스테인리스 볼트에 자석이 붙습니다. 불량인가요?

결론부터 말씀드리면 자석이 붙는다는 것만으로는 불량이라고 할 수 없습니다. 냉간가공한 STS304에서 흔히 나타나는 재료 특성이고, ISO 3506-1에는 자성에 대한 합부 기준이 없습니다.

왜 자성이 생기는가

STS304는 크롬 18% + 니켈 8%의 오스테나이트계 스테인리스로, 고용화 열처리한 상태에서는 일반적으로 자성이 매우 약합니다. 신선가공을 거친 선재는 이 단계에서 이미 약한 자성을 띨 수 있습니다.

그런데 볼트를 만들려면 냉간가공을 거쳐야 합니다.

1. 단조 — 펀치와 다이로 머리를 성형
2. 전조 — 다이스 사이에서 나사산을 소성변형으로 성형

이 과정에서 오스테나이트 조직의 일부가 가공유기 마르텐사이트 (Deformation-induced Martensite, 변형유기 마르텐사이트라고도 합니다)로 변태합니다. 마르텐사이트는 강자성이므로, 가공량이 많은 부위(머리 밑, 나사산)에서 자성이 더 뚜렷해질 수 있습니다.

A2-70, A2-80 같은 고강도품은 가공경화를 많이 시키므로 자성이 더 뚜렷한 경우가 많습니다. 다만 자성이 강하다고 가공이 잘 됐다는 뜻은 아닙니다. 오스테나이트가 안정한 소재는 충분히 냉간가공해 강도구분을 만족해도 자성이 약할 수 있습니다. 냉간가공 후 나타나는 자성은 정상적인 재료 특성일 수 있지만, 자성 유무만으로 가공 품질이나 합격 여부를 판단할 수는 없습니다.

"지난번 납품분은 안 붙었는데 이번엔 붙습니다"

같은 STS304라도 로트에 따라 자성의 세기가 다를 수 있습니다. 니켈 함량이 허용범위(8~10.5%) 안에서 낮은 쪽인 소재는 마르텐사이트 변태가 더 쉽게 일어나고, 다른 합금 원소, 선재의 열처리·신선 이력, 단조·전조의 실제 가공량도 자성에 영향을 줍니다.

그래서 납품 로트 사이의 자성 차이가 반드시 소재가 바뀌었다는 뜻은 아닙니다. 재질이 맞는지는 자석이 아니라 소재 성적서와, 필요하면 성분 분석으로 확인하십시오.

내식성은 떨어지지 않는가

내식성의 바탕은 크롬 산화막(부동태 피막)이고, 냉간가공은 Cr·Ni 화학성분을 바꾸지 않습니다. 그래서 자성이 생겼다는 사실만으로 내식성 불량이라고 판단할 수는 없습니다.

다만 냉간가공에 따른 조직 변화와 잔류응력, 표면 상태는 염화물 같은 특정 부식 환경에서 공식·틈새 부식 같은 국부 내식성에 영향을 줄 수 있습니다. 내식성은 강종만이 아니라 표면 상태와 실제 사용 환경을 함께 보고 판단해야 합니다. 부식 환경이 까다롭다면 견적 단계에서 강종(A4 등)과 표면 처리 조건을 함께 정하십시오.

규격은 뭐라고 하는가

ISO 3506-1이 규정하는 스테인리스 체결부품의 요구사항은 화학성분, 인장강도, 0.2% 내력, 연신(작은 나사는 파단 토크)입니다. 자성에 대한 합부 기준은 없습니다. 규격은 오스테나이트계를 '자성이 보통 낮거나 없는' 강종으로 정의할 뿐이고, 냉간가공으로 자성이 생기는 것은 잘 알려진 성질입니다.

따라서 ISO 3506-1만을 기준으로 하면 자성 자체는 합부 판정 항목이 아닙니다. 다만 고객이 도면이나 계약에 별도의 자성 기준을 정했다면 그 기준을 따릅니다.

자성을 숫자로 관리하려면 — 상대투자율

"자석이 붙는다·안 붙는다"는 자석의 세기와 부품 크기에 따라 결과가 달라지는 정성적인 확인입니다. 정밀 계측기나 의료·반도체 장비처럼 자성이 중요한 경우에는 상대투자율(μ_r)로 관리하기도 합니다. μ_r이 1에 가까울수록 자기장에 거의 반응하지 않습니다.

이때 중요한 것은 허용 최대 상대투자율과 측정 방법을 미리 합의하는 것입니다. 약자성 재료의 투자율 측정 방법으로는 ASTM A342/A342M 등이 있습니다. 다만 시험 방법과 제품 형상, 측정 위치에 따라 결과가 달라질 수 있고, 시험편 크기·형상 제약 때문에 작은 완제품보다 성형 전 소재에 적용하기 쉬운 경우도 있습니다. 완제품의 자성 보증이 필요하다면 측정 조건과 적용할 시험 방법을 미리 협의하십시오.