JIS G4304 SUS310S 용체처리 스테인리스강 물성 - 최고 내산화 25Cr-20Ni 오스테나이트강

SUS310S 개요 - 극한 고온 내산화 강종의 결정판

JIS G4304 SUS310S는 크롬 24~26%, 니켈 19~22%를 함유한 초고합금 오스테나이트계 내열강입니다. 'S'는 저탄소(≤0.08%)를 나타내며, 용체처리 상태에서 연속 1100°C, 간헐 1150°C까지 산화 분위기에서 사용 가능한 최고 수준의 내산화성을 가집니다. 모든 오스테나이트계 스테인리스강 중 고온 강도와 내산화성의 균형이 가장 우수합니다.

화학 성분 (JIS G4304 기준)

원소	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr
기준치	≤0.08%	≤1.50%	≤2.00%	≤0.045%	≤0.030%	19.00~22.00%	24.00~26.00%

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)

최고 수준의 고온 내산화 성능

🛡️ 보호성 산화막 (Cr₂O₃ + NiO·Cr₂O₃ 스피넬) 형성 메커니즘

이중층 구조: 외층 NiO·Cr₂O₃ 스피넬 + 내층 치밀 Cr₂O₃
자가 치유: 스케일 손상 시 Cr 내부 확산으로 즉각 재형성
Ni 역할: Cr 확산 가속, 스피넬 형성으로 산소 이온 확산 차단
Si 효과: 산화막/모재 계면에서 SiO₂ 형성 → 박리 저항성 향상

산화 중량 증가 거동 (등온 산화, 공기 중)

온도 (°C)	초기 (100h, mg/cm²)	정상 (1000h, mg/cm²)	장기 (10000h, mg/cm²)	비고
900	0.5	2.0	5.0	완전 보호적
1000	2.0	10.0	30.0	보호적, 선형 성장
1050	5.0	25.0	80.0	한계 영역, 스케일 박리 시작
1100	15.0	60.0	-	비보호적 전환, 수명 급감
1150	40.0	-	-	간헐 사용만 가능

고온 크리프/파단 강도 - 오스테나이트계 최강

온도 (°C)	1% 크리프 변형 강도 (MPa, 10,000h)	파단 강도 (MPa, 10,000h)	파단 강도 (MPa, 100,000h)
600	180	260	210
650	125	180	145
700	85	125	95
750	60	85	65
800	42	60	45
850	28	40	30
900	18	26	18
950	12	17	11
1000	8	11	7

309S vs 310S vs 304H 고온 종합 비교

평가 항목	SUS304H	SUS309S	SUS310S
연속 사용 온도 한계 (산화)	850°C	1000°C	1100°C
간헐 사용 온도 한계	870°C	1050°C	1150°C
700°C 10만h 파단강도	70 MPa	70 MPa	95 MPa
800°C 10만h 파단강도	30 MPa	30 MPa	45 MPa
열팽창 계수 (20~1000°C)	17.5	16.5	16.0
열전도율 (800°C)	21	24	26
시그마상 생성 온도역	낮음	600~900°C (중간)	600~900°C (높음)
카버라이징 저항성	낮음	중간	우수
황화 분위기 저항성	낮음	중간	우수
용접성	최우수	양호	양호 (열변형 주의)
가공성 (절삭/성형)	우수	양호	다소 어려움 (고경도, 가공경화)
상대 비용 (304H=1.0)	1.0	1.8~2.2	3.0~3.5

주요 용도 - 극한 고온 환경

석유화학 크래킹: 에틸렌 퍼니스 튜브 (950~1050°C), 트랜퍼 라인, 퀜치 시스템
열처리 설비: 진공로/분위기로 내벽, 뮬, 트레이, 바스켓, 팬 블레이드 (1000~1100°C)
발전/에너지: 바이오매스/폐기물 소각로 수냉벽, 과열기, 가스터빈 배기 덕트
수소 제조: SMR(스팀 메탄 개질) 리포머 튜브 (850~950°C, 고압 수소 분위기)
유리/세라믹: 플로트 유리 주석욕 롤러, 어닐링 로 부품, 킬른 퍼니처
항공우주: 로켓 엔진 부품, 열교환기, 후연기 라이너
자동차: 고성능 배기 매니폴드, 터빈 하우징, EGR 쿨러 (고온 구간)

