고열 환경이나 혹독한 산업 공정을 다루는 경우 표준 스테인리스 스틸 부품이 예상보다 빨리 고장날 수 있습니다. 이는 시간 손실, 유지보수 비용 증가, 성능 문제로 이어집니다. 따라서 열과 압력에 견딜 수 있는 소재가 필요합니다. 310 스테인리스 스틸이 바로 그런 소재입니다.
이 가이드에서는 310 스테인리스 스틸의 특징에 대해 자세히 설명합니다. 사용 방법, 재질, 다른 유형보다 스테인리스 스틸을 선택해야 하는 이유에 대해 알아보세요.
310 스테인리스 스틸이란?
310 스테인리스 스틸은 오스테나이트 스테인리스 스틸입니다. 내식성과 강도가 좋은 것으로 알려진 300 시리즈에 속합니다. 그 중에서도 310은 304나 316보다 고온 강도가 우수합니다.
이 합금은 열 집약적인 응용 분야에서 작동하도록 설계되었습니다. 1000°F 이상의 온도에 노출되어도 안정적으로 유지되며 스케일링에 강합니다. 따라서 열교환기, 용광로 및 열처리 장비에 신뢰할 수 있는 선택이 될 수 있습니다.
310 스테인리스 스틸의 UNS 번호는 S31000입니다. 일반적인 고성능 버전인 310S는 S31008로 표시되어 있습니다. 이 등급은 여러 산업 표준에서 인정받고 있습니다.
ASTM 사양에는 ASTM A240(시트 및 플레이트용) 및 ASTM A312(파이프용)와 같은 표준에 310이 나열되어 있습니다. 이러한 사양은 중요한 애플리케이션에서 재료가 기대하는 성능을 충족하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.
화학적 구성 요소
310 스테인리스 스틸은 합금 혼합물에서 강도와 내열성을 얻습니다. 주요 원소는 크롬과 니켈이며, 그 외 몇 가지 다른 원소가 구조에 기여합니다.
주요 요소
- 크롬(24-26%) 산화 저항성을 향상시킵니다. 극한의 열에서도 표면을 보호하는 안정적인 산화물 층을 형성합니다.
- 니켈(19-22%) 연성과 인성을 향상시킵니다. 또한 오스테나이트 구조를 안정화하여 소재가 고온에서도 강도를 유지하는 데 도움이 됩니다.
마이너 요소
- 망간(최대 2%) 는 열간 작업을 돕고 인성을 향상시킵니다.
- 실리콘(최대 1.5%) 는 산화 저항성을 개선하고 강도를 높입니다.
- 탄소(최대 0.25%) 는 경도와 강도를 높입니다. 하지만 양이 많으면 내식성이 낮아질 수 있으므로 신중하게 관리해야 합니다.
물리적 및 기계적 특성
310 스테인리스 스틸은 강도, 경도 및 열 성능이 적절히 혼합되어 있습니다. 이러한 특성 덕분에 구조용 및 고온 용도에 모두 적합합니다.
인장 강도 및 항복 강도
310 스테인리스 스틸의 일반적인 인장 강도는 약 75,000psi, 항복 강도는 약 30,000psi입니다. 이 수치는 이 소재가 영구적인 변형 없이 강한 당기는 힘을 견딜 수 있음을 의미합니다.
고온에서도 다른 스테인리스 스틸보다 강도를 더 잘 유지합니다. 따라서 열처리 또는 열 순환 환경에서 신뢰할 수 있습니다.
경도 및 인성
브리넬 스케일에서 310의 경도는 약 150-190 HBW입니다. 마르텐사이트 등급만큼 단단하지는 않지만 인성과 내마모성 사이의 균형이 잘 잡혀 있습니다.
이 합금은 극저온이나 고온에서도 견고하고 균열에 강합니다. 따라서 기계적 충격이나 스트레스가 발생할 수 있는 곳에서 안전한 선택이 될 수 있습니다.
밀도 및 융점
- 밀도7.9g/cm³(또는 0.285lb/in³)
- 용융 범위: 2470°F~2550°F(1355°C~1400°C) 사이
이 값은 극한의 조건에서도 안정적이며 열에 의해 형태나 무결성이 쉽게 손상되지 않는다는 것을 보여줍니다.
열전도도 및 팽창
- 열 전도성: 100°C에서 약 14.2W/m-K
- (탄소강보다 열 전도율이 낮아 열을 더 느리게 전도합니다.)
