연성 철 대 스테인레스 스틸: 주요 차이점

1. 소개

연성 철분 대 스테인레스 스틸은 수많은 산업 분야에서 가장 널리 사용되는 엔지니어링 재료 중 하나입니다.

도시 수도 시스템에서 화학 처리 장비에 이르기까지, 이 자료는 중요한 인프라 및 산업 생산성을 지원합니다.

올바른 자료를 선택하면 시스템 성능에 큰 영향을 줄 수 있습니다, 비용, 수명주기 신뢰성.

이 기사는 연성 철과 스테인레스 스틸의 상세하고 권위있는 비교를 제공합니다., 그들의 기계적 분석, 화학적인, 열의, 간결한, 정보에 입각 한 재료 선택을 안내하기위한 환경 적 특성.

2. 연성 철분이란 무엇입니까??

연성 철, 도 알려져 있습니다 결절성 주철 또는 구형 흑연 철 (SG 아이언), 주철의 종류입니다. 그것은 미세 구조 및 기계적 성능에서 기존의 회색 철과 근본적으로 다릅니다..

회색 다리미에는 플레이크 모양의 흑연이 포함되어있어 부서지기 쉬운, 연성 철이 포함되어 있습니다 구의 (결절) 석묵, 이는 인성과 연성을 크게 향상시켜 이름입니다 공작 철.

플레이크에서 구형으로 흑연 모양의 변형은 소량의 마그네슘을 첨가하여 달성됩니다. (일반적으로 0.03–0.05%) 또는 주조 과정에서 세륨.

이 중요한 변형은 연성 철분이 주조 및 가공성의 장점을 개선 된 기계적 강도 및 충격 저항과 결합 할 수 있도록합니다..

미세 구조 및 조성

연성 철의 전형적인 화학적 조성에는 포함됩니다:

• 탄소: 3.2–3.6%
• 규소: 2.2–2.8%
• 망간: ≤0.5%
• 마그네슘: 0.03–0.05%
• 황 & 인: 낮은 수준으로 유지되었습니다 (≤0.02%)

기본 매트릭스는 다를 수 있습니다:

• 페라이트 연성 철: 더 연성, 더 낮은 강도.
• 진주성 연성 철: 더 높은 강도와 내마모성.
• 오류가 많은 연성 철 (아디): 우수한 성능을 위해 더 많은 열처리 (인장 강도 > 1,200 MPA).

연성 철의 장점

• 우수한 주파수와 가공성.
• 높은 강도 대 중량비.
• 대량 생산에 비용 효율적입니다.
• 충격과 진동을 흡수 할 수 있습니다.
• 주기적 하중에서 좋은 성능.

연성 철의 전형적인 응용

연성 철은 널리 사용됩니다:

• 물 및 하수도 배관 시스템.
• 자동차 부품 (크랭크 샤프트, 스티어링 너클).
• 농업 및 중장비.
• 기어 하우징, 펌프 바디, 및 압축기 실린더.
• 시립 인프라 (맨홀 덮개, 밸브, 소화전).

3. 스테인레스 스틸이란 무엇입니까??

스테인레스 스틸 주로 구성된 부식 방지 합금입니다 철 (Fe), 크롬 (Cr), 그리고 다양한 양의 양 니켈 (~ 안에), 탄소 (기음), 및 다른 합금 요소와 같은 몰리브덴 (모), 망간 (MN), 그리고 질소 (N).

그것의 특징은 존재의 존재입니다 적어도 10.5% 크롬, 표면에 수동적 크롬 옥사이드 필름을 형성합니다., 녹과 화학 공격으로부터 그것을 보호합니다.

20 세기 초에 개발되었습니다, 스테인레스 스틸은 고강도를 필요로하는 산업에서 필수화되었습니다., 위생, 부식에 대한 저항, 산화, 그리고 열.

재료의 다양성, 긴 서비스 수명, 그리고 재활용 가능성은 오늘날 가장 널리 사용되는 엔지니어링 자료 중 하나입니다..

