강철 온도 범위 이해: 최적의 사용을 위한 가이드
적절한 강철이 어떻게 극한의 온도를 견딜 수 있는지 궁금한 적이 있나요? 이 글에서는 강철 등급의 매혹적인 세계와 그 사용 한계를 살펴봅니다. 압력 부품부터 내열성까지...
스테인리스 스틸이 이처럼 독특한 물리적 특성을 갖는 이유는 무엇이며, 다양한 산업에서 스테인리스 스틸의 용도에 어떤 영향을 미칠까요? 이 문서에서는 열전도, 열팽창, 저항, 자성, 밀도 등 스테인리스강의 주요 물리적 특성을 살펴봅니다. 이러한 특성을 이해하면 엔지니어와 제조업체가 다양한 용도에 맞는 소재를 선택할 때 정보에 입각한 결정을 내리고 최적의 성능과 수명을 보장하는 데 도움이 됩니다. 스테인리스 스틸의 매혹적인 세계로 뛰어들어 이 소재가 현대 기술과 산업에서 없어서는 안 될 필수 요소인 이유를 알아보세요.
스테인리스 스틸은 공기, 증기, 물과 같은 약산에 의한 부식에 강하거나 스테인리스 성질을 가진 강철을 지칭하는 용어입니다.
스테인리스 스틸은 탄생 이후 100년이 넘는 역사를 가지고 있습니다.
스테인리스 스틸의 발명은 야금학계에서 중요한 이정표입니다.
스테인리스 스틸의 발전은 현대 산업과 기술 발전에 중요한 역할을 해왔습니다.
스테인리스 스틸은 열전도, 열팽창, 저항, 자성, 밀도 등 다른 소재에 비해 독특한 물리적 특성을 가지고 있습니다.
표 1에서 볼 수 있듯이 스테인리스 스틸은 다른 소재에 비해 열 전달이 느리다는 것은 일반적으로 잘 알려진 사실입니다. 예를 들어, 스테인리스 스틸의 열전도율은 다음과 같은 경우 1/8, 1/13입니다. SUS304알루미늄에 비해 열전도율이 낮습니다. 탄소강과 비교하면 각각 1/2, 1/4로 스테인리스강의 열전도율이 낮다는 것을 나타냅니다.
열전도율이 낮기 때문에 다음과 같은 문제가 발생합니다. 어닐링 스테인리스 스틸의 공정. 스테인리스 스틸은 철에 크롬(Cr)과 니켈(Ni)을 첨가한 합금 소재입니다.
그렇다면 스테인리스 스틸의 열 전달이 철보다 더 나쁜 이유는 무엇일까요? 간단히 말해, Cr과 Ni의 첨가는 금속 결정에서 열을 전도하는 자유 전자의 활동을 방해합니다(전자 열 전도). 이러한 자유 전자의 활동은 온도에 영향을 받으며, 원자가 불규칙하고 탄력적이며 파동적으로 진동하여 격자에서 열을 서서히 전도하는 격자 열전도에도 영향을 미칩니다.
스테인리스 스틸의 열전도율은 온도에 따라 달라진다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 특히 스테인리스 스틸과 같은 고합금 강철의 경우 온도가 높을수록 열전도율이 높아집니다.
열팽창은 초기 온도 T와 길이 L이 주어졌을 때 온도가 dT만큼 증가할 때 재료의 길이가 dL만큼 증가하는 현상으로, 선팽창계수(a)는 다음과 같이 표현할 수 있습니다:
a = (1/L) * (dL/dT)
등방성 고체 강철의 경우 부피 팽창 계수(b)는 선형 팽창 계수의 3배, 즉 b = 3a와 같습니다.
표 1은 다양한 소재의 선팽창 계수를 보여줍니다. 탄소강에 비해 SUS304는 선팽창계수가 더 큰 반면 SUS430은 선팽창계수가 더 작습니다. 또한 알루미늄과 구리는 스테인리스 스틸보다 팽창 계수가 더 큽니다.
