스테인리스강

계열 개요

스테인리스강은 철에 크롬을 더해 표면에 얇고 치밀한 크롬 산화 피막(부동태 피막)이 생기게 한 합금강입니다. 이 피막은 긁혀도 산소가 있으면 다시 생기기 때문에 대기와 물 환경에서 녹을 막아 줍니다. 다만 염화물이 많은 환경, 산화력이 약한 산 환경, 고온 환경에서는 피막이 유지되지 못할 수 있어 모든 환경에서 녹슬지 않는 것은 아닙니다.

스테인리스강은 상온 조직에 따라 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계, 석출경화계로 나눕니다. 조직에 따라 자성, 열처리 경화 여부, 용접성, 성형성이 크게 달라지므로 내식성만 보고 고르면 가공 단계에서 문제가 생길 수 있습니다.

강종명의 숫자와 끝 글자도 구분 단서가 됩니다. SUS 뒤의 숫자가 3으로 시작하면 대체로 오스테나이트계, 4로 시작하면 페라이트계 또는 마르텐사이트계이며 SUS630은 석출경화계입니다. 끝의 F는 황을 더해 절삭성을 높인 쾌삭 강종, L은 탄소를 낮춘 저탄소 강종을 뜻하는 경우가 많습니다. SUS303 · SUS416처럼 F가 붙지 않은 쾌삭 강종도 있습니다.

내열강(SUH)은 크롬을 기본으로 하는 점은 스테인리스강과 같지만, 목적이 녹 방지보다 고온에서 산화에 견디고 강도를 유지하는 데 있습니다. 엔진의 흡기·배기 밸브는 고온의 연소 가스에 반복해서 노출되고 밸브 시트와 부딪치며 마찰하므로 내산화성, 고온 강도, 내마모성이 함께 필요합니다. 이 페이지의 SUH3 · SUH11은 마르텐사이트계, SUH35는 오스테나이트계입니다.

계열을 고르는 기준은 대체로 다음과 같습니다. 내식성과 성형성이 우선이면 오스테나이트계, 자성이 필요하면 페라이트계나 마르텐사이트계, 열처리로 경도와 내마모성을 얻어야 하면 마르텐사이트계, 열처리에 따른 변형을 줄이면서 높은 강도가 필요하면 석출경화계가 후보입니다. 고온 산화와 강도 유지가 중심인 부품에는 내열강이 쓰입니다. 절삭 가공량이 많으면 쾌삭 강종을 함께 비교하되 내식성이 낮아지는 점을 확인합니다.

주요 원소의 역할

• 크롬(Cr): 표면에 부동태 피막을 만드는 스테인리스강의 기본 원소입니다. 크롬이 많을수록 내식성과 고온 내산화성이 좋아지는 경향이 있고, 페라이트 조직을 안정시키는 원소이기도 합니다. 마르텐사이트계에서는 탄소와 결합한 크롬 탄화물이 경도와 내마모성에도 관여합니다.
• 니켈(Ni): 오스테나이트 조직을 안정시켜 풀림 상태에서 비자성이 되게 하고 인성과 성형성을 높입니다. 오스테나이트계가 낮은 온도에서도 인성을 유지하고 가공하기 쉬운 것은 이 때문입니다. SUS431처럼 니켈을 소량 더한 마르텐사이트계에서는 내식성과 인성을 보강하는 역할을 합니다.
• 몰리브덴(Mo): 염화물이 있는 환경에서 공식(점부식)과 틈 부식에 잘 견디게 합니다. SUS316 계열이 SUS304 계열보다 해수·염분 환경의 후보로 자주 거론되는 이유입니다. 내열강에서는 고온 강도를 높이는 데에도 쓰입니다.
• 탄소(C): 마르텐사이트계에서는 담금질 경도와 내마모성을 좌우합니다. 탄소가 많을수록 단단해지지만 크롬이 탄화물로 묶이면서 내식성과 인성이 떨어지는 경향이 있습니다. 오스테나이트계에서는 반대로 탄소를 낮추는 쪽이 용접 때 입계 부식 위험을 줄입니다.
• 황(S): 절삭성을 높이려고 더하는 원소로, SUS303 · SUS416 · SUS420F · SUS430F 같은 쾌삭 강종에 들어 있습니다. 황이 망간 등과 결합해 만든 황화물이 칩을 잘게 끊어 공구 수명과 가공면에 도움이 됩니다. 대신 황화물이 부식의 기점이 되기 쉽고 성형성, 용접성, 횡방향 인성도 떨어지는 경향이 있어, 같은 계열의 일반 강종보다 대체로 내식성이 낮습니다.
• 구리(Cu)·니오븀(Nb): SUS630에 쓰이는 원소입니다. 구리는 시효 처리 중에 미세한 석출물을 만들어 강도를 높이고, 니오븀은 탄소를 탄화물로 묶어 크롬 탄화물이 생길 여지를 줄입니다.
• 질소(N)·망간(Mn): 니켈 일부를 대신해 오스테나이트 조직을 안정시키고 강도를 높이는 데 쓰입니다. 오스테나이트계 내열강 SUH35가 대표적입니다.
• 규소(Si): 고온에서 치밀한 산화 피막을 만들어 산화와 스케일 생성을 억제합니다. 마르텐사이트계 내열강 SUH3 · SUH11에서 내산화성을 더하는 대표 원소이며, 많아질수록 인성과 가공성이 떨어지는 경향이 있습니다.