- 열팽창: 약 15.9 µm/m-°C
이렇게 낮은 열전도율은 고온 시스템에서 열 전달을 줄이는 데 도움이 됩니다. 특히 서로 다른 재질을 사용하는 어셈블리 설계 시에는 적당한 팽창률을 고려해야 합니다.
부식 저항
310 스테인리스 스틸은 산화와 열에 대한 강한 저항성으로 가장 잘 알려져 있습니다. 특히 고온이 수반되는 열악한 환경에서도 우수한 성능을 발휘합니다.
고온에서의 내산화성
310 스테인리스 스틸은 최대 2000°F(1093°C)의 온도에서 공기 중 산화에 강합니다. 크롬과 니켈 함량이 높아 표면에 보호 산화물 층을 형성합니다. 이 층은 금속과 산소 사이의 추가 반응을 방지합니다.
장시간 열에 노출되어도 합금은 구조적 안정성을 유지합니다. 그렇기 때문에 용광로 부품과 열 차폐막에 자주 사용됩니다.
유황 및 질소 대기에서의 성능
310은 공기 및 중성 환경에서 잘 작동합니다. 그러나 황이 풍부하거나 산소가 적은 대기에서는 저항성이 감소합니다. 유황은 보호 산화물 층을 분해하여 부식을 일으킬 수 있습니다.
질소가 풍부한 환경에서는 일반적으로 이 소재가 잘 견딥니다. 하지만 황과 질소가 모두 풍부한 환경이라면 좀 더 특수한 합금을 사용하는 것이 좋습니다.
해양 환경의 한계
310 스테인리스 스틸은 해양 또는 염화물이 많은 환경에는 권장되지 않습니다. 316 스테인리스 스틸에 비해 바닷물에서의 내식성이 낮습니다.
해안가나 수중에서 사용할 경우 염화물 이온은 구멍과 틈새 부식을 일으킬 수 있습니다. 따라서 바닷물 근처에서는 그 효과가 제한됩니다.
내열 기능
310 스테인리스 스틸은 고열에 장기간 노출되어도 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 연속 및 순환 열 부하 모두에서 안정적인 구조를 유지합니다.
작동 온도 범위
이 합금은 최대 2000°F(1093°C)의 온도에서 잘 작동합니다. 단기간 동안 더 높은 온도에서도 견딜 수 있습니다. 하지만 장기간 사용하려면 강도 손실을 방지하기 위해 2000°F 이하로 유지하는 것이 가장 좋습니다.
1500°F 이하의 낮은 온도 범위에서 이 소재는 강도와 내식성을 모두 유지합니다. 이러한 유연성 덕분에 다양한 고온 용도에 적합합니다.
간헐적 및 지속적 서비스에서의 성능
310은 온도가 반복적으로 상승 및 하강하는 간헐적 사용 환경에서도 균열이나 스케일링 없이 안정적으로 작동합니다. 오스테나이트 구조로 열 충격에 대한 저항력이 뛰어납니다.
지속적인 사용 시 내산화성과 기계적 강도를 장기간 유지합니다. 이것이 바로 열교환기 및 버너 부품에 선택되는 주요 이유입니다.
제작 및 작업성
310 스테인리스 스틸은 가공이 가능하지만 올바른 기술이 필요합니다. 니켈과 크롬 함량이 높기 때문에 가공 및 성형 시 작동 방식에 영향을 미칩니다.
가공성
310 가공은 304와 같은 표준 재종으로 가공하는 것보다 더 어렵습니다. 합금 함량이 높기 때문에 공구 마모가 증가합니다. 열을 줄이기 위해 날카로운 공구, 저속, 충분한 절삭유를 사용하세요.
어닐링된 상태에서 가공하는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 경화를 줄이고 표면 균열을 방지할 수 있습니다.
용접성 및 용접 방법
310은 대부분의 표준 방법으로 우수한 용접성을 제공합니다. 싸움, 미그, 그리고 스틱 용접(SMAW) 모두 적합합니다.
견고한 용접 접합부를 위해 310 또는 309 스테인리스와 같은 필러 금속을 사용하세요. 균열을 방지하려면 높은 열 입력을 피하고 용접 후 부품을 천천히 식히세요.
성형 및 굽힘 동작
310은 다음과 같습니다. 형성 표준 방법을 사용하여 구부릴 수 있지만 저합금강보다 더 많은 힘이 필요합니다. 재료의 강도가 높기 때문에 더 무거운 툴링이 필요합니다.
