[스테인리스 지식] 스테인리스의 내열 온도를 종류별로 해석

[스테인리스 지식] 스테인리스의 내열 온도를 종류별로 해석

[이 포스팅은 일본의 기사를 번역한 것입니다.]

출처 - https://mitsu-ri.net/articles/stainless-steel-heat-resistant-temperature

철 보다 내산화성, 내식성이 높기 때문에 많은 현장에서 사용되는 스테인리스. 

스테인리스 가공을 할 때, 그 소재가 얼마나 온도에 견딜 수 있는지 아는 것은 중요합니다.

스테인리스에도 종류가 있으며, 각각 온도가 달라집니다. 

스테인리스의 종류에 따라 부적합한 온도가 있으므로, 

사전에 온도를 알아두면 실패 없는 소재 선택을 할 수 있습니다.

이번에는 각종 스테인리스 온도와 그에 관련된 스테인레스의 특징에 대해 소개합니다.

스테인리스 내열 온도

스테인리스의 영어 표기는 'stainless steel'. 

직역하면 녹슬지 않는 철이지만,  

실제로는 녹슬기 '어려운' 철 이라는 것이 가장 알맞은 설명일 것이다. 

SUH로 축약되는 내열강과 달리 스테인리스(SUS)는 어디 까지나 

상온의 환경하에서의 내식성을 높이는 것을 목적으로 합니다. 

따라서 스테인리스가 특수한 내열성을 가지고 있는 것은 아닙니다.

하지만 스테인리스의 일반적인 내열 온도는 700 ℃ ~ 800 ℃ . 

특히 900 ℃ 이상의 환경에서 사용되기에는 무리가 있습니다.

최소 500 ℃ 전후가 보장되어 있기 때문에, 일반적인 사용 범위 내라면 안심할 수 있습니다.

여기에 각종 스테인리스의 내열 온도를 소개합니다.

금속의 내열성은 다양한 측면에서 고찰되는 것 이지만,

이 문서의 '온도'는 고온 (700 ℃ ~ 800 ℃)에서 금속의 인장 강도를 뜻합니다.

오스테나이트 계

오스테나이트 계는 비교적 가공이 쉬우면서도 내식성이 우수한 균형 잡힌 스테인리스입니다. 

일반 철강뿐만 아니라 내식성을 확보하기 크롬과 금속 성분을 안정시키기 위해 니켈을 포함하고 있습니다.

높은 내식성을 가지고 있기 때문에 비바람에 노출되는 제품의 소재로 사용되는 경우가 많습니다. 

구체적으로는, 스프링, 벨트 컨베이어, 공업로 등 입니다.

내열 온도는 600 ℃ 근처까지 입니다, 

400계 및 마르텐사이트 계의 중간 정도의 강도이지만, 

600 ℃ 이상에서는 다른 스테인리스에 비해 가장 내구성이 높습니다.

페라이트 계

페라이트 계는 니켈을 포함하지 않는 것이 특징 스테인리스입니다. 

니켈이 포함되어 있지 않기 때문에 금속의 표면을 보호하는 막이 형성되지 않고, 

내식성과 강도는 다른 스테인리스에 뒤떨어 지지만 그만큼 저렴하게 제작 할 수 있습니다.

그래도 스테인리스로 최소한의 내식성은 갖추고 있기 때문에, 

주방 용품을 비롯해 다양한 용도로 이용되고 있습니다. 

구체적으로는, 가전 부품, 볼트 · 너트, 식품 장비, 자전거 림 등입니다.

강한 자성을 가지고있는 것이 특징으로, 자석에 달라 붙는지의 여부를 통해 소재를 판별 할 수 있습니다.

여기 내열성은 300 ℃ ~ 400 ℃ 부근으로, 내열성이 비교적 높기는하지만, 

500 ℃ 이상에서 급격한 저하가 발생할 수 있습니다.

마르텐사이트 계

마르텐사이트 계는 나중에 다시 열처리를 하여 강도를 증가시킬 수있는 특징을 가진 종류입니다. 

스테인리스 중에서는 탄소의 함유량이 많은 크롬이 적은 구성입니다.

따라서 다른 스테인리스에 비해 강도를 의식한 구성되어 있으며, 

내식성보다 강도를 중시하고 싶은 제품에 많이 이용됩니다. 

구체적으로는, 칼, 밸브, 브레이크, 베어링, 터빈 블레이드 등입니다.

내열 온도는 500 ℃까지는 다른 스테인리스에 비해 강하지만, 

그 이상의 온도가되면 내열성이 급격하게 저하됩니다.

