안녕하세요, 쉽고 빠른 CNC 가공 바로발주 하지우 매니저입니다!
이번 포스팅에서는 스테인레스 강을 소개하려고 합니다.
왜 스테인레스냐? 궁금하신분도 있을텐데요
간혹 알루미늄과 스테인레스를 혼동하시는 경우도 있다고 들어서 이 소재를 선택하게 되었습니다.
그래서 알아보는 스테인레스! 한번 같이 시작해볼까요?
스테인레스란?
스테인레스 혹은 스텐, 스뎅 등 비슷한 명칭으로 많이들 불리고 있는데요.
명칭의 어원은 stainless, 즉 얼룩(stain)이 없다(-less)는 이름이며, 말 그대로 녹이 슬지 않는 금속을 뜻합니다.하지만 사실은 내부식성이 높은 강철일 뿐, 이름처럼 부식에 대한 완전한 내성을 가진 소재는 아닙니다.
지난 포스팅을 보신 분들은 아시겠지만 ‘내부식성이 높다? 이거 알루미늄하고 같은 것 아니야?’ 라는 생각을 하신 분들도 있을텐데요. 알루미늄 소재와 스테인레스는 전혀 다른 소재가 베이스가 됩니다.
스테인레스는 철을 주 베이스로 하고 이후 여러 원소를 첨가한 합금입니다.따라서 알루미늄의 내부식성은 알루미늄 소재 자체에서 비롯된 성질이지만, 철이 기본이 되는 스테인레스는 첨가된 원소 중 크롬의 성질에서 내부식성을 얻습니다. 스테인레스 강은 철을 기반으로 하며 최소 11% 이상의 크롬을 포함한 합금입니다.
또한 세부적인 합금 원소 및 비율에 따라 다시 몇 종류로 분류됩니다.
스테인레스의 역사는?
스테인레스 강의 발명은 Louis Vauquelin 이 프랑스 아카데미에 크롬을 처음 선보인 1798년도부터 크롬의 내부식성에 주목하여 개발을 위해 노력해온 소재입니다.
1800년대 초 영국의 과학자 James Stoddart, Michael Faraday, Robert Mallet은 산화제에 대한 크롬-철 합금의 저항성을 발견했습니다. 이후 1840년대 영국의 Sheffield 제철소에서 크롬강을 생산하기 시작했고, 독일의 Krupp에서도 1850년대에 크롬강을 사용하여 대포를 생산했습니다. 1890년대 후반에 독일 화학자 Hans Goldschmidt 는 무탄소 크롬을 생산하기 위해 테르밋 공정을 개발했습니다.
1900년도 초 프랑스의 Leon Guillet 는 오늘날 스테인리스강으로 간주되는 합금을 만들어냈습니다.
1912년도 Harry Brearley 는 오늘날 AISI Type 420으로 알려진 마르텐사이트계 스테인리스강 합금을 발견하고 산업화에 성공했습니다.
스테인레스의 녹 방지 원리는?
사실 명칭과 다르게 스테인레스는 녹이 슬지 않는 것이 아니고, 생성된 녹(산화) 피막이 녹의 전파를 막아 금속 내부로 부식이 진행되는 것을 막아주는 것입니다.
화학적으로 보자면 산화가 진행되지 않는 것이 아니라 역으로 엄청난 속도로 표면이 산화되면서 막을 형성하게 됩니다. 이렇게 엄청난 속도로 산화막을 형성하는 것은 크롬의 성질입니다.
크롬은 철 원자보다 빠르게 산화하는데 이 산화막이 굉장히 얇고 매끈하며, 안정적이고 치밀한 구조를 가진데다 철 원자와의 접촉성까지 좋아 산소와 철 원자의 접촉을 막아서 부식을 억제하는 역할을 합니다.또한 이 산화피막은 벗겨지기도 쉽지 않지만, 혹 벗겨지더라도 내부의 크롬 원자가 먼저 반응하여 다시 피막을 생성해 상당히 장기간 동안 부식을 억제하게 됩니다.
스테인레스 강의 명칭 기준은?