급하게 구부릴 때 갈라지는 것을 방지하려면 굽힘 반경을 시트 두께보다 크게 유지하세요. 냉간 굽힘이 어려운 경우 두꺼운 부분을 예열하는 것도 도움이 됩니다.
절단 및 드릴링 팁
카바이드 공구 또는 고속 강철(HSS) 비트를 사용하십시오. 교련. 느린 속도와 일정한 공급 압력이 가장 효과적입니다. 열이 축적되지 않도록 냉각액을 바르세요.
혈장, 레이저, 또는 워터젯 절단 를 사용하는 것이 좋습니다. 가장자리가 깔끔하고 왜곡이나 열에 영향을 받는 영역이 발생할 가능성이 적습니다.
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 유엔 지정 | S31000(310), S31008(310S) |
| ASTM 표준 | ASTM A240(시트/플레이트), ASTM A312(파이프) |
| 인장강도 | 약 75,000psi |
| 항복 강도 | 약 30,000psi |
| 경도 | 150-190 HBW(브리넬) |
| 인성 | 저온 및 고온에서 높음 |
| 밀도 | 7.9g/cm³(0.285lb/in³) |
| 녹는 점 | 2470°F-2550°F(1355°C-1400°C) |
| 열 전도성 | 100°C에서 14.2W/m-K |
| 열 팽창 | 15.9 µm/m-°C |
| 크롬 함량 | 24-26% |
| 니켈 콘텐츠 | 19-22% |
| 망간 콘텐츠 | 최대 2% |
| 실리콘 콘텐츠 | 최대 1.5% |
| 탄소 함량 | 최대 0.25% |
| 산화 저항 | 최대 2000°F(1093°C)의 공기 중에서 |
| 부식 저항 | 공기 중에서는 양호하지만 해양 또는 염화물 환경에서는 제한적입니다. |
| 가공성 | 낮음 - 느린 속도, 날카로운 도구 및 냉각수가 필요합니다. |
| 용접성 | 양호 - TIG, MIG, SMAW; 310 또는 309 필러 사용 |
| 성형성 | 보통 - 더 높은 힘, 큰 굽힘 반경이 필요합니다. |
| 절단 방법 | 레이저, 플라즈마, 워터젯 선호 |
| 일반적인 용도 | 용광로, 머플, 방열 튜브, 열교환기, 열 바구니 |
열처리 및 어닐링
열처리 은 310 스테인리스 스틸의 성능을 바꿀 수 있습니다. 주로 소재를 부드럽게 하거나 연성을 개선하거나 성형 또는 용접 후 내부 응력을 완화하는 데 사용됩니다.
권장 열처리 절차
310 스테인리스 스틸의 경우 어닐링이 가장 일반적인 열처리입니다. 이 공정에는 금속을 1900~2100°F(1040~1150°C)까지 가열하는 과정이 포함됩니다. 그런 다음 일반적으로 물 담금질 또는 공기 냉각을 통해 빠르게 냉각해야 합니다.
이 방법은 연성을 회복하고 작업물 경화 효과를 줄이는 데 도움이 됩니다. 스케일링이나 표면 산화를 방지하기 위해 항상 깨끗한 환경에서 수행해야 합니다.
기계적 특성에 미치는 영향
어닐링은 경도를 낮추고 연성을 높입니다. 이렇게 하면 재료를 성형, 구부리거나 가공하기가 더 쉬워집니다.
그러나 인장 및 항복 강도가 감소합니다. 어닐링 후에는 강철이 더 유연해지지만 강도는 약간 떨어집니다. 이러한 절충점은 많은 성형 또는 용접 응용 분야에서 허용됩니다.
어닐링은 언제, 왜 사용해야 하나요?
사용 어닐링 무겁고 추운 환경에서 작업한 후 스트레스를 줄이고 작업성을 회복하는 데 도움이 됩니다. 용접 후 열 영향을 받는 부위의 균열을 방지하는 데도 도움이 됩니다.
부품이 향후 굽힘을 위해 성형성을 유지해야 하는 경우 어닐링은 제작 중 원치 않는 파손이나 공구 마모를 방지하는 데 도움이 됩니다.
표면 마무리
그만큼 표면 마무리 의 스테인리스 스틸은 외관과 성능 모두에 영향을 미칩니다. 마감에 따라 내식성, 세척 용이성 또는 시각적 매력을 향상시킬 수 있습니다.
