스테인레스 강 (Stainless steel; STS, SUS) 의 특성

■ Stainless 강의 특성

1. STAINLESS강의 종류별 특성

Stainless Steel은 그 합금 성분과 조직의 특성에 따라서 다양한 성질을 나타낸다. 보다 자세한 사항은 각 강종 별 특성편에서 정리하기로 하고, 개략적인 사용상의 특성을 다음 표에 정리한다.

강 종	AISI	화학 조성	특 성
			자성	가공성	내식 내산화	고온 강도	저온 강성	소입성	용접	열처리
Martensite계	410	13Cr-0.1C	유	○	○	○	△	유	△	예열
										후열
Ferrite계	430	18Cr-0.1C	유	◎	◎	△	△	무	△	예열
										후열
Austenite계	304	18Cr-8Ni	무	⊙	⊙	⊙	⊙	무	⊙
Precipitation Hardening	631	16 Cr - 7 Ni - 1 Al	무	○	⊙	△		유	△
Duplex계	2205 2507	18 ~ 30 Cr – 4 ~ 6 Ni – 2 ~ 3 Mo	유	⊙	⊙	△	⊙	무	△

2. STAINLESS강의 성질

2.1 물리적 성질

일반적으로 사용되는 300계열의 Austenite Stainless Steel 을 기준으로 한 대략적인 탄소강과의 비교 하면 다음과 같다.

우선 Stainless Steel 은 높은 전기 비저항으로 용접시 발열이 심하고(탄소강의 약 3배), 저항이 큰 만큼 열전도율도 떨어지고 따라서 냉각속도가 느려진다. (탄소강의 1/3정도) 또한, 열팽창계수가 커서 변형이 심하게 된다. 변형을 최소화 하기 위해서는 가급적 낮은 전류를 사용하는 것이 좋다. 통상적으로 일반 연강 용접시 보다 10% 전류를 낮추어 용접하는 것을 추천한다.

강종 구분		물리적 성질
Type	UNS No.	비중 (mg/cm³)	열전도도 (W/m-K)		비열 (J/Kg-K) at 0 ~ 100℃	전기비저항 (μΩ-㎝)	융점 (℃)
Type	UNS No.	비중 (mg/cm³)	100℃	500℃	비열 (J/Kg-K) at 0 ~ 100℃	전기비저항 (μΩ-㎝)	융점 (℃)
201	S20100	7.8	16.2	21.5	500	69	1400 ~ 1450
202	S20200	7.8	16.2	21.5	500	69	1400 ~ 1450
205	S20500	7.8			500
301	S30100	8	16.3	21.5	503	72	1400 ~ 1420
302	S30200	8	16.2	21.5	500	72	1400 ~ 1420
302B	S30215	8	15.9	21.6	500	72	1375 ~ 1400
303	S30300	8	16.2	21.5	500	72	1400 ~ 1420
304	S30400	8	16.3	21.5	502	72	1400 ~ 1450
304L	S30403	8			500	72	1400 ~ 1450
S30430	S30430	8	11.2	21.5	500	72	1400 ~ 1450
304N	S30451	8			500	72	1400 ~ 1450
305	S30500	8	16.2	21.5	503	72	1400 ~ 1450
308	S30800	8	15.2	21.6	500	72	1400 ~ 1420
309	S30900	8	15.6	18.7	500	78	1400 ~ 1450
310	S31000	8	14.2	18.7	500	78	1400 ~ 1450
314	S31400	7.8	17.5	20.9	500	77
316	S31600	8	16.2	21.6	502	74	1375 ~ 1400
316L	S31603	8					1375 ~ 1400
316N	S31651	8			500	74	1375 ~ 1400
317	S31700	8	16.2	21.5	500	74	1375 ~ 1400
317L	S31703	8	14.4		500	79	1375 ~ 1400
321	S32100	8	16.3	22.2	500	72	1400 ~ 1425
329	S32900	7.8			460	75
330	N08330	8			460	102	1400 ~ 1425
347	S34700	8	16.1	22.2	500	73	1400 ~ 1425
384	S38400	8	16.2	21.5	500	79	1400 ~ 1450
405	S40500	7.8	27		460	60	1480 ~ 1530
409	S40900	7.8	24.9		480	57	1480 ~ 1530
410	S41000	7.8	24.9	28.7	460	57	1480 ~ 1530
414	S41400	7.8	24.9	28.7	460	70	1425 ~ 1480
416	S41600	7.8	24.9	28.7	460	57	1480 ~ 1530
420	S42000	7.8	24.9		460	55	1450 ~ 1510
422	S42200	7.8	23.9	27.3	460		1470 ~ 1480
429	S42900	7.8	25.6		460	59	1450 ~ 1510
430	S43000	7.8	26.1	26.3	460	60	1425 ~ 1510
430F	S43020	7.8	26.1	26.3	460	60	1425 ~ 1510
431	S43100	7.8	20.2		460	72
434	S43400	7.8		26.3	460	60	1425 ~ 1510
436	S43600	7.8	23.9	26	460	60	1425 ~ 1510
440A	S44002	7.8	24.2		460	60	1370 ~ 1480
440C	S44004	7.8	24.2		460	60	1370 ~ 1480
444	S44400	7.8	26.8		420	62
446	S44600	7.5	20.9	24.4	500	67	1425 ~ 1510
PH13-8Mo	S13800	7.8	14	22	460	102	1400 ~ 1440
15-5 PH	S15500	7.8	17.8	23	460	77	1400 ~ 1440
17-4 PH	S17400	7.8	16.3	23	460	80	1400 ~ 1440
17-7 PH	S17700	7.8	16.4	21.8	460	83	1400 ~ 1440

