7. 스테인리스(스텐레스) 강의 특성 관계

 

각 그룹 또는 종류에서 하나의 스테인리스(스텐레스) 강의 등급을 시작점으로 사용하여, 즉 종류의 기본 유형으로 간주하여 종류 내에 다른 스테인리스(스텐레스) 등급이 어떻게 진화했는지 또는 어떻게 관련되어 있는지 확인할 수 있습니다. ​이러한 방식으로 모든 범위의 스테인리스(스텐레스) 강이 체계화될 수 있습니다. 그룹의 다른 등급 간의 특성 및 합금 관계는 아래 그림에 개요가 나와 있습니다.

 

1) 마르텐사이트 및 마르텐사이트–오스테나이트 강

이 그룹의 스테인리스(스텐레스) 강은 높은 강도와 제한된 내식성을 특징으로 합니다. ​증가된 탄소 함량은 강도를 증가시키고, 인성이 낮고 용접성이 현저하게 저하됩니다. ​강도는 AISI 420R,420L 및 420 시리즈에서 증가하지만, 반면 인성 및 용접성은 감소합니다. ​탄소 함량의 더 높은 마르텐사이트 13% 크롬강은 특수한 상황에서 가능할지라도 용접되도록 설계되지 않았습니다. 고온 강도를 증가시키기 위해서, 13Cr-0.5Ni-1Mo+V에는 바나듐과 텅스텐과 같은 탄화물 형성제와 합금화가 사용됩니다.

니켈 함유량의 증가는 또한 인성을 증가시키고, 마르텐사이트–오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강 ​13Cr-5Ni 및 16Cr-5Ni-1Mo로 연결됩니다. 이들은 고강도, 양호한 고온 강도 및 마르텐사이트 내 탄소 함량이 낮기 때문에 용접시에도 우수한 인성을 특징으로 합니다. 마르텐사이트와는 달리 마르텐사이트– ​오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강은 두꺼운 부분을 제외하고는 고온에서 용접할 필요가 없으며, ​제한된 예열만 필요합니다.

증가된 크롬 함량은 내식성을 증가시키지만, 증가된 탄소 함량은 크롬 탄화물의 형성으로 인해 반대 효과 를 나타냅니다. 몰리브덴으로 합금하면 내 부식성이 향상되고, 몰리브덴은 높은 크롬 함량과 결합하여 ​16Cr-5Ni-1Mo에 다른 경화성 스테인리스(스텐레스) 강보다 우수한 내식성을 부여합니다. 마르텐사이트 스테인리스(스텐레스) 강은 습기 찬 공기, 증기, 담수, 알칼리성 용액(수산화물) 및 유기산과 산화성 무기 산의 희석된 용액에 내성을 지닙니다.

마르텐사이트–오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강, 특히 16Cr-5Ni-1Mo는 다른 강재보다 우수한 내 부식성을 나타냅니다. 16Cr-5Ni-1Mo는 13% 또는 17% 크롬을 함유한 마르텐사이트 스테인리스(스텐레스) ​강과 동일한 환경에서 사용할 수 있지만, 더 높은 농도와 높은 온도를 견딜 수 있습니다. ​마르텐사이트 스테인리스(스텐레스) 강은 피팅 및 틈새 부식에 대한 내성이 낮지만, 응력 부식 균열에 크게 영향을 받지 않습니다. 그들은 일반적으로 음극 부식방지 없이 바닷물에 사용해서는 안 됩니다. 16Cr-5Ni-1Mo는 낮은 합금 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강과 해수의 피팅 및 틈새 부식에 대한 저항성과 유사하지만 응력 부식 균열에 취약하지 않습니다.

마르텐사이트 및 마르텐사이트–오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강의 사용 영역은 자연적으로 고강도 가 유리하고 부식 요구량이 상대적으로 적은 영역입니다. 탄소 함량이 낮은 마르텐사이트 스테인리스 ​(스텐레스) 강(AISI 410S 및 410) 및 마르텐사이트–오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강은 종종 스테인리스(스텐레스) 건축 자재로 사용됩니다. 또한 AISI 410S는 석요 화학 산업에서 열 교환기용 튜브에 사용되는 반면 AISI 410은 스테인리스(스텐레스) 식기에 사용됩니다.

높은 탄소 함량을 가진 마르텐사이트 스테인리스(스텐레스) 강(AISI 420L 및 420)은 스프링, 외과용 용구, 나이프 및 가위와 같은 날카로운 도구용으로 사용됩니다. AISI 431의 높은 크롬 함량은 해양 피팅 및 질산 산업의 구성 요소에 자주 사용됩니다.

