JIS G4304 SUS304LN 용체처리 스테인리스강 물성 - 저탄소 고강도 질소첨가강

SUS304LN 개요 - 용접성과 고강도의 양립

JIS G4304 SUS304LN은 SUS304L(초저탄소)에 질소(N) 0.10~0.25%를 첨가하여, 저탄소로 인한 강도 저하를 보상하면서 용접 후 입계부식 저항성을 유지한 고기능 강종입니다. 용체처리 상태에서 항복강도 245MPa, 인장강도 550MPa로 SUS304 수준의 강도를 확보하며, 우수한 저온 인성과 비자성 특성을 가집니다.

화학 성분 (JIS G4304 기준)

원소	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	N
기준치	≤0.030%	≤1.00%	≤2.00%	≤0.045%	≤0.030%	9.00~13.00%	18.00~20.00%	0.10~0.25%

일반 물성

항목	온도	값	비고
밀도	23.0 °C	7.9 ~ 8.2 g/cm³	오스테나이트계 표준값

기계적 물성 (용체처리 상태, 23°C)

항목	단위	값	비고
탄성 계수	GPa	195	오스테나이트계 표준
신율 A5	%	40	-
브리넬 경도	HB	217	SUS304L(187)보다 높음
로크웰 B 경도	HRB	95	SUS304L(90)보다 높음
비커스 경도	HV	220	SUS304L(200)보다 높음
푸아송 비	-	0.3	오스테나이트계 표준
전단 계수	GPa	77	오스테나이트계 표준
인장 강도	MPa	550	SUS304(520) 이상, SUS304L(480) 대폭 향상
항복 강도 (Rp0.2)	MPa	245	SUS304(205), SUS304L(175) 대폭 향상

열적 물성

항목	온도	값	비고
열팽창 계수	23.0 °C	1.7E-5 ~ 1.9E-5 1/K	오스테나이트계 표준
용융점	-	1230 ~ 1480 °C	오스테나이트계 표준
비열 용량	23.0 °C	440 J/(kg·K)	오스테나이트계 표준
열전도율	23.0 °C	11 ~ 21 W/(m·K)	오스테나이트계 표준

전기적 물성

항목	온도	값	비고
전기 저항률	23.0 °C	8.5E-7 Ω·m	오스테나이트계 표준

가공 이력

항목	내용
열처리 상태	용체처리 (Solution Treated)

질소(N) 첨가 효과 메커니즘

⚛️ 질소의 다중 효과

🏗️ 오스테나이트 안정화

Ni 당량 약 30배 효과. Ni 삭감 없이 오스테나이트 단일상 유지

💪 고용강화 (Solution Strengthening)

격자 간극 원자로 격자 왜곡 → 항복강도 대폭 향상 (약 +70MPa/N 0.1%)

🛡️ 구멍부식 저항 향상

피팅 부식 지수(PREN) 상승: PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N

❄️ 저온 인성 유지

-196°C에서도 충격치 우수, 취성 전이 없음

🧲 비자성 유지

오스테나이트 안정화로 냉간가공 후에도 자성 발현 억제

🔥 크리프 강도 향상

고온에서 질소의 고용강화 효과 지속

304 계열 4종 강도 비교 (용체처리, 상온 최소값)

강종	C (max)	N	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	용접성	비고
SUS304	0.08%	≤0.10%	205	520	우수	기준
SUS304L	0.03%	≤0.10%	175	480	최우수	용접용
SUS304N1	0.08%	0.10~0.25%	275	550	우수	고강도용
SUS304LN	0.03%	0.10~0.25%	245	550	최우수	용접+고강도

SUS304LN 독보적 장점: 용접성 + 고강도 동시 달성

🎯 설계 엔지니어 관점에서의 가치

두께 감소 설계 가능 → 자재비/중량 절감 (항복강도 40% 향상: 175→245 MPa)
용접 후 PWHT 불필요 → 시공비/공기 단축
입계부식 걱정 없음 → 수명 신뢰성 확보
저온(-196°C) 인성 보장 → LNG, 초저온 설비 적용
비자성 유지 → 계측기기, MRI 주변 구조물 적용

저온 물성 (-196°C, 액체 질소 온도)

항목	SUS304LN	SUS304L	비고
인장강도 (MPa)	1,100~1,300	1,000~1,200	LN 우위
항복강도 (MPa)	600~800	500~700	LN 우위
신율 (%)	40~50	40~50	동등
샤르피 충격치 (J)	200 이상	200 이상	모두 우수
측팽창률 (%)	50~60	50~60	동등

주요 용도

LNG/수소 플랜트: 초저온 탱크, 배관, 펌프, 밸브 (-196°C~-253°C)
화학 플랜트 고압 배관: 두께 감소 설계로 비용 절감 (Sch.80→Sch.40 등)
압력용기: ASME Sec. VIII Div. 1/2 설계 시 두께 산출 유리
제약/바이오: CIP/SIP 세정 라인, 고압 멸균기, 발효조
원자력: 보조 계통 배관, 저장 탱크 (비자성, 저온 인성)
해양/조선: 해수 배관, 밸브, 피팅 (구멍부식 저항 향상)

용접 시 주의사항 (질소 첨가강 공통)

항목	주의점	대응
질소 손실	용접 아크 분위기에서 N₂ 기체로 방출	보호가스(Ar+2~5%N₂) 사용, 백킹 가스 필수
페라이트 생성	고온에서 δ-페라이트 생성 가능성	용접 열입력 제어, 다층 용접 시 층간온도 관리
기공 발생	질소 과포화 시 응고 중 기공	적정 열입력, 청결한 모재/용가재 표면
용가재 선정	모재 질소량 고려 필수	ER308LN, ER308LSi (N 함유) 권장

동등 규격

규격	등급
ASTM	A240 304LN, A276 304LN, A312 TP304LN
ASME	SA-240 304LN, SA-312 TP304LN
EN	1.4311 (X2CrNiN18-10)
KS	STS 304LN
GB	022Cr18Ni10N
UNS	S30453

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금속