최근 수정 시각 : 2020-02-07 22:23:45

스테인리스강

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1. 개요2. 이름3. 녹을 막는 원리4. 강도5. 재질에 따른 분류
5.1. 페라이트계5.2. 마르텐사이트계
5.2.1. 석출경화 마르텐사이트
5.3. 오스테나이트계5.4. 듀플렉스 계
6. 일상생활에서의 팁7. 한국 시장 현황

Stainless Steel

1. 개요

강철의 한 종류로, 녹이 잘 슬지 않게 만든 합금이다.

일상적인 용도로 사용하며 관리에 조금만 신경 쓰면 녹을 볼 일이 없기 때문에 여러 가지 분야에 널리 쓰인다. 아래에 나오듯 스테인리스의 종류가 많아서 종류에 따라 녹이 스는 정도가 다른 편이다. 20년 넘게 맥주통으로 써도 아무 문제 없고 오히려 고무노즐 쪽 위생에 신경 써야 할 판. #

녹이 잘 슬지 않는 내식성뿐 아니라 금속적 성질이 여러 가지로 바람직하기 때문에, 녹슬 염려가 적은 응용에도 다양하게 널리 쓰인다. 강도와 탄성 등 기계적인 성능도 뛰어나고[1] 광택색도 아름답고 금속으로는 열전도율도 낮으며 고온에도 비교적 잘 견디는 등 만능금속이다. 특유의 아름다운 금속성 표면광택이 있어서 장식물이나 내장재 장신구 등 장식용으로도 우수하다. 유기물 등 오염물이 잘 들러붙지 않고 쉽게 닦아 낼 수 있으므로 식기나 조리기구, 위생용품, 의료기구 재료 등으로 널리 쓰인다. 금속치고는 전기전도율이나 열전도율이 낮아서 보온병이나 지붕재, 고온가스 파이프 등 열의 출입을 차단해야 하는 금속재료로도 널리 쓰이고, 고온에 견디는 내열성 때문에 우주선의 재료로도 사용된다.

보통 재질은 304L을 많이 사용하며 강한 내구성이 필요한 경우나 혹한환경에서 사용하는 제품은 316L을 많이 사용한다. 스테인레스 특성상 자석에 붙지 않으며 재활용성도 카본등의 철판에 비하면 그렇게 좋은 편은 아니다. 녹이 잘 슬지 않는 특성상 오히려 역으로 환경을 안좋게 하기도 한다. 하지만 강도가 약하기에 강도를 높이기 위해서 일반 철에 스테인레스를 코팅하여 내구성과 부식성에 강한 제품도 있으며 [2][3] 이런 특성을 극한으로 한 재질은 정말 가공하기가 무척 힘든 만큼 엄청난 내구성을 자랑한다. (플랜트 현장에서 크지도 않는 철판만 억대 제품이 이런 재질이다.)

다만 기계적 강도가 뛰어나다는 것은 절삭, 절단, 절곡, 단조 등 기계적 가공을 하기 어렵다는 말과 같아서 재료 자체도 일반 철강보다 비싸지만 이를 가공해 원하는 형태의 제품을 만들기도 비용과 노력이 더 들어간다는 뜻이라 스테인레스제 제품은 생산비가 높아진다. 하지만 최근에는 스테인레스도 고압으로 냉간성형(cold forming) 할 수 있는 기술이 나와서 두께나 부피가 있는 부품도 비교적 값싸고 정밀하게 가공할 수 있게 되어 스테인레스강의 이용이 늘어나고 있다.

2. 이름

'스테인리스', '스테인레스강', '스테인리스 스틸'이라고 부른다. stain이란 말은 '얼룩'이라는 뜻이고, less는 '없는'이라는 뜻. 합쳐서 얼룩()이 적거나 없다는 뜻이다. 줄여서 '스뎅(스댕)', '스텐(스테인(녹))'이라고 부르기도 하는데, 이 없는데 '녹'이라 부르는 셈. 사실 얇은 녹 막이 생겨서 붉은 녹을 막아주니까 맞기는 하다. 요건 일본어 ステン에서 건너온 소위 현장 용어다. 일반적으로도 많이 쓰이는 편.

