Oxidation Resistance of Stainless Steels

스테인리스강의 내산화성

산화는 산소가 풍부한 스케일이 형성되는 것을 말합니다. 일단 형성된 스케일은 기계적으로 제거하거나 균열을 내지 않는 한 추가 산화를 늦추며, 이는 하중을 받아 강철이 변형될 때 발생할 수 있습니다. 스테인리스 스틸의 경우, 높은 온도에서 사용되는 온도 최대 1100°C의 경우 내열성 유형의 경우, 이는 주로 크롬이 풍부한 스케일이 형성되는 이점을 위해 사용됩니다. 개혁된 스케일 층은 추가 산화를 방지하지만 산화물 형성으로 손실된 금속은 강철 섹션의 유효 강도를 감소시킵니다.

내산화성은 주로 온도, 가스 구성 및 수분 수준과 강철 등급, 주로 크롬 수준에 따라 달라집니다. 오스테나이트 스테인리스 스틸은 페라이트 계열보다 고온 강도가 우수하기 때문에 가장 좋은 선택입니다. 오스테나이트 계통의 열팽창률이 높으면 왜곡과 같은 문제가 발생할 수 있으며 열 순환 중에 스케일 손실(스팔링)이 발생할 수 있습니다.

안정적인 산화물 형성을 위한 조건
산화는 주로 대기 중 산소 수준에 따라 달라집니다. 공기, 이산화탄소 및 증기를 포함하는 가스 혼합물은 모두 산화를 '지원'합니다. 산화 저항성은 강철 표면에 크롬이 풍부한 산화물(Cr2O3)이 형성되기 때문입니다. 일단 형성되면 느린 속도로만 성장하여 기본 강철이 더 이상 산화되지 않도록 보호합니다. 산화 대기 조건은 추가 산화에 대한 저항력을 지원합니다. 수증기는 스테인리스 스틸의 내산성에 악영향을 미칠 수 있습니다. 이는 아마도 보호 산화물 스케일의 가소성이 감소한 결과일 것입니다. 일반적으로 습한 공기에서의 최대 사용 온도는 건조한 공기보다 약 40~65℃ 낮춰야 합니다. 고온 증기는 특별한 경우로 간주해야 합니다.

주기적인 온도 조건에서 산화물 층이 균열되면 전반적인 산화 속도가 증가합니다. 이는 오스테나이트 계열의 경우 문제가 될 수 있으며 '간헐적' 온도 조건에서 '연속적' 사용 조건보다 낮은 최대 사용 온도에 반영됩니다. 이와 대조적으로 페라이트계 및 마르텐사이트계 스테인리스강은 일반적으로 연속 사용 온도보다 간헐적 사용 온도가 더 높습니다.강종(조성)이 내산화성에 미치는 영향

크롬 함량은 산화 저항성을 제공하는 데 가장 중요합니다. 18% Cr 수치는 페리틱 430 1.4016 및 오스테나이트 304 1.4301, 316 1.4401 그리고 3211.4541 '좋은' 산화 저항성을 제공하는 강철은 일반적으로 20-25% 범위의 크롬 함량이 더 높습니다. 310 1.4845.

니켈은 또한 산화 저항성을 개선하는 데 도움이 됩니다. 이는 아마도 산화물 층의 접착력이 향상되었기 때문일 것입니다.

실리콘과 알루미늄도 내산화성을 향상시키기 위해 첨가되며, 특정 등급에는 성형성 및 산화 성능에 악영향을 미칠 수 있으므로 제한된 양으로 존재합니다. 내열성 스테인리스 스틸.

칼슘을 소량 첨가하면 다음과 같은 이점도 있습니다. 내산화성.

일부 특수 내열 등급을 만들기 위해 세륨과 이트륨을 포함한 희토류 원소도 첨가됩니다. 이러한 첨가물은 크롬이 풍부한 산화물 층이 금속 표면에 접착하는 것을 도와 니켈과 유사한 효과를 낼 수 있습니다.

이러한 구성적 이점을 조합하여 사용하는 내열 등급의 한 가지 예는 다음과 같습니다. 253MA (1.4835). 이 강철에는 지정된 알루미늄 범위이지만 강도를 높이기 위해 질소를 첨가합니다.

EN 10095, 1.4835 구성, 무게 %
C	Si	Cr	Ni	N	Ce
0.05-0.12	1.40-2.50	20.0-22.0	10.0-12.0	0.12-0.20	0.03-0.08

서비스 중 취약성 온도

페라이트강은 고온 강도가 낮을 뿐만 아니라 특정 온도 범위에서 부서지기 쉬운 성분을 형성할 수 있습니다.
370~540°C의 온도 범위는 피해야 합니다. 더 높은 크롬 페라이트계에서는 '시그마' 상 형성으로 인해 고온에서 취성이 발생할 수도 있습니다. 이는 약 900°C 이하의 온도에서 25% 크롬 1.4845(310) 타입을 사용하는 경우에도 문제가 됩니다. 이러한 온도에서 서비스 후 유지보수를 위해 주변 온도로 냉각할 때 균열이 발생할 수 있습니다.
'표준' 오스테나이트 1.4878 / 14541(321), 1.4401(316) 또는 1.4301(304)은 공기 중 최대 사용 온도인 약 870°C까지 '낮은' 온도에서 더 나은 선택이 될 수 있습니다.

스테인리스강의 내산화성

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