스테인리스란? 스테인리스의 주성분, 자성에 대해서 알아보자

스테인리스란? 스테인리스의 주성분, 자성에 대해서 알아보자

스테인리스는 

"Fe(철)을 주성분(50%이상), Cr(크롬)을 10.5% 이상을 함유한 합금 강철"입니다.
즉, 거의 철이라고 할 수 있습니다.

그래서 철의 특성은 언뜻 보기에 잘 보이지는 않습니다만, 

여러 부분에서 철의 특성을 보이곤 합니다.(녹이 슬거나 자석에 붙는 등.)

 

마르텐사이트계 ＳＵＳ４１０＝Ｃｒ１３％
페라이트계 ＳＵＳ４３０＝Ｃｒ１８％
오스테 나이트계 ＳＵＳ３０４ ＝Ｃｒ１８％＋Ｎｉ８％
SUSＸＭ７＝Ｃｒ１８％＋Ｎｉ　９％＋Ｃｕ３％

 

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스테인리스에 함유된 Cr(크롬)은 어떤 기능을 하나요?

답은 " 녹을 막는 역할" 입니다.

"녹슬지 않는 철"이 스테인레스입니다.

 

그러나 조건에 따라서는 녹슬어 버리기 때문에 정확히는

"녹슬기 어려운 철"이라고 불러야 마땅합니다.

(예를들어, SUS410는 철의 1/200정도로 녹이 발생함)

 

철의 "녹"은 철과 산소가 결합되어 발생하는 "산화철" 입니다.

 

 

Cr(크롬)이 있으면 왜 "녹"을 막을 수 있나요?

Cr(크롬)은 철보다 산소와 결합되기 쉽다는 특징이 있습니다.

철에 10.5%이상의 Cr(크롬)을 포함시키면 쇠가 산화하기보다

먼저 Cr(크롬)이 산화하여 표면에 산화 크롬의 막이 생깁니다.

 

이 막은 무색 투명하고 얇기(약 50Å Å=1/100000000cm)때문에 육안으로는 식별할 수 없습니다.

 

그러나 이 막은 화학적으로 안정되어 있으며 치밀하여 산소가 통하지 않기에

산화철(녹)의 발생을 막습니다.

 

이 산화 크롬의 막에서 표면이 보호된 상태를 "부동태 피막"이 발생한 상태라고 합니다.

이 산화 크롬 필름은 가공·절단 등으로 상처도 Cr(크롬)이 적량(10.5%이상) 있으면

공기 중의 산소와 결합하고 바로 재생합니다.

 

다만 이 막을 재생할 때에 스테인리스 내부의 Cr(크롬)함유율은 낮아집니다.

 

스테인리스는 정말 자석에 붙지 않을까요?

대표적인 강철 종으로 예를 들면

마르텐사이트계
ＳＵＳ４１０＝１３%Ｃｒ + ８７%Ｆｅ - 자석에 붙는다
페라이트계
ＳＵＳ４３０＝１８%Ｃｒ + ８２%Ｆｅ - 자석에 붙는다
오스테 나이트계
ＳＵＳ３０４＝１８%Ｃｒ + ８%Ｎｉ + ７４%Ｆｅ - 자석에 붙지 않는다

SUS304가 가장 대표적 스테인레스 강이니, 

스테인리스는 자석에 붙지 않는다라는 이미지가 일반적입니다.

Fe(철) → 자성이 크다
Ni(니켈) → 자성이 적다
Cr(크롬) → 자성이 없다

자성이 크게 Fe(철)의 함유율이 낮은 스테인리스는 자석에 끌리지 않습니다.

그러나 SUS304에서도 조건대로 자석에 반응하는 것이 있습니다.

 

스테인레스를 가공하면 산화 크롬 판을 살리기 위해서 Cr(크롬)이 표면으로 나와

내부의 함유율이 낮아집니다.

 

이에 상대적으로 Fe(철)함유율이 높아지면서 자성이 생깁니다.

예) 와셔(압연 가공·프레스 가공)

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SUSXM7는 어떤 스테인레스 강일까요?

SUS304를 가공하기 쉽게한 스테인레스 강이 SUSXM7입니다.

SUS304의 단점은 냉간 가공성이 좋지 않은 것입니다.

가공으로 경화되다가 "균열"이 발생할 수 있습니다.

 

또 금형 및 공구의 수명도 짧아 비용 부담이 큽니다.

 

거기서 부드러운 금속의 Cu(구리)을 첨가하여 가공 경화성을 억제하여

냉간 가공하기 쉽게만든 스테인레스 강이 SUSXM7입니다.

 

내식성이나 강도는 SUS304와 동등합니다.

현재 SUS304는 헤더재로서는 거의 사용되지 않았습니다.

ＳＵＳ３０４ ＝Ｃｒ１８％ ＋ Ｎｉ ８％
ＳＵＳＸＭ７＝Ｃｒ１８％ ＋ Ｎｉ ９％＋ Ｃｕ３％

스테인리스 강철 종명은 SUS304와 SUS410등과 같이 

SUS후에 3자리 숫자가 붙습니다.

 

SUSXM7 같은 강철 종명은 독특하지만 JIS규격에도 인정된 철입니다.

XM7는 개발 중 번호 이름으로 그 성능이 아주 뛰어났기 때문에 

통칭"XM7"으로 시장에 널리 유통되고 있었습니다. 

 

후에 JIS에 인정되었을 때(1977년)에는 XM7이라는 이름이 너무 널리 알려져 있었기 때문에

"SUSXM7"이라는 명이 채용되었습니다.

질화 열처리라는 것은 어떤 열처리인가요?

진공로에 질소를 많이 포함한 가스(암모니아 등)를 넣어 500℃에서 50~72시간 가열합니다.

이렇게 하면 질소화 층이 형성되며, 이 질화층 자체가 매우 질겨

담금질과 템퍼는 불필요합니다.

"SUS410"을 열 처리하면 Cr(크롬)은 탄화 크롬이나 질화 크롬으로 변화하고 줄어들어 버리므로,

스테인레스 표면을 보호하는 산화 크롬의 막이 충분히 발생하지 않을 가능성이 있습니다.

 

그래서 인공적으로 부동태 피막을 만들 필요가 있습니다. 

이 처리를 "파시페토"라고 합니다.

 

 

 

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