[금속재료 #53] 스테인리스강의 종류와 용접성 완벽 정리

스테인리스강의 종류와 용접성 - 오스테나이트·페라이트·마르텐사이트·듀플렉스

스테인리스강은 뛰어난 내식성과 우수한 기계적 성질로 산업 전반에서 널리 사용되는 대표적인 합금강입니다. 이번 시간에는 스테인리스강이 녹슬지 않는 원리부터 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계, 듀플렉스계의 특징과 용접성까지 기능사 시험과 현장 실무 중심으로 쉽게 정리해드립니다.

📌 목차
1. 스테인리스강이란?
2. 녹이 슬지 않는 이유
3. 오스테나이트계 스테인리스강
4. 페라이트계 스테인리스강
5. 마르텐사이트계
6. 듀플렉스계
7. 용접 시 주의사항
8. 시험 핵심 포인트

지난 시간에는 합금강의 종류와 특징을 알아보았습니다. 이번 시간에는 가장 많이 사용되는 특수강인 스테인리스강(Stainless Steel)을 알아보겠습니다.

스테인리스강은 일반 탄소강보다 가격은 높지만 뛰어난 내식성과 우수한 외관을 가지고 있어 식품설비, 반도체, 화학플랜트, 병원, 선박, LNG 설비 등 다양한 산업에서 사용됩니다.

용접기능사 시험에서도 스테인리스강의 종류와 특징, 대표 강종인 SUS304와 SUS316은 매우 자주 출제되는 내용입니다.

🔷 1. 스테인리스강이란?

스테인리스강은 철(Fe)을 기본으로 하면서 크롬(Cr)을 약 10.5% 이상 함유한 합금강입니다.

크롬이 일정량 이상 포함되면 공기 중 산소와 반응하여 매우 얇고 치밀한 산화피막을 형성합니다. 이 산화피막은 손상되더라도 산소가 존재하면 다시 생성되므로 일반 탄소강보다 훨씬 뛰어난 내식성을 가지게 됩니다.

그래서 스테인리스강은 녹이 전혀 생기지 않는 금속이 아니라, 녹이 잘 발생하지 않도록 스스로 보호막을 만드는 강재라고 이해하는 것이 정확합니다.

✔ 스테인리스강의 특징

• 우수한 내식성
• 아름다운 외관
• 높은 위생성
• 우수한 내열성
• 긴 수명
• 다양한 산업에 적용

🔷 2. 스테인리스강이 녹슬지 않는 이유

스테인리스강의 핵심은 크롬(Cr)입니다. 크롬은 공기 중 산소와 결합하여 매우 얇은 산화크롬(Cr₂O₃) 보호막을 형성합니다.

이 보호막은 두께가 매우 얇지만 금속 내부로 산소와 수분이 침투하는 것을 막아 부식을 방지합니다. 또한 표면이 약간 손상되어도 공기 중 산소와 다시 반응하여 보호막이 재생되는 자기복원(Self Healing) 특성을 가지고 있습니다.

일반 탄소강	스테인리스강
산화 → 녹 발생	Cr₂O₃ 보호막 형성
계속 부식	부식 억제
도장 필요	자체 보호 가능

🔷 3. 오스테나이트계 스테인리스강

오스테나이트계는 가장 많이 사용되는 스테인리스강입니다. 크롬과 니켈을 함께 첨가하여 상온에서도 오스테나이트 조직을 유지합니다.

대표적인 강종은 SUS304와 SUS316입니다. SUS304는 '18-8 스테인리스'라고도 불리며 약 18%의 크롬과 8%의 니켈을 함유하고 있습니다.

SUS316은 여기에 몰리브덴(Mo)을 추가하여 염분과 화학약품에 대한 내식성을 더욱 향상시킨 강재입니다. 그래서 해양플랜트와 화학설비에서는 SUS316 또는 SUS316L을 많이 사용합니다.

