인코넬 대 스테인리스 스틸: 완벽한 기술 비교

탁월한 고온 강도, 크리프 저항성 및 공격적인 부식(특히 염화물, 해수 및 산화/고온 환경)에 대한 우수한 내성이 요구되는 작동 조건에서는 초기 비용이 높더라도 인코넬(니켈 기반 초합금)이 올바른 선택이며, 비용, 성형성 및 용접성이 결정적인 일반 구조, 건축, 식품 등급 및 많은 해양 또는 화학 서비스 사례에서는 스테인리스강(철-크롬-니켈 합금, 예: 304/316)이 여전히 최고의 가치를 지닙니다. 브랜드나 직관보다는 서비스 온도, 부식 메커니즘, 기계적 하중, 전체 수명 비용에 따라 선택하세요.

야금학 기초

핵심 차이점

• 인코넬 의 상표권 있는 가족 이름입니다. 니켈-크롬(Ni-Cr) 기반 초합금에 Mo, Nb(콜럼븀), Ti, Al 및 견고한 고온 미세 구조를 안정화시키는 기타 원소를 첨가하는 경우가 많습니다. 일반적인 합금: 인코넬 625 (고체 솔루션 강화) 및 인코넬 718 (강수량-경화 가능).

• 스테인리스 스틸 는 철 기반 합금 10.5% 이상의 크롬(Cr)을 함유하여 수동 산화막을 형성하고, 오스테나이트상을 안정화하기 위해 니켈(Ni)을 함유하는 경우가 많습니다(예: 304, 316). 페라이트, 오스테나이트, 마르텐사이트 및 듀플렉스 계열에 걸쳐 있습니다.

미세 구조 결과

• 니켈 기반 합금은 Ni 매트릭스와 합금 첨가제가 확산 및 연화에 저항하기 때문에 고온에서 강도와 인성을 유지하며, 특정 합금(718)은 γ′/γ″ 침전물을 형성하여 노화 후 항복 강도를 극적으로 높입니다.

• 오스테나이트계 스테인리스강은 Ni로 안정화된 면 중심 입방정계 철 매트릭스를 기반으로 하며, 상온 및 중간 온도에서 연성 및 내식성을 갖지만 높은 사용 온도에서는 니켈 초합금보다 연화되고 크리프 강도를 더 빨리 잃습니다.

화학 성분 스냅샷

아래 표는 대표 등급에 대한 단순화된 일반적인 구성을 보여줍니다. (조달 시 제조업체 데이터시트 및 구매 사양을 사용하세요. 구성은 사양 및 생산업체에 따라 다릅니다.)

(출처: 생산자 기술 게시판 및 합금 데이터시트).

기계적 특성 및 온도 성능

상온 강도 및 인성

• 많은 인코넬 합금은 상온에서 일반적인 오스테나이트 스테인리스강보다 인장 및 항복 강도가 더 높습니다. 예를 들어, 인코넬 625와 718은 304/316보다 항복/인장 범위가 더 넓고 피로 강도가 더 높습니다.

온도 상승 시 동작(결정적인 차이)

• 크리프 및 파열 강도: 인코넬 합금(특히 718과 같은 강수 경화 등급)은 등급에 따라 ~400~600°C 이상에서 내하중 능력을 잃기 시작하는 스테인리스강에 비해 수백 °C까지(일부 합금의 경우 700~1000°C까지) 훨씬 높은 내크리프성을 유지합니다.

• 열 안정성: 니켈 베이스 합금은 일반적인 스테인리스 등급보다 입자 성장에 저항하고 열 순환 시 피로 수명을 더 잘 유지합니다.

기계적 특성 예시(단순화)

인코넬 등가 등급

표준	WERKSTOFF NR.	UNS	GOST	AFNOR	JIS	BS	EN	또는
인코넬 600	2.4816	N06600	МНЖМц 28-2,5-1,5	NC15FE11M	NCF 600	NA 13	NiCr15Fe	ЭИ868
인코넬 601	2.4851	N06601	XH60BT	NC23FeA	NCF 601	NA 49	NiCr23Fe	ЭИ868
인코넬 617	2.4663	N06617
인코넬 625	2.4856	N06625	ХН75МБТЮ	NC22DNB4M	NCF 625	NA 21	NiCr22Mo9Nb	ЭИ602
인코넬 690	2.4642	N06690
인코넬 718	2.4668	N07718
인코넬 725	-	N07725
인코넬 X-750	2.4669	N07750

