스테인리스강은 엔지니어링 및 제조 분야에서 가장 유용한 소재 중 하나입니다. 녹에 강하고, 응력을 잘 견디며, 다양한 형태로 가공하거나 마감 처리할 수 있습니다. 특히 널리 사용되는 300 시리즈 오스테나이트계 스테인리스강 중 303, 304, 316은 매우 인기가 높습니다. CNC 가공 서비스이 모든 스테인리스강은 주 합금 원소로 크롬과 니켈을 함유하고 있어 전형적인 스테인리스강의 특성을 지닙니다. 그러나 구성 성분의 작지만 중요한 차이로 인해 성능에 큰 차이가 발생합니다. 이러한 차이 때문에 각 등급마다 최적의 용도가 다릅니다. 이 글에서는 공학적 관점에서 이러한 스테인리스강들을 비교합니다.
스테인레스 스틸 303이란 무엇입니까?
303강은 고속 대량 가공에 특화되어 제작되었습니다. 제조사는 황(일반적으로 최소 0.15%)을 첨가하여 금속 내부에 미세한 황화망간 입자가 형성되도록 합니다. 이 입자는 자체 윤활제 역할을 하여 절삭 중 칩이 쉽게 떨어져 나가도록 도와줍니다. 결과적으로 공구 마모가 줄어들고 가공 속도가 향상되며 더욱 매끄러운 표면 마감을 얻을 수 있습니다.
단점은 황화물 입자 때문에 303강이 부식성 환경에서 쉽게 부식되고 용접 시 균열이 발생할 수 있다는 점입니다. 이러한 이유로 303강은 용접 작업이나 강한 화학 물질 또는 해수가 있는 환경에서는 거의 사용되지 않습니다. 303강은 실내 또는 온화한 환경에서 사용되는 나사, 볼트, 축, 부싱, 밸브 부품, 기어 및 피팅과 같은 정밀 가공 부품에 많이 사용됩니다.
스테인레스 스틸 304이란 무엇입니까?
304는 가장 흔한 스테인리스강 등급으로, 사람들이 일반적으로 스테인리스강이라고 할 때 떠올리는 등급입니다. 크롬이 약 18%, 니켈이 약 8% 함유되어 있어 18-8 스테인리스강이라고도 불립니다. 이러한 합금 성분은 표면에 얇고 견고하며 자가 복원 기능이 있는 산화막을 형성하여 일상적인 환경(일반 공기, 담수, 다양한 식품, 약산, 세척제 등)에서 녹이 슬지 않도록 효과적으로 보호합니다.
304 스테인리스강은 어디에서나 구할 수 있고 다른 등급의 스테인리스강보다 가격이 저렴합니다. 주방 싱크대, 조리 기구, 식품 저장 탱크, 레스토랑 가전제품, 건축 패널, 난간, 화학 약품 드럼, 자동차 트림, 그리고 수많은 일반 판금 및 가공 부품에서 304 스테인리스강을 볼 수 있습니다.
스테인레스 스틸 316이란 무엇입니까?
316 스테인리스강은 304 스테인리스강과 유사한 제조법을 기반으로 하지만, 몰리브덴을 2~3% 첨가하고 니켈 함량을 약간 높인 것입니다. 크롬 함량은 약 18%, 니켈 함량은 약 10%로, 흔히 18-10 스테인리스강이라고도 불립니다. 핵심적인 차이점은 몰리브덴 첨가입니다. 몰리브덴은 해수, 염수 분무, 제빙염, 특정 세척제 등에 함유된 염화물로부터 보호하는 산화막을 훨씬 더 안정적으로 만들어 줍니다. 이는 일반 스테인리스강에서 작은 구멍이나 좁은 틈새를 부식시키는 공식(pitting) 및 틈새 부식(creve corrosion)을 크게 줄여줍니다.
316 스테인리스강은 흔히 해양용 등급으로 불립니다. 선박 부품, 해양 장비, 해안 건축물, 제약 및 생명공학 탱크, 부식성 유체를 사용하는 열교환기, 수술 도구, 그리고 가혹하고 부식성이 강한 환경에서 장기간 견뎌야 하는 부품에 가장 적합한 소재입니다.
303, 304, 316의 차이점
아래 글에서는 303강의 구성, 기계적, 물리적, 화학적, 전기적 특성 및 내식성을 비교합니다. 먼저, 303강은 가공이 쉽고 빠르지만 내식성이 가장 약합니다. 304강은 전반적으로 내식성이 우수하고 용접 및 성형성이 뛰어나며 대부분의 용도에서 가격이 가장 저렴합니다. 316강은 염수나 화학 물질과 같은 염화물 기반 부식에 가장 강하지만 가격이 더 비싸고 가공이 어렵습니다. 생산 속도가 중요하고 환경 조건이 비교적 온화하다면 303강을 선택하십시오. 일반적인 용도에서는 가격과 가공성 면에서 304강이 유리합니다. 가혹하고 부식성이 강한 환경에서는 수명이 훨씬 길기 때문에 316강이 추가 비용을 지불할 가치가 있습니다.