대표 강종	특징
SUS304	가장 많이 사용하는 일반 스테인리스
SUS304L	저탄소, 감열 방지
SUS316	Mo 첨가, 내식성 우수
SUS316L	저탄소, 해양플랜트 적용

💡 나데이 TIP
현장에서 가장 많이 사용하는 스테인리스는 SUS304입니다. 염분이 많은 해양환경이나 화학플랜트에서는 SUS316 또는 SUS316L을 사용하여 부식 위험을 줄입니다.

🔷 4. 페라이트계 스테인리스강

페라이트계 스테인리스강은 크롬 함량이 높고 니켈 함량이 적거나 없는 강재입니다. 상온에서 페라이트 조직을 유지하며 자성을 가지고 있는 것이 특징입니다.

가격이 비교적 저렴하고 응력부식균열에 강하지만 오스테나이트계보다 용접성과 저온 인성은 다소 떨어집니다.

항목	페라이트계 특징
조직	페라이트
자성	있음
용접성	보통
대표 용도	자동차 배기계통, 가전제품

✔ 시험에서 기억할 내용
SUS304 = 오스테나이트계
18-8 Stainless
비자성(가공 전 기준)
용접성 우수
가장 많이 사용되는 스테인리스강

🔷 5. 마르텐사이트계 스테인리스강

마르텐사이트계 스테인리스강은 크롬을 주성분으로 하며 탄소 함량이 비교적 높은 스테인리스강입니다. 열처리를 통해 마르텐사이트 조직을 형성할 수 있어 매우 높은 경도와 강도를 얻을 수 있습니다.

반면 용접 시 열영향부가 쉽게 경화되므로 균열이 발생하기 쉽습니다. 따라서 일반 구조물보다는 칼, 터빈 블레이드, 펌프축, 밸브 부품 등 높은 경도가 필요한 기계부품에 많이 사용됩니다.

항목	마르텐사이트계
조직	마르텐사이트
자성	있음
열처리	가능
용접성	좋지 않음
대표 용도	칼, 터빈, 펌프축, 밸브

🔷 6. 듀플렉스(Duplex) 스테인리스강

듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트와 페라이트 조직이 약 1:1 비율로 존재하는 스테인리스강입니다. 두 조직의 장점을 동시에 가지기 때문에 높은 강도와 우수한 내식성을 확보할 수 있습니다.

특히 염화물 환경에서 발생하는 응력부식균열(SCC)에 강하여 해양플랜트, 해수배관, 해양구조물, 석유화학설비 등에 널리 사용됩니다.

특징	듀플렉스계
조직	오스테나이트 + 페라이트
강도	매우 우수
내식성	매우 우수
대표 적용	해양플랜트, LNG, 해수배관

🔷 7. 스테인리스강의 용접성 비교

종류	용접성	대표 특징
오스테나이트계	★★★★★	가장 우수
페라이트계	★★★☆☆	보통
마르텐사이트계	★★☆☆☆	경화·균열 주의
듀플렉스계	★★★★☆	열입력 관리 중요

실제 현장에서 가장 많이 용접하는 스테인리스는 오스테나이트계입니다. 반면 듀플렉스계는 높은 강도와 내식성을 가지지만 열입력이 과도하면 조직 균형이 변하여 성능이 저하될 수 있으므로 WPS를 철저히 준수해야 합니다.

🔷 8. 감열(Sensitization)과 입계부식

스테인리스강을 일정 온도 범위에서 오래 가열하면 결정립계에 크롬 탄화물(Cr₂₃C₆)이 석출될 수 있습니다. 이 과정에서 결정립계 주변의 크롬 농도가 감소하면 보호막 형성이 어려워져 입계부식이 발생할 수 있습니다.

이러한 현상을 감열(Sensitization)이라고 합니다. 감열은 특히 오스테나이트계 스테인리스강에서 중요한 용접 관리 항목입니다.

⚠️ 시험 포인트
감열 → 크롬 탄화물 석출 → 크롬 부족 → 입계부식 발생

🔷 9. 왜 304L과 316L을 사용할까?

