스테인리스(STS, SUS)의 가공 경화 발생 원인

스테인리스(STS, SUS)의 가공 경화 발생 원인

스테인리스 재질은 KS규격에서는 STS로 일본 JIS 규격에서는 SUS로 규정하고 있다. 현장에서는 보톤 "서스"라는 표현을 많이 하는 것을 경험할 수 있다. 서스304....

여기서 가공 경화란 금속에 힘을 가함으로써 경도가 증가하는 현상을 말한다. SUS를 가공할 때의 트러블의 원인이 가공 경화로 SUS의 종류에 따라 가공 경화의 유무 정도가 달라진다.

가공경화를 일으키는 스테인리스의 종류

SUS에는 여러 종류가 있으며, 재료의 종류에 따라 물성이 달라진다. 그 중에서도 가공 경화를 일으키는 종류와 그렇지 않은 종류로 나뉘어지는데 가공 경화를 일으키는 것은 오스테나이트계의 SUS이다. 금속의 가공 경화 중에서도 오스테나이트계 SUS의 가공 경화는 매우 단단해진므로 그 단단한 경도로 인해 가공시 트러블의 원인이 될 수 있는 것이다.

종류	대표적인 스테인리스	가공경화
페라이트계	SUS430	일어나지 않는다
마르텐사이트계	SUS410	일어나지 않는다
오스테나이트계	SUS304, SUS316	일어난다
오스테나이트-페라이트계	SUS329J1	일어난다

※석출 경화계 스테인리스 SUS600번대의 경우, 오스테나이트계는 가공 경화하지만, 마르텐사이트계의 재질은 가공 경화하지 않는다.

가공경화가 발생하는 원인

오스테나이트계 SUS의 가공 경화가 매우 단단해지는 이유는 그 결정 구조에 있는데 이 금속의 결정 구조는 면심 입방 격자이다. 상온에서 이 상태가 되고 있는 것은 아주 특이하고, 원래 상태라면 고온 상태에서 밖에는 존재하지 않는다.
오스테나이트계 SUS는 크롬(Cr)과 니켈(Ni)을 첨가하여 고온 상태에서 급냉하여 제조한다. 이 과정이 본래 없어야 할 상온에서 면심 입방 격자의 결정 구조 상태를 만들어 내고 있다. 그리고 이 면심 입방 격자는 결정이 움직이기 어려운 성질을 가지고 있다. 가공시 표면의 면심 입방 결정에 고열이 주어지면 결정 구조가 변형되어 이것이 마르텐사이트 결정으로 변화하여 경화가 발생하게 된다.

이때, 가공으로 생긴 마르텐사이트화한 부분을 가공 유도 마르텐사이트라고 하는데 오스테나이트의 비자성에서 변화하여 자성을 가진 상태가 된다.

가공시 주의 사항

가공경화 이외에, 포함하고 있는 니켈(Ni)에 의해 노치인성이 생기기 때문에, 용착이 일어나기 쉬운 성질도 가지고 있다.
또한 다른 오스테나이트계의 SUS는 다른 종류의 SUS에 비해 절삭 저항이 크기 때문에 절삭 전단에는 힘이 필요하다.
게다가 열전도율이 낮은 특징이 있어, 가공으로 발생하는 열이 공구에 모이기 쉬워지기 때문에, 공구의 수명이 짧아진다.
표면에서 0.1mm ~ 0.2mm 정도는 가공 경화를 일으키고 있다. 이 층보다 깊은 절입량으로 절삭하여 경화된 표면을 문지르는 가공이 되지 않도록 하는 것으로 대책을 마련할 수 있다.

특히 오스테나이트계의 SUS를 가공할 때에는 최적의 공구나 가공 조건을 선택해야할 뿐만 아니라, 공구를 냉각할 수 있도록, 쿨런트(절삭유)가 나오는 위치를 바꾸는 등의 조정이 필요하다.

・오스테나이트계의 SUS(300번대)는 가공경화를 일으킨다.
・가공경화의 원인은 본래는 없는 상온에서의 면심입방격자의 결정 구조에 있다.
・가공시 발생하는 열에 의해, 가공 부분이 비자성에서 자성을 가지는 성질로 바뀐다.
・가공시에는 가공 경화를 일으킨 표면보다 깊은 부분을 절삭하여, 가능한 한 경화된 부분을 문지르지 않도록 조정한다.

■ 냉간압연 스테이닐스 강판 및 강대 KS D 3698

냉간압연스테인리스강판 및 강대

 

■ 열간압연 스테인리스 강판 및 강대 KS D 3705

열간압연 스테인리스 강판 및 강대

<자료 출처 인용>

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