스테인리스강의 정의

스테인리스강은 약 12% wt 이상의 Cr(크롬)성분을 함유한 특수강으로 표면이 미려하고 내식성이 우수하여 도장, 도색 등의 표면처리를 하지 않고도 다양한 용도에 사용할 수 있는 철강재료이다. 대표적으로 13Cr강, 18Cr강, 18Cr―8Ni강이 있으며, 주성분인 Cr이 鋼표면에 매우 얇은 Cr,03 층(20~30μ )을 형성하여 금속기지내로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 하므로서 녹이 잘 슬지 않는 특성을 갖게 한다.

부동태 피막의 구조

스테인리스강의 개발 역사

근대 제철발달사를 보면 철강소재는 19세기 말부터 20세기초에 일관제철기술이 개발되어 대량 생산체제를 구축하고, 저렴한 가격으로 여러 방면에 사용되어 왔다. 그러나 이러한 鐵은 녹(부식)이 발생하기 때문에 표면처리(도장, 도색 등), 전기방식, 합금원소 첨가 등 여러 가지 방식기술에 대한 연구가 계속되어 왔으며, 이중 합금원소를 첨가해 녹 발생을 억제 한 것이 Stainless(녹이 슬기 어려운)강의 개발 동기가되었다. 스테인리스강은 영국의 Faraday가 Cr을 첨가하여 내식성을 향상시키는 연구를 시작하였고, 20세기초 독일의 Maurer와 rass에 의해 Fe-Cr-Ni계열의 18-8 스테인리스강이 개발되었다. 또한 영국이 Brearley에 의해 Fe-Cr 계열이 연구되먼서 그후 10 여년간 Mo, Cu, Nb, Ti 등을 첨가한 안정화 스테인리스강과 17-4PH 등의 석출경화형 스테인리스강이 차례로 개발되어 상업화가 이루어졌다. 한편 1940 년 순산소 제강법의 제조기술의 개발로 스테인리스강의 대량생산이 가능해졌고, 1960 년대 개발된 연속주조기술은 생산성을획가적으로 향상시켰다.

스테인리스강의 분류

가. 오스테나이트계 스테인리스강

결정구조는 면심입방격자로 열처리에 의해서는 경화되지 않고 가공에 의해 경화되며. 대표 강종은 304강종으로 18Cr-8Ni이 기본조성이다. 오스테나이트조직은 상온과 고온에서 안전하게 존재하기 때문에 압연중에 변태현상을 동반하지 않고 비자성이다. 304강종은 용강으로부터 고상으로 응고할 때 δ–Ferrite가 우선 석출되며, 온도에 따라 오스테나이트상이 안정한 상으로 되기 때문에 상온에서는 완전한 오스테나이트 조직이 존재하여야 하지만, 화학성분에 따라 주편내에 δ–Ferrite가 잔류하게 되어 열간 가공성을 해칠 수 있으며, 가공 후 경화정도에 의해 약간의 자성을 가질 수도 있다.

나. 페라이트계 스테인리스강

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

다. 마르텐사이트계 스테인리스강

마르텐사이트계 스테인리스강은 상온에서 강자성을 보이며, 일반적으로 내식성은 열위한 편이나 강도가 우수하여 고강도 구조용강으로 사용된다. 고온에서는 안전한 오스테나아트 조직을 보유하며 공냉 또는 유냉에 의해 마르텐사이트 변태를 일으켜 상온에서 완전한 마르텐 사이트 조직을 갖는다.

라. 이상계 스테인리스강

상온에서 오스테나이트상과 페라이트상의 혼합조직으로 강도가 우수하고 결정립이 미세화되며 응력부식 균열에 대한 저항성이 준다.

마. 석출경화계 스테인리스강

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

스테인리스강의 일반특성

스테인리스강의 특성으로는 아래의 표와 같이 품질특성과 물리적 성질로 크게 분류할 수 있는데 품질특성으로는 내식성, 용접성, Creep 강도, 성형가공성 등이 중요하며 이중에 가장 중요한 품질특성인 내식성은 일반 탄소강과는 달리 스테인리스강 표면에 부동태산회피막이 형성되어 우수한 내식성을 보유하게 된다. Fe-Cr계이 대기중에서 Cr함량에 따라 부식도를 나타낸 것으로 Cr함유량이 10% 이상되면 내식성이 우수함을 알 수 있다. 강종에 따른 내식성은 부식환경과 부식형태에 따라 다소 차이가 있지만, 일반적으로 오스테나 이트계 강종의 내식성이 가장 우수하며, 페라이트계, 마르텐사이트계 순으로 내식성이 감소하게 된다. 화학발전 설비용은 고온에서 사용되는 경우 Creep강도가 중요한 품질특성 항목으로 오스테나이트계 스테인리스강은 결정구조가 면심입방격자(FCC) 이기 때문에 체심입방격자(BCC)를 갖는 페라이트계 또는 마르텐사이트계 스테인리스강 보다 600도 이상의 고온에서 Greep강도가 매우 우수하다. 그러나 상온에서부터 600도까지는 마르텐사이트강종의 강도가 오히려 우수하다. 이것은 마르텐사이트강종이 소입에 의해 경화되기 때문이며 페라이트 강종과 아스테나이트 강종은 변태점이 없어 소입에 의해 경화되지 않는다. 오스테나이트 강종의 경우 냉간가공에 의해 경화되지만 가공에는 한계가 있으며, 가공경화가 증가할수록 성형성은 불량해진다.