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 (℃)
|
|
100℃
|
500℃
|
||||||
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
|
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
|
BHN
|
HRB
|
||||
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
|
25A
|
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
|
31A
|
N.R
|
S31260
|
|
100
|
690
|
70
|
485
|
20
|
290
|
|
|
S31803
|
2205
|
90
|
620
|
65
|
450
|
25
|
293
|
31A
|
N.R
|
S32205
|
2205
|
90
|
620
|
65
|
450
|
25
|
290
|
32A
|
|
S32304
|
2304
|
87
|
600
|
58
|
400
|
25
|
290
|
32A
|
N.R
|
S32550
|
255
|
110
|
760
|
80
|
550
|
15
|
302
|
32A
|
N.R
|
S32750
|
2507
|
116
|
795
|
80
|
550
|
15
|
310
|
32A
|
N.R
|
S32760
|
|
108
|
750
|
80
|
550
|
25
|
270
|
|
N.R
|
S32900
|
329
|
90
|
620
|
70
|
485
|
15
|
269
|
28A
|
N.R
|
S32950
|
|
100
|
690
|
70
|
485
|
15
|
293
|
32A
|
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
|
32A
|
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
|
28A
|
180
|
S44660
|
|
85
|
585
|
65
|
450
|
18
|
241
|
100
|
150
|
S44700
|
|
80
|
550
|
60
|
415
|
20
|
223
|
20A
|
180
|
S44735
|
|
80
|
550
|
60
|
415
|
18
|
255
|
25A
|
180
|
S44800
|
|
80
|
550
|
60
|
415
|
20
|
223
|
20A
|
180
|
S46800
|
|
60
|
415
|
30
|
205
|
22
|
|
90
|
180
|
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.
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.
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.
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