강철 재료의 세계는 눈에 보이는 것보다 훨씬 복잡합니다. 어떤 스테인리스강은 강하고 부식에 강한 반면, 다른 스테인리스강은 균열이 생기기 쉬운 이유가 궁금했던 적이 있습니까? 그 답은 중요한 요소인 페라이트 함량에 있습니다. 이 기사에서는 페라이트 함량이 재료 특성에 미치는 영향을 조사하여 스테인리스강 성능을 지배하는 "내재적 코드"를 탐구합니다.

스테인리스강 내의 결정 구조인 페라이트는 합금의 물리적 및 기계적 특성의 주요 결정 요인입니다. 스테인리스강을 미세한 "구성 요소"로 구성된 구조라고 상상해 보십시오. 이러한 구성 요소(미세 구조)의 배열은 재료의 강도, 인성 및 내식성을 직접적으로 결정합니다. 페라이트는 이러한 필수 구성 요소 중 하나입니다.

구체적으로 페라이트는 소량의 탄소 및 기타 합금 원소를 용해할 수 있는 철의 체심 입방 격자 구조입니다. 스테인리스강에서 페라이트의 존재는 다음과 같은 특성과 관련이 있습니다.

• 높은 강도: 페라이트는 인장 강도와 항복 강도를 높이는 데 기여합니다.
• 염화물 응력 부식 균열에 대한 저항성: 페라이트계 스테인리스강은 해양 또는 화학적 응용 분야와 같은 부식성 환경에서 우수한 성능을 발휘합니다.
• 자성: 오스테나이트계 스테인리스강과 달리 페라이트는 자성을 띕니다. 이 특성은 페라이트 함량을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.

페라이트 함량은 스테인리스강의 종류에 따라 너무 높거나 너무 낮지 않도록 신중하게 균형을 맞춰야 합니다. 듀플렉스 및 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 경우 페라이트 함량은 강도, 인성, 내식성 및 용접성에 영향을 미치는 중요한 지표입니다.

• 용접성: 최적의 페라이트 함량은 용접 중 응고 균열의 위험을 줄여 접합부의 무결성을 손상시킬 수 있습니다.
• 내식성: 과도한 페라이트는 특정 환경에서 내식성을 감소시킬 수 있습니다.
• 기계적 특성: 페라이트 함량이 높을수록 강도는 증가하지만 연성과 인성은 감소할 수 있습니다.

재료 품질을 평가하려면 페라이트 함량을 정확하게 측정하는 것이 필수적입니다. 일반적인 방법은 다음과 같습니다.

• 금속 조직 현미경 검사: 현미경 검사를 포함하는 전통적이지만 시간이 많이 걸리는 방법입니다.
• 자기 테스트: 페라이트스코프는 자기 투과율을 측정하여 페라이트 함량을 추정합니다. 현장 테스트에 이상적인 빠르고 비파괴적인 방법입니다.
• X선 회절: 매우 정확하지만 비싸고 복잡합니다.

제강 및 용접에서 페라이트 함량을 예측하는 것은 필수적입니다. DeLong 다이어그램은 크롬 및 니켈 당량(Cr _eq 및 Ni _eq )을 사용하여 용접 중 페라이트 형성을 추정합니다. 유용하지만 이 모델은 결정적이지 않습니다. 냉각 속도와 같은 실제 조건도 고려해야 합니다.

식품 가공, 의료 기기 및 건설에 널리 사용되는 304 스테인리스강은 주조 및 단조 형태에서 다르게 동작합니다.

• 주조 304: 응고 균열을 방지하기 위해 8–20%의 페라이트가 포함되어 있습니다.
• 단조 304: 단조 균열을 방지하기 위해 1–6%의 페라이트로 설계되었습니다. 대부분의 페라이트는 용액 어닐링 후 용해됩니다.

용액 어닐링은 스테인리스강을 1000°C 이상으로 가열한 후 급속 냉각하여 연성과 인성을 향상시킵니다. 이 공정은 페라이트 함량을 줄이지만 주조 스테인리스강은 초기 조성으로 인해 더 높은 수준을 유지합니다.

정확한 측정을 위해 실험실에서는 고급 현미경 검사 또는 고감도 자기 계측기를 사용하여 0.5–1% 이내의 정밀도를 달성합니다. 어닐링 후 304, 316L, 309 및 310과 같은 오스테나이트강은 일반적으로 2% 미만의 페라이트를 포함합니다.

슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트 및 오스테나이트 상(40–60% 페라이트)을 결합하여 뛰어난 강도, 인성 및 내식성을 제공합니다. 이러한 합금은 가혹한 환경에서 까다로운 응용 분야에 이상적입니다.