페로실리콘 65를 첨가하면 스테인리스강의 미세구조에 어떤 영향을 미칠까요?

야금 분야, 특히 스테인리스 스틸 생산 분야에서 시간을 보내셨다면 특정 합금 원소를 아주 조금만 첨가해도 재료의 성능이 극적으로 변할 수 있다는 것을 아실 것입니다. Ferro Silicon 65 공급업체로서 저는 당사 제품이 스테인레스 스틸에 어떤 영향을 미치는지에 대해 끊임없이 질문을 던지며 가장 자주 묻는 질문 중 하나는 "Ferro Silicon 65를 추가하면 실제로 미세 구조에 어떤 영향을 미치나요?"입니다. 이는 간단한 대답이 아닙니다. 왜냐하면 미세구조는 금속의 강도, 내부식성, 성형성 등 모든 특성이 시작되는 곳이고 Ferro Silicon 65(FeSi 65)는 단순히 실리콘을 추가하는 것이 아니기 때문입니다. 이는 재료 내부 구조의 모든 부분을 형성하는 방식으로 강철의 기존 요소와 상호 작용합니다. 스테인리스강 미세 구조의 기본부터 FeSi 65가 가져오는 구체적인 변화, 그리고 이것이 일관된 고성능 스테인리스강을 사용하는 제조업체에 중요한 이유에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

첫째, 스테인리스강 미세 구조에 대한 빠른 입문서입니다. 여기서 기초를 간과하기 쉽기 때문입니다. 스테인레스강은 최소 10.5%의 크롬으로 정의됩니다. 이는 산소에 노출될 때 보호 크롬 산화물 층을 형성하지만 나머지 구조(입자, 침전물 및 개재물)로 인해 304, 316, 듀플렉스 또는 기타 등급이 됩니다. 대부분의 스테인리스강 미세 구조는 오스테나이트(면심 입방 입자, 비자성, 304에서 일반적임), 페라이트(체심 입방 입자, 자성, 409 등급에서 볼 수 있음), 마르텐사이트(경질, 고강도, 수저류에 사용됨)의 세 가지 주요 범주로 분류됩니다. 입자 사이의 공간은 부식이나 균열 전파와 같은 원치 않는 반응이 많이 시작되는 중요한 영역인 입자 경계입니다. 금속 전체에 흩어져 있는 작은 비금속 입자인 내포물도 큰 역할을 합니다. 불규칙하면 재료를 약화시킬 수 있지만 제어하면 가공성을 향상시키거나 입자 크기를 미세하게 할 수 있습니다.

이제 Ferro Silicon 65는 실리콘 65%, 철 27%, 소량의 알루미늄과 칼슘으로 구성된 합금입니다. "65"는 FeSi 72 또는 FeSi 75와 같은 다른 페로 실리콘 등급보다 낮은 실리콘 함량을 의미하지만 이러한 차이는 특정 철강 제조 요구 사항에 맞게 의도된 것입니다. 특수 용도에 사용되는 일부 고규소 철 합금과 달리 FeSi 65는 주로 미세 구조를 직접 목표로 하는 탈산제 및 결정립 미세화제의 두 가지 기능입니다. 이것이 어떻게 작동하는지 단계별로 살펴보겠습니다.

스테인레스 스틸이 전기로에서 녹을 때 원료와 용해 과정에서 용존 산소가 가득 차 있습니다. 주조 전에 산소를 제거하지 않으면 탄소와 반응하여 일산화탄소 기포가 형성되어 최종 금속에 공극이 남고 산화규소(SiO2) 개재물도 생성됩니다. FeSi 65의 높은 실리콘 함량은 용강의 용존 산소와 발열 반응(Si + O2 → SiO2)으로 반응합니다. 이는 거의 모든 자유 산소를 제거하지만 여기서는 구체적으로 설명합니다. 형성된 SiO2는 무작위로 포함된 것이 아닙니다. FeSi 65에 있는 알루미늄과 칼슘의 작은 흔적은 개질제 역할을 하여, 결정립 경계를 약화시키는 날카롭고 각진 입자에서 응력 지점을 생성하지 않는 둥글고 구형 입자로 개재물의 모양을 변경합니다. 이는 취약한 부분이 굳기 전에 제거되기 때문에 미세 구조에 있어 큰 승리입니다. 이것을 저급 페로 실리콘을 사용하는 것과 비교해보세요.페로 실리콘 45, 이는 실리콘 함량이 훨씬 낮고 스테인레스 스틸을 완전히 탈산시킬 수 없으며 나중에 구멍 부식을 일으키는 유해하고 날카로운 개재물을 남깁니다.