2.2 기계적 성질

Stainless Steel의 기계적 성질은 각 강종별로 매우 다양한 특징을 보이고 있다. 아래의 표는 ASTM A240에 제시되어 있는 각종 Stainless Steel의 기계적 성질을 정리한 것이다. 그러나, 여기에 제시된 값은 Martensite계 Stainless Steel의 열처리 조건에 따른 기계적 성질의 다양한 변화는 고려하지 않았으며, 단지 ASTM에 제시된 기준 값만을 표기한다. ASTM A240에는 석출 경화형 Stainless Steel의 자료가 빠져 있는 것이 아쉽지만, 이에 관한 내용은 석출 경화형 Stainless Steel 항목에서 다시 다루기로 한다.

UNS No.	Type	기계적 시험 요구 사항
		인장강도		항복강도		연신율(%)	경도		Cold Bend
		ksi	Mpa	Ksi	Mpa	연신율(%)	BHN	HRB	Cold Bend
Austenitic (Chromium-Nickel) (Chromium-Manganese-Nickel)
N80367
Sheet & Strip		104	715	46	315	30		100	N.R
Plate		95	655	45	310	30	241		N.R
N08904		71	490	31	220	35		90	N.R
S20100	201-1	95	655	38	260	40		95
S20100	201-2	95	655	45	310	40	217	100
S20103	201L	95	655	38	260	40	217	95	N.R
S20153	201LN	95	655	45	310	45	241	100	N.R
S20161		125	860	50	345	40	255	25^A	N.R
S20200	202	90	620	38	260	40	241
S20400		95	655	48	330	35	241	100	N.R
S30100	301	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S30200	302	75	515	30	201	40	201	92	N.R
S30400	304	75	515	30	205	40	201	92	N.R
S30403	304L	70	485	25	170	40	202	92	N.R
S30409	304H	75	515	30	205	40	201	92	N.R
S30415		87	600	42	290	40	217	95	N.R
S30451	304N	80	550	35	240	30	201	92	N.R
S30453	304LN	75	515	30	205	40	201	92	N.R
S30500	305	75	515	30	205	40	183	88	N.R
S30600		78	540	35	240	40
S30601		78	540	37	255	30			N.R
S30615		90	620	40	275	35	217	95	N.R
S30815		87	600	45	310	40	217	95
S30908	309S	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S30909	309H	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S30940	309Cb	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S30941	309HCb	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31008	310S	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31009	310H	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31040	310Cb	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31041	310HCb	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31254		94	650	44	300	35	223	96	N.R
S31600	316	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31603	316L	70	485	25	170	40	217	95	N.R
S31653	316LN	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31609	316H	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31635	316Ti	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31640	316Cb	75	515	30	205	30	217	95	N.R
S31651	316N	80	550	35	240	35	217	95	N.R
S31700	317	75	515	30	205	35	217	95	N.R
S31725		75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31726		80	550	35	240	40	223	96	N.R
S31703	317L	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S31753	317LN	80	550	35	240	40	217	95	N.R
S31200	321	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S32109	321H	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S32615		80	550	32	220	25			N.R