인코넬 녹는점, 밀도 및 인장 강도

	밀도	녹는점	인장 강도	항복 강도(0.21TP3오프셋)	신장
600	8.47g/cm3	1413°C(2580°F)	Psi - 95,000 , MPa - 655	Psi - 45,000 , MPa - 310	40 %
601	8.1g/cm3	1411°C(2571°F)	Psi - 80,000 , MPa - 550	Psi - 30,000 , MPa - 205	30 %
617	8.3g/cm³	1363°C	≥ 485 MPa	≥ 275 MPa	25 %
625	8.4g/cm3	1350°C(2460°F)	Psi - 135,000 , MPa - 930	Psi - 75,000 , MPa - 517	42.5 %
690	8.3g/cm³	1363°C	≥ 485 MPa	≥ 275 MPa	25 %
718	8.2g/cm3	1350°C(2460°F)	Psi - 135,000 , MPa - 930	Psi - 70,000 , MPa - 482	45 %
725	8.31g/cm3	1271°C-1343°C	1137 MPa	827 MPa	20 %
X-750	8.28g/cm3	1430°C	1267 MPa	868 MPa	25 %

스테인리스 스틸

스테인리스 스틸 등가 등급

표준	WERKSTOFF NR.	UNS	JIS	BS	GOST	AFNOR	EN
SS 304	1.4301	S30400	SUS 304	304S31	08Х18Н10	Z7CN18-09	X5CrNi18-10
SS 304L	1.4306/1.4307	S30403	SUS 304L	304S11	03Х18Н11	Z3CN18-10	X2CrNi18-9 / X2CrNi19-11
SS 310	1.4845	S31000	-	-	-	-	-
SS 310S	1.4845	S31008	SUS310S	-	20Ch23N18	-	X8CrNi25-21
SS 316	1.4401 / 1.4436	S31600	SUS 316	316s31 / 316s33	-	Z7CND17-11-02	X5CrNiMo17-12-2 / X3CrNiMo17-13-3
SS 316L	1.4404 / 1.4435	S31603	SUS 316L	316s11 / 316s13	03Ch17N14M3 / 03Ch17N14M2	Z3CND17-11-02 / Z3CND18-14-032	X2CrNiMo17-12-2 / X2CrNiMo18-14-3
SS 317	1.4449	S31700	SUS 317	-	-	-	X6CrNiMo19-13-4
SS 317L	1.4438	S31703	SUS 317L	-	-	-	X2CrNiMo18154
SS 321	1.4541	S32100	SUS 321	-	08Ch18N10T	-	X6CrNiTi18-10
SS 321H	1.4541	S32109	SUS 321H	-	-	-	X6CrNiTi18-10
SS 347	1.4550	S34700	SUS 347	-	08Ch18N12B	-	X6CrNiNb18-10
SS 347H	1.4961	S34709	SUS 347H	-	-	-	X7CrNiNb18-10
SS 446	1.4762	S44600	-	-	-	-	-

스테인리스 스틸 구성

등급	C	Mn	Si	P	S	Cr	Mo	Ni	N
SS 304	최대 0.08	최대 2개	최대 0.75	최대 0.040	최대 0.030	18 - 20	-	8 - 11	-
SS 304L	최대 0.03	최대 2개	최대 0.75	최대 0.045	최대 0.030	18 - 20	-	8 - 12	최대 0.10
SS 310	최대 0.25	최대 2개	최대 1.50	최대 0.045	최대 0.030	24 - 26	-	19 - 22	-
SS 310S	최대 0.08	최대 2개	최대 1.50	최대 0.045	최대 0.030	24 - 26	-	19 - 22	-
SS 316	최대 0.08	최대 2개	최대 0.75	최대 0.045	최대 0.030	16 - 18	2 - 3	10 - 14	최대 0.1
SS 316L	최대 0.3	최대 2개	최대 0.75	최대 0.045	최대 0.030	16 - 18	2 - 3	10 - 14	최대 0.10
SS 317	최대 008	최대 2개	최대 1개	최대 0.040	최대 0.03	18 - 20	3 - 4	11 - 14	최대 0.10
SS 317L	최대 0.035	최대 2개	최대 1개	최대 0.040	최대 0.03	18 - 20	3 - 4	11 - 15	-
SS 321	최대 0.08	최대 2개	최대 0.75	최대 0.045	최대 0.03	17 - 19	5xC 분 최대 0.60%	9 - 12	최대 0.10
SS 321H	최대 0.04 - 0.10	최대 2개	최대 0.75	최대 0.045	최대 0.03	17 - 19	4xC 분 최대 0.60%	9 - 12	최대 0.10
SS 347	최대 0.08	최대 2개	최대 0.75	최대 0.045	최대 0.03	17 - 20	10xC 분 최대 1.00	9 - 13	62.74
SS 347H	0.04 - 0.10	최대 2개	최대 0.75	최대 0.045	최대 0.03	17 - 20	8xC 분 최대 1.00	9 - 13	62.74
SS 446	최대 0.2	최대 1.5	최대 0.75	최대 0.040	최대 0.03	23 - 30	0.10 - 0.25	최대 0.50	잔액

