스테인리스 스틸의 녹는점: 제조에 미치는 영향

스테인리스강은 하나의 보편적인 녹는점이 없으며, 등급과 화학에 따라 녹는 성질은 대략 다음과 같은 범위 내에 속합니다. 1,325~1,530°C(2,417~2,786°F)사이에 일반적인 상용 등급이 클러스터링되어 있습니다. 1,375°C 및 1,455°C. 예를 들어, 오스테나이트 304는 일반적으로 솔리더스 ≈ 1,400 °C 그리고 액체 ≈ 1,450-1,455 °C일부 페리틱 및 마르텐사이트 등급(예: 410)은 범위의 상단에 가깝게 녹는 반면(≈ 1,480-1,530 °C). 이러한 범위는 합금(Ni, Cr, Mo, C 등)과 단일 용융 온도를 인용하는지 또는 용융 온도를 인용하는지에 따라 결정됩니다. 범위 (솔리더스 → 리퀴더스).

합금에서 '융점'이 의미하는 것: 고체와 액체의 차이점

순수한 원소의 경우 하나의 급격한 용융 온도가 있습니다. 스테인리스강과 같은 다성분 합금의 경우 일반적으로 녹는 온도는 범위. 야금학자들은 두 가지 용어를 사용합니다:

• 솔리더스합금이 막 녹기 시작하는 온도(액체가 처음 나타나는 온도).

• Liquidus합금이 완전히 액체가 되는 온도(마지막 고체가 사라짐).

스테인리스 스틸의 사양에 "융점"이 기재되어 있는 경우 일반적으로 실제 녹는 온도를 의미합니다. 범위 (또는 대략적인 중간값을 제공합니다). 많은 일반적인 스테인리스 합금의 경우 솔리더스는 약 1,375-1,450 °C 그리고 액체는 약 30-80 °C 구성에 따라 더 높습니다.

스테인리스 스틸 제품군별 일반적인 용융 범위

먼저 간략하게 요약한 다음 아래 표를 참조하세요:

• 오스테나이트(300 시리즈, 200 시리즈)일반적으로 니켈 함량이 높을수록 고체/액체가 약간 낮아지기 때문에 일반적으로 상업용 스테인리스 등급 중 녹는 정도가 가장 낮습니다. 예시: 304 ≈ 1,400-1,455 °C; 316 ≈ 1,375-1,400 °C (출처와 정확한 화학 물질에 따라 다름).

• 페리틱(400 시리즈)니켈이 거의 또는 전혀 없는 높은 크롬; 용융 범위는 종종 더 높습니다(예: 430으로 인용되는 경우도 있음). 1,425-1,510 °C.

• 마르텐사이트(410, 420, 440)종종 상위 범위 근처(예: 410 ≈) 1,480-1,530 °C.

• 이중(2205 및 유사)중간; 용융 범위는 오스테나이트와 페라이트 값 사이에 위치할 수 있습니다(예: 일부 듀플렉스의 경우 1,385-1,445°C).

• 강수량-경화(17-4PH, 15-5PH)자주 주변 1,400-1,440 °C 합금 변형에 따라 다릅니다.

등급별 빠른 참조 표

참고: 값은 일반적으로 공개된 범위(고체 → 액체)입니다. 열처리 또는 주조를 지정할 때는 항상 정확한 합금에 대한 공급업체/열량 데이터 또는 공신력 있는 재료 데이터시트를 사용하세요.

(표준화된 데이터시트 및 연관 데이터에서 파생된 표 합성, 허용되는 구성 창과 측정 기법으로 인해 소스 간에 약간의 차이가 발생할 수 있음).

합금 원소가 용융 거동을 변화시키는 방법

스테인리스 합금의 용융 범위는 무작위가 아니라 화학에 의해 제어됩니다. 주요 영향 요인:

• 니켈(Ni)는 오스테나이트 상을 안정화시키는 경향이 있으며 일반적으로 Fe-Cr 조성에 비해 용융 범위가 약간 낮습니다. 고-Ni 합금(오스테나이트)은 일반적으로 고-Cr, 저-Ni 페라이트보다 약간 낮은 온도에서 용융합니다.

