UGI® 4545 AIR H925 – 항공우주용 프리미엄 침전경화 스테인리스강

개요

UGI® 15-5PH AIR(또는 UGI® 4545 AIR)는 항공우주 분야를 위해 개발된 프리미엄 품질의 침전경화(PH) 마르텐사이트계 스테인리스강입니다. 고강도와 고인성이 동시에 요구되는 부품에 사용되며, 우수한 피로 내성을 갖추고 있습니다. 이 소재는 해당 분야에서 가장 진보된 기술인 전극재 용해(ESR, Electro-Slag Remelting) 공정(AMS 5659 Type 2)을 거쳐 제조됩니다. 이를 통해 종방향뿐만 아니라 횡방향에서도 우수한 균질성, 등방성 및 높은 기계적 특성을 보장합니다. (강자성체)

미세조직

광학 현미경으로 관찰된 미세조직은 균질한 마르텐사이트 기지에 니오븀 탄질화물 석출물(SEM에서 백색 입자로 확인)과 잔류 오스테나이트(금속학적 조건에 따라 분율 변동)로 구성됩니다. 나노미터 크기의 구리 풍부 상은 투과전자현미경(TEM)으로 관찰 가능합니다. UGI® 15-5PH AIR의 델타 페라이트 분율은 AMS 2315 기준 1% 미만(UGI® 17-4PH AIR보다 낮음)이며, 이전 오스테나이트 입자 크기는 6 이하로 미세합니다.

청정도

소모성 ESR 공정으로 생산되어 잔류 비금속 개재물이 매우 작고 단면 전체에 균일하게 분포합니다. ASTM E45 Method A 기준 다음과 같은 미세 청정도를 보장합니다:

• A, B, C, D 유형(Thin) < 1.5
• A, B, C, D 유형(Heavy) < 1

물리적 특성

특성	값
밀도	7.8 g/cm³

기계적 특성 (H925 조건)

특성	온도	값	비고
탄성 계수	20 °C	200 GPa
	100 °C	195 GPa
	200 °C	185 GPa
	300 °C	170 GPa
	300 °C	175 GPa
신율		10 %	최소값
브리넬 경도		375 HB	최소값
로크웰 C 경도		38 HRC	최소값
단면 수축률		44 %	최소값
인장 강도		1170 MPa	최소값

열적 특성

특성	값	조건
열팽창 계수	10.5 × 10⁻⁶ 1/K	20~100°C
	11.1 × 10⁻⁶ 1/K	20~200°C
	11.5 × 10⁻⁶ 1/K	20~300°C
	11.9 × 10⁻⁶ 1/K	20~400°C
비열 용량	500 J/(kg·K)
열전도율	16 W/(m·K)

전기적 특성

특성	값
전기 저항률	7.1 × 10⁻⁷ Ω·m

화학 조성 (질량 %)

원소	함량	비고
탄소 (C)	0.07	최대
크로뮴 (Cr)	14.5 ~ 15.3
구리 (Cu)	2.5 ~ 4.0
망간 (Mn)	1.0	최대
몰리브덴 (Mo)	0.5	최대
니켈 (Ni)	4.5 ~ 5.5
니오븀 (Nb)	0.45	최대, 최소: 5×C
인 (P)	0.025	최대
실리콘 (Si)	0.60	최대
황 (S)	0.005	최대

기술적 특성

적용 분야

• 항공우주: 프리미엄 항공기 품질 소재
• 센서 제조: 압력 센서 등
• 의료 보조 기기
• 축, 기어
• 피팅
• 구조 부품 등

내식성

UGI® 15-5PH AIR는 우수한 내식성을 가지며, 경우에 따라 18Cr-8Ni 오스테나이트강(304계)과 유사한 수준을 보입니다.

환경	거동
질산	양호
인산	제한적 사용
황산	제한적 사용
초산	보통
탄산나트륨	보통
NaCl (염수 분무 시험)	양호
습도	우수
해수	제한적 사용
오일/가스	제한적 사용

공식(피팅) 부식: 일반 12% Cr 마르텐사이트강보다 월등히 저항성이 높으며, 초마르텐사이트강 1.4418 및 오스테나이트강 1.4301(AISI 304)과 동등한 수준의 공식 전위를 가집니다.

입계 부식: 탄소 함량이 낮고(일부가 Nb와 결합) 적절한 열처리 시 입계 부식에 둔감합니다.

기타: 피로부식 및 응력부식에도 우수한 저항성을 보이며, 높은 기계적 특성과 내식성의 결합으로 침식부식 저항성도 우수합니다.

가공성

낮은 황 함량과 뛰어난 미세 청정도로 인해 칩 분열성이 낮아 드릴링, 정삭 선삭 등에서 가공 난이도가 높습니다. 가능한 한 용체화 어닐링 상태(A조건)에서 최종 부품 형상의 대부분을 가공하는 것이 권장됩니다. 침전경화 열처리 후 가공은 소재 경도가 높을수록 공구 마모가 심해져 생산성이 떨어지므로 권장하지 않습니다.

