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제목 내식강(스테인리스강)
분류 기계재료 > 기계재료일반 작성일 2019.04.01.06.23.19
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내식강(스테인리스강)

1) 스테인리스강(不銹鋼, atainless steel)의 분류

(1) 성분에 의한 분류Cr, Cr-Ni

(2) 조직학상에 의한 분류Ferrite, Austenite, Martensite

(3) 특수 스테인리스강석출경화강, NiCr-Mn

2) Ferrite계 스테인리스강

(1) 11~13%Cr0.12% 이하의 탄소를 함유한 강으로 조직은 Ferrite이다.

(2) 표면이 잘 연마된 것은 공기나 물 중에서 부식되지 않는다.

(3) 유기산, 질산에는 침식되지 않으나 염산, 황산 등에는 침식된다.

(4) Austenite계 스테인리스강에 비하여 내산성이 낮다.

3) Austenite계 스테인리스강

(1) Cr-Ni계 스테인리스강은 0.2%C-17~20%Cr-7~10%Ni 등을 함유한다.

(2) 표준조성18%(Cr)-8%(Ni)로서 18-8형 스테인리스강이라고 한다.

(3) Austenite조직으로 비자성체이며 상온가공하면 경화되어 다소 자성을 갖는다.

(4) 400에서 탄화물이 결정입계에 석출하기 쉬우므로 입계부식이 생기기 쉽다.

(5) 냉간가공이나 용접한 후 염화물을 함유한 고온수용액 중에서 사용하면 부식균열을 일으키는 경우가 많으므로 응력제거풀림을 한다.

(6) 인장강도는 55~70kgf/mm2, 담금질온도는 1000~1100이다.

(7) 스테인리스강 중 내식성이 가장 높으며 내산성, 내충격성, 기계가공성, 용접성 등이 우수하고 산과 알칼리에 강하고 염산, 황산염, 염소가스에 대한 저항력이 작다.

(8) 내산성, 내식성이 13%Cr강 스테인리스강보다 우수하고 인성이 양호하다.

(9) 560부근에서 탄화물이 결정립계에 석출되기 때문에 뜨임취성의 원인이 된다.

(10) Austenite계 스테인리스강의 부식과 대책

입계부식(粒界腐蝕, interganular corrosion)

결정립계 부근에 Cr량의 감소로 내식성이 감소되어 부식된 현상을 말한다.

입계부식의 방지법

1000~1150로 가열 후 Cr탄화물을 Austenite조직 중에 용체화하여 급냉한다.

탄소량(<0.03%)을 감소시켜 Cr4C탄화물의 발생을 저지시킨다.

탄소와 친화력이 Cr보다 큰 Ti, V, Nb, Ta 등을 첨가해 Cr4C 대신에 TiC, NbC, V4C3 등의 탄화물을 발생시켜 Cr의 탄화물을 감소시킨다.

공식(孔蝕, pitting)

스테인리스강, Al 등 표면에 부동태(passivity)피막을 생성하는 재료에 잘 일어난다.

공식발생의 주원인은 Cl-이다.

공식방지법

할로겐 이온의 고농도를 피하고 액을 유동시켜 균일한 산화성용액으로 하고 산소 농담전지의 형상을 피하거나 부식생성물을 제거한다.

액의 산화성을 증가하거나 공기를 차단하여 산소를 없앤다.

질산염, 크롬산염 등 부동태화제를 가하거나 재료 중의 탄소를 적게 한다.

Ni, Cr, Mo, Si, N 등을 많게 한다.

응력부식균열(stress corrosion cracking)

내외적 응력이 작용하고 있는 강을 염화물 또는 알칼리용액 중에서 사용하면 국부적인 균열을 일으켜서 파괴되는 현상이다.

응력부식균열을 일으키는 환경

고온의 염화물용액(MgCl2, CaCl2, NaCl )

Cl-을 함유한 염수나 수증기 및 고온 알칼리 수용액

응력부식균열의 감수성

7~8%Ni이 가장 높고 Ni이 많아지거나 적어지면 균열을 일으키지 않는다.

Si는 효과적이나 C, N, P, As, Sb 등은 균열감소성을 높인다.

진공용해로 C, N을 낮추면 균열을 일으키지 않는다.

응력부식균열의 방지책

Ni의 재료를 사용하며 압축응력은 효과적이므로 shot peening을 한다.

외적 응력이 없도록 하고 내부응력은 840~900로 가열하여 급냉해 제거한다.

사용환경 중의 염화물 또는 알칼리를 제거한다.

4) Martensite계 스테인리스강

(1) 12~17%Cr1.5~0.3%Co를 함유한 스테인리스강이다.

(2) 13%Cr강이 대표이며 담금질은 950~1020에서 하여 Martensite조직으로 하고 인성을 요할 때는 550~650에서 뜨임하여 Sorbite조직으로 한다.

(3) 상온에서 강자성이며 500이상에서는 강도, 경도가 급감하고 연성이 급증한다.

(4) 내식성은 Ferrite계 스테인리스강과 Austenite계 스테인리스강에 비해 나쁘다.

5) 석출경화계 스테인리스강(PH)

(1) 일반적으로 사용하는 것은 STS630 631이 있으며 기계적 성질, 화학성분 및 열처리는 KS D 3705에 규정되어 있다.

(2) 가공하기 쉽고 강도가 높으며 비교적 연성이 양호하고 내식성이 우수하다.

(3) 온도 상승에 따라 강도는 저하되지 않으며 내식성을 가진다.

6) 스테인리스강의 열처리

(1) Ferrite계 스테인리스강의 열처리

풀림온도 및 유지시간700~900(25mm/1~2hr)로 가열 후 공냉한다.

가공경화 및 강인성을 위하여 실시하며 담금질이나 뜨임은 하지 않는다.

(2) Martensite계 스테인리스강의 열처리

완전풀림은 변태점 이상 50~100에서 1~3시간 유지 후 30/hr 이하의 속도로 냉각한다.

중간풀림은 변태점 이하(13%Cr강은 750)에서 풀림한다.

항온풀림은 650~700, 가열은 1~2시간 도안 유지한다.

담금질은 변태점 이상에서 25mm/hr로 유지한다.

(3) Austenite계 스테인리스강의 열처리

용체화처리(고용화열처리, 18-8계 스테인리스강의 기본열처리)

고용체까지 가열한 후 급냉시켜 고용체상태로 상온까지 유지하는 처리이다.

가열온도는 1050가 적당하며 두께 25mm/hr의 유지시간을 준다.

비교적 얇은 재료는 공냉으로 충분하나 두꺼운 것은 수냉이 좋다.

냉간가공성 또는 용접에 의해 생긴 내부응력을 제거한다.

안정화(stabilization)처리

Ti, V, Nb 등을 첨가하여 입계부식을 저지시키는 것을 안정화라고 한다.

내식성의 회복은 850~900에서 2~4시간 유지 후 공냉한다.

용접부의 안정화처리는 내부응력제거에도 유효하다.

입계부식 방지제Ti이나 Nb를 첨가한 스테인리스강

응력제거 열처리

800~900에서 2~4시간 유지 후 공냉(또는 노냉)한다.

가열온도가 적당하지 않으면 크롬탄화물 등의 석출로 취약하며 내식성이 나쁘다.

잔류응력이 남아 있는 경우에는 염화물을 함유한 고온수용액에서 사용하면 부식에 의한 균열을 일으키는데 이것을 방지할 목적으로 사용한다.

 

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