1-7. 스테인레스 강관의 재질종류와 이음방법에 대하여 설명하시오.

(1) 스테인레스 강관의 재질 종류

스테인레스 강관은 주성분인 철(Fe)에 크롬(Cr)을 10.5% 이상 함유시켜 녹이 슬지 않도록 만든 강관입니다. 내식성, 내열성, 강도 등이 우수하여 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 스테인레스 강관의 재질 종류는 화학 성분과 조직에 따라 다양하게 분류될 수 있지만, 주요 계열과 대표적인 종류는 다음과 같습니다.

1. 오스테나이트계 (300계)

• 특징: 높은 크롬(Cr)과 니켈(Ni) 함량으로 우수한 내식성, 용접성, 가공성을 가집니다. 비자성체이며, 저온 강도가 높습니다.
• 대표 종류:
  • SUS304: 가장 널리 사용되는 범용 스테인레스강으로, 뛰어난 내식성과 가공성을 자랑합니다. 일반 배관, 식품 설비, 화학 설비 등에 사용됩니다.
  • SUS304L: SUS304보다 탄소 함량을 낮춰 용접 후 입계 부식을 방지하여 내식성을 향상시킨 강종입니다. 화학 설비, 제지 설비 등에 사용됩니다.
  • SUS316: 몰리브덴(Mo)을 첨가하여 염소 이온에 대한 내식성(공식 저항성)을 향상시킨 강종입니다. 해수 설비, 화학 설비 등에 사용됩니다.
  • SUS316L: SUS316보다 탄소 함량을 낮춰 용접 후 입계 부식을 방지하고 내식성을 더욱 향상시킨 강종입니다. 정밀 화학 설비 등에 사용됩니다.
  • SUS309S / SUS310S: 높은 크롬과 니켈 함량으로 내열성이 우수하여 고온 설비에 사용됩니다.

2. 페라이트계 (400계)

• 특징: 크롬 함량이 높고 탄소 함량이 낮습니다. 자성체이며, 오스테나이트계보다 강도는 높지만 내식성 및 용접성은 떨어집니다.
• 대표 종류:
  • SUS430: 기본적인 페라이트계 스테인레스강으로, 비교적 저렴하며 일반적인 내식성을 가집니다. 가전제품, 건축 내외장재 등에 사용됩니다.
  • SUS409L / SUS430J1L / SUS444: 내식성 및 성형성을 향상시킨 강종으로, 자동차 배기 계통 등에 사용됩니다.

3. 마르텐사이트계 (400계)

• 특징: 높은 탄소 함량과 크롬을 함유하며, 열처리를 통해 높은 경도와 강도를 얻을 수 있습니다. 자성체이며, 내식성은 다른 계열에 비해 떨어집니다.
• 대표 종류:
  • SUS410 / SUS420: 주로 칼날, 기계 부품 등에 사용됩니다. 내식성 향상을 위해 표면 처리가 필요할 수 있습니다.

4. 듀플렉스계 (오스테나이트 + 페라이트)

• 특징: 오스테나이트 조직과 페라이트 조직을 함께 가지는 강종으로, 높은 강도와 우수한 내식성을 동시에 나타냅니다.
• 대표 종류:
  • SUS329LD / SUS32205 / SUS32750: 해양 설비, 화학 설비 등 고강도와 고내식성이 요구되는 분야에 사용됩니다.

5. 석출경화계 (600계)

• 특징: 열처리를 통해 강도를 크게 높일 수 있는 강종입니다. 높은 강도와 적절한 내식성을 가집니다.
• 대표 종류:
  • SUS630 (17-4PH): 높은 강도와 비교적 우수한 내식성을 가지며, 항공기 부품, 밸브 등에 사용됩니다.

