스테인리스(SUS) 가공

물이 닿거나 위생이 중요한 부품이라면 설계 초반부터 스테인리스강이 먼저 떠오릅니다. 철(Fe)에 크롬(Cr)을 10.5% 이상 첨가한 합금강으로, 크롬이 산소와 반응해 표면에 수 나노미터 두께의 산화크롬 부동태 피막을 만듭니다. 이 피막은 긁히거나 손상돼도 산소만 있으면 스스로 재생되기 때문에, 일반 탄소강처럼 붉은 녹이 진행되지 않습니다.

니켈(Ni)·몰리브덴(Mo)·망간(Mn) 등 추가 원소의 배합에 따라 금속 조직과 성질이 달라지며, 이 조직 차이가 강종 분류(오스테나이트·페라이트·마르텐사이트·듀플렉스·석출경화)의 기준이 됩니다. 같은 '스테인리스'라도 강종에 따라 내식성·강도·자성·가공성·가격이 크게 다르므로, 부품의 사용 환경에 맞는 강종 선택이 설계의 첫 단계입니다.

스테인리스는 금속 조직에 따라 5개 계열로 나뉩니다. 계열이 같으면 자성·열처리 거동·가공 특성이 비슷하므로, 강종 번호를 외우기보다 계열의 성격부터 이해해 두면 선택이 쉬워집니다. 계열별 대표 강종과 특징은 아래 표와 같습니다.

실무에서 쓰는 강종의 대부분은 SUS304·SUS316·SUS303 세 가지 안에서 결정됩니다. 바로발주에 접수되는 스테인리스 도면도 대부분 이 범위 안에 있습니다. 기본은 범용 SUS304이고, 바닷물·염화물·약품 환경이라면 몰리브덴을 첨가한 SUS316을, 선반·자동반 절삭 위주의 양산 부품이라면 쾌삭 성분(인·황)을 첨가한 SUS303을 씁니다.

SUS303은 절삭성을 위해 인(P) 0.20% 이하·황(S) 0.15% 이상을 의도적으로 첨가한 강종입니다. 그 대가로 내식성과 용접성은 SUS304보다 떨어지기 때문에, 용접 구조물이나 부식 환경에는 웬만하면 쓰지 않습니다. 세 강종의 화학 성분을 아래 표로 비교했습니다.

• SUS430(페라이트계): 니켈이 들어가지 않아 가격이 낮고 자석에 붙습니다. 가전 패널·내장 트림처럼 부식이 심하지 않은 외장재에 쓰입니다.
• SUS440C(마르텐사이트계): 열처리로 높은 경도를 낼 수 있는 강종입니다. 날물·베어링·밸브 시트에 쓰이며, 내식성은 오스테나이트계보다 낮습니다.
• SUS630(석출경화형): '17-4PH'로도 불리는 고강도 강종입니다. 열처리(시효처리)로 강도를 끌어올리면서 내식성도 어느 정도 유지해 축·금형 부품에 쓰입니다.
• SUS301(스프링용 오스테나이트): 냉간압연으로 강도를 높여 쓰는 강종입니다. 판스프링·클립처럼 탄성이 필요한 부품에 쓰입니다.
• SUS201 등 200계(저니켈 오스테나이트): 니켈 일부를 망간·질소로 대체한 저가형입니다. 300계보다 내식성이 낮으므로, 산업 부품이라면 성적서(밀시트)로 강종을 확인한 뒤 쓰는 편이 안전합니다.

강종의 금속 조직이 자성을 결정합니다. 오스테나이트계(SUS304·316 등 300계)는 자석에 붙지 않고, 페라이트계(SUS430)·마르텐사이트계(SUS410·420·440C)는 자석에 붙습니다. '자석에 붙으면 가짜 스테인리스'라는 통념은 사실이 아니며, 계열이 다를 뿐 모두 정상적인 스테인리스입니다.

다만 비자성인 SUS304도 프레스 성형·절곡 같은 냉간가공을 강하게 받으면 조직 일부가 변해 약한 자성이 생길 수 있습니다. 가공 후 제품 모서리에 자석이 약하게 붙는 것은 불량이 아니라 오스테나이트계의 일반적인 현상입니다.

스테인리스가 까다로운 이유는 세 가지가 겹치기 때문입니다. 오스테나이트계는 절삭 공구가 지나간 자리가 오히려 단단해지는 가공경화 성질이 있어, 같은 자리를 얕게 여러 번 지나가면 표면이 굳어 공구 마모가 급격히 빨라집니다. 열전도율도 낮아서 절삭열이 소재로 흩어지지 못하고 공구 날 끝에 몰리면서 수명을 줄이고, 인성까지 높다 보니 칩이 길게 이어지며 공구에 눌어붙는 용착(built-up edge)까지 잘 생깁니다.