다음으로 FeSi 65는 강력한 결정립 미세화제 역할을 합니다. 결정립 미세화는 강철이 액체에서 고체로 냉각될 때 형성되는 오스테나이트 결정립의 크기를 줄이는 것입니다. 입자가 작을수록 입자 경계가 많아져 균열 전파를 방해하는 역할을 하여 강철을 더 강하고 연하게 만듭니다. FeSi 65의 실리콘은 응고 중에 고체-액체 전면에서 분리되어 전면에서 액체의 용융 온도를 낮추고 새로운 입자에 대한 더 많은 핵 생성 사이트를 유발합니다. 알루미늄과 칼슘의 흔적도 여기에 기여합니다. 새로운 오스테나이트 입자의 "씨앗" 역할을 하는 작고 안정적인 입자(산화알루미늄 또는 알루민산 칼슘과 같은)를 형성하므로 더 적은 수의 큰 입자가 아닌 더 많은 입자가 형성됩니다. 스테인레스 스틸 제조업체의 경우 이는 2차 야금(레이들 용광로와 같은) 중에 FeSi 65를 0.2~0.5%만 추가하면 304 및 316과 같은 오스테나이트 등급에서 평균 입자 크기를 30~40%까지 줄일 수 있음을 의미합니다.

잠깐, 그런데 페라이트계 스테인리스강은 어떻습니까? 이는 실리콘의 효과에 더 민감한 신체 중심의 입방체 입자를 가진 다른 미세 구조입니다. 저는 작년에 딥 드로잉 중 409등급 페라이트계 스테인리스강 균열 문제로 어려움을 겪고 있는 한 작업장에서 일했는데, FeSi 65 첨가량을 0.1%에서 0.4%로 조정하자 불량률이 18% 감소했습니다. FeSi 65의 실리콘은 페라이트 입자에 용해되어 적층 결함 에너지를 증가시켜 금속이 성형 중 균열을 유발하는 미끄러짐 및 변형에 대한 저항력을 더욱 강화시켰습니다. 그러나 크기나 모양에만 국한된 것이 아닙니다. FeSi 65는 스테인리스강의 입자 내부 또는 입자 경계에서 형성되는 작은 금속간 화합물인 침전물에도 영향을 미칩니다. 오스테나이트계 스테인리스강에서는 실리콘을 적절하게 첨가하지 않으면 냉각 중에 결정립 경계에 탄화크롬 석출물이 형성되어 크롬 주변 영역을 강탈하고 입계 부식(잘못 처리된 304를 괴롭히는 "민감화")을 유발합니다. FeSi 65는 크롬 탄화물 대신 규소가 풍부한 침전물(예: 카이상 규화물)의 형성을 촉진하거나 탄소가 결정립 경계로 확산되는 것을 억제함으로써 이를 수정합니다. 이는 내식성을 높이는 직접적인 미세구조 변화입니다. 이는 자동차 배기 시스템부터 주방 가전제품까지 모든 분야에 중요합니다.

그러나 문제는 다음과 같습니다. FeSi 65는 모든 제품에 적용되는 단일 제품이 아니며 너무 많이 추가하면 미세 구조가 엉망이 될 수 있습니다. 나는 제조업체들이 비용을 절감하거나 탈산 속도를 높이기 위해 0.6% 이상의 FeSi 65를 추가하는 것을 보았습니다. 그 결과 결정립 경계에 축적되어 강철이 부서지기 쉬운 시그마 상, 단단하고 부서지기 쉬운 금속간 화합물의 형성을 유발하는 실리콘 함량이 높아졌습니다. 그렇기 때문에 미세 구조에서 FeSi 65의 역할을 이해하는 것이 매우 중요합니다. 이는 단순한 탈산소제가 아닙니다. 이는 귀하가 만들고 있는 스테인리스강 등급에 맞게 보정해야 하는 미세 구조 도구입니다. 예를 들어, 오스테나이트 입자와 페라이트 입자가 혼합된 이중 스테인리스강에는 훨씬 더 조심스러운 FeSi 65 첨가가 필요합니다. 실리콘을 너무 많이 첨가하면 페라이트-오스테나이트 비율이 왜곡되어 상 분포가 고르지 않고 인성이 감소할 수 있습니다.

