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◇티타늄과 스테인리스강의 차이점

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 708회 작성일 21-04-02 13:34

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1.티타늄과 스테인리스강은 둘 다 부식에 강하다는데 어느 것이 더 강한가?
2.티타늄과 스테인리스강을 종합적으로 비교 했을 때 어느 것이 더 좋은가?
3.티타늄의 장점과 단점(특징 포함)
4.스테인리스강의 장점과 단점(특징 포함)

 
티타늄
(타이타늄 titanium)
스테인리스강
(스테인리스 stainless steel)
▶주기율표 4족에 속하는 원자번호 22의 금속원소로 원소기호 Ti로 표기한다. 티탄, 티타늄(타이타늄 titanium)이라고도 한다.
▶1789년 영국의 그레거가 콘월지방에서 산출된 사철(砂鐵)에서 새로운 산화물을 추출하였다. 1795년 독일의 클라프로트는 헝가리산 금홍석(金紅石)에서 새로운 금속원소를 발견하고 그리스 신화에 나오는 티탄(Titan)이라는 신의 이름을 따서 이름을 붙였다.
▶순금속은 1910년 헌터에 의해 처음으로 분리되었다.
▶1913년 H.브레얼리가 크로뮴을 첨가한 내식강을 만든 것이 시초이다.
▶철의 최대 결점인 내식성의 부족을 개선할 목적으로 만들어진 내식용 강(鋼)의 총칭이다.
▶오늘날 사용되는 것은 크게 철-크로뮴계의 페라이트 스테인리스강과 철-니켈-크로뮴계의 오스테나이트 스테인리스강으로 나뉜다.
녹는점은 1675℃이며 끓는점은 3260℃이다.
▶가볍고 단단하고 내부식성이 있는 전이 금속 원소로 은백색의 금속 광택이 있다.
▶순수한 티타늄은 낮은 물성치로 인해 강한 내식성이 요구 되는 곳을 제외하곤 대부분 합금으로 많이 쓰인다.
▶이산화 타이타늄은 흰색 안료의 재료로, 페인트 등에 쓰인다.
▶티타늄은 여러 광물에 널리 분포하는데 주로 티탄철석과 금홍석에서 얻는다.
▶티타늄의 가장 중요한 성질은 뛰어난 내식성과 비중이 낮아 강철 대비 무게는 60% 밖에 되지 않는다는 것이다.
풍부한 매장량(티타늄은 지각을 구성하는 금속원소중 4번째로 많다.)에 비해 티타늄 금속의 사용량이 적은 주요 원인은 TiO2가 주성분인 티타늄 광물을 제련하기가 어렵기 때문이다.
▶TiO2는 열역학적으로 매우 안정하여 환원하기가 어렵다.
▶티타늄은 산소, 탄소, 질소, 수소 등과 친화력이 매우 크기 때문에 순수한 금속을 얻기도 어렵다.
▶TiO2를 직접 환원하여 순수한 티타늄 금속을 얻는 것이 불가능하였기 때문에 발견된 이후 한참이 지나서야 티타늄의 제련이 가능하게 되었다.
▶스테인리스강(stainless steel)은 최소 10.5 혹은 11%의 크롬이 들어간 강철 합금이다.
▶스테인리스강은 부식저항강철 혹은 CRES라고 불리는데, 이는 합금의 종류와 등급이 자세하지 않다. 이것은 부분적으론 항공기 산업때문이기도 하다.
▶지구 대기에서 높은 산화저항성과 온도변화는 무게대비 최소 13%의 크롬을 섞음으로써 가능해졌으며 26%이상의 크롬은 거친 환경에서도 견뎌낸다.
▶스테인리스강에서 크롬은 크롬 3가 산화물(Cr2O3)로 철의 피막재역할을 맡고 있다. 이 층은 얇아서 눈에 보이며 광택이 있어 보인다.
▶이 피막재는 물과 공기로부터 강철을 보호해내며 표면에 상처를 입었을 때 빠르게 수습한다.
▶스테인레스강은 전혀 녹슬지 않는다기보다는 보통 철강에 비해 그다지 녹슬지 않는다고 하는 것이 정확하다.
▶스테인리스강은 크롬을 넣지 않은 탄소강과 다르다. 탄소강은 공기와 습기에 부식되므로 표면에 철산화물이 생기게 되는데 시간이 갈수록 더 많은 철산화물이 생기는 것을 가속화시킨다. 크롬이 들어간 스테인리스강은 크롬산화물이 표면의 부식을 예방해주고 금속의 전체적 구조에 부식이 확산되지 않도록 예방해준다.