석출경화 계

석출경화 계는 템퍼 처리를 주기에 더 경도가 높은 스테인리스의 종류 입니다. 

일반 스테인리스에 사용하는 탄화물 대신 금속 간 화합물을 사용하는 것이 특징이며, 

다른 스테인리스에 비해 제조에 필요한 공정이 많아지기 때문에 가격이 높아집니다.

그러나 그만큼 성능이 높고, 고급 제품의 소재로 사용되는 경우가 많습니다. 

구체적으로는, 샤프트, 터빈, 스프링, 계기 부품 등에 이용됩니다.

상온대역 (주로 550 ℃ 이하)을 상정하고 만들어진 소재로서 

다른 스테인리스에 비해 내열 온도는 낮습니다. 

구체적으로는 500 ℃까지 높은 강도를 가지지만, 

그 이상이 되면 급격히 감소합니다.

기타 스테인레스의 특징에 대해 알아보자

여기에서는 스테인레스는 어떤 금속인지 설명하며,

내열성이 아닌 스테인레스의 다른 특징에 대해 소개합니다.

(JIS)에서는 철 10.5% 이상의 크롬을 첨가하며, 

탄소의 함유량이 1.2% 이하인 것을 철강 스테인리스로 정의하고 있습니다. 

크롬을 첨가하는 목적은 부식에 강하게 하기 위해서 입니다.

크롬을 첨가함으로써 부동태 피막이라는 금속을 보호하는 얇은 막 표면에 나타납니다. 

이 막이 있으므로 인해, 금속을 녹으로부터 지켜줍니다. 

그러나 녹에 강하다고 한들 특정 상황에서 막이 벗겨지는 수가 있으므로

완전히 녹슬지 않는 것은 아닙니다.

부동태 피막에 상처나 기스가 난다고 해도, 크롬과 주위의 산소가 결합하여 어느 정도는 복구됩니다. 

완전하지 않다고 해도, 녹에 대한 강도와 재생력이 스테인레스의 가장 큰 강점 입니다.

또한 스테인리스는 다른 금속에 비해 열전도율이 낮다는 특징이 있습니다.

스테인리스 협회 홈페이지에 따르면, 동일한 조건에서 열전도율을 비교했을 때, 

은은 4.12 (W / m · ℃) × 10-2, 

구리는 3.71 (W / m · ℃) × 10-2, 

알루미늄은 1.95 (W / m · ℃) × 10-2 

스테인리스는 0.26 ~ 0.16 (W / m · ℃) × 10-2의 수치를 냈다고 합니다.

열전도율을 비교하면, 

스테인리스 ... 0.26 ~ 0.16 (W / m · ℃) × 10-2

은 ... 4.12 (W / m · ℃) × 10-2

구리 ... 3.71 (W / m · ℃) × 10-2

알루미늄 ... 1.95 (W / m · ℃) × 10-2

예를 들어, 프라이팬 구이면을 철로 하고, 손잡이 부분을 스테인리스로하여 

열이 구이면에 전달되기 매우 쉽게 하는 동시에 손잡이까지 열이 전해지기 어렵도록 고안하는 것입니다.

그것만이 아닙니다. 스테인리스는 가공이 쉽고, 싸게 생산할 수 있기 때문에 

많은 제품에 사용하기 쉬운 장점이 있습니다. 

구체적으로는냄비 등 주방 용품, 냉장고 나 세탁기 등의 가전류, 

스프링 등의 공업 용품 등 을들 수 있습니다.

재활용 가능한 것도 스테인리스의 장점입니다. 

스테인리스를 재활용 할 때 스크랩으로 회수된다지만, 

그 스크랩은 내산 화성 종류의 판단이 간단하고 

스크랩 소재로서의 가치가 높고, 재활용 절차가 간단합니다.

따라서 재사용이 쉽다는 점을 고려할 때 

스테인리스는 비교적 환경친화적인 소재라고 할 수 있습니다. 

스테인리스는 업자에 의한 매입도 하고 있습니다.

이번에는 내열 온도를 중심으로 한 스테인레스의 특징에 대해 소개했습니다. 

스테인리스는 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 

내식성, 재활용의 용이성 등 많은 장점을 가지고 있습니다. 

그러나 각각의 제품에 따라 향하고있는 소재는 다르기 때문에 

스테인리스 가공 제품을 사용하는 경우에는 용도에 맞게 소재를 구분하는 것이 중요합니다.

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