'아이녹스(Inox)'라고도 하는데, 녹슬지 않는다는 뜻인 '이녹시다이저블(inoxidizable)'의 약자다.

독일이나 스위스 쪽에서는 Edelstahl(에델슈타알)이라고 부른다. Edel은 '고귀한, 드문'이라는 뜻이고[4] stahl은 '철'이라는 뜻이니 합쳐서 '고귀한 철'이라는 뜻. 스위스 아미 나이프 직수품이나 구판은 칼날에 이런 각인이 있다. 혹은 다수의 독일산 스위스산 스테인레스 제품에서 이런 표기를 볼 수 있다. 어떤 경우는 녹이 안 슨다고 Rostfrei(Rust-free)라고 표기하기도 한다.

기계 가공분야에서는 '서스(SUS)'라고 부르기도 하는데 이는 일본공업규격(JIS)에서 스테인리스강을 나타내는 재료기호이다. KS규격에서는 같은 의미로 STS라는 용어를 사용한다.[5]

3. 녹을 막는 원리

녹이 안 스는 것은 아니고, 엄밀히 말해 '아주 조금 아주 천천히' 스는 것. 쓰다보면 녹이 약간씩은 슬기 때문에 스테인리스 역시 다른 금속재 도구와 같이 적절한 관리가 필요하다. 스테인리스는 녹이 안 슨다며 땀이나 바닷물과 같은 부식성 물질이 묻은 채로 오랫동안 관리 안 해주고 방치해 둔다면 스테인리스 할애비가 와도 녹이 슬 수밖에 없다(...). STS316보다 내식성이 떨어지는 204, 410의 경우도 일방 강 재료에 비해서는 엄청나게 내식성은 강하다. 해수가 직접 닿는 환경에서 사용해보면 녹이야 발생하지만 철 재료처럼 부식되어 녹아내리는 상황은 피할 수 있다.

사실은 화학적으로 따지면 녹이 잘 생기지 않는 것이 아니라, 오히려 녹이 엄청난 속도로 굉장히 잘 생기는 것이다. 화학적으로 녹이란 금속의 표면에 생기는 산화물을 의미하는 것이고, 크롬은 산화물을 만들기를 정말 좋아하는 원소라 철 원자보다 더 빠르게 산소와 반응하여 크롬산화물, 즉 크롬의 녹이라고 할 수 있는 물질을 스테인리스 표면에 생성하게 된다. (이를 보통 부동태라 부른다.) 그런데 이게 굉장히 얇고 매끈하고, 안정하고 치밀한데다 철 원자와의 접촉성까지 좋은지라, 산소와 철 원자의 접촉을 막아버려 우리가 일반적으로 알고 있는 형태의 녹인 붉은색의 산화철이 생성되는 것을 방지한다.

또한 이 부동태는 접촉성이 좋아 일단 생성되면 좀처럼 벗겨지지 않으며, 조금 벗겨진다고 해도 스테인리스 내부에 포함된 크롬 원자 덕분에 금방 다시 생성되어 매우 오랫동안 녹을 방지한다.[6] 심지어 크롬산화물은 외관 상으로도 매끈하고 번쩍번쩍하기 때문에, 스테인리스의 뛰어난 상품성에 일조한다.[7][8]

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투탕카멘운철 단검도 스테인리스강과 조성이 비슷하기 때문인지 상당한 세월이 흘렀음에도 형태가 멀쩡한 것을 알 수 있다.

4. 강도

공구를 이용한 절삭가공이 쉽지는 않은 난삭재로 분류한다. 그래서 보통 판금가공업체(속칭 '판금집)에서는 정밀한 치수를 요구하지 않는 이상 레이저로 절단한다.