스테인레스 스틸 등급 및 분류

스테인레스 강은 일반적으로 분류됩니다 5 개의 주요 가족, 각각 뚜렷한 구성과 특성이 있습니다:

스테인레스 스틸의 장점

• 뛰어난 부식 및 산화 저항.
• 저온 및 고온에서 우수한 기계적 특성.
• 위생 표면 - 의료를위한 비밀, 음식, 및 제약 적용.
• 다양한 표면 마감 처리로 높은 미적 매력 (우아한, 브러시, 등.).
• 긴 서비스 수명과 100% 재활용.

스테인레스 스틸의 전형적인 응용

스테인레스 스틸은 다음과 같은 산업 전반에 걸쳐 없어야합니다:

• 음식과 음료: 프로세스 탱크, 주방용 칼, 주방 장비.
• 의료: 수술기구, 임플란트, 병원 장비.
• 화학 및 석유 화학: 압력 용기, 열교환 기.
• 건설: 난간, 클래딩, 구조적 지원.
• 선박: 보트 피팅, 해외 구조, 슬리퍼.
• 에너지: 원자로 구성 요소, 풍력 터빈 부품.

4. 기계적 특성 비교: 연성 철 대 스테인레스 스틸

적절한 엔지니어링 자료를 선택하려면 서비스 조건에서 기계적 성능에 대한 확실한 이해가 필요합니다..

둘 다 연성 철 그리고 스테인레스 스틸 강력한 기계적 특성을 제공합니다, 그러나 그들은 다른 스트레스 환경에 적합합니다, 피로 수준, 그리고 성능 기대.

비교 테이블: 기계적 특성

5. 연성 철과 스테인레스 스틸의 부식 저항

• 스테인레스 스틸: 산화 및 부식에 저항하는 수동 크롬 산화물 층을 형성합니다.. 316 스테인리스는 특히 염화물과 산성 환경에 내성이 있습니다.
• 연성 철: 산화 및 갈바니 부식에 취약합니다; 에폭시 코팅을 사용하여 종종 보호됩니다, 아연 라이닝, 또는 음극 보호.

6. 열 및 화학 저항

가혹한 환경에 대한 재료 선택은 열 안정성과 화학적 내구성에 크게 의존합니다..

연성 철과 스테인레스 스틸은 조성물과 미세 구조로 인해 이러한 측면에서 크게 다릅니다..

열 저항

화학 저항

7. 연성 철과 스테인레스 스틸의 가공성 및 주파수

형성 능력, 기계, 그리고 합류 재료는 제조에 중요합니다, 생산 효율성에 직접 영향을 미칩니다, 부분 복잡성, 그리고 전반적인 비용.

주파수: 복잡성과 효율성을 형성합니다

주파수는 금형을 균일하게 채우는 재료의 능력을 말합니다., 결함없이 굳어집니다 (예를 들어, 다공성, 수축), 냉각 중에 치수 정확도를 유지합니다.

이 속성은 특히 복잡한 생산에 필수적입니다, 네트 모양의 부분, 캐스팅은 광범위한 사후 처리의 필요성을 줄입니다.

연성 철: 캐스팅 워크 호스

연성 철은 본질적으로 캐스트 재료입니다, 캐스팅 프로세스에 최적화되었습니다. 주파수는 예외적입니다:

• 낮은 융점: 연성 철은 1,150–1,200 ° C에서 녹습니다, 스테인레스 스틸보다 현저히 낮습니다 (1,400–1,530 ° C).
  이것은 녹는 동안 에너지 소비를 줄이고 곰팡이 설계를 단순화합니다., 낮은 온도가 곰팡이의 열 응력을 최소화합니다 (예를 들어, 모래 또는 투자 금형).
• 높은 유동성: 연성 철의 용융 형태는 복잡한 곰팡이 구멍으로 쉽게 흐릅니다., 기어 하우징과 같은 복잡한 형상에 이상적입니다, 밸브 바디, 또는 얇은 벽이나 내부 채널이있는 펌프 임펠러.
• 통제 된 응고: 연성 철의 흑연 결절 (마그네슘 또는 세륨 처리를 통해 형성됩니다) 회색 철분과 비교하여 냉각 중 수축을 줄입니다, 균열이나 다공성의 위험을 낮추십시오.
  이것은 대형의 일관된 생산을 허용합니다, 두꺼운 벽 구성 요소 (예를 들어, 파이프 플랜지까지 2 지름 미터) 최소 결함으로.