S32654		109	750	62	430	40	250		N.R
S33228		73	500	27	185	30	217	95	N.R
S34565		115	795	60	415	35	241	100	N.R
S34700	347	75	515	30	205	40	201	92	N.R
S34709	347H	75	515	30	205	40	201	92	N.R
S34800	348	75	515	30	205	40	201	92	N.R
S34809	348H	75	515	30	205	40	201	92	N.R
S35315		94	650	39	270	40	217	95	N.R
S38100	XM-15	75	515	30	205	40	217	95	N.R
S30452	XM-21
Sheet & Strip		90	620	50	345	30	241	100	N.R
Plate		85	585	40	275	30	241	100	N.R
S31050	310MoLN	80	550	35	240	30	217	95	N.R
S21600	XM-17
Sheet & Strip		100	690	60	415	40	241	100	N.R
Plate		90	620	50	345	40	241	100	N.R
S21603	XM-18
Sheet & Strip		100	690	60	415	40	241	100	N.R
Plate		90	620	50	345	40	241	100	N.R
S20910	XM-19
Sheet & Strip		105	725	60	415	30	241	100	N.R
Plate		100	690	55	380	35	241	100	N.R
S24000	XM-29
Sheet & Strip		100	690	60	415	40	241	100	N.R
Plate		100	690	55	380	40	241	100	N.R
S21400	XM-31
Sheet & Strip		125	860	70	485	40			N.R
Plate		105	725	55	380	40			N.R
S21800		95	655	50	345	35	241	1)	N.R
Duplex (Austenite-Ferritic)
S31200		100	690	65	450	25	293	31^A	N.R
S31260		100	690	70	485	20	290
S31803	2205	90	620	65	450	25	293	31^A	N.R
S32205	2205	90	620	65	450	25	290	32^A
S32304	2304	87	600	58	400	25	290	32^A	N.R
S32550	255	110	760	80	550	15	302	32^A	N.R
S32750	2507	116	795	80	550	15	310	32^A	N.R
S32760		108	750	80	550	25	270		N.R
S32900	329	90	620	70	485	15	269	28^A	N.R
S32950		100	690	70	485	15	293	32^A	N.R
Ferritic or Martensitic (chromium)
S32803		87	600	72	500	16	241	100	N.R
S40500	405	60	415	25	170	20	179	88	180
S40900	409	55	380	25	205	20	179	88	180
S40945		55	380	30	205	22		80	180
S41000	410	65	450	30	205	20	217	96	180
S41008	410S	60	415	30	205	22	183	89	180
S41045		55	380	30	205	22		80	180
S41050		60	415	30	205	22	183	89	180
S41500		115	795	90	620	15	302	32^A	N.R
S42900	429	65	450	30	205	22	183	89	180
S43000	430	65	450	30	205	22	183	89	180
S43035	439	60	415	30	205	22	183	89	180
S44400		60	415	40	275	20	217	96	180
S44500		62	427	30	205	22		83	180
S44626	XM-33	68	470	45	310	20	217	96	180
S44627	XM-27	65	450	40	275	22	187	90	180
S44635		90	620	75	515	20	269	28^A	180
S44660		85	585	65	450	18	241	100	150
S44700		80	550	60	415	20	223	20^A	180
S44735		80	550	60	415	18	255	25^A	180
S44800		80	550	60	415	20	223	20^A	180
S46800		60	415	30	205	22		90	180

2.3 고온 특성

(1) Martensite계

1) 가공성 용이

2) 일반 탄소강과 비슷한 양상의 기계적 특성을 나타내므로 고온 가공이 용이하다.
3) 소입 경화 : 급냉에 의해 경화될 수 있으므로 용접과 열처리시에 주의를 요한다.

(2) Ferrite 계

1) C, N, Ni의 양을 낮추고, Al, Ti 첨가하면, 약간의 Cr 양으로도 Ferrite계가 될 수 있음.
2) Martensite계보다 내식성 우수
3) 500~600℃ 이상에서 기계적 성질이 급격히 저하(σ상 석출 취하)
4) 900℃이상 장기간 가열하면 결정립 조대화로 인성, 연성이 떨어짐
5) 고 Cr Ferrite계 Stainless강은 고온으로 가열하면 475℃ 취화, σ상취화, 고온 취화등의 현상이 나타남.

