스테인레스강 (Stainless Steel)

Stainless Steel의 종류

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. 석출 경화형 Stainless Steel에 대한 부분이 빠져 있는 것이 아쉽지만, 이에 관한 내용은 석출 경화형 Stainless Steel 항목에서 다시 다루기로 한다.

ASTM A240에 따른 Stainless Steel의 기계적 시험 요구 사항 (ASTM 98 Ed.) 특성

UNS No.

Type

기계적 시험 요구 사항

인장강도

항복강도

연신율(%)

경도

Cold Bend

ksi

Mpa

Ksi

Mpa

BHN

HRB

Austenitic (Chromium-Nickel) (Chromium-Manganese-Nickel)

N80367

　

　

　

　

　

　

　

　

　

Sheet & Strip

　

104

715

46

315

30.0

　

100

N.R

Plate

　

95

655

45

310

30.0

241

　

N.R

N08904

　

71

490

31

220

35.0

　

90

N.R

S20100

201-1

95

655

38

260

40.0

　

95

　

S20100

201-2

95

655

45

310

40.0

217

100

　

S20103

201L

95

655

38

260

40.0

217

95

N.R

S20153

201LN

95

655

45

310

45.0

241

100

N.R

S20161

　

125

860

50

345

40.0

255

25A

N.R

S20200

202

90

620

38

260

40.0

241

　

　

S20400

　

95

655

48

330

35.0

241

100

N.R

S30100

301

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S30200

302

75

515

30

201

40.0

201

92

N.R

S30400

304

75

515

30

205

40.0

201

92

N.R

S30403

304L

70

485

25

170

40.0

202

92

N.R

S30409

304H

75

515

30

205

40.0

201

92

N.R

S30415

　

87

600

42

290

40.0

217

95

N.R

S30451

304N

80

550

35

240

30.0

201

92

N.R

S30453

304LN

75

515

30

205

40.0

201

92

N.R

S30500

305

75

515

30

205

40.0

183

88

N.R

S30600

　

78

540

35

240

40.0

　

　

　

S30601

　

78

540

37

255

30.0

　

　

N.R

S30615

　

90

620

40

275

35.0

217

95

N.R

S30815

　

87

600

45

310

40.0

217

95

　

S30908

309S

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S30909

309H

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S30940

309Cb

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S30941

309HCb

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31008

310S

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31009

310H

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31040

310Cb

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31041

310HCb

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31254

　

94

650

44

300

35.0

223

96

N.R

S31600

316

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31603

316L

70

485

25

170

40.0

217

95

N.R

S31653

316LN

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31609

316H

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31635

316Ti

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31640

316Cb

75

515

30

205

30.0

217

95

N.R

S31651

316N

80

550

35

240

35.0

217

95

N.R

S31700

317

75

515

30

205

35.0

217

95

N.R

S31725

　

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31726

　

80

550

35

240

40.0

223

96

N.R

S31703

317L

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S31753

317LN

80

550

35

240

40.0

217

95

N.R

S31200

321

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S32109

321H

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S32615

　

80

550

32

220

25

　

　

N.R

S32654

　

109

750

62

430

40.0

250

　

N.R

S33228

　

73

500

27

185

30.0

217

95

N.R

S34565

　

115

795

60

415

35.0

241

100

N.R

S34700

347

75

515

30

205

40.0

201

92

N.R

S34709

347H

75

515

30

205

40.0

201

92

N.R

S34800

348

75

515

30

205

40.0

201

92

N.R

S34809

348H

75

515

30

205

40.0

201

92

N.R

S35315

　

94

650

39

270

40.0

217

95

N.R

S38100

XM-15

75

515

30

205

40.0

217

95

N.R

S30452

XM-21

　

　

　

　

　

　

　

　

Sheet & Strip

90

620

50

345

30.0

241

100

N.R

Plate

85

585

40

275

30.0

241

100

N.R

S31050

310MoLN

80

550

35

240

30

217

95

N.R

S21600

XM-17

　

　

　

　

　

　

　

　

Sheet & Strip

100

690

60

415

40.0

241

100

N.R

Plate

90

620

50

345

40.0

241

100

N.R

S21603

XM-18

　

　

　

　

　

　

　

　

Sheet & Strip

100

690

60

415

40.0

241

100

N.R

Plate

90

620

50

345

40.0

241

100

N.R

S20910

XM-19

　