공통 마감(2B, BA, No.4, 거울)
- 2B 마감: 빛 반사율이 높은 매끄럽고 무광택 마감. 일반적으로 산업용 부품은 우수한 내식성을 제공하는 것이 일반적입니다.
- BA(브라이트 어닐링): 제어된 분위기의 용광로에서 생성된 밝고 반사되는 마감. 깔끔한 외관과 더 나은 내식성이 필요한 곳에 사용됩니다.
- 4위 마감: 브러시 처리된 방향성 그레인 마감. 건축 및 주방 분야에서 흔히 사용됩니다.
- 미러 마감: 광택과 반사율이 높습니다. 장식용 부품이나 손쉬운 청소가 필요한 표면에 자주 사용됩니다.
산세, 패시베이션 및 폴리싱
산업용 애플리케이션
310 스테인리스 스틸은 까다로운 환경을 위해 제작되었습니다. 강도와 내열성이 뛰어나 많은 고온 및 부식성 환경에 적합합니다.
열교환기 및 보일러
310은 열교환기 및 보일러의 튜브, 플레이트 및 헤더에 사용됩니다. 이 소재는 스케일링에 강하고 열 스트레스를 받아도 형태를 유지합니다. 따라서 시간이 지나도 시스템 효율성과 안전성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
가마 및 용광로
가마, 용광로 라이너 및 버너 부품에서 310은 고열에도 뒤틀림 없이 견딜 수 있습니다. 1800°F 이상의 온도에 장시간 노출된 후에도 기계적 강도를 유지합니다. 따라서 다운타임과 교체 비용이 줄어듭니다.
극저온 구성 요소
고온용으로 잘 알려져 있지만 310은 극저온에서도 우수한 성능을 발휘합니다. 동결 조건에 노출되어도 견고하고 균열에 강해 일부 가스 처리 및 저장 시스템에서 유용하게 사용할 수 있습니다.
석유화학 및 정유 장비
310은 정유소 버너, 배관 및 연도 라이너에서 흔히 볼 수 있습니다. 고온 가스와 부식성 화학물질이 있는 환경에서 산화 및 침탄에 강합니다. 따라서 고압, 고열 처리 라인에 적합합니다.
다른 스테인리스강과의 비교
적합한 스테인리스 스틸을 선택하는 것은 서비스 조건에 따라 달라집니다. 다음은 310이 316 및 304와 같은 일반적인 등급과 비교되는 방식입니다.
| 속성 | 310 스테인리스 스틸 | 316 스테인리스 스틸 | 304 스테인리스 스틸 |
|---|---|---|---|
| 내열성 | 우수(최대 2000°F/1093°C) | 양호(최대 1600°F/871°C) | 보통(최대 1500°F/816°C) |
| 부식 저항 | 보통, 해양 또는 염화물 환경에는 적합하지 않음 | 해양 및 염화물이 풍부한 환경에서 탁월한 성능 발휘 | 일반적인 환경에 적합 |
| 주요 합금 원소 | 높은 Cr(24-26%), Ni(19-22%) | Cr(16-18%), Ni(10-14%), Mo(2-3%) | Cr(18-20%), Ni(8-10.5%) |
| 작업성 | 보통, 더 강력한 도구와 힘이 필요함 | 성형 및 용접이 쉬운 우수한 제품 | 성형 및 용접에 널리 사용되는 우수한 제품 |
| 용접성 | 좋지만 열 제어가 필요합니다. | 훌륭한 | 훌륭한 |
| 비용 | 높은 합금 함량으로 인해 더 높음 | Medium | 낮추다 |
| 모범 사용 사례 | 고온 용광로, 가마, 열교환기 | 해양 부품, 화학 처리, 의료 기기 | 범용 장비, 싱크대, 가전제품 |
결론
310 스테인리스 스틸은 까다로운 환경을 위해 설계된 고온 내식성 합금입니다. 크롬과 니켈 함량이 높아 최대 2000°F의 온도에서 뛰어난 강도와 산화 저항성을 제공합니다. 용광로, 열교환기, 가마 및 석유화학 장비에서 우수한 성능을 발휘합니다.
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케빈 리
저는 레이저 절단, 굽힘, 용접 및 표면 처리 기술을 전문으로 하는 판금 제조 분야에서 10년 이상의 전문 경험을 갖고 있습니다. Shengen의 기술 이사로서 저는 복잡한 제조 문제를 해결하고 각 프로젝트에서 혁신과 품질을 주도하는 데 최선을 다하고 있습니다.
