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스테인레스강 의 특성 및 부식, 극복을 위한 설계

) 1) 스테인리스강의 정의스테인리스강이란 일반적으로 화학적 성분 측면에서 크롬 성분이 최소 12wt%이상 함유되고, 표면 특성 측면에서 크롬 산화물을 주성분으로 하는 매우 얇고 치밀한 산화막이 표면에 존재하는 것을 특징으로 하는 강이다. 알루미늄의 표면에 알루미늄 산화물이 형성되어 부식을 억제하는 경우와 유사하게 대기 분위기에서 자연 발생적으로 형성된 크롬 산화물 막은 주위 환경으로부터 화학반응을 억제시켜 내식성을 향상시키는 역할을 하며 이와 같이 표면에 형성된 안정한 피막을 부동태피막이라고 부른다. 녹이 슬지 않는다는 의미인 stainless라는 형용사는 일반적으로 용어이면서 동시에 상대적인 개념으로 사용된다. 즉 Fe에 Cr이 첨가됨에 따라 상대적인 부착력이 있고 부동태인 산화막의 형성에 의해 일반적으로 철의 내식성과 내산화성이 증진된다. 그러나 부식환경에 따라서 Cr 함량이 높은 것이 부적절한 경우가 있으므로 부식환경에 따른 스테인리스강 종 선택에 주의가 필요하며, 화학 성분이 열처리와 내식성에 미치는 영향을 이해하는 것은 중요하다.또 스테인리스강에 Ni을 첨가하면 중성 또는 약산성 매체에서의 내식성이 향상되는데 값이 비싸진다. 또한 충분한 양의 Ni이 함유되면 오스테나이트 조직이 상온까지 잔류되게 할 수 있어 연성과 성형성이 향상된다. Mo을 첨가한 스테인리스강은 염소이온이 존재하는 곳에서의 내식성을 증가시키며, 한편 Al을 첨가한 것은 고온에서 내산화성을 향상시킨다.1. 스테인리스강의 상태도스테인리스강은 Cr 또는 Cr-Ni 또는 Mn을 함유하며 어느 정도의 탄소도 존재하고 다른 원소도 신중히 첨가하거나 피할 수 없는 불순물도 포함된다. 그림1에서와 같이 BCC Cr이 BCC α철을 안정화시키며 고온에 상당하는 δ는 폐쇄된 γ루프를 형성한다. 이와 같이 16% Cr이상인 2원합금에서는 오스테나이트가 존재하지 않으므로 대부분의 비철 고용체합금처럼 퀜칭에 의한 경화변태나 열처리에 의한 입자미세화도 나타나지 않는다.Fig1. Fe-Cr 상태도(1)Fe-Cr 합금탄소가 유리된 Fe-Cr 2원계 합금은 강이라기 보다는 오히려 스테인리스 철이라고 하는 것이 적당하다. 2원계 σ상은 고 Cr함유에서 FeCr조직을 얻기 위한 Fe와 Cr의 배열에 의하여 생성되는데 어떤 스테인리스강에서는 매우 중요성을 부여한다. 2원계 Fe-Cr상태도는 오스테나이트에 용해성이며 γ루프의 Cr한계를 증가시키는 탄소의 영향을 나타내지 않는다.경화성 크롬강에서는 Cr은 공석조성을 약 0.35%C까지, 오스테나이트에서 최대 탄소용해도를 0.7%까지 각각 감소시키면서 Fe-C상태도의 γ영역을 제한한다. 공석온도는 상당히 높으며 공석반응은 선ㅇ p의한 것이 아니라 영역으로 나타나는데 이 3성분계에서 Gibbs의 상률은 γ→α+탄화물반응을 일으키기 위하여 하나의 변수가 허용되기 때문이다. 즉 F=3-3+1=1 완전히 어닐링된 강에서 Cr은 페라이트와 탄화물상 모두에 존재한다.(2)Fe-Cr-C 합금탄소는 오스테나이트의 안정화 원소이며 Fe-Cr합금에 첨가하면 오스테나이트상역을 확대한다. 