크롬 함량이 12% 이상이거나 니켈 함량이 8% 이상인 합금강을 스테인리스강이라고 합니다. 이 강종은 대기 중이나 부식성 매체에서 일정한 내식성을 가지며, 고온(>450°C)에서도 높은 강도를 유지합니다. 크롬 함량 16~18%의 강종은 내산강 또는 내산성 스테인리스강이라 불리며, 일반적으로 스테인리스강으로 통칭됩니다.
스테인리스강은 넓은 온도 범위에서 내식성, 내산화성, 내산성, 내충격성, 인성을 갖춥니다. 사용 환경에 따라 다양한 등급과 표면 마감이 가능해 여러 용도에 이상적입니다. 강철 속 크롬은 강철 표면에 거칠고 보이지 않는 내식성 크롬 산화막을 형성합니다. 기계적 또는 화학적으로 손상되어도 산소가 있으면 이 막이 스스로 복구됩니다. 또한 100% 재활용 가능해 친환경 소재로도 각광받으며, 중공업, 경공업, 생활용품, 건축 장식 산업 등에서 널리 쓰입니다.
스테인리스강은 보통 5가지 범주로 나뉩니다. 각 등급은 미세조직에 영향을 주는 합금 원소로 식별되며, 그 이름을 따릅니다. 오스테나이트계, 마르텐사이트계, 페라이트계, 석출경화계(PH), 듀플렉스(페라이트-오스테나이트)계가 있습니다.
가장 흔히 쓰이는 스테인리스강으로 비자성입니다. 대표적인 오스테나이트 합금은 철-크롬-니켈강으로, 300번대 시리즈로 널리 알려져 있습니다. 크롬(약 18~30%)과 니켈(약 6~20%)을 주로 첨가합니다. 크롬과 니켈 함량이 높아 스테인리스강 그룹 중 내식성이 가장 뛰어나며, 고온에서도 강도를 유지하고 관리가 쉽고 성형성이 우수해 탁월한 기계적 특성을 제공합니다. 냉간 가공은 가능하지만 열처리로는 경화할 수 없습니다. 주로 샤프트, 밸브, 볼트, 부싱, 너트, 항공기 부속, 양조 설비, 극저온 용기 제조에 쓰입니다.
오스테나이트계 표준 등급은 탄소 함량 최대 0.08%이며, 최소 탄소 요구사항은 없습니다.
"L" 등급은 용접 후 추가 내식성을 제공합니다. 강종 뒤에 붙는 "L"은 저탄소(예: 304L)를 의미하며, 탄소 함량을 0.03% 이하로 유지해 탄화물 석출을 방지합니다. 용접 시 발생하는 열(탄소 석출 유발)로 인해 보통 "L" 등급을 사용합니다. 일반적으로 압연 공장에서 304/304L, 316/316L 같은 이중 인증 강종을 공급합니다.
"H" 등급은 최소 탄소 0.04%, 최대 0.10%입니다. 탄소 함량이 높으면 극한 온도에서 강도 유지가 유리합니다. 강종 뒤에 "H"를 표기하며, 극한 온도 환경에서 쓰입니다.
가장 널리 쓰이는 오스테나이트계 강종으로, 기본 조성 18/8(크롬 18%, 니켈 8%), 최대 탄소 0.07%, A2 스테인리스강으로도 불립니다. 내식성이 뛰어나고 가공이 쉬우며 CNC 가공 후 성형성이 우수합니다. 304/304L은 성형성과 용접성이 좋아 각종 가정용 및 상업용 용도에 적합합니다. 크롬과 니켈 함량이 높아 화학(약한 화학물질), 식품/유제품, 음료 산업용 가공 설비 제조에 최적입니다.