⚠️ SUS310S 특유의 주의사항

🔴 반드시 고려할 제약사항

시그마상 (σ-phase) 취화: 600~900°C 장시간(1000h 이상) 노출 시 Cr-Fe 금속간 화합물 생성 → 충격치 급감, 내식성 저하. 열처리/용접 후 급냉 필수
열변형/열응력: 열팽창 계수는 낮으나 열전도율 높아 열구배 큼 → 구속 조건에서 열응력 파괴 위험
고온 가공경화: 고온에서도 가공경화 발생 → 고온 성형 시 중간 어닐링 필요
용접 열영향부 연화: 고니켈로 용접부 연화폭 넓음 → 다층 용접 시 층간온도 엄격 관리 (≤150°C)
비용: Ni 20%+Cr 25%로 자재비 매우 고가 → 필요 용도에 한정 적용

용접 및 제작 가이드

항목	권장 사항	비고
용가재 (모재 동종)	ER310, ER310Mo (Mo 2~3% 첨가로 고온 강도↑)	과합금 권장
이종용접 (to 탄소강/저합금강)	ER309L, ER309MoL (버터링 2층 이상)	희석율 제어 필수
보호가스	Ar 98~99% + O₂ 1~2% 또는 Ar+2%CO₂	산화 방지, 아크 안정
백킹 가스	Ar (순도 99.99% 이상), 유속 10~15 L/min	배면 산화 방지 필수
예열	불필요 (단, 두께>30mm 또는 구속 큰 경우 100°C)	-
층간온도	≤150°C (엄수)	열변형/시그마상 억제
용접 후 열처리	일반적 불필요 (응력제거만 300°C 1h 가능)	고온 용접부 PWHT 시 시그마상 생성 위험

동등 규격

규격	등급
ASTM	A240 310S, A276 310S, A312 TP310S
ASME	SA-240 310S, SA-312 TP310S
EN	1.4845 (X8CrNi25-21)
KS	STS 310S
GB	06Cr25Ni20 (구 0Cr25Ni20)
UNS	S31008

강종	탄소	특징	용도
SUS310H	0.04~0.10%	고온 크리프 강도 극대화 (ASME Code Case)	초고온 압력용기/배관 (≥700°C)
SUS310MoLN	≤0.02%	Mo 2.0~3.0% + N 0.10~0.20%, 초고강도+내식성	초임계 보일러, 고압 수소, 해양
SUS310J1	≤0.08%	Si 2.0~3.0% 첨가, 산화/카버라이징 저항 극대화	카버라이징 분위기 퍼니스 부품

선정 가이드: 언제 SUS310S인가?

고온 사용 환경 분석
│
├─ 연속 1000°C 초과, 간헐 1100°C 초과
│   └─ 산화/카버라이징/황화 분위기 복합
│       └─ 고온 강도도 중요 (크리프/열피로)
│           └─ 비용 허용 범위 내 (Ni 20%+ 프리미엄 수용)
│               └─ SUS310S 선정
│
├─ 900~1000°C, 산화 분위기 주, 비용 민감
│   └─ SUS309S 선정
│
├─ 800~900°C, 크리프 강도 중요, 용접 다량
│   └─ SUS304H / SUS309H 선정
│
└─ 600~800°C, 일반 내식성+강도, 비용 최우선
    └─ SUS304 / SUS316 / SUS321 / SUS347 선정

JIS G4304 SUS309S 용체처리 스테인리스강 물성 - 고온 내산화 고크롬 오스테나이트강 JIS G4304 SUS 316 스테인리스강 – 용체처리로 최적의 성능 구현

금속