스테인리스 스틸 녹는점, 밀도 및 인장 강도

등급	밀도	녹는점	인장 강도	항복 강도(0.21TP3오프셋)	신장
SS 304	8.0g/cm3	1400°C(2550°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	35 %
SS 304L	8.0g/cm3	1400°C(2550°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	40 %
SS 310	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	35 %
SS 310S	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	35 %
SS 316	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	35 %
SS 316L	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	40 %
SS 317	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	35 %
SS 317L	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	35 %
SS 321	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	35 %
SS 321H	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	35 %
SS 347	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	40 %
SS 347H	8.0g/cm3	1454°C(2650°F)	Psi - 75000 , MPa - 515	Psi - 30000 , MPa - 205	40 %
SS 446	7.5g/cm3	1510°C(2750°F)	Psi - 75,000 , MPa - 485	Psi - 40,000 , MPa - 275	20 %

부식 행동: 어떤 공격이 어떤 공격을 하나요?

스테인리스 스틸(304, 316) - 강점과 약점

• 오스테나이트계 스테인리스강은 수동적인 크롬 산화물 막을 형성하여 대기 부식, 많은 화학 물질 및 적당한 해수 노출에 대한 일반적인 내성을 제공합니다(316은 Mo 때문에 304보다 낫습니다). 그러나 다음에는 취약합니다. 염화물이 함유된 환경에서의 피팅 및 틈새 부식특정 등급은 인장 응력과 높은 온도에서 응력 부식 균열이 발생할 수 있습니다.

인코넬 - 더 넓은 부식 범위

• 많은 니켈 기반 합금에는 다음과 같은 특징이 있습니다. 피팅, 틈새 부식, 염화물 응력-부식 균열, 고온 산화 및 침탄에 대한 탁월한 내성인코넬 625는 해수 저항성과 염화물로 인한 균열에 대한 저항성으로 유명하며, 718은 강도와 내식성이 균형을 이루어 가혹한 환경에서 사용할 수 있습니다. 공격적인 매체(강한 산화제, 고온 염화물 환경)의 경우 인코넬은 종종 스테인리스강보다 성능이 뛰어납니다.

실용적인 규칙

• 유체 또는 환경에 다음이 포함된 경우 고온의 염화물, 산/염화물 혼합물 또는 산화성 염에 노출되어 수명이 길어야 하는 경우는 니켈 합금을 선호합니다. 상온/저온 서비스를 위한 경제성과 성형성이 중요한 경우 일반적으로 스테인리스강으로 충분합니다.

제작, 용접 및 가공

성형 및 모양 만들기

• 스테인리스 스틸 (300 시리즈)는 쉽게 성형 및 냉간 가공할 수 있으며 일반적인 성형 공정을 통해 시트 및 파이프 제작에 적합합니다.

• 인코넬 합금은 냉간 성형이 더 어렵고 작업물이 경화되는 것을 방지하기 위해 더 높은 힘과 세심한 어닐링 사이클이 필요할 수 있습니다.

용접 및 접합

• 많은 인코넬 합금은 용접이 가능하지만, 용접 전/후 열처리와 그에 맞는 필러 금속(특히 균열이나 특성 손실을 방지하기 위해 718과 같은 강수량 강화 등급)이 필요한 경우가 많습니다. 스테인리스강 용접은 일반적으로 304/316의 경우 더 간단하지만, 감작이나 열균열을 방지하기 위해 필러를 선택해야 할 수도 있습니다.

가공

• 인코넬 합금은 다음과 같습니다. 가공하기 어려운 스테인리스강보다 경화되고 열전도율이 낮으며 단단한 툴링, 코팅된 인서트, 느린 절삭 속도를 필요로 합니다. 이로 인해 제조 시간과 비용이 증가합니다. 스테인리스 스틸 가공도 만만치 않지만, 기존 방식이 더 성숙하고 종종 더 저렴합니다.

표준, 등급 및 조달 참고 사항

중요한 표준 및 사양

• 스테인리스 강판/시트/스트립용: ASTM A240 / A240M (많은 스테인리스 등급에 대한 화학적 및 기계적 요구 사항을 지정합니다).

