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STS 개요

 내식성 확보를 위해 Cr이 약 12% 이상 첨가된 합금강으로 Cr이 12%이상 첨가되어 표면에 얇은 Cr₂O₃의 부동태피막(10~30Å)이 형성된 합금이며 내식성 가공성 등 물성 향상을 위해 Ni, Mo, N 등 다양한 합금이 첨가된다.

 대표적으로 13C강, 18Cr-8Ni강이 있으며, 주성분인 Cr이 철표면이 매우 얇은 Cr₂O₃층(20~30㎛)을 형성하여 금속기재내로 침입하는 산소를 차단 시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 하므로서 녹이 잘 슬지 않는특성을 갖게한다.

 근대 제철발달사를 보면 철강소재는 19세기말부터 20세기초에 일관제철기술이 개발되어 대량 생산체제를 구축하고, 저렴한 가격으로 여러 방면에 사용되어왔다. 그러나 이러한 鐵은 녹(부식)이 발생하기 때문에 표면처리(도장, 도색 등), 전기방식, 합금원소첨가 등 여러 가지 방식 기술에 대한 연구가 계속되어 왔으며, 이중 합금원소를 첨가해 녹 발생을 억제 한 것이 Stainless(녹이 슬기 어려운)강의 개발 동기가 되었다.

 스테인리스강은 영국의 Faraday가 Cr을 첨가하여 내식성을 향상시키는 연구를 시작하였고, 20세기초 독일의 Maurer와 Strass에 의해 Fe-Cr-Ni 계열의 18-8 스테인리스강이 개발되었다. 또한 영국의 Brearley에 의해 Fe-Cr 계열이 연구되면서 그 후 10여 년 간 Mo, Cu, Nb, Ti 등을 첨가한 안정화 스테인리스강과 17-4PH 등의 석출경화형 스테인리스강이 차례로 개발되어 상업화가 이루어졌다.

한편 1940년 순산소제강법의 제조기술의 개발로 스테인리스강의 대량 생산이 가능해졌고, 1960년대 개발된 연속주조기술은 생산성을 획기적으로 향상시켰다.

압연기술로는 1932년 T.Sendzimir가 고안한 20단 다단압연기가 스테인리스강의 냉연압연에 적용되어 실용화되었으며, 최근에는 극박 압연기술이 개발되어 10~20㎛ 두께의 스테인리스 냉연강판을 생산할 수 있게 되었다.

 스테인리스강은 [표1]과 같이 화학성분과 금속조직에 따라 대별하고 있으며, 화학성분으로는 Fe-Cr계, Fe-CrNi계로 분류되고, 금속 조직상으로는 Austenite계, Ferrite계, Martensite, Duple계 및 석출경화계로 분류된다.

스테인리스 강은 철(Fe)을 소지금속(Base)로 하여 Cr, Ni을 주원료로 함유하고 있으나, Cr, Ni 이외의 원소를 첨가함으로써 여러가지 특성을 갖는 스테인리스강을 제조할 수 있었다. 최근 정련기술의 급속한 발전으로 극저탄소 Ferrite강, 질소 첨가강 등 신강종이 개발되었으며, 현재까지 규격상으로는 총 63종(Austenite 계 31, Ferrite 계 13, Martensite 계 14, Duplex 계 2, 석출경화계 3)이 양산되고 있다. 일본의 경우 각 회사별로 고유강종을 개발 약 2,000여종이 등록되어 있다. 스테인리스강의 발달 과정은 [표2], [표3]에서와 같이 Cr주성분의 Martensite, Ferrite계에서 Cr-Ni성분의 Austenite계로 이어지며 기본조성을 바탕으로 하여 기타원소들을 첨가, 변화시켜 각종 용도에 맞는 강종이 개발 되어왔다.

Austenite계 스테인리스강

결정구조는 면심입방격자로 열처리에 의해서는 경화되지 않고 가공에 의해 경화되며 대표 강종은 304강종으로 18Cr-8Ni이 기본조성이다. Austenite조직은 상온과 고온에서 안전하게 존재하기 때문에 압연중에 변태현상을 동반하지 않고 비자성이다.

304강종은 용강으로 부터 고상으로 응고할 때 Ferrite가 우선 석출되며, 온도에 따라 Austenite상이 안전한 상으로 되기 때문에 상온에서는 완전한 Austenite 조직이 존재하여야 하지만, 화학성분에 따라 주편내에 Ferrite가 잔류하게 되어 열간 가공성을 해칠 수 있으며, 가공 후 경화 정도에 의해 약간의 자성을 가질 수도 있다.

Ferrite계 스테인리스강

Ferrite계 스테인리스강은 체심입방구조로 Austenite계 스테인리스강 보다 내식성은 열위지만 응력부식균열(SCC)에는 우수하다. 또한 상온에서 강자성이며 열처리에 의해 강화되지 않고 냉간가공성이 매우 우수하다.

Martensite계 스테인리스강

Martensite계 스테인리스강은 상온에서 강자성을 보이며, 일반적으로 내식성은 열위한 편이나 강도가 우수하여 고강도 구조용강으로 사용된다. 고온에서는 안전한 Austenite 조직을 보유하여 공냉 또는 유냉에 의해 Martensite변태를 일으켜 상온에서 완전한 Martensite 조직을 갖는다.

Duplex계 스테인리스강

상온에서 Austenite상과 Ferrite상의 혼합조직으로 강도가 우수하고 결정립이 미세화되며 응력부식 균열에 대한 저항성이 준다.

석출경화계 스테인리스강

2열처리 후 시효에 의해 Cu, Al, Ti, Nb 등의 금속간화합물을 석철시켜 강도를 향상시킨다.