스테인레스강

1 스테인레스강 개요
 1) 스테인레스강 정의
   - 강의 내식성을 개선할 목적으로 크롬을 12 % 이상 첨가한 합금강재.
   - 내식성이 요구되는 기계구조물에 사용되는 소재로 그 자체로 가공 사용되거나, 열처리하여 사용한다.
     * 풀림, 담글질-뜨임, 고용화열처리를 통해 물리적 성질을 개선할 수 있다

 참고) 고용화 열처리(Solution annealing)
   - 18-8 스테인레스강의 기본적 열처리로 재결정을 통해 냉간가공 및 용접에 의한 내부응력을 제거하고 크롬탄화물 및 오스테나이트를 고용시켜 내식성을 증대시키는 열처리.
   - 18-8 스테인레스강에서 고용화 열처리는 1150 ℃ 정도로 진행한다
     * 가열온도가 높을수록 탄화물은 고용되어 연화되지만 너무 높으면 결정립이 조대화되어 산화스케일이 발생하고 표면상태가 나빠짐.

 2) 스테인레스강 특징
   - 오스테나이이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계가 일반적으로 사용된다.
   - 스테인레스는 물이나 질산에는 강한 내식성을 가지나, 황산이나 염산에는 약하다.
   - 공통적으로 Cr-12를 함유하며 니켈 및 몰리브덴등 합금원소를 첨가한다.
     * Fe-Cr 계의 내식성을 강화하기 위해 Ni 을 추가한 Fe-Cr-Ni계(오스테나이트계)가 사용된다.

2 스테인레스강의 종류
 1) 페라이트계
   - Cr 18% 정도 함량을 가진다.
   - Cr 함량이 높아서 고온으로 가열하거나 상온으로 냉각하여도 항상 α-고용체로 유지된다.
   - 열처리가 되지 않아서 용접성이 좋다.
   - 1100 ℃ 이상으로 가열 후 급냉 시 고온취성이 발생하며 800 ℃ 전후에서 풀림처리하면 회복한다.
   - 475 ℃ 취화는 400~600 ℃ 정도 장시간 가열하거나 이 온도에서 서냉할 때 현저하게 취화되는 성질이며
   600 ℃ 이상으로 짧은 시간 재가열하여 공냉시키면 회복된다.
 2) 마르텐사이트계
   - 13%이하의 Cr 함량을 가진다.
   - 스테인레스강중 유일하게 열처리가 가능하다.
     * 427도에서 뜨임할때 인장강도가 높아진다.(2차 경화 때문)
     * 담금질-뜨임후 경화정도는 탄소량에 영향을 받으며 탄소가 높을수록 경화 정도가 높다.
   - 일반적으로 마르텐사이트계 스테인레스강의 내식성은 오스테나이트보다는 매우 낮고, 페라이트보다도 다소 낮다.
   - 경도가 매우 높고 상온과 고온에서 내식성이 우수하다.(칼, 절삭용공구, 자 등에 사용됨)
 3) 오스테나이트계
   - Fe-Cr 계 스테인레스강보다 내식성을 향상시키기 위해 Ni을 추가한 것.
     * 18Cr-8Ni
   - 오스테나이트계 스테인레스강을 장시간 가열할 경우 입계에 Cr탄화물이 석출하여 부식되어 내식성이 감소되는데 이를 입계부식 이라함.
     * Cr 탄화물 생성 방지를 위해 탄소함량을 0.03%이하로 낮춘 저탄소강을 사용하거나 Ti, Nb등을 첨가하여 안정화한 강을 사용한다.

 

 참고) 스테인레스강의 종류별 특징

 참고) 스테인레스강 상태도

3 스테인레스강의 활용 및 시험
 1) 스테인레스 주강
   - 일반적으로 0.2% 이하의 저탄소강에 Ni/Cr을 첨가하여 내식성을 향상시킨 재질로 형상이 복잡하여 주조공정을 통해 제조할때 사용된다.
   - 오스테나이트계 스테인레스강이 내식성, 내열성이 뛰어나서 주강 재로로 주로 사용된다.
 2) 열처리 종류
   - 고용화 열처리
     * 강을 일정온도 이상(950~1150 ℃)으로 가열하고 유지하다가 급랭하여 결정립계의 여러 합금 및 탄화물을 결정립계 안으로 고용시키는 열처리
   - 어닐링
     * 강의 내부응력 제거 또는 연화를 목적으로 A3 이상의 적절한 온도로 가열하여 노냉하는 열처리
   - QT(quenching & tempering)
     * 오스테나이트 온도에서 수냉 또는 유냉을 통해 펄라이트로 변태를 저지하고 마르텐사이트 조직을 얻는것.
     * 이후 변태점 이하의 온도에서 재가열 후 냉각하여 경화조직에 인성을 증가시키는 것.
 3) 내식성
   - KS D ISO 3651-2 를 통해서 내식성을 테스트함
     * 굽힘면에서 입계부시겡 의한 갈라짐이 인지되어서는 안됨
 4) 경도
   - KS B 0805에 따라 강재의 직경 또는 두께를 기준으로 1/4 지점에 브리넬 경도를 측정한다.
   - 브리넬 경도를 적용할 수 없는 경우 KS B 0806 KS B 0811에 따라 HRB, HV를 측정한다.