화학적 구성 요소
| 요소 | 303 | 304 | 316 |
| 철 (Fe) | 알림 | 알림 | 알림 |
| 카본 (C) | ≤ 0.15 | ≤ 0.08 | ≤ 0.08 |
| 크롬 (Cr) | 17.0-19.0 | 18.0-20.0 | 16.0-18.0 |
| 니켈 (Ni) | 8.0-10.0 | 8.0-10.5 | 10.0-14.0 |
| 몰리브덴 (Mo) | - | - | 2.0-3.0 |
| 유황 (S) | ≥ 0.15 | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 |
| 망간 (Mn) | ≤ 2.00 | ≤ 2.00 | ≤ 2.00 |
| 실리콘 (Si) | ≤ 1.00 | ≤ 0.75 | ≤ 1.00 |
기계적 성질
본 연구에서는 어닐링 처리된 상태에서 인장 강도, 항복 강도, 연신율 및 경도를 비교하였다. 303강은 세 가지 강종 중 가장 강하고 단단하며, 비부식 환경에서 하중 지지용으로 적합하다. 304강과 316강은 더 부드럽고 연성이 뛰어나 성형 및 굽힘에 적합하다. 303강은 황화물 개재물이 분산 강화 효과를 제공하기 때문에 높은 인장 강도(690MPa), 항복 강도(415MPa) 및 경도(160~228HB)를 나타낸다. 304강과 316강은 매우 유사하며, 인장 강도와 항복 강도(304강 515~620MPa, 316강 690MPa) 및 경도(304강 123~170HB, 316강 149~217HB)는 303강보다 낮지만, 연신율은 여전히 우수하다.
| 등록 | 303 | 304 | 316 |
| 인장 강도 (MPa) | 690 | 505 | 580 |
| 항복 강도 (MPa) | 415 | 215 | 290 |
| 신장률 (%) | 40 | 70 | 50 |
| 경도(브리넬 HB) | 228 | 123 | 147 |
데이터 소스 : MatWeb
물리적, 열적 및 전기적 특성
이 세 가지 합금은 모두 기본적인 오스테나이트 구조를 공유하기 때문에 물성이 거의 동일합니다. 열팽창률과 전기 저항률을 살펴보면, 316 스테인리스강은 열팽창률이 가장 낮아 온도 변화에 따른 치수 안정성이 가장 우수합니다. 303 스테인리스강과 304 스테인리스강은 매우 유사합니다. 세 가지 합금 모두 전기 전도성이 낮습니다. 316 스테인리스강의 전기 저항률은 304 스테인리스강보다 약간 높지만, 대부분의 구조용 용도에서는 그 차이가 미미합니다.
| 등록 | 303 | 304 | 316 |
| 밀도 (g / cm³) | 7.93 | 8.00 | 8.00 |
| 녹는 범위(°C) | 1400-1420 | 1400-1455 | 1370-1400 |
| 열전도율 (100°C, W/m·K) | 16.2 | 16.2 | 16.3 |
| 전기저항률(μΩ·cm) | 72 | 72 | 74 |
데이터 소스 : MatWeb
부식 저항
우리는 일반적인 대기 저항성, 염화물 부식/틈새 저항성, 그리고 PREN(높을수록 좋음)을 비교합니다. 316은 부식 환경, 특히 염화물 환경에서 가장 우수한 성능을 보입니다. 304는 대부분의 일반적인 조건에서 적합합니다. 303은 황 성분 때문에 세 등급 중 가장 약한 재질입니다.
| 부동산/환경 | 303 | 304 | 316 |
| 일반 대기 저항 | 좋은 | 우수한 | 우수한 |
| 염화물 부식/틈새에 대한 저항성 | 가난한 | 보통 | 우수한 |
| PREN(내식성 등가) | ≒18 | ≒19 | 약 24–26 |
| 일반적인 가혹한 환경 | 온화한 실내에서만 사용 가능 | 식품, 순한 화학물질 | 해수, 산, 제약, 해양 |
가공성
가공성은 기준강 B1112의 백분율로 평가됩니다.
- 303: 가공성은 약 78%입니다. CNC 기계를 막히게 하지 않는 깔끔하고 짧은 칩을 생성합니다.
- 304: 가공성은 약 45% 정도입니다. 점성이 강하고 공구가 오래 머무르면 가공 경화가 일어나 공구 마모가 빠르게 진행됩니다.
- 316: 가공성은 약 36% 수준입니다. 304보다 가공하기가 훨씬 어려워 고토크 기계와 저속 가공이 필요합니다.
적절한 학년을 선택하는 방법
다음의 경우 303등급을 선택하세요:
- 복잡하고 높은 정밀도가 요구되는 프로젝트: 귀하의 프로젝트는 복잡한 부품의 대량 생산을 포함합니다.
- 건조한 실내 환경에서 사용됩니다. 해당 제품은 습기나 부식성 화학 물질에 노출되지 않습니다.
- 용접은 필요하지 않습니다. 부품들은 용접 대신 기계적으로 결합될 것입니다.
- 가공 효율성: CNC 가공 환경에서는 공구 수명을 극대화하고 가공 시간을 최소화해야 합니다.
다음의 경우 304등급을 선택하세요:
- 범용: 다양한 용도에 적합하고 비용 효율적이며 신뢰할 수 있는 소재가 필요합니다.
- 이 프로젝트는 상당한 용접, 심가공 또는 복잡한 벤딩 작업을 필요로 하는 고하중 제작 공정을 포함합니다.
- 표준 내식성: 실내 식품 가공 또는 일반적인 도심 옥외 환경과 같이 적당한 환경에 적합합니다.
- 식품 등급 준수: 세척이 용이하고 유기산과 반응하지 않는 재질이 필요합니다.
다음의 경우 316등급을 선택하세요:
- 극도의 내식성: 해당 제품은 해양 환경, 연안 지역 또는 염수에 잠겨 있는 곳에 설치됩니다.
- 유해 화학 물질에 노출됨: 해당 부품은 산업용 용제, 염화물 또는 황산과 접촉할 수 있습니다.
- 의료 또는 제약 분야: 임플란트 또는 멸균 처리 장비에 필요한 수술 등급의 순도를 요구합니다.
- 고온 강도: 고온에서는 "크리프"(응력 하에서의 변형)에 대한 저항성이 약간 더 높아야 합니다.
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