열처리·공급 상태

• 오스테나이트계(SUS303 · SUS304 · SUS304L · SUS316 · SUS316L): 고용화(용체화) 열처리로 탄화물을 녹이고 급냉한 상태가 기본이며, 담금질로는 경화되지 않습니다. 강도는 냉간 인발 같은 냉간 가공으로 높이고, 가공량이 많으면 강종에 따라 약한 자성이 생길 수 있습니다.
• 저탄소(L) 강종과 예민화: 오스테나이트계를 용접하거나 중간 온도 구간에 오래 두면 결정립계에 크롬 탄화물이 석출해 입계 부식에 약해지는 예민화가 생길 수 있습니다. SUS304L · SUS316L은 탄소를 낮춰 이 위험을 줄인 강종으로 용접 구조물에 많이 쓰이며, 표준 강종보다 상온 강도가 다소 낮을 수 있습니다.
• 페라이트계(SUS430F): 풀림 상태로 쓰며 담금질로는 경화되지 않습니다. 자성이 있고 성형성과 용접성은 오스테나이트계보다 불리한 편입니다. 중간 온도 구간에 오래 노출되면 취화될 수 있어 사용 온도를 함께 확인합니다.
• 마르텐사이트계(SUS416 · SUS420F · SUS420J1 · SUS420J2 · SUS431 · SUS440C): 오스테나이트화 온도로 가열해 담금질한 뒤 뜨임해서 경도와 인성의 균형을 맞춥니다. 낮은 온도에서 뜨임할수록 단단하고 내마모성이 높으며, 뜨임 온도를 높이면 경도는 내려가는 대신 인성이 좋아집니다. 일부 뜨임 온도 구간에서는 인성과 내식성이 함께 떨어질 수 있어 뜨임 조건은 규격과 제조사 자료로 확인합니다.
• 탄소량에 따른 차이: SUS420J1과 SUS420J2는 같은 마르텐사이트계이지만 SUS420J2의 탄소량이 더 높아 담금질 후 더 높은 경도를 얻을 수 있습니다. SUS440C는 탄소량이 이보다 더 높아 높은 경도와 내마모성을 얻을 수 있는 대신 인성은 낮아지는 경향이 있습니다.
• 석출경화계(SUS630): 고용화 처리한 상태로 받아 절삭 가공한 뒤 시효 처리로 강도를 올리는 순서가 일반적입니다. 시효 온도를 낮추면 고강도 쪽, 높이면 인성과 응력부식 저항 쪽으로 성질이 이동하는 경향이 있습니다. 시효에 따른 치수 변화가 작은 편이라 가공 후 열처리하는 정밀 부품에 쓰이며, 시효 조건은 규격의 상태 표기로 지정합니다.
• 내열강(SUH3 · SUH11 · SUH35): SUH3 · SUH11은 오스테나이트화 후 담금질·뜨임으로 쓰는 마르텐사이트계이고, SUH35는 고용화 처리 후 시효 처리로 강도를 얻는 오스테나이트계입니다. 엔진 밸브용은 상온 경도만으로 고온 성능을 판단하기 어려우므로 열처리 상태, 경도, 조직 요건은 도면과 고객 승인 조건으로 지정합니다.
• 공급 상태: 봉강의 공급 상태는 열처리 상태(풀림, 고용화, 조질 등)와 표면 마무리(열간 압연, 냉간 인발, 필링, 연삭 등)의 조합으로 정해지며, 같은 강종이라도 치수 정밀도, 진직도, 표면 상태가 달라집니다. 절삭 후 열처리하는 마르텐사이트계와 석출경화계는 열처리 전 상태로 받는 경우가 많습니다. 열처리 상태와 시험 항목은 밀시트(검사성적서)로 확인합니다.