 

2) 페라이트 스테인리스(스텐레스) 강

페라이트 스테인리스(스텐레스) 강은 양호한 부식 특성, 응력 부식 균열 및 적당한 인성에 대한 우수한 내성을 특징으로 합니다. 페라이트 스테인리스(스텐레스) 강의 인성은 일반적으로 특별히 높지 않습니다. AISI 444에서와 같이 탄소 및 질소 수준을 낮추면 인성과 용접성이 크게 향상되지만 두꺼운 치수의 경우 인성이 제한적입니다. 결과적으로 페라이트 스테인리스(스텐레스) 강은 일반적으로 아주 얇은 치수로만 생산되고 사용됩니다.

페라이트 스테인리스(스텐레스) 강은 우수한 부식성을 나타냅니다. AISI 444는 이 점에서 오스테나이트 ​AISI 316과 유사합니다. 그러나 페라이트 스테인리스(스텐레스) 강은 응역 부식 균열에 매우 강합니다. ​크롬 함량이 높을수록 내 산화성이 우수하고, 니켈이 없으면 고온에서 황 함유 환경에서 양호한 특성을 나타냅니다. 이것은 AISI 446의 주요 사용 영역 중에 하나입니다.

AISI 430 및 AISI 444의 사용에는 식품, 화학 및 제지 산업에서 배관, 열교환기 튜브, 용기 및 탱크가 포함 됩니다. AISI 444는 응력 부식 균열의 위험이 있는 곳에서, 적당히 높은 수준의 염화물을 함유한 물에서도 사용할 수 있습니다. 저 합금 페라이트 스테인리스(스텐레스) 강은 유지 보수가 필요 없는 곳이나 ‘비 부식’ 물질이 필요한 온화한 환경에서도 사용됩니다.

 

3) 페라이트–오스테나이트(듀플렉스) 스테인리스 강

듀플렉스 스테인리스(스텐레스) 강은 오스테나이트 강과 동일한 광범위한 내 부식성을 가지고 있습니다. ​듀플렉스 강의 내 부식성은 “2304”(23Cr-4Ni)-“2205”(22Cr-5Ni-3Mo)-“2207”(25Cr-7Ni-4Mo) 순으로 증가합니다. 듀플렉스와 동일한 강은 316L과 같은 일반 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 종 및 ‘254 SMO’와 같은 고 합금 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 종에서 모두 발견할 수 있습니다. “2304” 유형 듀플렉스의 내식성은 316L과 비슷하고, “2205”는 904L과 유사하지만 “2507”은 6% 몰리브덴이 포함된 고 합금 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강인 ‘254 SMO’와 유사합니다.

페라이트–오스테나이트(듀플렉스) 스테인리스(스텐레스) 강은 고강도, 우수한 인성, 일반적으로 매우 우수한 내식성, 특히 응력 부식 균열 및 부식 피로에 대한 우수한 내성을 특징으로 합니다. 크롬, 몰리브덴 및 질소의 증가는 내 부식성을 증가시키지만, 높은 질소 수준은 또한 듀플렉스 구조와 관련된 강도 이상의 증가를 초래합니다.

페라이트–오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강은 일반적으로 고강도, 우수한 내 부식성 및 응력 부식 균열 또는 이들 특성의 조합에 대한 취약성이 요구되는 강입니다. 낮은 합금의 “2304” 유형은 316L 이하와 비슷한 내 부식성과 강도가 장점인 용도에 사용됩니다. 이러한 산업 분야에 적용은 예를 들어, 양조장의 온수 탱크, 제지 및 제지 산업의 펄프 저장 탑, 화학 공정 산업에서 화학 물질 저장 탱크 및 운송 산업의 탱크 터미널 등이 있습니다. 고 합금화된 “2205” 유형은 펄프 및 제지 산업에서 펄프 소화기 및 저장탑에 사용되어 급속도로 표준화되고 있습니다.

이것은 또한 석유화학 산업의 배관시스템, 열교환기, 탱크 및 용기, 석유 및 가스 산업의 배관 및 공정 장비, 화학 물질 수송용 선박 화물의 탱크 및 샤프트, 팬 및 기타 부식 피로에 대한 저항력이 필요한 장비에 사용됩니다. 고 합금강, 예를 들어 “2507”은 해상 산업(석유 및 가스)용 배관, 공정 장비 및 바닷물과 같이 염소 농도가 높은 환경용 장비에 사용됩니다.