배관용 스테인레스 강관 규격:

• KS D 3576: 배관용 스테인리스 강관 (외경 치수가 탄소강관과 동일)
• KS D 3595: 일반 배관용 스테인레스 강관 (주로 압착 이음 방식에 사용)

(2) 스테인레스 강관의 이음 방법

스테인레스 강관의 이음 방법은 시공 환경, 유체의 종류 및 압력, 경제성 등을 고려하여 선택됩니다. 주요 이음 방법은 다음과 같습니다.

1. 용접 이음 (Welding)

• 특징: 가장 일반적이고 견고한 이음 방법으로, 고온으로 관의 끝부분을 녹여 접합합니다. 높은 압력 및 고온 환경에 적합하며, 누설 위험이 적습니다.
• 종류:
  • TIG 용접 (GTAW): 고품질의 용접 결과를 얻을 수 있어 정밀한 배관에 주로 사용됩니다.
  • 피복 아크 용접 (SMAW): 비교적 간편하고 다양한 환경에서 적용 가능합니다.
  • 자동 용접: 대량 시공 시 효율성을 높일 수 있습니다.
• 주의사항: 용접 시 열 영향부의 부식 방지, 용접 기술자의 숙련도, 용접 후 처리(산세척, 패시베이션 등)가 중요합니다.

2. 나사 이음 (Threaded Joint)

• 특징: 관의 끝부분에 나사를 가공하여 나사 이음쇠를 사용하여 연결하는 방식입니다. 시공이 비교적 간편하고 분해가 용이하지만, 고압이나 큰 구경의 배관에는 부적합합니다.
• 사용 범위: 주로 소구경 배관에 사용됩니다.
• 주의사항: 나사산의 정확한 가공, 누설 방지를 위한 실링재(테프론 테이프, 액체 실런트 등) 사용이 중요합니다.

3. 플랜지 이음 (Flanged Joint)

• 특징: 관 끝에 플랜지를 용접 또는 나사로 연결하고, 플랜지 사이에 개스킷을 넣어 볼트로 체결하는 방식입니다. 대구경 배관이나 잦은 분해 조립이 필요한 곳에 적합합니다.
• 사용 범위: 중대구경 배관, 밸브 및 기기 연결 부위 등에 사용됩니다.
• 주의사항: 플랜지 규격, 볼트 체결 토크, 개스킷 선정 등이 중요합니다.

4. 압착 이음 (Press Fitting)

• 특징: 전용 압착 공구를 사용하여 관과 이음쇠를 압착하여 연결하는 방식입니다. 용접이나 나사 가공 없이 간편하고 빠르게 시공할 수 있으며, 화재 위험이 없어 안전합니다.
• 사용 범위: 급수, 급탕, 냉난방 배관 등 다양한 용도로 사용이 증가하고 있습니다. 특히 KSD 3595 규격의 일반 배관용 스테인레스 강관에 주로 사용됩니다.
• 종류: 이중 링 압착 방식, 롤-푸시 방식, 푸시-인 방식 등 다양한 방식이 있습니다.

5. 삽입식 조인트 (Push-in Joint)

• 특징: 관 끝을 이음쇠에 단순히 삽입하여 연결하는 방식으로, 매우 간편하고 신속하게 시공할 수 있습니다. 주로 저압 배관에 사용됩니다.
• 사용 범위: 소구경의 급수, 배수 배관 등에 제한적으로 사용됩니다.

6. 그루브 조인트 (Grooved Joint)

• 특징: 관 끝부분에 그루브(홈)를 만들고, 그루브 조인트 이음쇠와 고무링을 사용하여 볼트로 체결하는 방식입니다. 진동이나 충격에 강하며, 시공 속도가 빠릅니다.
• 사용 범위: 소방 배관, 일반 산업 배관 등에 사용됩니다.

스테인레스 강관의 이음 방법을 선택할 때는 배관 시스템의 요구 조건과 경제성을 종합적으로 고려해야 합니다. 각 이음 방법은 고유한 장단점을 가지고 있으므로, 적절한 방법을 선택하는 것이 중요합니다.