오스테나이트상의 경계는 18%Cr과 0.6%C일 때 최대로 커진다. 탄소함량이 0.6%이상이 되면 유리된 탄화물이 형성된다. Fe-Cr합금에서 탄화물 형성의 일반적인 과정은 다음과 같다고 본다.(Fe,Cr)3C →(Fe,Cr)7C3 →(Fe,Cr)23C610%Cr까지의 합금에서 시멘타이트형 탄화물 (Fe,Cr)3C이 형성되며 이것은 15%Cr까지의 합금에도 함유된다. 더욱 Cr함량이 많아지면 (Fe,Cr)7C3 탄화물이 형성되며 36%Cr까지의 합금에도 존재한다. 더욱 Cr/C의 비가 커지면 (Fe,Cr)7C3 탄화물은 (Fe,Cr)23C6 탄화물로 변태한다. (Fe,Cr)23C6 탄화물은 일반적으로 어떤 조건으로 열처리한 스테인리스강의 결정립계에 석출하며 한편 (Fe,Cr)7C3 는 결정 안에 분산되어 석출한다.2. 스테인리스강의 종류스테인레스 강은 화학성분에 따라 Fe-Cr 계와 Fe-Cr-Ni 계로 대별되며, 상온에서 금속조직상에 따라 오스테나이트(austenite)계, 페라이트(ferrite)계, 마르텐사이트(martensite)계, 이상(duplex)계 및 석출 경화 (precipit ation hardening)계로 분류된다. 오스테나이트계 스테일레스강은 Fe-18Cr-8Ni을, 페라이트계 및 마르텐사이트계 스테인레스강은 각각 Fe-13Cr 및 Fe-18Cr을 기본조성으로 하고 필요에 따라 C,Mn,Mo,Nb,Ti 등의 합금 원소를 소량 첨가하여 각종 용도에 적합하도록 개발되어 있다.2-1 )대표적 스테인레스강의 종류와 특성 및 용도구 ???분특 ????성용 ????도30117Cr-7Ni-저C304보다 Cr,Ni 함량이 적으며 냉간가공에 의하여 인장강도나 경도가 높아짐. 비자성이나 냉간가공후 자성을 가짐.열차, 항공기, Belt Conveyor, 차량, 볼트, 너트, 스프링, 태엽301L17Cr-7Ni-0.1N-저C301강에서의 C함량을 낮추어 용접부 내임계부식성을 개선한 강종으로, 낮은 C함량에 의한 강도저하를 N첨가로 보강한 강종.철도차량용 Frame 및 외장재30418Cr-8Ni가장 널리 사용되는 강종으로 내식성,,내열성,저온강도,기계적 성질이 양호하다. Deep Drawing,Bending등의 상온 가공성이 좋으며, 열처리로는 경화되지 않음(자성이 없음, 사용온도 -196~800도)가정용(1,2종 식기, Sink, 실내배관, 온수기, 욕조, 보일러), 자동차부품(와이퍼, 머플러, 몰딩), 의료기구, 건축자재, 화학, 식품공업, 섬유산업, 낙농산업, 선박부품.304L18Cr-8Ni-저C저탄소의 304강으로 내식성은 보통상태에서 304강과 비슷하나 용접후 혹은 응력제거후의 임계부식에 대한 저항성이 뛰어나다. 열처리없이도 내식성 보유. 일반적으로는 400도 이하에서 사용. (자성이 없음, 사용온도 -196~800도)내임게부식성이 크게 요구되는 화학, 석탄, 석유산업 분야 기기, 건축자재, 내열부품 및 열처리가 곤란한 부품.304Cu17Cr-7.7Ni-2CuCu첨가에 의하여 성형성 특히 Deep Drawing성과 시효균열성이 좋아서 복잡한 형상의 제품성형이 가능하며 내식성은 304강과 동일.