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SUS304와 SUS316의 차이점 그리고 SUS316L

Mechi 2016. 10. 1. 18:43
1. 오스테나이트계 스테인리스 강
SUS304나 SUS316은 모두 오스테나이트계 스테인리스 강이다.
SUS3XX는 보통 오스테나이트계 스테인리스 강으로 분류된다.
특히, 이 SUS304는 스테인리스 강 산업계에서 가장 많이 사용하는 재질이다.
오스테나이트계 스테인리스 강은 철에 크롬, 니켈, 망간을 첨가하여 만든다.
원래 오스테나이트는 저탄소강을 고온으로 가열할 때만 나타나는데 니켈, 망간 때문에 상온에서도 그 구조를 유지하게 만든 것이다.
결정의 격자구조가 면심입방구조의 오스테나이트이기 때문에 비자성체이며, 연성이 높아 가공성이 우수하다.

2. 스테인리스 강의 부식
스테인리스 강이 부식에 매우 강한 이유는 크롬이 금속 표면에서 산화크롬의 부동태막을 형성하기 때문이다.
이 부동태막이 금속을 산화로부터 대신 산화가 되어 부식을 막아주며, 흠집이 생겼을 경우에도 보호층이 다시 생성된다.
보통은 이 부동태막이 잘 작동하지만 주변에 염소이온이 있을 때에는 피팅부식(Pitting corrosion)이 발생할 수 있다.
예를 들어, 해수를 이송하는 관을 스테인리스 강으로 만든 경우 해수가 정체되어있으면 국부적으로 손상된 부위가 집중적으로 손상될 수 있다.
국부적으로 손상된 곳에 부동태막이 손상되고, 산화되면서 산소가 부족해지면 전하 평형을 맞추려고 염소이온을 끌어당기는데
이 염소이온 때문에 다시 산화가 반복되기 때문이다.

3. SUS304 대신 SUS316 사용
이러한 피팅부식에 좀 더 강한 스테인리스 강이 필요하여 만든 것이 SUS316이다.
SUS316은 SUS304에 몰리브덴을 첨가한 것으로 비슷한 강도를 가지고 있으면서도 부식에 대한 저항이 상당히 높아진다.
물론 이보다 더 부식에 강한 스테인리스 강도 있다.(듀플렉스 강, 슈퍼듀플렉스 강)

4. SUS316의 부식
SUS316이 부식에 강하기 때문에 산업 재료로 사용할 수 있지만 용접을 하고 나서 부식이 생기는 문제가 발생한다.
용접을 하여 고온이 되면 크롬은  탄소와 반응하면 탄화크롬이 석출되어 결정입계에 쌓인다.
특정한 고온에서 탄화크롬이 안정화 되고 석출속도도 빠르다. 이러한 온도를 예민화온도라고 한다.
부동태화를 위해서는 크롬이 10~12%는 되어야 하는데, 이렇게 되면 탄화크롬 주변에 크롬이 부족해져서 부동태화를 낮춘다.
게다가 탄화크롬은 두 번째 상으로 발현되어 갈바닉 부식을 발생시킨다.
이러한 부식을 방지하기 위해서 보통 스테인리스 강 출하 이전에 섭씨 1050~1150 도에서 고용화 열처리를 한다.
그러나 출하가 된 이후에는 이러한 부식을 방지하기 어려우므로 탄소농도가 낮은 강종이나 Ti, Nb 등을 첨가하여 탄소 안정화를 시킨 강종을 사용해야 한다.
그마저도 어렵다면 용접 후 잘 연마하고 가능한 한 냉각속도를 빠르게 하는 편이 좋다.

5. SUS316L
SUS316L은 이러한 부식을 줄이기 위해서 탄소 농도를 줄인 스테인리스 강이다.
마지막 첨자로 L이 붙은 뜻이 저탄소라는 뜻이다.
이렇게 탄소량을 줄이면 용접을 하고 나서 부식을 줄일 수 있다.
주조를 해서 만드는 밸브 같은 제품은 SUS316을 사용하지만, 용접부가 필수적인 배관 같은 경우에는 SUS316L을 사용하는 이유가 바로 이런 것이다.

3줄요약
1. SUS304은 정체된 해수 조건에서 염소 이온에 취약하다.
2. SUS316은 몰리브덴을 첨가하여 SUS304 보다 해수에 강하다.
3. 그런데, 용접을 해야 하는 경우에는 SUS316 대신 SUS316L을 사용해야 한다.

(SUS는 일본산업규격이고 KS규격을 따르면 STS를 써야 하지만 편의상 SUS를 사용했습니다.)


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