 

▶α, αβ, β 티타늄은 실온에서 분자 결정체에 의해 구분된다.
-순수티타늄 : 낮은 강도로 인해 강한 내식성이 요구 되는 곳에서만 쓰인다.
-α합금 : 다름 합금보다 상온 강도가 낮으나 저온 안정상이므로 수백도의 고온이 되어도 취약한 상을 석출할 염려가 없어서 내열 티탄합금의 기본이 된다.
Al, Sn, Zr등을 첨가하여 α상을 고용 강화한 단일상이며 β합금에 비해 가공성은 떨어진다.
-αβ합금 : 가장 널리 사용 되는 합금으로 Ti-6Al-4V 합금이 대표적인 합금이다. 강도는 122 ~ 97kgf/㎟ 정도이고 높은 인성을 가지며, 소성 가공성, 용접성, 주조성도 좋아서 사용하기 쉽고 신뢰성이 큰 합금이다.
-β합금 : β형 합금은 V, Mo등의 β안정화 원소가 다량으로 첨가되는 합금으로 용체화 처리와 시효에 의해 130 kgf/㎟을 넘는 고강도를 얻을 수 있는 특징이 있지만 가공은 곤란해진다.
스테인리스강은 결정구조로 구분지을 수 있다.
-오스테나이트계 : 혹은 300 시리즈 스테인리스강 시장의 70%를 차지.
18%의 크롬과 10%의 니켈이 들어간 것을 18/19 스테인리스라고 부르는데, 이것들은 식기류에 사용된다.
-페라이트계 : 엔지니어링 성질이 좋으나 크롬과 니켈함량이 낮기 때문에 오스테나이트계보다 내구성은 떨어진다. 페라이트계는 일반적으로 값이 싸다.
-마텐사이드계 : 다른 2개의 스테인리스강에 비해 부식 저항력이 떨어지지만 매우 단단하고 강하여 기계가공하기 좋으며, 열가공을 하여 더 강해질수 있다.
마텐사이드계는 다른 스테인리스강과 달리 자성을 띤다.
-석출경화 마텐사이드계 : 부식내구성은 오스테나이트계와 비교할 수 있으며 석출경화되어 다른 마텐사이드계 보다 더 내구력이 높다.
초강력 내구성을 가진 이 석출경화 마텐사이드계는 방위예산에서 떠오르는 별로 새로운 프로젝트에 선택되었으며 약 2%정도의 미국 GDP를 갉아먹고 있다.
록히드 마틴의 F-35 라이트닝2은 항공기 동체에 이 계통의 Carpenter Custom 465를 사용한 최초의 전투기이다.
-듀플렉스계 : 오스테라이트의 미세구조와 페라이트를 50대 50으로 섞은 것으로 상업용 합금의 경우 각각40대 60비율로 되어 있다. 듀플렉스계 스테인리스강은 오스테라이트 스테인리스강보다 더 내구성이 좋으며 구멍이나 균열같은 부식에도 더 강한 특징을 가지고 있다.
듀플렉스계는 낮은 가격으로 슈퍼오스테라이트계와 같은 능력을 보여주어 가격경쟁력을 가지고 많은 부분에 사용되고 있다.


 

▶비중이 작아 가볍다.
-철의 절반 정도의 무게만으로도 철과 유사한 수준의 강도를 낼수 있다.
▶뛰어난 내식성을 갇는다.
-상온 부근의 물 또는 공기 중에서는 부동태 피막이 형성되어 금이나 백금 다음 가는 우수한 내식성을 가진다.
▶스테인리스강은 수명이 끝날때까지 환경에 맞게 적합하게 다양한 등급과 외관을 만들 수 있다.
▶부식에 강해 녹 저항성이 높고, 항박테리아 성질도 갖고 있다.
▶요리기구, 하드웨어, 의료기구, 만년필, 산업용 재료, 자동차, 항공우주구조물, 토목건설재료, 식품저장탱크, 보석세공, 시계 등 그 쓰임이 매우 넓다.
▶유지비가 적게 든다.
▶저비용 고효율
▶녹는점이 약 1670℃ 정도로 매우 높아서 완전한 Ingot의 제작이 곤란하다.
▶고온에서는 급격히 산화되어 본래 요구되는 성질이 없어지기 때문에 열간 가공과 용접이 곤란하다.
▶높은 항복 응력 때문에 냉간 가공 또한 어렵다.
▶Titanium이 상온에서는 안정한 산화피막이 생겨서 부식을 방지하지만 600℃ 이상의 고온에서는 반응성이 아주 좋아서 O2, N2, H2 등의 원소로 '오염'되어 내식성을 저하시키거나 용착 금속내부에 Porosity등의 결함을 발생시키게 되어 내식성 뿐만 아니라 기계적 성질까지 모두 저하시킨다.
▶가격이 비싸다.
▶산화력에 대해선 크로뮴을 첨가한 산화피막에 의한 방호효과가 없으므로 염산 등에는 그다지 내식성이 없다.
▶오스테나이트강은 염소이온이 있는 환경하에서는 응력부식이 일어나는 결점이 있다.
▶무겁다.


 

※참고 : 두산백과사전, 네이버 백과사전, 위키백과사전, 네이버  

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