흔한 연성 철을위한 주조 방법 모래 주조를 포함하십시오 (80% 생산), 투자 캐스팅, 원심 분리 주조 (파이프 용).
ASTM A536, 연성 철의 주요 표준, 성적을 지정합니다 (예를 들어, 60-40-18, 80-55-06) 애플리케이션 전체의 주파수에 최적화되었습니다.

스테인레스 스틸: 캐스팅 도전과 전문 성적

스테인레스 스틸은 연성 철보다 본질적으로 캐스팅 가능합니다, 그러나 캐스팅 기술의 발전은 복잡한 부분에서의 사용을 확대했습니다.. 그것의 도전은 발생합니다:

• 높은 융점: 스테인레스 스틸을 녹이는 데 필요한 고온 (1,400–1,530 ° C) 에너지 비용을 증가시키고 열 내성 금형을 요구합니다 (예를 들어, 세라믹 또는 내화성 주형), 도구 비용 제기.
• 산화 위험: 용융 스테인레스 스틸은 산화되기 쉽습니다, 포함을 도입 할 수 있습니다 (산화물 입자) 마지막 부분에서, 구조를 약화시킵니다.
  이를 위해서는 불활성 가스 차폐가 필요합니다 (예를 들어, 아르곤) 캐스팅 중, 프로세스 복잡성 추가.
• 수축 및 다공성: 스테인레스 스틸의 응고 범위는 연성 철보다 넓습니다, 수축 및 다공성 위험 증가.
  이것은 정확한 금형 설계가 필요합니다 (예를 들어, 냉각 중에 녹은 금속을 공급하는 라이저) 그리고 더 엄격한 프로세스 제어.

이러한 도전에도 불구하고, 캐스트 스테인레스 스틸 등급 (예를 들어, ASTM A351 CF8, CF3, CF8M) 주파수 향상을 위해 설계되었습니다. 예를 들어:

• CF8 (단조와 동일합니다 304) 및 CF3 (304엘) 탄소 함량이 낮은 오스테 나이트 캐스트 등급입니다, 탄화물 침전을 줄이고 유동성 향상.
• CF8M (316 동등한) 강화 된 부식 저항을위한 몰리브덴을 포함합니다, 화학 처리 성분에 최적화 된 주파수로 (예를 들어, 밸브 바디).

스테인레스 스틸을위한 주조 방법에는 포함됩니다 투자 캐스팅 (의료 기기와 같은 고전화 부품의 경우) 그리고 모래 주조 (펌프 케이싱과 같은 더 큰 구성 요소의 경우).

하지만, 캐스트 스테인레스 스틸은 일반적으로 밀접한 공차를 달성하기 위해 연성 철보다 더 많은 후조 가공이 필요합니다..

가공 가능성: 절단의 용이성 및 도구 마모

가공 가능성은 재료를 얼마나 쉽게 절단 할 수 있는지를 나타냅니다., 드릴, 또는 공작 기계로 형성됩니다, 도구 수명과 같은 요소로 측정, 절단 속도, 그리고 표면 마감. 생산 시간과 툴링 비용에 직접 영향을 미칩니다.