염산에 약하다고 하는데, 실제로 실험실에서 스테인리스제 스탠드와 클램프를 염산이나 왕수, 혹은 카보레인산이나 마법산 등의 초강산을 쓰는 퓸 후드에 오랫동안 넣어두면 표면에 빨갛고 하얀 녹이 생기는 것을 볼 수 있긴하다. 염산은 3대 강산이니까 애초에 그걸 버티는 물질이 드물고, 왕수는 내식성 종결자인 조차도 녹일 수 있는 물질이다. 초강산은 더 이상 말할 필요가 없다. 심지어 약산인 불산에도 버틸 수가 없다. 사실 강하다 약하다를 따지기 이전의 영역에 있는 것들이며, 스테인레스강과 달리 일상에서 볼 일도 없는 물질이니 그렇게 신경 쓰지 않아도 될 듯.

초강산 중 가장 흔하게 구할 수 있는 알보칠도 스테인리스 그릇에 담으면 안 된다. 자세히 설명하자면 위에서 설명한 크롬산화물의 부동태가 낮은 pH, 즉 강산에서 굉장히 불안정해지기 때문에 염산에 담그는 순간 부동태를 모두 파괴해버리고 철 원자를 빠르게 산화시켜버린다. 즉 강산에서는 뭐든지 얄짤없다.

5. 재질에 따른 분류

일반적으로 크롬 함량이 12% 이상이다. 크롬은 보다 산화 서열이 높고, 그 산화물(Cr2O3)은 매우 단단하고 철 표면과의 밀착성이 좋고 산소의 투과성이 낮으며 무색투명한 패시베이션 층을 만들기 때문에 철에 녹이 슬기 어렵게 만든다. 이 표면 코팅은 강재를 자르거나 굽히는 가공을 할 때 떨어져나가지만, 긁혀나가더라도 표면 바로 아래의 크롬이 바로 반응하여 다시 산화크롬으로 반응하기 때문에 쉽게 녹이 슬지 않게 되는 것. 그렇기에 녹이 슬더라도 잘 닦아내면 다시 깨끗해진다.

74%, 크롬 18%, 니켈 8% 비율 배합의 스테인레스 27종(18-8 스테인리스)의 경우, 녹이 스는 정도가 좀 더 덜하기 때문에 특히 냄비 등의 주방용구에 적합하다는 평을 받고 있다.

스테인리스에 섞는 재료의 함량에 따라 440C, 9Cr18Mov, AUS-8, S30V 등 여러 가지 강재[9]로 나뉜다.

이 중에서는 경도[10]를 희생한 대신 유연하고 녹이 잘 안스는 강재와, 반대로 경도는 높지만 상대적으로 녹이 잘 스는 강재, 아니면 아예 경도도 높고 녹도 잘 안 스는 팔방미인형의 비싼 하이엔드 강재까지 있으므로 녹에 대한 저항성은 천차만별이다. 비싼 하이엔드 강재는 코발트, 바나듐, 텅스텐 같은 쉽게 녹이지 못 하는 성분들이 추가되고 일반적인 용융과는 합금 제조 방식이 다르다. 고가의 강재는 대부분 분말강 형태로 제작한다. 물론 저질부터 고급까지 어느 스테인리스 스틸을 가져와도 탄소강보다는 녹이 덜 슨다.

스테인리스는 기지를 구성하는 조직에 따라 크게 페라이트계, 마르텐사이트계, 오스테나이트계 세 가지로 나룰 수 있다.

5.1. 페라이트계

순수한 철-크롬 합금에서 13% Cr 이상의 조성에서는 오스테나이트를 얻을 수 없다. 하지만 합금 내에 탄소가 있을 경우는 크롬이 크롬탄화물을 형성하는데, 이러면 1%의 탄소가 17%의 크롬과 결합하며, 이러한 탄화물의 석출로 인하여 철기지 내의 상대적인 크롬 조성이 낮아진다. 주로 자동차 차체의 외장 및 주방기구 등에 쓰이고, 보통 냉간가공된 상태로 사용된다.