크롬과 니켈 함량이 더 높아 내식성과 고온 내산화성이 우수하며, 1900°F까지의 고온 용도에 적합합니다. 냉간 가공은 가능하나 열처리 경화는 안 됩니다. 용접성이 좋고 가공성이 비교적 양호합니다. 주로 로 부품, 열전대 보호관, 발전소 보일러 튜브 행거, 발전기, 제지 공장, 정유 공장, 브레이징 지그, 볼트, 내화 브래킷, 로 라이닝에 쓰입니다.
304 다음으로 널리 쓰이는 강종으로, 크롬 16~18%, 니켈 11~14%, 몰리브덴 최소 2%를 함유합니다. 이 조합이 내식성을 높여주며, 특히 몰리브덴은 구멍식 부식(pitting corrosion) 제어에 기여합니다. 1600°F까지 스케일 저항성이 있습니다. 화학 공정, 펄프/제지, 식음료, 수술 기구, 가공/유통, 부식 환경에 쓰이며, 304보다 염화물 부식 저항성이 좋아 해양 산업에도 쓰입니다. SS316은 핵연료 회수 장치에 흔히 쓰이며, 18/10 등급이 이 수준에 해당합니다.
316보다 몰리브덴 함량이 높은(3% 초과) 강종입니다. 용접 가능하고 가공이 쉬우며 냉간/열간 가공이 가능하나 열처리 경화는 안 됩니다. 강한 부식 환경, 특히 대기 오염 방지 설비의 스크러버 시스템에 흔히 쓰입니다. 발전기, 흡수탑, 보일러, 응축기 튜브, 열교환 튜브, 압력 용기, 굴뚝 배관 피팅, 밸브 제조에 이상적입니다. 317L은 최대 탄소 0.030%로 제한하며, 실리콘을 최대 0.75%까지 첨가해 내식성을 높입니다.
티타늄 함량이 탄소의 최소 5배입니다. 이는 용접이나 고온 노출로 인한 크롬 탄화물 석출을 줄이거나 없애기 위함입니다. 1500°F까지 환경에 적합하며, 크리프와 파손 경향이 있으나 신장 및 진동 피로 저항성이 높습니다. 주로 항공기 배기관 및 매니폴드, 제트 엔진 부품, 보일러 쉘, 히터 등에 쓰입니다.
콜럼븀-탄탈륨이 탄소를 결합해 용접 시 크롬 탄화물 석출을 방지합니다. 800~1500°F 노출 후에도 우수한 내식성을 보입니다.
내식성과 경화성(열처리 경화 가능)을 겸비한 스테인리스강 그룹입니다. 니켈이 없는 순수 크롬강으로 자성을 띠며, 열처리로 경화 가능하나 오스테나이트계만큼 내식성이 높진 않습니다. 경도, 강도, 내마모성이 요구되는 용도에 주로 쓰입니다. 펌프 샤프트, 볼트/스크류, 밸브, 부싱, 리벳, 석탄 탱크, 식기, 제트 엔진 부품, 항공기 부품, 광산 기계, 소총 총신, 소화기 부품 등에 쓰이며, 대표 강종으로 410, 414, 416, 420, 431, 440 등이 있습니다.
세 가지 기본 스테인리스강(304, 430, 410) 중 합금 함량이 가장 낮은 기본 마르텐사이트 등급입니다. 저렴한 범용 열처리 가능 강종으로, 크롬 11.5% 이상 함유해 많은 화학물질과 산에 대한 내식성이 특히 우수합니다. 부식이 심하지 않은 환경(공기, 물, 특정 화학물질, 식용 산)에서 널리 쓰이며, 강도와 내식성이 모두 필요한 패스너 등 부품에 적합합니다. 410S는 410보다 탄소 함량이 낮아 용접성은 좋으나 경화성은 떨어집니다. 내식/내열용 크롬강으로 추천됩니다.
니켈(2%)을 첨가해 내식성을 높였습니다. 볼트/너트, 압력판, 밸브 부품, 수술용 칼, 석유 정제 설비, 스프링, 식기 등에 쓰입니다.