(3) Austenite계

1) 600℃이상 고온에서 Stainless강중 가장 우수한 강도를 가진다.
2) 그러나, 고온에서 탄화물 형성에 의한 예민화 현상으로 사용에 주의를 요한다.
3) SUS 304L, SUS 316L등의 탄소 함량 0.03% 이하의 저 탄소강재는 고온에서 허용 강도의 저하로 인하여 420℃ 이상의 고온 사용이 제한된다. (ASME Sec. II Part D, ASME Sec. VIII Div. 1)
4) SUS 304에 Mo, Nb, Ti을 첨가시킨 SUS 316, SUS 321등은 SUS 304보다 고온 인장 강도를 가짐.

(4) Duplex 계

1) Austenite와 Ferrite의 특징을 모두 가지고 있다.
2) Austenite에 비해 두배 이상의 강도를 가지고 있다.
3) 300℃ 이상에서는 Ferrite조직의 분해가 일어나서 취성이 발생한다.
4) 통상적으로 200℃ 미만의 온도에서 사용한다.

2.4 저온 특성

(1) Martensite & Ferrite 계

Martensitic Stainless과 Ferritic Stainless Steel은 저온 취성을 일으키므로 저온 재료에 사용되지 않는다.

(2) Austenite 계

Austenite계는 저온 취성을 일으키지 않으며, 저온 인성이 좋아 저온용 용접 구조물용 재료로 널리 사용된다.

(3) Duplex 계

-60℃ 이하에서는 충격치가 급소하게 감소한다. 통상 사용온도는 –50 ~ 200℃ 정도로 제한된다.

2.5 야금학적 성질

(1) 475℃ 취화

Cr 16% 이상의 고 Cr강인 Ferrite계 Stainless Steel을 400~600℃ 범위에서 장기간 가열하던가 이 온도 구역 내에서 서냉할 경우 나타나는 현상이다. Cr 함량이 높을수록 이런 현상이 잘 발생한다.
475℃ 취화가 발생하면, 인장강도와 경도는 높아지고 연성과 인성은 낮아지며 내식성은 떨어진다. 한번 취화된 것을 600℃이상 단기간 재가열하여 공냉 시키면 일종의 소둔 처리로 인성이 회복된다. 단, Ti, Nb의 첨가는 475℃ 취화를 촉진시킨다.

강 종	AISI	475℃취화 (400~500℃)	입계 탄화물 석 출 (500~800℃)	σ상석출 (600~1,000℃)	결 정 립 조 대 화 (1,150℃이상)
Ferrite계	430	○	-	-	○
Austenite계	304	-	○	○	-
	316	-	○	○	-
	321	-	- *	○	-
	347	-	- *	○	-

(2) 입계 탄화물 석출

Austenite계 Stainless강은 500~800℃로 장기간 가열하던가 이 온도 범위 내에서 서냉하면 결정입계에 Cr탄화물 (Cr23C6)이 석출하게 된다.
Cr 탄화물의 석출로 인해 입계 부근의 Cr의 농도가 낮아져 Stainless의 내식 특성을 잃게 되어 300계열의 강종에서 흔히 언급되는 입계 부식되기 쉽다. 이를 방지하기 위해 Cr 탄화물 형성에 필요한 C함량을 0.03이하로 낮추던가 Nb나 Ti을 첨가시켜 Cr 탄화물 대신 Nb 탄화물이나 Ti 탄화물을 석출시켜 C를 안정화시킨다. 이에 관한 자세한 사항은 Austenitic Stainless Steel 편에 다시 설명한다.

(3) σ상석출

고 Cr (20%이상) Ferrite계 Stainless강은 540~900℃, Austenite계 Stainless강은 600~800℃ 장기간 가열하면 σ상인 Fe-Cr 화합물이 석출하게 되는데 이 조직은 극히 단단하고 취성을 나타낸다.
Si, Al, Nb, Ti 혹은 Mo의 첨가로 σ상 석출을 촉진시킨다.
한번 형성된 σ상은 930~980℃로 가열한 후 급냉하면 소실된다.

(4) 고온 취성 (결정립 조대화)

고 Ferrite계 Stainless강을 1,150℃이상으로 가열시켜 급냉될 때 생기는 취성이다. 즉 고온에서 결정입의 조대화가 일어나기 때문에 상온에서 극히 취화하게 된다.
800℃ 전후에서 소둔(Annealing)하면 얼마간 회복된다.

GLEANING

스테인레스 강 (Stainless steel; STS, SUS) 의 특성

티스토리툴바

스테인레스 강 (Stainless steel; STS, SUS) 의 특성

'Material' Related Articles

티스토리툴바