5.2. 마르텐사이트계

크롬함량이 높은 스테인리스강은 탄소함량이 높으면 고온에서 가열 후 급랭시켜 마르텐사이트를 얻을 수 있다. 스테인리스강은 기본적으로 합금함량이 높기 때문에 경화능(hardenability)이 좋다. 마르텐사이트 경화 때문에 스테인리스강 중에서 제일 튼튼한 편이다. 고급식칼 등 식기, 심지어 군용칼 제작에 쓰이는 경우는 보통 마르텐사이트계.

마르텐사이트계는 열처리를 통해 기계적 강도를 쉽게 높일 수 있다. 그러므로 베어링, 부엌칼, 가위, 수저~~ 등 용도로 사용된다. 내식성에서는 전반적으로 오스테나이트계에 비해 떨어지는 편.

5.2.1. 석출경화 마르텐사이트

마르텐사이트 계열을 석출경화[11]한 것으로, 일반 마르텐사이트 계통보다 더 단단하다. F-35에서도 쓰였다.

5.3. 오스테나이트계

크롬뿐만이 아니라 니켈도 많이 첨가된 강종이다. 니켈오스테나이트 영역을 넓혀주기 때문에, 상온에서도 오스테나이트상으로 안정적이다(일반적인 탄소강은 최소한 700도 이상의 온도에서만 오스테나이트가 열역학적으로 안정할 수 있다). 결정구조가 오스테나이트이기 때문에 철 특유의 강자성은 없어지고 상자성이 된다(즉 자석에 붙지 않는다). 오스테나이트계는 슬립면이 많은 면심입방결정의 특성상 페라이트/마르텐사이트계에 비해 강도경도가 떨어지기 쉽고 반면 가공성이 매우 우수하여 냉간 포밍이나 프레스 등으로 제품을 만들기 쉽다.

스테인리스강의 각 종류가 사용되는 예로는, 일반적으로 사용되는 저가형 부엌칼의 경우 KS규격으로 STS420이라는 마르텐사이트계 스테인레스 재질을 사용한다. 싱크대의 경우 주로 STS304[12]라는 오스테나이트계 스테인리스강을 사용한다. STS304는 냉간단조용 강으로도 흔히 사용된다. 팬택 베가 아이언에도 이 SUS 304 스테인리스 강철이 쓰였다.역시 아이언

자동차 부품용으로 STS430이라는 페라이트계 스테인리스강을 사용하기도 한다. 니켈 함유량에 따라 가격 차이가 크다. 오스테나이트 계열 가격이 페라이트나 마르텐사이트 계열보다 약 30%가량 비싼 것도 이런 이유.

오스테나이트 계열 강종은 SUS 304, 310, 316, 321 등 여러 종류가 있는데 가장 흔히 쓰이는 것은 SUS 304 소재이며 가격도 가장 저렴한 편이다. SUS 310은 304와 구성 성분은 거의 흡사하나 크롬과 니켈 함량이 더 높고, 316에는 몰리브덴이 함유되어 있어서 해수 및 부식 방지에 효과적이다. SUS 321에는 무려 티타늄이 함유되어 있다.

5.4. 듀플렉스 계

그냥 오스테나이트와 페라이트를 섞은 것이다.