• 인코넬/니켈 합금의 경우: 원하는 양식과 관련된 제조업체 기술 게시판 및 ASTM 사양을 참조하십시오. ASTM B637 는 특정 니켈 합금 봉강/단조에 적용되며 일반적으로 IN718 소재에 참조되며, 개별 합금에는 AMS, ISO 및 독점 사양도 있습니다.

추적성 및 테스트 보고서

• 중요한 애플리케이션 요청의 경우 EN 10204 3.1 또는 3.2에 따른 밀 테스트 인증서(MTC) (또는 이에 상응하는), 경도 보고서, 열처리 기록, NDT/압력 테스트 기록(해당되는 경우).

비용, 가용성 및 수명 주기 경제성

인수 가격

• 니켈 베이스 합금은 일반적으로 훨씬 더 일반 스테인리스강보다 kg당 몇 배나 비싼 경우가 많습니다(시장 및 합금에 따라 다름). 초기 비용 프리미엄은 등급, 형태 및 시장 변동성에 따라 2~5배 이상이 될 수 있습니다. 니켈 연구소 및 재료 경제학 리뷰에서는 니켈 합금이 더 비싸지만 부식성/고온 서비스에서 수명 주기 비용을 절감할 수 있다고 강조합니다.

평생 비용

• 유지보수, 다운타임, 교체 빈도 및 안전 마진이 계산됩니다, 인코넬 는 고장 및 검사/수리 주기를 줄여주기 때문에 장기간 사용하거나 미션 크리티컬한 부품(예: 가스 터빈, 화학 처리, 해저)의 경우 초기 비용에도 불구하고 경제적으로 정당화될 수 있습니다. 스테인리스 스틸은 초기 비용 측면에서 우위를 점하는 경우가 많으며 운영 조건이 보통일 때 이상적입니다.

애플리케이션 매트릭스(권장 사용 사례)

설계 및 검사 팁

• 검사를 위한 디자인: 염화수역에서 스테인리스강을 사용할 때는 주기적인 틈새/구멍 점검을 예상하고, 정체 구역을 최소화할 수 있는 적절한 설계를 사용하세요.

• 서로 다른 금속 갈바닉 트랩 피하기 절연이 없는 경우 - 특정 강철과 접촉하는 니켈 합금은 갈바닉 커플을 생성할 수 있으므로 볼트 어셈블리 및 희생 양극에서 이를 고려해야 합니다.

• 열처리 및 템퍼 지정 인코넬 718의 침전물 구조(용액 처리 + 노화)와 인장 성능을 보장합니다.

• 표면 마감이 중요합니다: 표면이 매끄러울수록 피팅 취약성이 감소하고, 중요한 염화물 서비스를 위한 Ra 목표를 지정할 수 있습니다.

주요 비교 표

표 A - 기계적 및 온도 비교(대표)

표 B - 내식성(정성적)

표 C - 제조 및 제조 비용 영향

일반적인 실수와 조달의 함정

1. 일반적으로 "인코넬" 구매 등급, 열처리 및 형태를 지정하지 않으면 다른 인코넬 합금은 근본적으로 다르게 작동합니다(예: 625 대 718). 항상 UNS 번호 또는 독점적 명칭과 필요한 성질을 지정하세요.

2. 스테인리스 스틸이 장기간 염화나트륨에 노출되어도 견딜 수 있다고 가정할 때 - 염화물 SCC 또는 고온에서 피팅이 발생할 경우 스테인리스가 조기에 파손될 수 있습니다.

3. 갈바닉 부식을 고려하지 않음 니켈 합금과 저합금강을 바닷물에 혼합할 때는 단열층을 설계하거나 호환되는 패스너를 사용하세요.

자주 묻는 질문

1. Q: 인코넬은 스테인리스 스틸보다 더 강합니까?
   A: 상온, 특히 고온의 경우 많은 인코넬 합금(예: 718, 625)은 일반적인 스테인리스강(304/316)보다 인장, 항복 및 크리프 강도가 높습니다.

2. Q: 바닷물에서 인코넬과 316 스테인리스 중 어느 것이 더 낫나요?
   A: 316은 많은 해양 환경에서 우수한 성능을 발휘하지만, 인코넬 625와 같은 니켈 합금은 거친 바닷물에 노출될 때 구멍, 틈새 부식 및 염화물 응력 부식 균열에 대한 내성이 뛰어납니다.

3. Q: 인코넬은 쉽게 용접할 수 있습니까?
   A: 대부분의 인코넬은 용접이 가능하지만 일부 등급(718)은 노화 경화 특성을 복원하기 위해 특정 용접 절차 및 용접 후 열처리가 필요하며 일반적으로 용접 비용과 자격이 스테인리스강보다 높습니다.