연성 철: 우수한 가공 가능성

연성 철은 뛰어난 가공성으로 유명합니다, 대부분의 스테인레스 스틸보다 성능이 우수합니다. 주요 이유는 다음과 같습니다:

• 흑연 윤활: 연성 철의 흑연 결절은 절단 중 내부 윤활제 역할을합니다., 공구와 공작물 사이의 마찰 감소.
  이렇게하면 공구 마모가 줄어들고 절단 속도가 높아집니다 (최대 200 중간 탄소 등급의 경우 m/min).
• 낮은 작업 경화: 스테인레스 스틸과 달리, 연성 철은 가공 중에 기계적 스트레스로 크게 경화되지 않습니다., "담즙"방지 (도구로의 재료 전달) 일관된 절단력을 유지합니다.
• 유리한 칩 형성: 연성 철은 짧게 생성됩니다, 쉽게 분해되는 부서지기 쉬운 칩, 칩 제거 시스템의 필요성을 줄이고 공작물에 대한 표면 손상을 최소화.

가공 가능성 지수 (관련 1018 탄소강 = 100) 연성 철 범위는 70–90입니다, 학년에 따라. 예를 들어:

• ASTM A536 등급 60-40-18 (인장 강도 414 MPA) 가공성 지수는 ~ 85입니다.
• 고강도 등급 (예를 들어, 120-90-02) 지수가 약간 낮습니다 (~ 70) 경도가 증가했지만 여전히 대부분의 스테인레스 강을 능가하여.

스테인레스 스틸: 가공 성 문제

스테인레스 스틸의 가공성은 등급에 따라 다르지만 일반적으로 연성 철보다 나쁘다, 주도:

• 높은 작업 경화: 오스테 나이트 스테인리스 강 (예를 들어, 304, 316) 자르면 빠르게 강화하십시오, 힘든 형성, 도구 공사 인터페이스의 내마모성 레이어.
  이것은 절단 힘과 공구 마모를 증가시킵니다, 절단 속도 제한 (일반적으로 50–100 m/min 304).
• 낮은 열전도율: 스테인레스 스틸은 열이 나쁘게 작동합니다, 도구 팁의 열 트래핑 및 조기 공구 고장을 유발합니다. (예를 들어, 카바이드 툴링 과열 및 저하).
• 거친 칩: 오스테 나이트 등급은 오랫동안 생산됩니다, 도구를 감싸는 끈적 끈적한 칩, 재밍을 방지하기 위해 특수 칩 차단기 및 냉각수 시스템이 필요합니다..

가공 성 지수는 이러한 과제를 반영합니다:

• AISI 304 가공성 지수는 ~ 40입니다 (대. 1018 강철), ~하는 동안 316 (Molybdenum과 함께) 훨씬 낮습니다 (~ 30).
• 페라이트 스테인리스 강 (예를 들어, 430) 더 잘 수행하십시오 (~ 60) 낮은 니켈 함량으로 인해, 그러나 여전히 연성 철 뒤에 지연됩니다.

스테인레스 스틸의 툴링 비용은 연성 철보다 2-3 배 높습니다., 탄화물 또는 세라믹 도구로 (고속 강철보다는) 열과 마모를 견딜 수 있어야합니다.

용접 성: 자료에 안전하게 가입

용접 가능성은 균열없이 용접을 통해 재료를 얼마나 쉽게 연결할 수 있는지 결정합니다., 다공성, 또는 기계적 특성 상실.

연성 철: 용접 문제

연성 철은 탄소 함량이 높기 때문에 용접하기가 어렵습니다. (2.5–4.0%) 및 흑연 구조:

• 탄소 이동: 용접 중, 탄소는 열 영향 구역으로 확산 될 수 있습니다 (위험요소), 부서지기 쉬운 마르텐 사이트 형성, 균열이 발생합니다.
• 흑연 산화: 고온은 흑연을 CO/CO에 산화시킬 수 있습니다, 용접에 다공성을 생성합니다.

연성 철을 성공적으로 용접하려면 예열이 필요합니다 (200–400 ° C) 천천히 냉각, 웰드 후 열처리 (500–600 ° C) 마르텐 사이트를 성화시키기 위해, 및 특수 필러 금속 (예를 들어, Enife-C1과 같은 니켈 기반 합금).

