1. 304 스테인리스 가공 후 나타나는 표면 결함
304 스테인리스는 내식성과 강도가 우수하지만, 가공 과정에서 다양한 표면 결함이 발생할 수 있다. 대표적인 문제로는 스크래치(Scratch), 피트 부식(Pitting Corrosion), 균열(Cracking), 오염(Staining), 산화 스케일(Oxide Scale)이 있다. 이러한 결함은 가공 조건, 절삭 공구의 상태, 냉각 방식, 연마 방법 등에 따라 발생하며, 사전 예방과 적절한 후처리가 필요하다.
스크래치는 기계적 가공이나 운반 중 금속 표면이 손상되면서 발생하는데, 이는 연마재의 선택, 가공 압력 조절, 보호 필름 사용 등을 통해 예방할 수 있다. 피트 부식은 염소 이온(Chloride Ion) 등 부식성 환경에서 미세한 구멍 형태로 발생하는 부식이며, 표면이 균일하지 않거나 잔류 오염물이 남아 있을 경우 발생 위험이 높아진다. 이를 방지하기 위해 산세척(Pickling)과 전해연마(Electropolishing) 처리를 실시하여 표면 불순물을 제거하고 내식성을 향상시키는 것이 중요하다.
2. 용접 불량과 내부 구조 문제
용접(Welding) 후 발생하는 불량은 스테인리스 구조물의 기계적 강도와 내식성에 직접적인 영향을 미친다. 주요 용접 불량 유형으로는 용접 균열(Weld Cracking), 기공(Porosity), 용입 부족(Lack of Fusion), 용접 산화(Heat Tint) 등이 있다.
용접 균열은 고온에서 급격한 냉각이 이루어질 때 잔류 응력이 집중되면서 발생하며, 이를 방지하기 위해 예열(Preheating)과 후열처리(Post Weld Heat Treatment, PWHT)를 수행해야 한다. 기공은 용접 중 보호가스가 충분하지 않거나 오염된 재료를 사용할 경우 발생하며, 용접 전에 충분한 세정을 수행하고, 용접 보호가스를 적절히 조절하여 방지할 수 있다. 용입 부족은 용접 열원이 충분히 침투하지 못하여 접합부가 약해지는 문제로, 이를 해결하기 위해서는 용접 전류, 속도, 이음부 설계를 최적화해야 한다.
용접 후 산화는 용접부의 내식성을 저하시키는 원인이 되며, 이를 제거하기 위해 스테인리스 전용 산세척액을 활용하거나, 전해연마를 실시하여 표면을 재정리하는 것이 필요하다. 특히, 의료기기나 식품 가공 장비 등 청결도가 중요한 산업에서는 용접 후 처리 과정을 철저히 수행해야 한다.
3. 절삭 및 연마 공정에서 발생하는 불량
절삭(Cutting) 및 연마(Grinding) 과정에서 가장 흔히 발생하는 문제는 버(Burr), 표면 거칠기(Roughness), 연삭 변형(Grinding Burn)이다.
버는 절삭 공정에서 절삭날이 완전히 금속을 제거하지 못하고 남은 작은 돌출 부분으로, 후속 공정에서 문제를 유발할 수 있다. 이를 제거하기 위해서는 디버링(Deburring) 공정을 추가하고, 적절한 절삭 공구를 선택해야 한다. 표면 거칠기는 가공 공정에서 사용된 연마 입자의 크기와 연삭 조건에 따라 달라지며, 지나치게 거친 표면은 부식 위험을 증가시킨다. 이를 방지하기 위해서는 다단계 연마를 수행하고, 연마 속도를 조정해야 한다.
연삭 변형은 연마 과정에서 발생하는 열로 인해 금속 조직이 변형되는 현상으로, 스테인리스 표면의 강도 저하와 균열의 원인이 된다. 이를 방지하기 위해 냉각수를 충분히 공급하고, 적절한 연마 속도를 유지하며, 초정밀 연삭 공법(Superfinishing)을 적용하는 것이 필요하다.
4. 부식 및 산화 문제와 해결 방법
304 스테인리스는 내식성이 뛰어나지만, 특정 환경에서는 부식이 발생할 수 있다. 주요 부식 유형으로는 응력 부식 균열(Stress Corrosion Cracking, SCC), 입계 부식(Intergranular Corrosion), 크레비스 부식(Crevice Corrosion), 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)이 있다.
응력 부식 균열은 염소 이온이 존재하는 환경에서 인장 응력이 작용할 때 발생하며, 이를 방지하기 위해 응력 제거 어닐링(Stress Relief Annealing)을 수행하거나, 내식성이 강화된 스테인리스 합금을 사용하는 것이 효과적이다. 입계 부식은 용접 후 과도한 열이 가해지면서 크롬이 카바이드로 석출되어 생기는 부식으로, 저탄소 스테인리스(304L)를 사용하거나 용접 후 솔루션 어닐링(Solution Annealing)을 수행하여 해결할 수 있다.
크레비스 부식은 볼트 체결부, 용접 틈새 등에서 산소 농도가 낮아지면서 국부적인 부식이 발생하는 현상이며, 이를 예방하기 위해 조립 시 틈새를 최소화하고, 방청 오일을 도포하거나 주기적인 세정을 수행해야 한다. 갈바닉 부식은 이종 금속 간 전위차로 인해 발생하는 부식으로, 전기 절연 패드(Insulation Pad) 또는 도금(Coating) 처리를 통해 방지할 수 있다.
304 스테인리스의 내구성을 유지하고 가공 후 품질을 향상시키기 위해서는 이러한 부식 및 표면 불량 문제를 사전에 방지하고, 적절한 후처리를 수행하는 것이 필수적이다. 특히, 산업별 요구 조건을 고려하여 최적의 표면 처리 방식을 적용하면 제품 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감할 수 있다.