304L과 316L의 'L'은 Low Carbon(저탄소)을 의미합니다. 탄소 함량을 낮추면 크롬 탄화물의 석출이 감소하여 감열과 입계부식 위험을 줄일 수 있습니다.

따라서 용접 구조물에는 일반 304보다 304L을, 일반 316보다 316L을 사용하는 경우가 많습니다. 특히 화학플랜트, 식품설비, 제약설비에서는 L급 재질이 널리 적용됩니다.

🔷 10. TIG 용접 후 백실드와 산세척

스테인리스강을 TIG 용접할 때는 뒷면도 산화되지 않도록 아르곤 가스로 보호하는 백실드(Back Shield)를 사용하는 경우가 많습니다. 백실드가 부족하면 뒷면이 심하게 산화되어 내식성이 저하될 수 있습니다.

또한 용접 후에는 산세척(Pickling)과 패시베이션(Passivation)을 실시하여 용접 중 형성된 산화물을 제거하고 크롬 산화피막을 안정적으로 재형성하도록 관리합니다.

<사진>

🟩 11. 시험 핵심 포인트

📌 시험 핵심 포인트

✔ 스테인리스강은 Cr 10.5% 이상 함유
✔ SUS304 = 18Cr-8Ni
✔ SUS316 = Mo 첨가
✔ L급 = 저탄소 → 감열 방지
✔ 오스테나이트계 = 용접성 가장 우수
✔ 페라이트계 = 자성 있음
✔ 마르텐사이트계 = 열처리 가능, 용접성 낮음
✔ 듀플렉스 = 오스테나이트 + 페라이트
✔ 감열은 입계부식의 원인이 될 수 있음

🛠️ 12. 현장 관리 포인트

• 재질(SUS304, SUS316 등)을 정확히 확인합니다.
• 재질에 맞는 용가재를 선택합니다.
• 열입력을 과도하게 높이지 않습니다.
• TIG 용접 시 필요하면 백실드를 적용합니다.
• 용접 후 산세척 및 패시베이션을 실시합니다.
• 염분 환경에서는 SUS316 또는 SUS316L 적용 여부를 검토합니다.
• WPS와 PQR에 따른 용접조건을 준수합니다.

💡 나데이의 현장 노트
스테인리스강은 "녹이 절대 슬지 않는 강"이 아닙니다. 용접 과정에서 열관리와 후처리를 소홀히 하면 내식성이 저하될 수 있습니다. 좋은 스테인리스 용접은 비드 모양뿐 아니라, 보호가스 관리와 용접 후 표면 관리까지 포함해야 완성됩니다.

📚 핵심 정리

✔ 스테인리스강은 크롬 산화피막으로 내식성을 확보합니다.
✔ SUS304는 가장 많이 사용하는 오스테나이트계 스테인리스강입니다.
✔ SUS316은 몰리브덴 첨가로 해양 및 화학환경에 적합합니다.
✔ 304L과 316L은 저탄소 재질로 감열과 입계부식 위험을 줄입니다.
✔ TIG 용접 시에는 백실드와 용접 후 표면 관리가 내식성 유지에 중요합니다.
✔ 재질별 특성에 맞는 WPS를 적용해야 건전한 용접 품질을 확보할 수 있습니다.

🎯 한 줄 정리
👉 스테인리스강은 크롬이 만드는 보호막으로 부식에 강하며, 재질별 특성과 올바른 용접 절차를 이해해야 성능을 제대로 유지할 수 있습니다.

🎥 영상으로도 보실 수 있습니다
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듣기 쉽게 정리했습니다.

🔎 핵심 개념 키워드
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용접은 단순 기술이 아니라 이해가 필요한 공학입니다.

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🧮용접기능사 계산문제 완벽 정리

📝용접기능사 필기 기출문제 299문항

⚠️용접 실기시험 불합격 기준 총정리

 

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