스테인레스 강의 명칭 중에서 SUS나 STS, SS 등으로 나뉘어 있어 혼동이 왔을 수도 있는데요
해당 영문은 규격에 대한 표기입니다.
SS는 국제 규격을 말하며, Stainless Steel의 약자입니다.
STS는 국내 KS규격이며, Steel Type Stainless의 약자입니다.
SUS는 일본 JIS 규격이며, Stainless Use Steel의 약자입니다.
따라서 어느 국가의 기준에 맞춰서 생산한 제품인지 알 수 있는데요, 뒤의 숫자가 같으면 같은 금속이라고 볼 수 있습니다.
예를 들어 SS-304와 STS-304는 기준을 맞춘 규격이 다를 뿐, 같은 금속입니다. 그렇다고 SS-304와 SS-304L이 같은 금속은 아닙니다.
금속의 종류 구분은 뒷부분을 보고 판단하시면 되겠습니다.
또한 ‘강(steel)’이라는 명칭을 사용하기 위해서는 충족해야 할 조건이 있는데요
조건은 다음과 같습니다.
- 탄소 0.02%이상 2%이하
- 망간 0.25% 이상
- 소량의 규소 포함
- 황과 인을 포함
해당 원소 외의 소재가 들어간다면 steel이라 부르지 않고 alloy로 부른다고 합니다.
스테인레스 강의 분류는?
스테인레스 강은 크게 네 종류로 분류할 수 있습니다.
마텐자이트 계 (=마르텐사이트)
마텐자이트 계는 철-크롬 합금에 2% 이상의 탄소를 추가한 소재입니다.
특징으로는 열처리가 가능하며 자성이 있고 강도와 내마모성이 뛰어나지만 충격에 약합니다.
마텐자이트 스테인레스 강 중 410의 경우는 식품 기계나 펌프 샤프트 등에 사용하며 403은 터빈과 같은 고온 응용 분야에 사용합니다. 416은 모든 스테인레스 강 중에서 가장 뛰어난 가공성을 가진 소재입니다.
* 마텐자이트 계는 마르텐사이트 계로 이해해 주시면 됩니다.
- 국내 규격 용어 표기에는 마텐자이트 로 명명되어 있기에 동일하게 표기하였습니다.
페라이트 계
페라이트 계는 철에 17%미만의 크롬을 추가한 소재입니다.
특징으로는 열처리가 불가능하나 자성이 있고, 내부식성이 뛰어납니다. 페라이트 스테인레스 강은 내부식성 및 연성이 중요하고 저렴해야 하는 주방기기, 건축/장식용에 사용됩니다.
오스테나이트 계
오스테나이트 계는 철-크롬 합금에 8~20% 정도의 니켈을 추가한 소재입니다.
특징으로는 열처리가 불가능하나 충격에 강하고 연신률이 크며, 자성은 없지만 내부식성이 뛰어납니다.
또한 상대적으로 탄소의 함량이 낮아 용접이 가능한 소재입니다.오스테나이트 스테인레스 강 중 304는 범용성 높은 부식방지 응용 분야에 사용됩니다.321은 티타늄을 추가함으로써 온도 저항을 증가시켜 항공우주 분야에서 사용됩니다.
듀플렉스(오스테나이트+페라이트)
듀플렉스 계는 오스테나이트와 페라이트를 모두 결합한 구조를 가지고 있습니다.
특징으로는 오스테나이트 강의 약 두 배에 달하는 강도를 자랑하며, 내부식성과 용접성은 오스테나이트 강과 비슷한 수준으로 우수합니다. 또한 열팽창 계수가 작고 열 전도율이 높습니다.
듀플렉스 강은 물탱크, 담수화 설비 등의 산업기기에 사용됩니다.
이렇게 스테인레스의 역사와 녹이 슬지 않는 원리를 대략으로 알아보았는데요
스테인레스를 막상 찾아보니 번호도 많고 여러 계열로 나뉘어 있어 소재의 선택이 쉽지 않을 것으로 생각됩니다.
가공 의뢰를 할 때 어떤 소재로 가공을 진행할지 결정하는 데 도움이 되시면 좋겠습니다.
오늘도 저희 바로발주에 방문해주셔서 진심으로 감사합니다 :)
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