JIS G4304 SUS309S 용체처리 스테인리스강 물성 - 고온 내산화 고크롬 오스테나이트강
SUS309S 개요 - 고온 산화 분위기용 22Cr-12Ni 강
JIS G4304 SUS309S는 크롬 22~24%, 니켈 12~15%를 함유한 고크롬-고니켈 오스테나이트계 내열강입니다. 'S'는 저탄소(≤0.08%)를 의미하며, 용체처리 상태에서 1000°C까지의 산화 분위기에서 우수한 내산화성을 발휘합니다. 열처리 설비, 화로 부품, 촉매 담체 등 고온 구조용으로 널리 사용됩니다.
화학 성분 (JIS G4304 기준)
| 원소 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr |
| 기준치 |
≤0.08% |
≤1.00% |
≤2.00% |
≤0.045% |
≤0.030% |
12.00~15.00% |
22.00~24.00% |
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 |
187 |
- |
| 로크웰 B 경도 |
HRB |
90 |
- |
| 비커스 경도 |
HV |
200 |
- |
| 푸아송 비 |
- |
0.3 |
오스테나이트계 표준 |
| 전단 계수 |
GPa |
77 |
오스테나이트계 표준 |
| 인장 강도 |
MPa |
520 |
- |
| 항복 강도 (Rp0.2) |
MPa |
205 |
- |
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) |
고온 내산화 성능 - SUS309S 핵심 경쟁력
🔥 산화 스케일 생성 거동 (공기 중, 연속 노출)
| 온도 (°C) | 산화 속도 (mg/cm²·h) | 스케일 두께 (μm, 1000h) | 보호성 산화막 |
| 800 |
0.01 미만 |
<5 |
Cr₂O₃ 치밀막 형성 완료 |
| 900 |
0.05 |
15~25 |
안정적 보호막 유지 |
| 1000 |
0.2~0.3 |
50~80 |
보호막 성장, 스케일 박리 시작 |
| 1050 |
0.8~1.0 |
150~200 |
보호막 파괴, 급속 산화 개시 |
| 1100 |
2.5 이상 |
>500 |
비보호성 산화, 수명 종료 |
실용 온도 한계: 연속 사용 1000°C, 간헐 사용 1050°C
고온 기계적 물성 (크리프/파단 강도)
| 온도 (°C) | 1% 크리프 변형 강도 (MPa, 10,000h) | 파단 강도 (MPa, 10,000h) | 파단 강도 (MPa, 100,000h) |
| 600 |
140 |
200 |
160 |
| 650 |
95 |
135 |
105 |
| 700 |
65 |
90 |
70 |
| 750 |
45 |
60 |
45 |
| 800 |
30 |
40 |
30 |
| 850 |
20 |
27 |
20 |
| 900 |
13 |
18 |
13 |
SUS309S vs SUS310S vs SUS304H 고온 특성 비교
| 특성 | SUS304H | SUS309S | SUS310S |
| Cr (%) |
18~20 |
22~24 |
24~26 |
| Ni (%) |
8~10.5 |
12~15 |
19~22 |
| C (%) |
0.04~0.10 |
≤0.08 |
≤0.08 |
| 산화 저항 한계 (연속) |
850°C |
1000°C |
1100°C |
| 산화 저항 한계 (간헐) |
870°C |
1050°C |
1150°C |
| 700°C 크리프 파단 (10만h, MPa) |
70 |
70 |
95 |
| 800°C 크리프 파단 (10만h, MPa) |
30 |
30 |
45 |
| 열팽창 계수 (20~800°C, 10⁻⁶/K) |
17.5 |
16.5 |
16.0 |
| 열전도율 (800°C, W/m·K) |
21 |
24 |
26 |
| 시그마상 생성 경향 |
낮음 |
중간 (600~900°C) |
높음 (600~900°C) |
| 상대 비용 |
1.0 (기준) |
1.8~2.2 |
3.0~3.5 |
주요 용도
- 열처리 설비: 담금질로, 소둔로 뮬/트레이, 바스켓, 컨베이어 벨트 (900~1000°C)
- 석유화학: 크래킹 퍼니스 튜브, 촉매 재생기, 사이클론 디핑 튜브
- 소각로/보일러: 소각로 내벽, 과열기 튜브 슈트, 에코노마이저
- 자동차: 배기 매니폴드, 터보차저 하우징, EGR 쿨러 (고온 배가스)
- 유리/세라믹: 용해로 부품, 어닐링 로 롤러, 푸셔 플레이트
- 발전: 바이오매스 보일러 튜브, 폐열 회수 장치
⚠️ 고온 사용 시 주의사항
🔴 금기/주의 환경
- 환원성 분위기 (H₂, CO, 분해 암모니아): Cr₂O₃ 피막 환원 → 급속 산화/금속 분진 형성
- 황 함유 분위기: 황화물 형성 → 입계 침투, 취화 (SUS310S가 더 강함)
- 탄소 침투 (카버라이징): 800~1000°C에서 표면 경화, 취성화 → 표면 보호 코팅 필요
- 시그마상 (σ-phase) 생성: 600~900°C 장시간 노출 시 취성 상 생성 → 인성 저하, 내식성 저하
- 열피로: 반복 열사이클링 시 산화 스케일 박리/재생 반복 → 두께 감소 가속
용접 및 제작 가이드
| 항목 | 권장 사항 |
| 용접봉/와이어 |
ER309L, ER309LSi (과합금으로 용접금속 내식성 확보) |
| 예열 |
일반적으로 불필요 (두께>25mm 시 100~150°C) |
| 층간온도 |
150°C 이하 유지 |
| 열입력 |
1.5~2.5 kJ/mm (과열입력 시 열변형/결정입 조대화 주의) |
| 용접 후 열처리 |
일반적으로 불필요 (응력제거만 300~400°C 실시 가능) |
| 이종금속 용접 (to 탄소강) |
ER309L 필수, 버터링 권장 |
동등 규격
| 규격 | 등급 |
| ASTM |
A240 309S, A276 309S, A312 TP309S |
| ASME |
SA-240 309S, SA-312 TP309S |
| EN |
1.4833 (X7CrNi23-14) |
| KS |
STS 309S |
| GB |
06Cr23Ni13 (구 0Cr23Ni13) |
| UNS |
S30908 |
관련 강종: SUS309H (고탄소 크리프 강도용)
SUS309H (C 0.04~0.10%)는 600°C 이상 고온 크리프 강도가 필요한 압력용기/배관용으로, SUS309S 대비 크리프 파단 강도 20~30% 우위. 단, 용접 후 입계부식 주의 필요.