410의 특수 변형으로 인과 황을 첨가해 절삭성을 높였으며 열처리 가능합니다. 나사 가공 부품 등에 주로 쓰입니다.
탄소를 첨가해 기계적 성질을 개선했습니다. 약 500 브리넬 경도까지 열처리 가능하며, 완전 경화 후 내식성이 가장 높습니다. 정밀 기계, 베어링, 전기, 기기, 계측기, 운송 기기, 가전제품 등에 적합하며, 대기, 수증기, 물, 산화성 산 부식에 강한 부품 제조에 주로 쓰입니다.
니켈 1.25~2%, 크롬 증량으로 내식성과 기계적 성질이 우수하며, 410강과 430강보다 내식성이 뛰어납니다. 경화성 마르텐사이트계 중 내식성이 가장 높습니다. 열간/냉간 가공 가능하며 40 HRC까지 경화됩니다. 밸브, 펌프, 항공기 부품, 프로펠러 샤프트, 해양 설비 등에 쓰입니다.
440A, 440B, 440C, 440F(절삭 용이형) 세 가지 주류 모델이 있습니다. 크롬과 탄소 함량 증가가 인성과 내식성 향상에 기여하며, 경도 58 HRC에 달해 가장 단단한 스테인리스강 중 하나입니다. 수술 기구(메스, 가위), 노즐, 베어링 등에 쓰입니다.
마르텐사이트계처럼 니켈이 없는 순수 크롬강으로, 내식성과 내산화성을 가지면서 응력 부식 균열 저항성을 유지합니다. 자성을 띠나 열처리 경화는 불가능하며, 냉간 가공과 어닐링 연화가 가능합니다. 마르텐사이트계보다 내식성이 높으나 일반적으로 오스테나이트계보다는 낮습니다. 장식 스트립, 싱크, 자동차 배기 시스템 등에 쓰이며, 대표 강종으로 405, 409, 430, 434, 436, 442, 446 등이 있습니다.
12% 크롬에 알루미늄 첨가. 고온에서 냉각 시 경화를 방지해 용접 용도에 적합합니다. 성형성이 높고 가공이 쉽습니다. 열교환기, 증기 터빈 소재, 퀜칭용 부품 등에 쓰입니다.
11% 크롬으로 전 스테인리스강 중 크롬 함량이 가장 낮아, 내식성을 부여하는 최소한의 부동태 피막만 형성됩니다. 가장 저렴한 강종 중 하나로, 비중요 부식 환경의 내외부 부품에만 쓰입니다. 소음기 등에 주로 쓰이며, 탄소강보다 내식성이 강해 약한 부식 환경에서 탄소강 대체재로 쓰입니다. 내열 산화성도 우수합니다.
범용 강종으로 내식성이 양호합니다. 오스테나이트보다 열전도율이 높고 열팽창 계수가 작으며, 열피로 저항성이 있고 안정화 원소 티타늄이 첨가되어 용접 기계적 성질이 좋습니다. 건축 장식, 연료 버너 부품, 가전제품, 가전 부품에 쓰입니다. 430F는 430에 절삭성을 부여한 강종으로 자동 선반, 볼트/너트에 주로 쓰입니다. 430LX는 430에 Ti 또는 Nb를 첨가하고 탄소를 낮춰 가공성과 용접성을 높인 강종으로 온수 탱크, 온수 공급 시스템, 위생 기구, 내구성 가전, 자전거 플라이휠 등에 쓰입니다.
12~30% 크롬에 몰리브덴 첨가로 내식성 향상. 크롬 함량 증가에 따라 내식성, 인성, 용접성이 향상되며, 염화물 응력 부식 저항성이 다른 형보다 우수합니다. 430의 개량 강종으로 430보다 내염성이 강해 자동차 장식 부품과 패스너에 흔히 쓰입니다.
434의 변형 강종으로 콜럼븀 첨가로 내식성과 내열성 개선. 딥 드로잉 부품, 가스 버너, 식기세척기, 레인지 후드, 스팀 다리미, 팬 등에 쓰입니다.