• 크롬(Cr)크롬은 녹는점 자체가 높고(≈ 1,863°C), 크롬 분율이 높을수록 상 다이어그램의 일부가 상승하여 녹는 범위가 넓어지고 액체가 위로 이동합니다.

• 몰리브덴(Mo)내공성 및 고온 강도를 위해 첨가; Mo는 국부적으로 액상/고체를 수정하고 용융 창을 넓힐 수 있습니다.

• 탄소(C)작은 탄소 첨가는 탄화물을 형성하여 국부적인 용융 거동(예: 탄화물 또는 황화물 주변의 저용융 공융)에 영향을 미치고 야금 테스트에서 겉보기 용융 범위를 변경할 수 있습니다.

• 미량 원소/오염 물질(S, P, Si, Mn)황과 인은 저용융 성분(황화물, 인화물)을 형성하여 국부적인 용융 온도를 낮추고 핫 쇼트 동작 또는 용접성 문제를 일으킬 수 있습니다.

실용적인 팁: 서로 다른 공장에서 나온 두 개의 "304" 열은 허용되는 화학 대역으로 인해 용융 범위 끝점이 약간 다를 수 있습니다(예: Ni는 ±1-2%, C는 다양할 수 있음). 정밀한 주조 또는 첨가제 제조 작업의 경우 해당 열에 대한 용융점 분석을 사용하세요.

위상 다이어그램, 유텍틱 및 범위가 존재하는 이유

합금의 용융 거동은 다성분 상 다이어그램을 통해 가장 잘 이해할 수 있습니다. 스테인리스강은 Fe-Cr-Ni(및 기타 미량 원소)를 기반으로 합니다. 상호 작용 생성 유텍 또는 건축 반응이 일어날 수 있습니다. 유텍틱이 존재하는 경우 합금은 비교적 급격한 용융 반응을 보일 수 있으며, 그렇지 않은 경우 부분 용융이 일찍 시작되고 나중에 끝나 넓은 액상 갭을 생성합니다.

간단히 말해서

• 합금 구성이 단순한 이원 공융에 가까우면 더 낮은 온도에서 용융이 시작될 수 있습니다.

• 복잡한 다상 필드에 있는 경우 고체는 더 낮고 액체는 더 높을 수 있으므로 용융 간격이 더 넓어집니다.

제조업체는 합금 설계 또는 주조 매개변수 설정 시 위상 다이어그램과 열화학 계산(CALPHAD와 같은 열역학 소프트웨어)을 사용하여 이러한 거동을 예측합니다.

용융 온도 측정 및 보고 방법

일반적인 실험실 기술:

• 차동 주사 열량 측정(DSC) - 열 흐름을 측정하고 흡열 용융 현상을 식별합니다. 소량의 시료와 정밀한 고체/액체 검출에 적합합니다.

• 차동 열 분석(DTA) - 비슷한 원리로, 기준과 비교하여 온도 차이를 기록합니다.

• 제어 가열 후 현미경 검사 - 샘플을 단계별 온도로 가열하고 식힌 후 금속 분석으로 액체가 처음 나타나는지 검사합니다.

• 용융 장비의 열전대 측정 - 파운드리에서 대량 용융에 사용됩니다(정확도는 떨어지지만 실용적입니다).

데이터시트는 일반적으로 다음과 같이 보고합니다. 솔리더스 그리고 liquidus 또는 공칭 융점 범위를 제시하세요. 엔지니어링을 위해 수치를 인용할 때는 단일 '융점' 값보다는 공인 데이터시트(MatWeb/ASM 또는 공급업체 인증서)의 솔리더스/리퀴더스를 선호하세요.

제작, 접합 및 주조에 대한 실용적인 시사점

• 용접: 용융 용접은 의도적으로 소량을 녹이기 때문에 용융 범위에 대한 지식이 열 입력, 용가재 선택 및 냉각 속도를 결정합니다. 스테인리스강은 광범위한 범위에서 녹기 때문에 용접 풀을 제어하고 필러 금속 물질로 희석하여 저용융 성분(예: 유황이 풍부한 내포물)을 피해야 합니다.

• 브레이징 대 납땜: 브레이징은 모재의 솔리더스 아래에서 녹는 필러 금속을 사용하며 모세관 작용에 의존합니다. 스테인리스는 매우 높은 온도에서 녹기 때문에 브레이징 합금은 스테인리스 솔리더스보다 훨씬 낮은 온도에서 녹는 것을 선택해야 합니다.