그래서 스테인리스는 알루미늄과 같은 조건으로 가공하면 안 됩니다. 절삭 속도를 낮추고 이송을 확보하는 쪽으로 조건을 다시 잡아야 하고, 전용 코팅 공구와 충분한 절삭유도 뒷받침돼야 합니다. 같은 형상이라도 가공 시간이 길어지는 만큼 가공비도 함께 오르는 구조입니다.

조건이 나쁘면 녹습니다. 대표적인 부식 형태는 네 가지입니다. 염화물 이온이 부동태 피막을 국부적으로 뚫는 공식(pitting), 볼트 체결부·개스킷 틈새처럼 산소가 부족한 곳에서 진행되는 틈새부식(crevice corrosion), 용접 열영향부에서 크롬 탄화물이 석출돼 생기는 입계부식(intergranular corrosion), 인장 응력과 부식 환경이 겹칠 때 생기는 응력부식균열(SCC)입니다.

가공 과정에서 표면에 박힌 철분·공구 잔여물은 녹의 출발점이 됩니다. 이를 질산 등으로 제거하고 부동태 피막을 다시 고르게 형성시키는 처리가 패시베이션(부동태화)입니다. 위생 배관·의료 부품처럼 내식성이 중요한 부품은 가공 후 패시베이션을 함께 지정해야 안전합니다.

스테인리스는 도금 없이 표면 마감 자체가 외관 사양입니다. 압연·열처리 상태로 구분되는 밀 마감(No.1·2B 등)과, 연마 벨트·버프로 만드는 연마 마감(HL·경면 등)으로 나뉩니다. 마감 등급은 외관뿐 아니라 세척성·내식성에도 영향을 줍니다.

가능합니다. 스테인리스 정밀 부품은 아르곤 분위기에서 비드가 깨끗한 TIG 용접이 기본이고, 두껍고 긴 구조물은 능률이 좋은 MIG 용접을 씁니다. 오스테나이트계는 용접성이 좋은 편이지만, 용접열로 입계부식 감수성이 생길 수 있어 내식 환경 부품은 저탄소 강종(SUS316L 등)을 선택하거나 용접 후 처리를 함께 지정합니다.

용접 외에도 리벳·인서트 너트 등 기계 조립을 병행할 수 있습니다. 바로발주에서는 가공과 용접·조립을 한 번의 발주로 묶어 진행할 수 있으며, 조립 구조가 있는 경우 조립도(어셈블리 도면)를 함께 올려 주면 견적이 빨라집니다.

일본(JIS)의 SUS와 한국(KS)의 STS는 같은 강종을 가리키는 다른 접두어입니다. 국내 실무에서는 SUS 표기가 관용적으로 통용되지만, 공식 규격서·시험성적서에는 STS로 기재됩니다. 해외 도면은 미국 UNS 번호나 유럽 EN 번호로 지정되는 경우가 많아 대응표를 알아두면 도면 해석이 빨라집니다.

두 가지 이유가 겹칩니다. 원소재 가격 자체가 니켈·몰리브덴 같은 합금 원소 때문에 탄소강·알루미늄보다 높고, 가공 시간도 가공경화·낮은 열전도율 때문에 더 깁니다. 같은 계열 안에서도 몰리브덴이 첨가된 SUS316은 SUS304보다 원가가 높습니다.

비용을 줄이려면 순서대로 점검하면 됩니다. 먼저 SUS316이 정말 필요한 환경인지 강종부터 다시 보고, 절삭 양산 부품이라면 쾌삭계인 SUS303 전환을 검토합니다. 마지막으로 공차와 표면 사양을 꼭 필요한 부위에만 넣었는지 확인해 보세요. 조건에 따라 다르지만, 이 세 가지 점검이 견적을 낮추는 데 도움이 됩니다.

• 강종 지정: 'SUS'가 아니라 'SUS304'처럼 강종 번호까지 적어 주세요. 지정이 없으면 범용(SUS304) 기준으로 산출됩니다.
• 사용 환경: 옥외·해안·약품·식품 접촉 여부를 요청사항에 적으면 강종·후처리 제안이 정확해집니다.
• 표면 사양: 가공면을 그대로 쓸지, 연마(HL·경면)·전해연마·패시베이션이 필요한지 알려 주세요.
• 자성·위생 등 특수 조건: 비자성 유지, 식품 접촉, 세척 주기 같은 조건은 따로 적어 주세요.
• 용접·조립 여부: 어셈블리 도면을 함께 올리면 용접·조립 포함 견적으로 진행됩니다.