고크롬으로 내식성이 극도로 높고, 내열성 및 내스케일성이 우수하나 열처리 불가능하고 가공이 어렵습니다. 로 및 연소 부품, 아연 다이캐스팅 머신, 질소 고정 부품, 질산 저장 탱크 등에 쓰입니다.
고크롬(27%)으로 고온 내식성과 내스케일성 추가 향상. 1082°C 이산화물 박리 없음. 연소실 등에 쓰입니다.
마르텐사이트계처럼 열처리로 강화/경화 가능합니다. 강도, 경도, 내식성이 마르텐사이트 크롬강보다 우수하며, 오스테나이트계보다 높은 강도를 고온에서도 대부분 유지합니다. 보통 PH형 스테인리스강이라 부르며, 크롬 함량이 비교적 높아 군수 장비와 항공우주 구조 부품 제조에 쓰입니다. 대표 강종: 17-7 PH, PH 15-7 Mo, 17-4 PH, 15-5 PH.
용체 처리 후 불안정 오스테나이트 조직으로 연성과 가공성이 좋습니다. 조절 처리 후 오스테나이트 석출물과 탄화물 조성이 변하고, 마르텐사이트 변태 처리 후 대부분 저탄소 템퍼드 마르텐사이트로 변해 인성이 좋아집니다. 이 상태가 사용 상태로 중온에서 양호한 기계적 성질을 보입니다. 17-7PH의 내식성은 일반 마르텐사이트계보다 우수합니다.
0Cr17Ni7Al강의 크롬 2%를 몰리브덴 2%로 대체해 개발한 강종. 기본 성능은 17-7PH와 유사하나 전반적 성능이 더 우수합니다. 오스테나이트 상태에서 다양한 냉간 성형과 용접 가능하며, 열처리 후 최고 강도 확보. 550°C 이하에서 우수한 고온 강도. 항공기 박판 구조 부품, 각종 용기, 파이프라인, 스프링, 밸브 다이아프램, 선박 샤프트, 압축기 디스크, 원자로 부품, 화학 설비 구조 부품 등에 쓰입니다.
크롬-구리 석출경화 스테인리스강으로 우수한 내산화성과 내식성. 열처리로 강도, 연성, 내산화성 등 기계적 성질 최적화 가능. 다양한 온도에서 열처리 가능해 광범위한 완제품 특성 구현. 300°C 초과 또는 극저온 사용 불가.
기존 17-4 크롬-니켈-구리 석출경화 마르텐사이트계의 변형 강종. 15-5 합금의 인성이 17-4보다 높으며, 동류 마르텐사이트계 대비 내식성과 횡방향 성능이 우수한 용도에 쓰입니다.
최신 스테인리스강으로 오스테나이트와 페라이트의 결합체입니다. 초고강도와 응력 부식 균열 저항성으로 유명합니다. 이 강종들의 강도는 오스테나이트계와 페라이트계의 약 2배입니다. 페라이트계보다 인성과 연성이 좋으나 오스테나이트계 수준은 아닙니다. 열처리는 쉽으나 냉간 성형은 어렵습니다. 화학 공정 설비, 압력 용기, 열교환기 부품 제조에 주로 쓰입니다.
듀플렉스 스테인리스강은 다음 4개 범주로 나뉩니다:
SANS는 스테인리스강 부품 장기 가공 실무에서 CNC 절삭 시 다음과 같은 특성이 있음을 정리했습니다.
스테인리스강은 소성이 크고, 소성 변형 시 변형이 심하며 강화 계수가 큽니다. 오스테나이트가 불안정해 절삭 응력 하에서 일부가 마르텐사이트로 변태하며, 절삭열 작용으로 불순물이 분해·분산되어 경화층이 생깁니다. 이전 이송이나 공정의 가공 경화가 후속 공정에 큰 영향을 줍니다.
