스테인리스강은 특정 등급과 조성에 따라 여러 가지 합금 원소로 구성됩니다. 아래에는 합금 첨가 원소와 그 존재 이유가 나열되어 있으며, 요약 표가 첨부되어 있습니다.
합금 원소
합금 원소
탄소(C)
철은 탄소와 합금하여 강철을 만들며 철의 경도와 강도를 높이는 효과가 있습니다. 순수 철은 열처리로 경화하거나 강화할 수 없지만 탄소를 첨가하면 다양한 경도와 강도를 구현할 수 있습니다. 오스테나이트 및 페라이트계 스테인리스강에서 탄소 함량이 높은 것은 특히 카바이드 침전의 위협으로 인해 용접에 바람직하지 않습니다.
망간(Mn)
망간은 열간 가공 특성을 개선하고 강도, 인성 및 경화성을 높이기 위해 강철에 첨가됩니다. 망간은 니켈과 마찬가지로 오스테나이트 형성 원소이며, 오스테나이트 스테인리스강의 AISI200 시리즈에서 니켈 대체재로 사용되어 왔습니다(예: AISI 202는 AISI 304 대체재로 사용됨).
크롬(Cr)
크롬은 산화에 대한 저항력을 높이기 위해 강철에 첨가됩니다. 이 저항성은 크롬을 더 많이 첨가할수록 증가합니다. 스테인리스강에는 최소 10.5%의 크롬(전통적으로 11 또는 12%)이 함유되어 있습니다. 이는 크롬 비율이 낮은 강철과 비교할 때 매우 현저한 수준의 일반적인 내식성을 제공합니다. 이러한 내식성은 스테인리스 스틸 표면에 산화크롬의 자가 복구 수동층이 형성되어 있기 때문입니다.
니켈(Ni)
니켈은 고크롬 스테인리스강에 약 8% 이상으로 다량 첨가되어 가장 중요한 종류의 부식 및 내열강을 형성합니다. 18-8(304/1.4301)로 대표되는 오스테나이트 스테인리스강은 니켈이 오스테나이트를 형성하는 경향으로 인해 고온과 저온 모두에서 뛰어난 인성(충격 강도)과 높은 강도를 제공합니다. 니켈은 또한 산화 및 부식에 대한 저항성을 크게 향상시킵니다.
몰리브덴(Mo)
크롬-니켈 오스테나이트강에 몰리브덴을 첨가하면 특히 염화물 및 황 함유 환경에서 피팅 및 틈새 부식에 대한 내성을 향상시킵니다.
질소(N)
질소는 스테인리스강의 오스테나이트 안정성을 높이는 효과가 있으며, 니켈의 경우와 마찬가지로 오스테나이트 형성 원소입니다. 스테인리스강에 질소를 첨가하면 수율 강도가 크게 향상되며 내공 부식에 대한 저항성도 향상됩니다.
구리(Cu)
구리는 일반적으로 스테인리스 스틸에 잔류 원소로 존재합니다. 그러나 일부 합금에 첨가되어 침전 경화 특성을 생성하거나 특히 바닷물 환경 및 황산에서 내식성을 향상시킵니다.
티타늄(Ti)
티타늄은 특히 재료를 용접할 때 카바이드 안정화를 위해 첨가됩니다. 티타늄은 탄소와 결합하여 티타늄 카바이드를 형성하는데, 이는 매우 안정적이고 강철에 잘 녹지 않아 입자 간 부식 발생을 최소화하는 경향이 있습니다. 약 0.25/0.60% 티타늄을 첨가하면 탄소가 크롬보다 티타늄과 우선적으로 결합하여 내식성 크롬이 입자 간 탄화물로 묶이는 현상과 그에 따른 입자 경계에서의 내식성 손실을 방지할 수 있습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 철강업체들이 안정화 없이 쉽게 용접할 수 있는 탄소 함량이 매우 낮은 스테인리스강을 공급할 수 있게 되면서 티타늄의 사용은 점차 감소하고 있습니다.
인(P)
인은 일반적으로 가공성을 향상시키기 위해 유황과 함께 첨가됩니다. 오스테나이트 스테인리스강에 존재하는 인은 강도를 증가시킵니다. 그러나 내식성에 해로운 영향을 미치고 용접 중에 재료가 균열되는 경향이 증가합니다.
황(S)
소량 첨가 시 유황은 가공성을 향상시킵니다. 그러나 인과 마찬가지로 내식성과 용접성에 해로운 영향을 미칩니다.
셀레늄(Se)
셀레늄은 이전에는 기계 가공성을 향상시키기 위해 첨가제로 사용되었습니다.
니오븀/콜롬븀(Nb)
니오븀은 탄소를 안정화하기 위해 강철에 첨가되며, 티타늄에 대해 설명한 것과 동일한 방식으로 작용합니다. 또한 니오븀은 고온 서비스를 위해 강철과 합금을 강화하는 효과도 있습니다.
실리콘(Si)
실리콘은 강철을 녹일 때 탈산제(산화제)로 사용되며, 그 결과 대부분의 강철에는 소량의 실리콘이 함유되어 있습니다.
코발트 (Co)
코발트는 원자로의 강력한 방사선에 노출되면 방사능이 높아지기 때문에 원전에 사용되는 모든 스테인리스강에는 일반적으로 최대 약 0.2%의 코발트 제한이 적용됩니다. 이 문제가 강조되는 이유는 일반적으로 오스테나이트 스테인리스강 생산에 사용되는 니켈에 잔류 코발트 함량이 있기 때문입니다.
칼슘(Ca)
황, 인 및 셀레늄으로 인한 다른 특성에 대한 악영향 없이 가공성을 개선하기 위해 소량의 첨가제를 사용합니다.
합금 원소가 스테인리스 스틸의 특성에 미치는 영향
| 속성 | C | Cr | Ni | S | Mn | Si | P | Cu | Mo | Se | Ti 또는 Nb |
| 내식성 | - | 확인됨 | 확인됨 | 오류 | - | - | 확인됨 | - | 확인됨 | - | - |
| 기계적 특성 | 확인됨 | 확인됨 | - | - | 확인됨 | 확인됨 | 확인됨 | 확인됨 | 확인됨 | - | 확인됨 |
| 고온 내성 | - | 확인됨 | 확인됨 | 오류 | - | - | - | - | 확인됨 | - | 확인됨 |
| 기계 가공성 | 오류 | 오류 | - | 확인됨 | - | - | 확인됨 | - | - | 확인됨 | - |
| 용접성 | 오류 | 오류 | - | 오류 | 확인됨 | - | 오류 | - | 확인됨 | - | 확인됨 |
| 냉간 작업성 | 오류 | 오류 | 확인됨 | 오류 | - | - | - | 확인됨 | - | - | - |
- = 유익한
- = 해로운
