엔지니어에게 질문하기:오스테나이트 스테인리스강

극저온 또는 고온에서도 다재다능하고 견고한 오스테나이트계 스테인리스

스테인리스 스틸은 녹에 강하기 때문에 "스테인리스"라고 불립니다. 강철에는 일정 비율의 철과 탄소가 포함되어 있습니다. 크롬 원소를 추가하면 강철에서 스테인리스강으로 변합니다. 이 세 가지 기본 요소로 시작하여 야금학자들은 광범위한 스테인리스강을 만들었습니다. 합금의 금속 유형, 합금 지침, 열처리 및 사후 생산 작업은 각 등급의 설명에 나와 있습니다. 이러한 사양은 오스테나이트, 제2철, 마르텐사이트 및 듀플렉스의 네 가지 주요 하위 유형으로 분류됩니다. 모두 유용하지만 오스테나이트계 강은 뛰어난 유용성을 자랑합니다. 스테인리스 스틸 제품의 70%는 오스테나이트계 스테인리스 스틸로 만들어집니다.

크롬은 빠르게 산화되어 스테인리스강을 부식 방지합니다. 이것은 철 기반 금속을 녹슬지 않도록 보호하는 밀봉 또는 "수동층"을 형성합니다. 오스테나이트계 스테인리스강에는 강도와 연성을 부여하는 니켈이라는 추가 합금 원소가 있습니다.

오스테나이트계 스테인리스강의 특성

오스테나이트계 스테인리스강에는 여러 가지 유용한 특성이 있습니다.

• 고내식성
• 내구성
• 형성 가능
• 용접 가능
• 극저온에서도 잘 부서지지 않음
• 다른 스테인리스 유형보다 더 넓은 열간 강도 범위
• 마르텐사이트 및 페라이트 스테인리스강보다 더 큰 열팽창
• 마르텐사이트 등급보다 낮은 열전도율
• 일반적으로 비자성; 냉간 가공 시 약한 자성

이러한 특성으로 인해 오스테나이트계 스테인리스는 다목적이며 주방 및 식품 가공 장비, 실험실 및 병원, 외부 현장 가구 및 피복재, 오븐 및 용광로, 열교환기 등을 포함한 많은 응용 분야에 이상적입니다. 일반적인 304 및 316 재종을 포함하여 상업적으로 일반적인 300 시리즈는 오스테나이트 강입니다.

오스테나이트 강은 분자 구조 때문에 이러한 유용한 특성을 가지고 있습니다. 그러나 강철 내에서 오스테나이트 분자를 생성하고 유지하는 데 비용이 많이 듭니다. 따라서 이러한 강철은 강화된 특성이 필요한 경우에만 사용됩니다.

오스테나이트 미세구조

금속이 용융 상태에서 얼면 결정화되어 격자에서 서로 부착되는 입자를 형성합니다. 이 결정 구조는 금속의 많은 기계적 특성을 결정합니다.

이 미세 구조에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다. 격자 내부의 재료, 금속이 얼마나 뜨거워지고 얼마나 빨리 냉각되는지, 금속이 나중에 열처리되는지 여부입니다. 오스테나이트계 합금은 "면심입방 미세구조"라고 불리는 것을 가지고 있습니다. 이 격자는 조밀하게 채워진 세포로 이루어져 있습니다. 면심 오스테나이트 분자는 철이 용융 상태일 때 연강에서만 나타납니다. 야금술사가 합금에 니켈을 첨가하면 이 구조는 금속이 차가워도 유지될 수 있습니다.

면심입방 구조는 세포의 각 모서리에 원자가 있고 큐브의 각 면 중앙에 원자가 있습니다. 오스테나이트 강에 특성을 부여하는 것은 각 입방체의 표면에 있는 원자입니다. 세포당 원자의 밀도는 세포에 힘을 줍니다. 다른 많은 형태의 강철 및 스테인리스강은 각 면의 중심에 원자가 없는 더 느슨하게 패킹된 구조를 가지고 있습니다.

오스테나이트계 스테인리스강은 세포의 각 원자가 반대 전하를 가진 쌍을 찾을 수 있기 때문에 비자성입니다.

오스테나이트계 스테인리스강:극저온에 적합

면심입방 구조는 셀당 추가 원자의 추가 강도로 인해 극한의 온도에서 더 단단합니다.

오스테나이트계 스테인리스강은 극저온 응용 분야에서 부서지기 쉽고 쉽게 부서지지 않는 유일한 스테인리스 유형입니다. -292°F 이하에서도 이 소재는 인성과 신율을 유지합니다. 충격을 받으면 분자가 부서지지 않고 서로 미끄러질 수 있습니다.

이에 비해 체심 입방 구조는 일반적으로 기계적으로 스트레스를 받으면 재료가 부서지는 "전이" 온도를 나타냅니다. 이것을 저온 취화라고 합니다.

내열성 또는 고온 강도

금속은 가열되면 녹는점에 도달할 때까지 부드러워집니다. 덜 빨리 부드러워지는 것이 더 큰 열강도를 갖습니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 900–1000°F 사이에서 강도를 잃기 시작하지만 다른 스테인리스 유형만큼 빠르지는 않습니다. 마르텐사이트 및 페라이트 스테인리스강의 두 가지 유형에서 연속 사용 온도는 1300–1500°F입니다. 오스테나이트계 310 스테인리스강의 최대 연속 사용 온도는 2100°F입니다.

금속의 복잡성

금속은 원자 결정 격자 형성에서 고유한 재료 특성을 얻습니다. 이러한 입자는 금속 생산의 다양한 측면에 의해 영향을 받습니다.

강철은 철이 탄소와 합금될 때 생성되어 강하고 연성이 있지만 녹에 취약한 합금을 생성합니다. 크롬이 첨가되어 부동태 산화물 층을 생성하고 녹을 방지합니다. 1,674–2,541°F 사이에서 열처리되면 탄소가 격자를 통해 투과되고 스테인리스는 이제 더 큰 연성과 강도를 갖게 됩니다. 실온에서 이 구조를 유지하는 유일한 방법은 합금에 니켈 및/또는 망간을 포함하는 것입니다. 이러한 추가는 면심입방 셀에 화학적 스캐폴딩을 제공합니다. 비자성, 내열성 및 내한성, 연성 및 용접성 등의 모든 요소를 ​​사용하여 오스테나이트계 스테인리스강이 생성됩니다.

탄력 있는 오스테나이트계 스테인리스강은 많은 산업 환경에서 계속 작동합니다. 기계적 특성으로 인해 스테인리스 등급에서 가장 인기 있는 선택이 되었습니다. 그러나 니켈과 망간을 추가하면 오스테나이트 강이 더 비싸집니다. 오스테나이트와 페라이트를 끼워넣는 새로운 듀플렉스 강은 두 가지 특성 중 일부를 갖는 경향이 있습니다. 극한이 아닌 환경에서 오스테나이트계 강철의 이점을 얻을 수 있는 더 저렴한 방법입니다. 그러나 극저온 응용 분야와 보일러, 열교환기 및 증기 라인과 같은 열 집약적 응용 분야의 경우 오스테나이트계 스테인리스강이 여전히 가장 인기 있는 선택입니다.