• 주조 및 재용융: 파운드리 및 전기 아크로에서 용융 창과 액체를 인식하면 슬래그 반응, 합금 첨가 및 휘발성 원소 손실을 제어하고 방지하는 데 도움이 됩니다. 스테인리스 스크랩 혼합물은 최종 화학 성분이 목표 대역에 도달하도록 관리해야 합니다.

• 적층 제조(AM): 레이저 파우더 베드 용융 및 지향성 에너지 프로세스는 파우더 입자를 용융하는 방식으로 작동합니다. 분말 화학, 입자 크기 및 열 프로파일은 재료의 용융 간격을 준수하여 합금 원소(특히 Ni 및 Mo)의 융합 부족 또는 과도한 증발을 방지해야 합니다. 파우더 공급업체의 데이터시트와 적격 프로세스 창을 사용하세요.

용융 대 서비스 온도: 서비스 제한이 훨씬 낮은 이유

그러나 용융은 구조적 무결성을 위한 절대적인 수명 종료 온도입니다, 서비스 또는 최대 작동 온도 는 여러 가지 이유로 녹는 것보다 훨씬 낮게 설정되어 있습니다:

• 크리프 및 산화 는 훨씬 낮은 온도에서 발생합니다(예: 많은 오스테나이트는 1,000°C 이하에서 사용 가능한 기계적 강도를 잃습니다). 니켈이 풍부한 합금은 더 높은 온도에서도 강도를 유지할 수 있지만 여전히 오랜 시간 동안에는 한계가 있습니다.

• 위상 변환 (감응, 시그마 상 침전)은 내식성을 해치는 400~900°C 범위에서 발생하며 녹기 훨씬 전에 중요합니다.

• 보호용 저울 중간 온도에서 분해 또는 황산화/산화가 가속화됩니다. 그렇기 때문에 최대 권장 연속 서비스 온도는 종종 다음과 같이 제시됩니다. 600-1,050 °C 등급에 따라 다르며, 녹는 범위 근처는 아닙니다.

재활용, 스크랩 용해 및 산업용 용광로 실습

산업 현장에서 스테인리스 스틸은 전기 아크 또는 유도 용광로에서 높은 비율의 스크랩을 사용하여 생산되는 경우가 많습니다. 요점

• 화학 제어 는 매우 중요하며 스크랩 구성은 다양합니다. 용융소는 등급 사양을 충족하기 위해 합금 원소를 모니터링하고 추가합니다.

• 포함 제어 및 슬래그 관리 저용융 개재물은 국부적인 영역에서 유효 용융 온도를 낮추어 주조 결함으로 이어질 수 있기 때문입니다.

• 에너지 고려 사항: 스테인리스 용융은 고온으로 인해 상당한 에너지를 소비하며 공정 효율, 산소 랜싱 및 스크랩 준비는 비용과 배출량에 영향을 미칩니다. WorldStainless와 업계 보고서에서는 용융소 생산과 에너지 절충에 대해 설명합니다.

스테인리스강 용융 시 안전, 플럭스 및 오염 문제

스테인리스 스틸이 녹으면 연기와 잠재적으로 유해한 산화물(예: 산화크롬)이 발생합니다. 안전 관리에는 다음이 포함됩니다:

• 국소 배기 환기, 연기 포집 및 여과.

• 고온에서 합금 손실(Cr, Ni, Mo의 증발)을 모니터링합니다.

• 적절한 내화 라이닝과 플럭스를 사용하여 슬래그 화학을 제어하고 오염을 방지합니다.

용접 시 오염(예: 황)이 존재하면 금속 간 또는 저융점 공융상이 형성될 수 있으며, 고온에서 접합부를 약화시킬 수 있다는 점에 유의하세요.

엔지니어를 위한 표준, 데이터 소스 및 모범 사례

엔지니어링 용도의 경우 다음과 같은 공신력 있는 데이터시트 및 표준에 의존하세요:

• 제조업체 자재 인증서 및 공급업체 데이터시트(비열 또는 배치에 대한 매트릭스).