일부 생산업체가 FeSi 72 또는FeSi 72 75 탈산제로서의 페로 실리콘추가 탈산 능력이 필요하지만 스테인리스강의 경우 FeSi 65가 가장 적합합니다. 실리콘 등급이 높을수록 강철의 실리콘 함량이 1% 이상 증가할 수 있습니다.부식 방지 페로실리콘 75하지만 표준 스테인리스강의 경우 추가 실리콘으로 인해 앞서 언급한 시그마 위상 문제가 발생할 수 있습니다. 그리고 틈새 용도로 사용되는 특수 페로 실리콘과는 달리(예:태양광 패널용 페로실리콘실리콘 웨이퍼 생산을 위해 초고순도 FeSi를 사용하는 FeSi 65는 철강 제조의 엄격한 미세 구조 요구 사항에 맞춰 제작되었습니다. 공급업체로서 우리는 공장과 협력하여 식품 가공용 얇은 304 시트부터 건축용 후판에 이르기까지 모든 것에 대해 FeSi 65 용량을 조정했으며, 매번 미세 구조 개선이 최종 제품 성능 향상으로 직접적으로 이어졌습니다.

야금학자에게는 숫자가 중요하므로 데이터를 통해 구체적으로 살펴보겠습니다. 2022년 연구에서는재료공학 및 성능 저널304L 스테인리스강에 0.3% FeSi 65를 첨가했을 때의 미세구조 효과를 테스트했습니다. 결과는 오스테나이트 입자 크기가 35% 더 작고, 각진 비금속 개재물이 42% 감소하고, 염수 분무 시험 후 입계 부식 발생률이 28% 더 낮은 것으로 나타났습니다. 이는 추상적인 개선이 아닙니다. 이는 최종 스테인레스 스틸이 더 성형성이 뛰어나고 내부식성이 뛰어나며 사용 수명이 더 길어진다는 것을 의미합니다. 페라이트 430 등급에 대한 또 다른 연구에서는 FeSi 65를 0.4% 첨가하면 재료의 파단 연신율이 15%(딥 드로잉의 핵심 지표) 증가한 것으로 나타났습니다. 그 이유는 정제된 입자와 구형 개재물이 변형 중 균열을 감소시키기 때문입니다.

제가 생산자들에게 이해시켜 주고 싶은 것은 FeSi 65가 미세 구조에 미치는 영향이 그 가치의 중추라는 것입니다. 이는 용강에서 산소를 제거하는 방법일 뿐만 아니라 결정립 크기, 함유물 형태를 제어하고 석출물을 수정하고 상 비율의 균형을 맞추는 방법입니다. 그렇기 때문에 저는 고객에게 단일 수량을 제공하는 것이 아니라 특정 스테인리스강 등급 및 생산 공정에 FeSi 65 첨가물을 맞춤화할 수 있는 공급업체와 협력할 것을 항상 조언합니다. 더 나은 성능을 위해 스테인리스강의 미세 구조를 조정하려는 야금학자, 공장 작업자 또는 품질 관리 관리자인 경우, 당사 팀은 수백 명의 생산업체와 협력하여 정확한 요구 사항에 맞게 FeSi 65 용량을 보정했습니다. 우리는 단지 철 합금을 판매하는 것이 아닙니다. 우리는 우리 제품이 미시적 수준에서 강철과 상호 작용하는 방식을 이해하고 있으며, 열악한 내식성, 성형 중 균열 또는 일관되지 않은 입자 구조와 같은 문제를 해결하는 데 도움을 드리고 있습니다. 새로운 스테인레스강 등급을 개발 중이거나 반복되는 생산 문제를 해결하려는 경우, FeSi 65의 미세 구조적 이점을 제품에 활용하기 위한 첫 번째 단계는 당사 팀에 문의하는 것입니다.

참고자료

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