일반기술

공식저항성이 우수한 고니켈 2상 스테인리스강

본 기술은 듀플렉스계 스테인리스의 내식성(耐蝕性) 향상을 니켈 함량을 증가시켜 달성하는 소재 설계 기술에 관한 것이다. 듀플렉스(duplex)계 스테인리스는 오스테나이트(austenite)와 페라이트(ferrite)라는 두 가지 조직이 같은 비율로 혼합되어 있는 소재로, 내식성이 요구되는 곳에 많이 사용되는 오스테나이트계 스테인리스 304나 316보다 강도 및 내식성이 더 우수하다. 329로 대표되는 듀플렉스계 스테인리스는 오스테나이트계보다 니켈 함량은 낮지만, 크롬 및 몰리브데늄 함량은 높다. 니켈은 페라이트계 스테인리스를 오스테나이트계로 만드는 주요 합금 원소로, 8% 정도 첨가하면 상온에서 100% 오스테나이트화 된다. 이러한 오스테나이트화 원소로는 니켈 이외에도 망가니즈, 질소 등이 있다. 듀플렉스계 스테인리스는 니켈의 함량을 5~8%로 낮게 유지하여 페라이트와 오스테나이트가 혼재하도록 만든 것으로, 이로 인해 저하되는 내식성을 보완하기 위해 크롬을 22~25%까지 늘리고, 몰리브데늄도 0.4~3% 첨가한다. 따라서 본 기술을 요약하면 기존 듀플렉스계 스테인리스보다 니켈 함량이 높고, 몰리브데늄 함량은 낮음에도 불구하고, 두 개의 조직이 적절하게 균형을 이루도록 하여, 공식에 대한 저항성을 향상시킨 스테인리스를 설계한 것이다.본 기술은 니켈 함량을 오히려 10.1~15%까지 높이면서도 오스테나이트와 페라이트 2상 조직을 갖도록 하는 듀플렉스계 스테인리스 소재 설계 기술로서, 보다 자세하게는 Cr 19~35%, Mo 0.1~3%, Mn 3.5% 이하, Si 3.5% 이하, C 0.5% 이하, N 0.12~0.5%, Cu 3.5% 이하, W 0.1~5%, Co 0.1~6%의 조성을 갖는 스테인리스에 관한 것이다. 본 기술의 핵심은 니켈이 증가함에 따라 듀플렉스계 스테인리스의 공식(孔蝕) 저항성이 향상되는 것인데 본 기술의 특허 자료에는 그 이유를 다음과 같이 설명하고 있다. 듀플렉스 스테인리스의 오스테나이트 상에는 내식성을 향상시키는 질소가 고용되어 있는 반면 페라이트상에는 질소가 거의 고용되어 있지 않다. 따라서 부식에 취약한 부위는 페라이트상인데 이를 보완하는 것이 니켈이다. 니켈은 질소와는 달리 미세 조직 간에 고르게 분포되어 있으며, 공식이나 틈 부식의 진행 속도를 완화시켜 내식성을 향상시킨다. 또한 이렇게 향상된 내식성을 바탕으로 고가인 몰리브데늄 함량을 조금 낮추어 가격 경쟁력을 유도하고 있는 것이 특징이다.