스테인리스(SUS, STS)강의 가공 경화 발생 원인

스테인리스(SUS, STS)강의 가공 경화 발생 원인

가공 경화란 금속에 힘을 가함으로써 경도가 증가하는 현상으로 SUS(서스, 스테인리스)를 가공할 때 발생하는 트러블의 원인이 많은 것이 가공 경화이다. SUS의 종류에 따라 가공 경화 발생의 유무 정도가 달라진다.
여기서는 스테인리스(SUS)의 가공 경화가 일어나는 종류와 가공 경화의 원인에 대해 살펴본다.

 

SUS 가공경화

 

1. 가공경화를 일으키는 SUS의 종류

SUS에는 여러 종류가 있으며, 스테인리스의 종류에 따라 물성이 달라지는데 그 중에서도 가공 경화를 일으키는 종류와 그렇지 않은 종류로 나뉜다. 가공 경화를 일으키는 것은 대부분 오스테나이트계의 SUS이다. 금속의 가공 경화 중에서도 오스테나이트계 SUS의 가공 경화는 매우 단단해진다. 그 경도로 인해 가공시에 트러블의 원인이 될 수도 있다.

종류	대표 재질 예	가공경화
페라이트계	SUS430	일어나지 않음
마르텐사이트계	SUS410	일어나지 않음
오스테나이트계	SUS430, SUS316	일어남
오스테나이트-페라이트계	SUS329J1	일어남

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

 

2. 가공경화가 발생하는 원인

오스테나이트계 SUS의 가공 경화로 아주 극단적으로 단단해지는 이유는 결정 구조에 있다. 이 금속의 결정 구조는 면심 입방 격자인데 상온에서 이 상태가 되고 있는 것은 특이하고, 원래대로라면 고온 상태에서 밖에 존재하지 않는다. 오스테나이트계 SUS는 크롬(Cr)과 니켈(Ni)을 첨가하여 고온 상태에서 급냉시켜 제조한다. 이 과정에서 원래 없어야 할 상온에서 면심입방격자의 결정 구조 상태를 만들어 내고 있다. 그리고 이 면심입방격자는 결정이 움직이기 어려운 성질을 가지고 있다. 가공시 표면의 면심입방 결정에 높은 열이 주어지면 결정 구조가 변형되어 이것이 마르텐사이트 결정으로 변화하여 경화가 일어난다. 이때, 가공으로 생긴 마르텐사이트화한 부분을 가공 유도 마르텐사이트라고 부른다. 오스테나이트의 비자성에서 변화하여 자성을 가진 상태가 된다.

 

3. 가공시 주의사항

가공 경화 이외에, 포함하고 있는 니켈(Ni)에 의해 인성이 생기기 때문에, 용착이 일어나기 쉬운 성질도 가지고 있다. 또한 다른 오스테나이트계의 SUS는 다른 종류의 SUS에 비해 절삭 저항이 크기 때문에 절삭 전단에 힘이 필요하다.

게다가 열전도율이 낮은 특징이 있어, 가공으로 발생하는 열이 공구에 모이기 쉬워지기 때문에, 공구의 수명이 짧아진다.

표면에서 0.1mm ~ 0.2mm 정도로 가공 경화를 일으키고 있다. 이 층보다 깊은 절입량으로 절삭하여 경화된 표면을 문지르는 가공이 되지 않도록 하는 것으로 대책을 세울 수 있다.

특히 오스테나이트계의 SUS를 가공할 때에는 최적의 공구나 가공 조건을 선택할 뿐만 아니라, 확실히 공구가 닿는 부분을 냉각시킬 수 있도록, 쿨런트(coolant, 절삭유)가 나오는 위치를 바꾸는 등의 조정작업이 필요하다.

 

[key point]

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