• 다음과 같은 인식된 데이터베이스 ASM/MatWeb 를 입력하면 일반적인 고체/액체 값을 확인할 수 있습니다.

• 산업 협회(World Stainless, BSSA, Nickel Institute)에서 광범위한 개요와 기술 게시판을 확인할 수 있습니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

Q1. 스테인리스 스틸의 단일 융점은 얼마인가요?
일반적으로 "스테인리스 스틸"에는 단일 융점이 존재하지 않습니다. 따라서 솔리두스-리퀴두스 특정 등급에 대한 범위; 일반적인 전체 산업 범위는 다음과 같습니다. ≈1,325-1,530 °C.

Q2. 어떤 공통 등급이 가장 낮게 녹나요?
일부 316 변종과 같은 오스테나이트 계(고-Ni 조성)는 하단에 위치할 수 있습니다(≈). 1,375-1,400 °C) 일부 페리틱/마르텐사이트 등급에 비해 상대적으로 높습니다.

Q3. 공개된 용융 수치가 데이터시트마다 다른 이유는 무엇인가요?
실험실마다 다른 테스트 방법(DSC, DTA, 대규모 용융 시험)을 사용하고 합금 화학 허용 오차는 공급업체마다 다르므로 보고 시 고체/액체 엔드포인트가 약간 다르게 표시될 수 있습니다.

Q4. 융점이 용접성에 영향을 미치나요?
간접적으로. 용융 범위는 용접 풀의 작동 방식과 적합한 용가재 금속에 영향을 주지만, 용접성은 절대 용융 온도보다는 탄소, 황 및 상 변형에 의해 결정됩니다.

Q5. 프로판 단조에서 스테인리스 스틸을 녹여도 되나요?
스테인리스를 실제로 대량 용해하려면 일반적인 프로판 단조보다 높은 온도와 더 나은 단열이 필요하며, 얇은 섹션의 소규모 용해는 가능할 수 있지만 산업용 용해는 인덕션 또는 아크 용광로에서 이루어집니다.

Q6. 스테인리스 스틸은 녹는 온도에서 끓거나 증발하나요?
일반적인 용융 온도에서는 용융 금속이 노출될 때 휘발성 손실(특히 니켈과 망간의 경우)이 발생할 수 있지만 비등(벌크 기화)은 훨씬 높은 온도와 다른 상황에서만 발생합니다. 적절한 용광로 분위기와 플럭스가 증발을 제어합니다.

Q7. 미세 구조가 겉보기 용융에 어떤 영향을 미치나요?
기존 상(탄화물, 금속 간)과 분리는 서로 다른 온도에서 국부적으로 녹기 때문에 미세 분리는 유효 용융 간격을 넓히고 조기 용융 포켓을 생성할 수 있습니다.

Q8. 녹는점과 서비스 온도 중 어느 것이 더 중요합니까?
일반적으로 사용 온도는 부품 수명과 훨씬 더 관련이 있습니다. 녹는점은 절대적인 한계이며, 장기적인 기계적 및 부식 성능은 훨씬 낮은 온도에 의해 결정됩니다.

Q9. 열에 대한 정확한 용융 데이터는 어디에서 찾을 수 있나요?
공장/공급업체에 해당 열에 대한 화학 분석 및 특정 데이터시트를 요청하고, 필요한 경우 인증된 실험실에 DSC/DTA 테스트를 요청하세요.

Q10. 용융 범위를 고려할 때 용접/납땜을 어떻게 계획해야 하나요?
적절한 용융 간격을 가진 용가재를 선택하고 희석을 조절하며 적격 용접 절차를 따르세요. 브레이징의 경우, 모재가 녹지 않도록 브레이징 합금이 모재보다 훨씬 아래에서 녹는지 확인합니다.

권위 있는 참조 자료

• ASM / MatWeb - AISI 타입 304 스테인리스 스틸 기술 데이터(고체, 액체, 용융 범위)
• WorldStainless - 스테인리스강 소개(산업 개요 및 사실)
• 니켈 연구소 - 기술 게시판: 오스테나이트 크롬-니켈 스테인리스강(특성 및 온도 효과)
• 영국 스테인리스 스틸 협회(BSSA) - 일반적인 스테인리스 재종의 용융 온도 범위