보온병, 주방용 Sink, Pot, 보온도시락, Door Knob, Spinning 가공 필요제품.304N118Cr-8Ni-N304강에서 S,Mn 함량을 낮추고, N을 첨가하여 연성저하를 방지하고 강도가 높아지고, 재료의 두께가 감소됨.구조용, 가로등, 저수조, 수도관.304N218Cr-8Ni-N304강 대비 N, Nb첨가로 구조물용 고강도성을 증가시킨 강종.구조용, 가로등, 저수조.310S24Cr-19Ni310S강은 25%Cr - 20%Ni계의 고합금 스텐레스강으로 고온에서의 내산화성과 고온강도가 높아서 내열자재로 광범위하게 사용하고 있음.가열로, 열처리로, 소각로 등 내열성을 필요로하는 연소장치 부품과 자동차 배기계 부품, 보일러 부품, 항공기 부품 등의 내열자재31618Cr-12Ni-2.5MoMo 첨가로 내식성, 내공식성, 고온강도가 특히 우수하여 가혹한 조건에서 사용된다. 가공경화성이 우수하다.(자성이 없음)해수설비, 화학, 제지, 염료, 초산, 비료 제조설비, 사진, 식품공업, 해안지역 시설물, Rope, CD Bar, Bolt, Nut.316L18Cr-12Ni-2.5Mo저C저탄소의 316강으로 316강의 특성을 가지며 내임게부식성이 우수.316강의 용도중 내임계부식성이 특히 강조되는 제품, Mesh.32118Cr-9Ni-Ti304강에 Ti를 첨가하여 임계부식을 방지한 것으로 430~900도 상태의 사용에 적합.항공기 배기관, 보일러 Cover.?409L11.3Cr-0.17Ti저C,NTi첨가로 고온내식성 및 고온강도 양호자동차 배기관, 열교환기, Container 등 용접후 후열처리를 하지 않는 용도.410L13Cr-저C410강에서 C함량을 낮추어 가공성, 용접굴곡성, 내고온산화성이 우수(자성있음).기계구조용, 엔진배기관, 보일러연소실, Burner.43016CrFerrite계의 대표적인 강종으로 열팽창률이 낮고 성형성 및 내산화성이 우수.내열기구, Burner, 가전부품, 2종 양식기, Sink상판, 외장재, Bolt, Nut, CD Bar, Mesh.430J1L18Cr-0.5Cu-Nb-저C,N430강에 Cu,Nb를 첨가하여 내식성, 성형성, 용접성 및 고온 내산화성이 양호.세탁조, 자동차배기관, 전자부품, 3중바닥냄비.436L18Cr-1Mo-Ti,Nb,Zr,저C,N내열성, 내식성이 양호하며 Nb, Zr을 함유하여 가공성, 용접성이 우수.건축외장용, 차량부품, 급탕, 급수설비.?41013Cr-저CMartensite계의 대표강종으로 강도는 높으나 가혹한 부식환경에는 부적합함. 가공성은 우수하고 열처리에 의하여 경화됨(자성있음)칼날, 기계부품, 석유정제장치, Bolt, Nut, 펌프 Shaft, 1종 양식기(Spoon, Fork).420J113Cr-0.2C소입상태에서 경도가 높고 내식성이 좋음(자성있음).1종 양식기(Knife), 터빈 블레이드.420J213Cr-0.3C420J1강보다 소입 후 경도가 높음(자성있음).칼날, Nozzle, Valve, 막대자, 1종 양식기(가위, Knife).2-2 ) 스테인레스 강의 성질규격화학성분(%)기계적성질물리적성질KSCSiMnPSNiCrMo기타TsYPEL

공학/기술| 2009.05.28| 8페이지| 1,000원| 조회(1,356)

스테인레스강, 입자미세화, 2원합금

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