이 단계에서도, 용접은 종종 기본 재료보다 피로 강도가 낮습니다., 스트레스가 많은 응용 프로그램에서의 사용을 제한합니다 (예를 들어, 구조 구성 요소).

스테인레스 스틸: 우수한 용접성

스테인레스 스틸, 특히 오스테 나이트 등급, 용접 가능성이 높습니다:

• 오스테 나이트 등급 (304, 316): 그들의 저탄소 함량 (≤0.08% 304; 304L의 경우 ≤0.03%) 니켈 안정화는 HAZ의 마르텐 사이트 형성을 방지합니다.
  싸움 (텅스텐 불활성 가스) 또는 mig (금속 불활성 가스) 용접은 강력합니다, 최소한의 균열로 연성 용접.
• 통제 된 대기: 불활성 가스 차폐 (아르곤) 크롬의 산화를 방지합니다, 수동 층을 보존합니다 (부식 저항에 중요합니다).

용접 스테인리스 스틸 기본 재료의 인장 강도의 ~ 80-90%를 유지합니다, 구조 적용에 적합합니다 (예를 들어, 식품 가공 장비, 해양 선체).

Martensitic Stainless Steels (예를 들어, 410) 경화로 인해 용접이 적습니다, 그러나 예열 및 절제는 위험을 완화합니다.

처리 비용: 주조, 가공, 그리고 용접

처리 비용은 대부분의 시나리오에서 연성 철을 호의합니다:

• 주조 비용: 연성 아이언 캐스팅은 스테인레스 스틸 캐스팅보다 30-50% 저렴합니다., 에너지 사용이 낮아, 더 간단한 금형, 결함 관련 재 작업이 적습니다.
  예를 들어, 10kg 밸브 본체 비용 ~ $ 20– $ 30 연성 철 VS.. $40- 캐스트 스테인레스 스틸의 경우 $ 60 (CF8).
• 가공 비용: 연성 철제 가공은 스테인레스 스틸보다 20–40% 저렴합니다., 더 긴 도구 수명으로 (카바이드 도구는 2-3 배 더 오래 지속됩니다) 더 빠른 절단 속도는 노동 및 툴링 비용을 줄입니다.
• 용접 비용: 연성 철분 용접은 스테인리스 스틸 용접보다 2-3 배입니다., 사전/사후 치료 및 전문 노동으로 인해.
  하지만, 이것은 대부분의 응용 분야에서 연성 철의 낮은 주조 및 가공 비용으로 상쇄됩니다..

8. 연성 철과 스테인레스 스틸의 비용 및 가용성

원료 및 생산 비용

• 연성 철 풍부한 철광석 및 간단한 합금 요소로 인한 원료 비용이 낮아짐 (주로 탄소와 마그네슘).
  더 낮은 융점 (1,150–1,200 ° C) 녹고 주조하는 동안 에너지 소비를 줄입니다, 비용 효율적인 생산으로 이어집니다.
• 스테인레스 스틸, 주로 철으로 구성됩니다, 크롬, 니켈, 그리고 Molybdenum, 값 비싼 합금 요소로 구동되는 원료 비용이 더 높습니다..
  더 높은 융점 (1,400–1,530 ° C) 에너지 요구 사항을 증가시킵니다, 더 복잡한 처리 (예를 들어, 통제 된 대기, 내화 된 곰팡이) 생산 비용을 더욱 증가시킵니다.

수명주기 및 유지 보수 비용

• 연성 철 종종 초기 비용이 낮지 만 녹과 열화를 방지하기 위해 필요한 코팅이나 안감으로 인해 부식성 환경에서 유지 보수 비용이 더 높아질 수 있습니다..
• 스테인레스 스틸 선불 가격이 높지만 탁월한 부식 저항과 더 긴 서비스 수명을 제공합니다., 유지 보수 빈도 및 관련 비용 절감, 많은 응용 프로그램에 대한 초기 투자를 정당화 할 수 있습니다.