규격 대조표

성분 범위

성분 범위는 적용 규격으로 확인합니다.

대표 용도

• SUS304 · SUS304L: 식품·음료 설비, 화학·약품 설비의 배관과 용기, 건축 내외장, 주방·위생 기기, 볼트·너트·나사 같은 체결류 등 범용 내식 부품에 쓰입니다.
• SUS316 · SUS316L: 해안 설비, 염화물이 있는 화학·제약 설비, 펌프·밸브 부품, 의료 기기처럼 SUS304 계열로는 내식성이 부족할 수 있는 환경의 부품에 쓰입니다.
• SUS303: 자동선반으로 가공하는 볼트·너트·나사, 샤프트, 부시, 핀, 피팅 같은 정밀 절삭 부품에 쓰입니다. 용접이나 심한 성형이 필요한 부품에는 맞지 않는 편입니다.
• SUS430F · SUS416 · SUS420F: 절삭 가공량이 많은 샤프트, 핀, 나사류, 펌프·밸브 부품에 쓰입니다. 세 강종 모두 자성이 있어 비자성이 필요한 부품에는 맞지 않으며, SUS416 · SUS420F는 필요할 때 열처리로 경화해서 씁니다.
• SUS420J1 · SUS420J2: 열처리 후 경도와 내식성이 함께 필요한 부품에 쓰입니다. SUS420J1은 샤프트·밸브·노즐 같은 일반 기계 부품, SUS420J2는 더 높은 경도가 필요한 칼날, 의료용 기구, 금형 부품 등에 쓰입니다.
• SUS431: 내식성과 인성이 함께 필요한 고강도 샤프트, 펌프 축, 볼트 같은 체결류, 선박용 부품, 밸브 부품에 쓰입니다.
• SUS440C: 높은 경도와 내마모성이 필요한 베어링 부품, 밸브 시트와 볼, 노즐, 칼날, 금형 부품에 쓰입니다.
• SUS630: 높은 강도와 내식성이 함께 필요한 샤프트, 밸브·펌프 부품, 항공·우주 구조 부품, 화학·석유 설비 부품, 금형 부품, 체결류에 쓰입니다.
• SUH3 · SUH11 · SUH35: 가솔린·디젤 엔진의 흡기·배기 밸브에 쓰입니다. 일반적으로 마르텐사이트계인 SUH3 · SUH11은 흡기 밸브와 온도가 비교적 낮은 배기 밸브에, 오스테나이트계인 SUH35는 더 높은 온도에 노출되는 배기 밸브에 쓰입니다. 실제 적용 강종은 엔진 형식, 연료, 밸브 온도 조건과 도면으로 정해집니다.

이 강종을 다루는 제품군

• 스테인리스 · 특수 소재 소싱SUS303 · SUS304 · SUS304L · SUS316 · SUS316L · SUS430F · SUS416 · SUS420F · SUS420J1 · SUS420J2 · SUS440C · SUS630
• 밸브용 소재 · 내열강 소싱SUS316L · SUS416 · SUS431 · SUS630 · SUH3 · SUH11 · SUH35