표 1 상온에서 다양한 재료의 열 전도성 및 선팽창 계수
| 재료 | 열전도율(W/m℃)×102 | 선형 팽창 계수(× 10)-6） |
| 은 구리 알루미늄 크롬 니켈 Iron 탄소강 SUS430 SUS304 | 4.12 3.71 1.95 0.96 0.84 0.79 0.58 0.26 0.16 | 19 16.7 23 17 12.8 11.7 11 10.4 16.4 |
전기 흐름의 난이도를 저항 또는 비저항이라고 하며, 일반적으로 다음 공식을 사용하여 표현합니다:
저항 = 비저항 '(도체 길이/단면적)
표 2 다양한 재료의 전기 비저항
| 재료 과학 | 비저항(실온에서) | 온도 시리즈 | ||
|---|---|---|---|---|
| 지휘자 | 순수 금속 | 실버 구리 알루미늄 Ni Cr Iron | Ωcm 1.62×10-6 1.72×10-6 2.75×10-6 7.2×10-6 17×10-6 9.8×10-6 | /℃ 4.1×10-3 4.3×10-3 4.2×10-3 6.7×10-3 2.1×10-3 6.6×10-3 |
| 합금 | SUS430(Fe-18% Cr) SUS304(Fe-18% Cr) - 8%Ni SUS310S(Fe-25% Cr) - 20% Ni Fe-Cr-Al 합금 NiCr(nNi Cr) 청동(주석 구리) | 60×10-6 72×10-6 78×10-6 140×10-6 108×10-6 15×10-6 | 0.8×10-3 0.6×10-3 0.5×10-3 0.1×10-3 0.1×10-3 0.5×10-3 | |
| 반도체 | 게르마늄 실리콘 | 5×10 3×105 | -- | |
| 절연체 | 종이 에폭시 수지 석영 유리 | 1010~1012 103~1015 >1017 | - | |
스테인리스 스틸은 다양한 금속 중에서도 전기를 쉽게 전도할 수 있는 금속입니다.
그러나 순수 금속에 비해 스테인리스 스틸을 포함한 합금의 비저항은 일반적으로 더 큽니다. 이는 스테인리스 스틸이 구성 원소인 Fe, Cr, Ni보다 비저항이 높기 때문입니다.
SUS304는 SUS430보다 비저항이 더 높다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 그리고 합금 원소 가 증가하면 저항도 증가합니다(예: SUS310S의 경우).
합금으로 인해 전기 비저항이 증가하는 이유는 합금 원소의 존재로 인해 하전된 자유 전자의 이동이 방해를 받기 때문입니다.
자유 전자도 열 전도에 중요한 역할을 한다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 금속의 열 전도도가 높으면 전기 전도도(비저항의 역수)도 높습니다.
전기 전도도와 열 전도도 사이의 이러한 관계를 비더만-프란츠 법칙이라고 하며 다음과 같이 표시됩니다:
L/s = TLo(여기서 Lo는 로렌츠 수, T는 온도)
표 2에서 볼 수 있듯이 비저항도 온도에 따라 달라진다는 점을 언급할 필요가 있습니다.
표 3 다양한 재료의 자기 특성
| 재료 과학 | 자기 속성 | 자기 투과성: μ (H=50e) |
| SUS430 | 강력한 자성 | – |
| Iron | 강력한 자성 | – |
| Ni | 강력한 자성 | – |
| SUS304 | 비자기성(냉간 작업 시 자기성) | 1.5(65% 처리) |
| SUS301 | 비자기성(냉간 가공 시 자기성) | 14.8(55% 처리) |
| SUS305 | 비자기 | – |
표 4 다양한 재료의 밀도(실온 기준)
| 재료 과학 | 밀도 (g/cm3) |
| SUS430 | 7.75 |
| SUS304 | 7.93 |
| 알루미늄 | 2.70 |
| Iron | 7.87 |
| Cr | 7.19 |
| Ni | 8.9 |
| 실버 | 10.49 |
| 구리 | 8.93 |
| 탄소강 | 7.87 |
| 목재(탄) | 0.70 |
| 유리 | 2.8-6.3 |
| 철근 콘크리트 | 2.4 |
| 셀룰로이드 | 1.35-1.60 |
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