 손상시킬 수 있습니다.

 

균열 방지: 특히 특정 등급에서 스테인리스 스틸 용접부의 균열 가능성을 염두에 두어야 합니다. 이는 적절한 용접 기술을 사용하고 적절한 필러 금속을 선택함으로써 완화될 수 있습니다.

 

 

3. 스테인리스강 미세구조

 

스테인리스강의 미세구조는 기계적 특성, 내식성, 그리고 다른 특성들을 결정하는 중요한 요소입니다. 스테인리스강은 독특한 미세구조로 알려져 있는데, 주로 오스테나이트, 페라이트, 마르텐사이트의 세 가지 주요 상으로 이루어져 있습니다. 이러한 상들의 상대적인 비율은 스테인리스강의 특정 등급과 열처리에 따라 달라집니다. 다음은 이러한 상들의 개요와 그들의 중요성입니다:

 

1) 오스테나이트(준위상):

 

오스테나이트는 면심 입방정(FCC) 결정구조로 스테인리스강에서 가장 내식성이 강한 상입니다. 비자성체이기 때문에 오스테나이트계 스테인리스강 등급은 자성 특성이 바람직하지 않은 용도에 적합합니다. 일반적인 오스테나이트 등급에는 304 (18-8 스테인리스강)과 316 (해양 등급 스테인리스강)이 있습니다.

 

2) 페라이트(α상):

 

페라이트는 신체 중심 큐빅(BCC) 결정 구조를 가지고 있으며 자성을 가지고 있습니다. 페라이트계 스테인리스강 등급은 페라이트의 비율이 높고 오스테나이트 등급에 비해 내식성이 적습니다. 페라이트는 강철에 강인함과 강인함을 제공합니다.

 

3) 마르텐사이트(α'-phase):

 

마르텐사이트는 오스테나이트의 급속 냉각을 통해 형성되며, BCT(Body-center Tetragonal) 결정 구조를 가지며, 자성을 띠는 물질입니다. 마르텐사이트 스테인리스강 등급은 강도와 경도가 높지만 오스테나이트 등급에 비해 내식성이 낮은 것이 특징입니다.

 

이러한 등급은 특정한 기계적 특성을 얻기 위해 종종 열처리됩니다.

 

스테인리스강의 미세구조는 열처리, 냉간가공, 합금원소를 포함한 다양한 공정을 통해 변형될 수 있습니다. 몇 가지 일반적인 열처리와 미세구조에 미치는 영향은 다음과 같습니다:

 

어닐링(Annealing): 스테인리스 스틸을 특정 온도로 가열한 후 천천히 냉각하는 것을 포함합니다. 이 과정은 응력을 완화하고 연성을 증가시키며 오스테나이트의 형성을 촉진합니다.

 

담금질 및 템퍼링: 이 열처리는 강철을 빠르게 냉각하여 마르텐사이트를 형성한 다음 템퍼링하여 강도와 인성의 원하는 조합을 달성하는 것입니다.

 

용액 어닐링: 용액 어닐링은 탄화물 및 기타 침전물을 용해시키고 완전한 오스테나이트 미세 구조를 촉진하기 위해 오스테나이트계 스테인리스강에 사용됩니다.

 

냉간 작업: 롤링이나 드로잉과 같은 냉간 작업 공정은 재료에 변형을 일으킬 수 있으며, 이는 작업 경화와 미세 구조의 변화로 이어질 수 있습니다.

 

석출경화: 일부 스테인리스강 등급은 열처리를 통해 석출경화가 진행되어 내식성을 유지하면서 높은 강도를 얻을 수 있습니다.

 

스테인리스강 합금의 미세구조는 다양한 응용분야에서 성능에 큰 영향을 미치게 되는데, 예를 들어 오스테나이트계 스테인리스강은 우수한 내식성과 비자성 특성으로 많이 선택되고 있으며, 마르텐사이트계 스테인리스강은 고강도와 경도가 요구되는 경우에 사용되고 있습니다.