A조건에서 인발봉을 대상으로 한 황삭 선삭 시험(ap=1.5mm, f=0.25mm/rev) 결과, STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 공구로 15분 유효 절삭 시 플랭크 마모 0.15mm를 내는 절삭 속도는 약 145 m/min으로, 가공성 개선강인 UGIMA® 4542(약 160 m/min)보다 10~30% 낮은 생산성을 보입니다.

열처리

열처리는 두 단계로 구성됩니다:

1. 오스테나이트화(용체화 어닐링): 1030~1050°C에서 수행하며, 합금 원소(특히 Cu)를 과포화 마르텐사이트에 고용시킵니다. 오일 퀜칭 또는 소형 단면은 공랭으로 중단합니다. 이 상태(A조건)에서는 Cu 침전경화가 일어나지 않아 경도가 중간 수준이며, 가공이나 냉간 성형에 적합합니다. 이 경우 300°C에서 1시간 응력 제거 처리를 추가하여 소재를 안정화하고 퀜칭 크랙을 예방하는 것이 좋습니다.
2. 시효(에이징): 용체화 처리 후 Cu 풍부 상을 석출시켜 기계적 특성을 조절합니다. 시효 온도 범위는 480°C(H900) ~ 620°C(H1150)입니다. H900은 최대 경화 상태이며, 온도가 상승함에 따라 석출물 성장에 따라 강도/경도는 감소하지만 580°C 이상에서는 재석출 오스테나이트 생성으로 인성이 향상됩니다. H1025는 강도와 인성의 최적 균형을 위해 가장 많이 선택됩니다.

연화 처리(H1150M): 용체화 어닐링 → 760°C 2시간 템퍼링 → 620°C 4시간 시효 순으로 진행하며, 인장강도 780 MPa, 항복강도 710 MPa, 경도 32 HRC 미만으로 A조건보다도 낮아집니다.

주요 열처리 조건별 공정

조건	공정 내용
Cond A	1030/1050°C 어닐링
H900	1030/1050°C 어닐링, 공랭/유랭 + 480°C 1시간 경화, 공랭
H925	1030/1050°C 어닐링, 공랭/유랭 + 495°C 4시간 경화, 공랭
H1025	1030/1050°C 어닐링, 공랭/유랭 + 550°C 4시간 템퍼링, 공랭
H1075	1030/1050°C 어닐링, 공랭/유랭 + 580°C 4시간 템퍼링, 공랭
H1100	1030/1050°C 어닐링, 공랭/유랭 + 590°C 4시간 템퍼링, 공랭
H1150	1030/1050°C 어닐링, 공랭/유랭 + 620°C 4시간 템퍼링, 공랭

열간 성형(단조)

단조 적합. 재가열 온도 1150~1200°C, 단조 온도 1200~950°C. 단조 후 공랭 또는 유랭. 단조품은 이후 용체화 어닐링 및 필요 시 시효 처리를 해야 합니다.

검사 및 규격

• 자기입자 탐상 및 매크로 조직 검사
• AMS 2300 준수: 빈도/심도 등급 0/0
• AMS 5659 매크로 조직: Class 1~4, ASTM A604 기준 일반적으로 Severity A

공급 형태 (봉재)

제품	단면	표면 마감	공차 등급	치수 범위 (mm)
봉재	원형	평활 선삭	k12 ~ k13	22 ~ 115
		필링 및 연마	h11 ~ h10 ~ h9	22 ~ 115
		센터리스 연마	h9 ~ h8 ~ h7	5 ~ 115
		냉간 인발	h9	5 ~ 21

기타 제품은 공급업체에 문의 바랍니다.

표면 처리

산세척: 630계 강종과 동일하게 수행.

탈오염 처리(철분 제거 등):

• 52% 질산(36° Baumé) 1/4 볼륨
• 물 3/4 볼륨
• 상온
• 시간은 조건에 맞게 조절
• 완료 후 철저한 세척

참고: 스테인리스강의 내식성은 분위기 조성(염화물 농도, 산화제 유무, 온도, pH, 교반 여부 등) 및 소재 표면 상태(이물질 제거, 마감 상태, 열처리 등)에 따라 달라집니다. 염수 분무 시험(ISO 9227) 시 라벨 부착으로 인한 부식 유도 등에 주의해야 합니다.

용접

예열 없이 GMAW, GTAW(필러 와이어 유무 상관없음), 레이저, 저항 용접, 전자빔 용접 등 대부분 공법 적용 가능.

• 모재 수준의 기계적 특성 요구 시: 필러 메탈 미사용 또는 동종 필러(AWS E/ER 630) 사용 후 용접부 침전경화 열처리 필수.
• 모재 수준 미만 허용 시: ER308LSi(19 9 L Si) 등 이종 필러 사용 가능.

용접 후 침전경화 처리를 하지 않는 경우, 250~300°C 응력 제거 처리로 HAZ 인성 향상 및 마르텐사이트 조직에 의한 냉간 크랙 방지 효과 기대. 고증명응력강 용접 설계 원칙(단면 급변, 노치 회피) 준수 필요. GMAW 보호 가스는 Ar+1%CO₂ 또는 1~2%O₂ 권장, GMAW/GTAW 모두 H₂, N₂ 함유 가스 사용 금지.