응력부식 균열, 틈새부식 및 공식에 대해 저항성이 우수하고 기계적 강도가 높다. 또한 열 팽창계수가 낮고 용접이 용이하며 주기적 교체비용이 낮아 스테인리스 스틸의 대체품으로 각광받고 있다. 현재 유럽 철강시장은 듀플렉스 비중이 점차 높아지는 상황.
  • 구분: 조성에 따라 3개로 나뉜다
    1. Super 듀플렉스: 다량의 크롬과 몰리브덴, 질소가 포함되어 있으며 해수에 의한 부식에 매우 강하다.
    2. Standard 듀플렉스: 몰리브덴 비율이 Super 보다 조금 낮지만 그래도 부식저항력이 높으며, 가장 널리 사용된다.
    3. Lean 듀플렉스: 몰리브덴을 비율이 0.3 또는 그 이하로 거의 포함되지 않으나, 가격 면에서 경쟁력이 있다. 현재 비슷한 가격대의 오스테나이트 계열 스테인레스강을 대체할 수 있는 가장 적합한 강종.
  • 기계적 성질
    이중의 구조를 가지고 있으며 외관적으로는 페라이트에 오스테나이트가 깊숙이 박혀 있고 구성비율은 1:1에 가깝다. 이러한 구조로 다른 금속보다 더욱 단단하다. 기존 스테인리스 스틸보다 내식성이 압도적으로 우수하며, 원자력 발전소, 담수화설비, 산업설비, 바다를 가로지르는 교량 등에 사용된다. 기존의 탄소강이나 스테인레스 강보다 확연히 비싸지만 유지비용, 자재소모, 공정 제어비용 감소, 가성비 면에서 탁월해 장기적인 비용까지 고려하면 합리적이다. 단점이라면 바로 이러한 기계적 성질 때문에 가공하기가 여간 어려운 게 아니라는 점.

6. 일상생활에서의 팁

스테인레스 식기류를 처음 사용 시, 연마제(탄화규소)가 남아 있을 경우가 많다. 이는 일반적 설거지로 제거되지 않고, 발암성 추정물질이므로 다음과 같은 방법으로 제거하는 것이 좋다.
  1. 식용유를 묻힌 키친타올 등으로 스테인레스 식기 표면을 닦는다.
  2. 베이킹소다를 묻힌 키친타올 등으로 한 번 더 닦는다.
  3. 식초를 넣은 물로 식기를 끓여준다.

냄비, 프라이팬, 식칼 등으로 사용하다 보면 표면에 하얗게 뭔가가 들러붙는 경우를 발견할 수 있는데, 물속에 녹아있던 석회질이 말라서 늘러붙은 것이며, 산성계 세제나 식초, 구연산등으로 쉽게 제거 가능하다. 별도의 연마제 또는 치약을 천에 묻혀 수백 회 문지르면 연마효과로 표면에 광택이 살아난다. 그리고 일부 스테인리스강은 흠집이 아주 잘 난다. 특히 험하게 다룰 일 없는 전자제품 종류의 스테인리스에서 흠집이 잘 난다. 대표적으로 아이팟 터치 1세대에서 4세대까지 적용된 바람만 불어도 흠집나는 스테인리스가 있다. 경도가 부족하기 때문에 어쩔 수 없는 일...

7. 한국 시장 현황

그나마 현대제철이라는 또 다른 강자가 있는 철강 업계와 달리, 한국 내 스테인레스 시장은 포스코 독주 상황이다.(판재류를 주로 생산하며, 봉강, 선재의 경우 세아창원특수강이 국내 유일 생산 가능) 포스코 스테인레스 대리점은 포화 상태이나, 값싼 중국제 제품은 품질 문제상 여전히 포스코 제품의 수요가 존재한다. 완전 싸구려를 써도 상관없는 곳에는 중국산, 오래 버텨야 하는 구조에는 포스코, 하이엔드급 강재가 필요한 구조나 발주처에서 하이엔드 강재를 요구하는 경우에는 일본제 스테인리스를 동원하는 식.