절삭 시 소성 변형이 커 절삭력이 증가합니다. 심한 가공 경화와 고온 강도가 절삭 저항을 더욱 높이며, 칩이 잘 말리거나 부서지지 않습니다.
절삭 시 소성 변형과 공구 마찰이 커 많은 절삭열이 발생하며, 절삭 영역과 공구-칩 접촉 계면에 열이 집중되고 방열 조건이 나쁩니다.
소성과 인성이 커 CNC 가공 시 칩이 연속적이라 작업 원활성을 해치고 가공면을 압착합니다. 고온 고압에서 타 금속과 친화력이 강해 유착과 빌트업 에지(built-up edge) 형성 경향이 있어 공구 마모를 가속하고 가공면을 손상시킵니다.
절삭 중 공구-칩 간 친화력으로 유착 마모와 확산 마모가 발생해 공구 전면에 초승달 크레이터가 생기고 미세 절삭날이 형성됩니다. 또한 스테인리스강 내 탄화물(TiC 등) 입자 경도가 매우 높아 절삭 시 공구와 직접 마찰해 공구를 긁으며, 가공 경화 현상이 공구 마모를 더 심화시킵니다.
스테인리스강의 선팽창 계수는 탄소강의 약 1.5배입니다. 절삭 온도 작용으로 공작물이 열변형하기 쉬워 치수 정밀도 제어가 어렵습니다.
스테인리스강은 고유 특성으로 전력, 항공, 우주, 석유, 식품 산업 등에서 점점 더 널리 쓰입니다. 고온 강도, 큰 소성 변형, 심한 가공 경화, 과도한 절삭열, 어려운 방열 등의 절삭 특성이 있으나, 적절한 공구, 절삭유, 절삭 조건, 가공 방법을 선택하면 가공 품질을 보장할 수 있습니다.
스테인리스강 표면의 얇고 치밀한 크롬 풍부 산화막 덕분에 스테인리스 수도관은 연수를 포함한 모든 수질에서 우수한 내식성을 가지며, 지하 매설 시에도 탁월한 내식성을 보입니다.
스테인리스강은 -270℃~400℃에서 장기 안전 작동 가능하며, 고온 저온 불문 유해 물질 용출 없이 물성 안정. 무독성, 무부식, 무용출, 무취, 무탁도로 수질 2차 오염 없음. 수질 순도와 위생 유지, 위생 안전 완전 보장.
내식성, 고강도, 변형 시 파단 저항, 친환경성, 녹 방지, 양호한 연성과 인성을 겸비해 열악한 환경(실내외 습기, 산알칼리 등) 사용에 적합.
스테인리스강 주사바늘, 메스, 휠체어, 수액대, 의료용 핀셋 등 무수히 많습니다. 특히 정형외과에서 매일 필수적으로 쓰입니다. 우수한 종합 성능, 성숙한 제조 기술, 저렴한 가격으로 의료 분야에서 스테인리스강 사용이 점점 확대되며 주요 발전 추세가 되었습니다.
스테인리스강의 성능 덕분에 다양한 전자 분야에 널리 쓰입니다. 예: 온수기 수술 부품, 커피머신 히팅 튜브 등. 일상생활에서도 쉽게 찾아볼 수 있습니다.
자동차 분야는 스테인리스강 침투가 가장 큰 분야로, 현재 가장 빠르게 성장하는 응용 분야입니다. 현대 자동차의 핵심 제조 소재가 기본적으로 스테인리스강입니다. 차체, 배기 시스템, 연료 탱크, 프레임, 스테인리스 부품, 자동차 장식에 주로 쓰입니다. 자동차 분야의 거대한 수요로 인해 스테인리스강 발전의 주력군 중 하나입니다.
스테인리스강은 식품 산업, 화학, 의료 기기, 항공기 배기관 등 고급 기계 분야에도 쓰입니다. 중공업, 경공업, 생활용품, 건축 장식 산업 등에서 광범위하게 활용됩니다.
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