　

　

　

　

　

　

　

Sheet & Strip

105

725

60

415

30.0

241

100

N.R

Plate

100

690

55

380

35.0

241

100

N.R

S24000

XM-29

　

　

　

　

　

　

　

　

Sheet & Strip

100

690

60

415

40.0

241

100

N.R

Plate

100

690

55

380

40.0

241

100

N.R

S21400

XM-31

　

　

　

　

　

　

　

　

Sheet & Strip

125

860

70

485

40.0

　

　

N.R

Plate

105

725

55

380

40.0

　

　

N.R

S21800

　

95

655

50

345

35.0

241

　

N.R

Duplex (Austenite-Ferritic)

S31200

　

100

690

65

450

25.0

293

31A

N.R

S31260

　

100

690

70

485

20.0

290

　

　

S31803

　

90

620

65

450

25.0

293

31A

N.R

S32304

　

87

600

58

400

25.0

290

32A

N.R

S32550

　

110

760

80

550

15.0

302

32A

N.R

S32750

　

116

795

80

550

15.0

310

32A

N.R

S32760

　

108

750

80

550

25.0

270

　

N.R

S32900

329

90

620

70

485

15.0

269

28A

N.R

S32950

　

100

690

70

485

15.0

293

32A

N.R

Ferritic or Martensitic (chromium)

S32803

　

87

600

72

500

16.0

241

100

N.R

S40500

405

60

415

25

170

20.0

179

88

180

S40900

409

55

380

25

205

20.0

179

88

180

S40945

　

55

380

30

205

22.0

　

80

180

S41000

410

65

450

30

205

20.0

217

96

180

S41008

410S

60

415

30

205

22.0

183

89

180

S41045

　

55

380

30

205

22.0

　

80

180

S41050

　

60

415

30

205

22.0

183

89

180

S41500

　

115

795

90

620

15.0

302

32A

N.R

S42900

429

65

450

30

205

22.0

183

89

180

S43000

430

65

450

30

205

22.0

183

89

180

S43035

439

60

415

30

205

22.0

183

89

180

S44400

　

60

415

40

275

20.0

217

96

180

S44500

　

62

427

30

205

22

　

83

180

S44626

XM-33

68

470

45

310

20.0

217

96

180

S44627

XM-27

65

450

40

275

22.0

187

90

180

S44635

　

90

620

75

515

20.0

269

28A

180

S44660

　

85

585

65

450

18.0

241

100

150

S44700

　

80

550

60

415

20.0

223

20A

180

S44735

　

80

550

60

415

18.0

255

25A

180

S44800

　

80

550

60

415

20.0

223

20A

180

S46800

　

60

415

30

205

22

　

90

180

◦ Note A : Rockwell C Scale의 측정값.
고온 특성
 (1) Martensite계
가공성 용이 일반 탄소강과 비슷한 양상의 기계적 특성을 나타내므로 고온 가공이 용이하다.소입 경화 급냉에 의해 경화될 수 있으므로 용접과 열처리시에 주의를 요한다.

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

(3) Austenite계 600℃이상 고온에서 Stainless강중 가장 우수한 강도를 가진다. 그러나, 고온에서 탄화물 형성에 의한 예민화 현상으로 사용에 주의를 요한다. 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) SUS 304에 Mo, Nb, Ti을 첨가시킨 SUS 316, SUS 321등은 SUS 304보다 고온 인장 강도를 가짐.

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

저온 특성
(1) Martensitic Ferritic 계 Martensite 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.

야금학적 성질
 Stainless Steel 야금학적 성질

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

-

- *

○

-

◦ ○ : 취화함, - : 취화하지 않음. * : 열처리조건에 따라 취화함.

 (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.

 (2) 입계 탄화물 석출 • Austenite계 Stainless강은 500~800℃로 장기간 가열하던가 이 온도 범위내에서 서냉하면 결정입계에 Cr탄화물 (Cr23C6)이 석출하여 이 부근의 Cr의 농도가 낮아져 Stainless의 특성을 잃게 되어 300계열의 강종에서 흔히 언급되는 입계 부식되기 쉽다. 이를 방지하기 위해 C함량을 0.03이하로 낮추던가 Nb나 Ti을 첨가시켜 Cr 탄화물 대신 Nb 탄화물이나 Ti 탄화물을 석출시켜 C를 안정화시킨다.
 
 (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.