가용성 및 공급망 요인

• 연성 철 전 세계적으로 광범위한 가용성을 즐깁니다, 광범위한 등급 및 구성 요소 크기를 생산할 수있는 성숙한 파운드리 산업.
  리드 시간은 일반적으로 짧습니다, 그리고 공급망은 잘 확립되어 있습니다.
• 스테인레스 스틸 또한 널리 사용 가능합니다, 그러나 공급망은 글로벌 니켈 및 크롬 시장의 변동에 의해 영향을받을 수 있습니다., 가격과 리드 타임에 영향을 미칩니다.
  전문 성적은 생산량이 낮아서 더 긴 조달 시간이 필요할 수 있습니다..

9. 표준 및 사양

연성 철 표준

• ASTM A536: 기계적 특성을 지정하는 1 차 표준, 화학 성분, 및 연성 철 주물에 대한 테스트 방법.
  일반적인 등급에는 포함됩니다 60-40-18, 80-55-06, 그리고 100-70-03, 인장 강도 정의, 항복 강도, 신장 요구 사항.
• ISO 1083: 구형 흑연 캐스트 아이언에 대한 국제 표준 (연성 철), 등급 및 기계적 특성 상세.
• 안에 1563: 특정 품질 및 테스트 프로토콜을 갖춘 유럽 표준 커버 연성 철 주물.

스테인레스 스틸 표준

• ASTM A240: 크롬 및 크롬-니켈 스테인레스 스틸 플레이트를 덮습니다, 시트, 및 압력 용기 및 일반 응용 분야; 성적을 포함합니다 304, 316, 그리고 다른 사람들.
• ASTM A276: 제조에 사용되는 스테인레스 스틸 바 및 모양을 지정합니다.
• ASTM A351: 캐스트 스테인레스 스틸 등급의 표준, CF8 포함 (304 동등한) 및 CF8M (316 동등한), 밸브에 사용됩니다, 슬리퍼, 그리고 피팅.
• ISO 15510: 국제적으로 스테인리스 강의 화학적 조성물을 지정합니다.
• 안에 10088: 스테인레스 스틸 화학 조성 및 기계적 특성에 대한 유럽 표준.

10. 요약 비교 표

11. 결론

연성 철과 스테인레스 스틸은 현대 공학의 기초 재료입니다.. 연성 철 비용 효율적입니다, 강한, 대규모 주물 및 인프라에 이상적입니다.

스테인레스 스틸 우수한 부식 저항을 제공합니다, 미적 마감, 그리고 위생, 내구성과 청결이 가장 중요한 중요한 환경에 적합하게 만듭니다..

재료 선택은 운영 조건을 기반으로해야합니다, 비용 목표, 규제 요구 사항, 수명주기 기대.

각 재료는 다른 도메인에서 탁월합니다, 그리고 엔지니어는 실용성과 성능의 균형을 유지해야합니다.

FAQ

연성 철은 해수의 스테인레스 스틸을 대체 할 수 있습니다?

아니요. 코팅되지 않은 연성 철분은 해수에서 0.3–0.5 mm/년에 부식됩니다, 일종의 튼튼한 나사 <5 연령. 316 스테인레스 스틸이 지속됩니다 30+ 코팅되지 않은 년.

스테인레스 스틸은 연성 철보다 강합니다?

스테인레스 스틸은 인장 강도가 높습니다 (515 MPA 대. 414 MPA), 그러나 연성 철은 더 높은 항복 강도를 제공합니다 (276 MPA 대. 205 MPA), 정적 하중에 더 좋게 만듭니다.

워터 파이프의 경우 비용 효율적입니다?

연성 철 (RAW 비용 $ 1.5–2.5/kg) ~이다 50% 보다 저렴합니다 304 담수 파이프 용 스테인레스 스틸, 그렇지만 316 바닷물 노출이있는 해안 지역의 경우 더 좋습니다.

연성 철을 용접 할 수 있습니다?

예, 그러나 예열이 필요합니다 (200–300 ° C) 균열을 피하기 위해 특수한 전극. 용접 조인트의 기본 금속 강도의 50-70%가 있습니다.