4. Q: 인코넬에 가까운 특성을 가진 스테인리스강이 있나요?
   A: 슈퍼 오스테나이트 및 듀플렉스/슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 고온 및 염화물 내성을 향상시킬 수 있지만 니켈계 초합금의 고온 강도와 내산화성을 합친 것과는 거의 일치하지 않습니다. 성능 요구 사항별로 비교하세요.

5. 질문: 인코넬과 스테인리스 중 어느 것이 더 비쌉니까?
   A: 인코넬 및 기타 니켈 베이스 합금은 일반적으로 304/316 스테인리스강보다 질량당 가격이 상당히 비싸며, 시장 상황과 합금 선택에 따라 몇 배의 가격 차이가 나는 경우도 있습니다.

6. Q: 고온 패스너에 가장 적합한 인코넬 등급은 무엇입니까?
   A: 고온, 고강도 패스너에는 인코넬 718 및 특정 침전 경화 니켈 합금이 일반적으로 사용되지만, 사용 온도와 환경에 따라 선택이 달라집니다. 패스너에 대한 ASTM/AMS 사양 준수를 요청하세요.

7. Q: 극저온 서비스에서 스테인리스 스틸을 사용할 수 있나요?
   A: 일부 스테인리스강(304L, 316L, 특정 오스테나이트 및 듀플렉스)은 극저온 인성이 우수하므로 저온 성능이 입증된 합금을 선택해야 합니다. 특정 인코넬 합금도 극저온에 유리한 특성을 가지고 있습니다.

8. Q: 인코넬을 구매할 때 어떤 테스트가 필요합니까?
   A: 필요한 경우 밀 테스트 인증서(3.1/3.2), 인장 및 경도 테스트, 열처리 기록 및 NDT를 요구합니다. 중요 부품의 경우 인증된 화학 성분 및 추적성을 명시하세요.

9. Q: 열팽창은 어떻게 비교하나요?
   A: 니켈 합금은 스테인리스강과 열팽창 계수(CTE)가 다른 경우가 많으며, 이는 온도 변화에 노출되는 어셈블리에서 중요합니다. 데이터시트와 설계 허용치를 확인하세요.

10. Q: 스테인리스와 니켈을 선택할 때 환경적 또는 규제적 이점이 있나요?
    A: 환경에 미치는 영향과 재활용 가능성은 합금과 공정에 따라 다릅니다. 스테인리스와 니켈 합금 모두 재활용이 가능하지만, 에너지와 자원을 고려할 때 지속 가능성 중심의 프로젝트에서 선택에 영향을 미칠 수 있습니다. 이것이 중요한 경우 수명 주기 평가를 고려하세요.

선택 방법: 빠른 결정 체크리스트

1. 서비스 초과 400-500°C 지속적인 하중을 받습니까? → 인코넬/기타 Ni-베이스에 기대십시오.

2. 염화물 피팅/SCC는 신뢰할 수 있는 고장 모드인가요? → 인코넬 625 또는 고니켈 합금을 고려하세요.

3. 예산이 주요 제약 조건이고 하중/온도가 적당한가요? → 스테인리스 304/316이면 충분할 것 같습니다.

4. 제작 및 가공 비용/사인 오프 주기에 제약이 있나요? → 일반적으로 스테인리스가 더 저렴하고 쉽습니다.

5. 고온에서 볼트 체결 및 안전이 중요한 하드웨어의 경우 적절한 ASTM/AMS 사양과 검증된 MTC를 갖춘 합금을 선택하세요.

최종 요약

니켈 기반 합금(인코넬 계열)과 스테인리스강은 서로 호환되지 않으며, 각 계열은 서로 다른 엔지니어링 문제를 해결합니다. 온도, 크리프 및 공격적인 부식이 필요하고 총 소유 비용이 프리미엄을 정당화할 수 있는 경우 니켈 합금을 선택하고, 경제성, 제조 가능성 및 상온에서 중간 온도에서의 우수한 일반 내식성이 우선시되는 경우 스테인리스강을 선택합니다. 조달 문서에 항상 정확한 등급, 성질, 표준 및 테스트/검사 요구 사항을 명시하여 예상치 못한 일이 발생하지 않도록 하세요.

권위 있는 참조 자료

• INCONEL® 합금 625 - 기술 게시판(특수 금속)
• INCONEL® 합금 718 - 기술 게시판(특수 금속)
• 니켈 연구소 - 고온, 고강도 니켈 베이스 합금(기술 검토)
• ASTM A240/A240M - 크롬 및 크롬-니켈 스테인리스 강판, 시트, 스트립의 표준 사양