[1] 특성의 차이가 다소 있어 일반적인 고장력강과는 구분되기는 하지만, 스테인리스강 역시 기본적으로 기계적 성능에 있어 고장력강의 특성이 있다. 그 때문에 고장력을 갖춘 강철을 사용할 때에는 내식성이 중요하지 않다면 일반적인 고장력강을 쓰고, 반대로 내식성이 중요하다면 이를 스테인리스강으로 대체하는 경우가 많다.[2] 이런 경우 자석이 붙는다. 분명 스텐레스라고 해놓고 자석에 붙는 제품이 이런 재질이다.[3] 모든 스테인레스강이 자석에 붙지 않는 것은 아니다. 스테인레스강의 경우 그 결정구조에 따라 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계의 3가지로 크게 나뉘며 이 중 일상생활에서 많이 사용하는 오스테나이트 계열 스테인레스 스틸(304나 316등 다량의 니켈을 함유한 경우 상온에서 오스테나이트 상을 유지하게 되어 이런 이름이 붙었다)의 경우 자성을 가지지 않지만, 마르텐사이트나 페라이트 계열의 경우 강철에 비해 약하지만 자석에 붙는다.[4] 그래서 '귀금속'(Edelmetall), '희토류'(Edelerden)도 이 단어가 들어간다. '에델바이스'(Edelweiss) 역시 마찬가지.[5] SUS는 Steel Use Stainless의 약어, STS는 STainless Steel의 약어.[6] 이는 녹이 잘 슬지 않는, 즉 내식성이 강한 거의 모든 금속에 동일하게 적용되는 원리이다. 금이야 뭐 부동태 없이도 애초에 원자 자체가 워낙 안정적이라 높은 내식성을 갖고, 나머지 합금 등은 모두 산화물이 굉장히 안정적이기 때문에 철의 부식 방지가 가능하다.[7] 피막을 일부러 벗겨냈거나 생산된 지 얼마 안 되어 크롬산화물 피막이 형성되지 않은 스테인리스강을 보면 보통 우리가 알고 있는 표면의 광택이나 매끈함이 전혀 없는 것을 볼 수 있다. 반면 산화철은 거의 세라믹 수준으로 강도가 떨어져 깨지기도 쉽고 외관상으로도 보기 별로인지라...[8] 사족으로 상관은 없는 내용이지만 이들의 성질이 굉장히 재미있다. 크롬과 철에 산소가 붙은 녹과 탄소가 붙은 카바이드의 성질은 정 반대이다. 철 카바이드는 우리가 주로 말하는 , 강철이 되어 그냥 어디 때려박아도 안정적인 인류가 발견한 최고의 재료가 되지만, 크롬 카바이드는 산화철처럼 강도가 쿠크다스 수준이라 스테인리스를 용접하거나 가공할 때 고온에서 형성되어 그냥 재료 자체를 반토막내버리는 주 원인이 된다.[9] 거의 월 단위로 새로운 강재들이 발표되기 때문에 현재까지 누적된 스테인리스강의 강재 종류는 수백 가지가 넘는다. 다만 그 발표되는 신형강재 대부분은 오랫동안 굵직굵직하게 쓰여온 메인스트림 강재들의 실험적 아류작 수준들이기 때문에 다행히도 실제 산업현장에서 이름 따져가며 사용되는 스테인리스 강재는 수십 가지 정도에 불과하다.[10] 강재가 단단한 정도. 경도가 높으면 그만큼 단단하고 견고하지만 한계점을 넘는 힘을 받으면 부러지고 깨져버린다. 반대로 경도가 낮으면 물러서 여기저기 조금만 부딪혀도 구겨지거나 흠집이 팍팍 나지만, 대신에 한계점을 넘는 힘을 받으면 깨지는 대신 휘어져서, 사고가 날 상황에서도 어느정도는 버텨볼 만한 여지가 있다.[11] 녹는점 아래까지 가열시킨 후 급냉, 후에 다시 100도 정도까지 재가열하는 열처리 방법[12] STS, SUS는 같은 스테인리스 강이다. 한국식 표기로는 STS(Steel Type Stainless), 일본식 표기로는 SUS(Steel use Stainless)라고 한다.

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