 

4) 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강

오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강은 매우 우수함 내식성, 매우 우수한 인성 및 우수한 용접성을 특징 으로 합니다. 오스테나이트는 가장 일반적인 스테인리스(스텐레스) 강입니다.

일반적인 부식, 피팅 및 틈새 부식에 대한 내성은 일반적으로 크롬 및 몰리브덴의 함량이 증가함에 따라 증가하며, 높은 함량의 니켈 및 몰리브덴은 응력 부식 균열에 대한 내성을 높이기 위해 필요합니다. ​피팅 및 틈새 부식에 대한 내성은 AISI 304/304L-316/316L-317/317L-904L-254 SMO-654 SMO순으로 가합니다. 저탄소 등급은 입계 부식에 대한 우수한 내성을 나타내며, 결과적으로 고 합금강은 저탄소 함량 에서만 사용 가능합니다. 안정화된 스테인리스(스텐레스) 강(AISI 321, 347 및 316Ti)과 질소 합금강 ​(304LN 및 316LN)은 대부분의 환경에서 등가적인 저탄소 등급인 304L 및 316L과 거의 동일한 부식 특성 을 갖습니다.

그러나 이 규칙에는 예외가 있으므로 약간 주의해서 다루어야합니다. 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) ​강은 일반적으로 응력 부식 균열에 취약합니다. 고 합금강 904L, 254 SMO 및 654 SMO만이 이러한 유형 의 부식에 대한 우수한 내성을 나타냅니다. 희토류 금속(세륨)의 첨가와 함께 크롬 및 실리콘의 증가된 수준은 153MA, 253MA 및 353MA에서 이용하는 고온 부식에 대한 저항력을 증가시킵니다.

오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강은 거의 모든 분야 및 산업에서 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 분야는 식품, 화학, 제약, 펄프 및 제지 및 기타 공정 산업을 위한 배관시스템, 열교환기, 탱크 및 공정 용기가 있습니다. 비 몰리브덴 합금강, 예를 들어 304 및 304L은 일반적으로 염화물 함유 매질에서는 사용 되지 않지만, 청결도가 요구되는 곳이나 장비가 제품을 오염시키지 않아야 하는 용도로 주로 사용됩니다.

몰리브덴 합금강은 높은 염화물 함량과 온도를 위해 선택된 높은 합금강인 ‘904L’, ‘254 SMO’ 및 ‘654 SMO’가 있는 염화물 함유 환경에서 사용됩니다. ‘254 SMO’ 및 ‘654 SMO’와 같은 등급은 보통 또는 높은 온도에서 해수를 처리하는 데 사용됩니다. 적용 분야에는 해양, 전력, 화학, 펄프 및 제지 산업 분야의 열교환기, 배관, 탱크, 공정 용기 등이 포함됩니다.

낮은 합금 등급, 특히 304, 304LN 및 304N뿐만 아니라 316LN도 초저온 장비에 사용됩니다. ​예로는 액체질소와 같은 응축된 가스를 처리하기 위한 탱크, 히터, 증발기 및 기타 장비가 있습니다.

또 다른 용도는 고온 응용 분야 또는 고온에서 사용하는 설계된 장비입니다. 이러한 경우에 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강의 우수한 크리프 저항성과 우수한 내 산화성이 모두 이용됩니다. 높은 탄소 등급 (AISI 304H) 및 안정화된 강(AISI 321, 347 ALC 316Ti) 또는 질소 합금강(AISI 304LN 및 316LN)은 사용 온도 및 환경에 따라 높고 중간 정도의 고온에서 사용됩니다. 고온(약 750℃ 이상)에서는 310, ‘153MA’, ‘253MA’, 및 ‘353MA’와 같은 특수 고온 또는 내열 등급이 필요합니다. 내열강의 일반적인 용도는 고온에서 작동하는 노의 부품, 소음기, 도가니, 후드, 회수기, 집진 장치 및 컨베이어 벨트입니다. ‘353MA’와 같은 고 합금 내열 등급은 페기물 소각에서 발생하는 것과 같은 공격적인 고온 환경에서 사용됩니다.

또한 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강은 비 자성 재료를 필요로 하는 분야에서 종종 사용되는 데, ​그 이유는 오스테나이트 스테인리스(스텐레스) 강이 비 자성 강이기 때문입니다.

[마르텐사이트 및 페라이트 스테인리스(스텐레스) 강의 조성 및 특성 관계]

[오스테나이트 및 듀플렉스 스테인리스(스텐레스) 강의 조성 및 특성 관계]