이 글의 목적은 국내 현장에서 널리 쓰이는 STS304와 304L의 차이를 성분, 기계적 성질, 용접·내식성, 적용환경 기준으로 체계적으로 정리하여 설계·구매·제작·검수 단계에서 즉시 활용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 명칭과 등가 규격 이해
STS304는 한국·JIS 체계에서 사용하는 대표적인 오스테나이트계 스테인리스강 표기이며, 국제적으로는 AISI 304 또는 UNS S30400으로 대응한다. 304L은 Low Carbon을 뜻하며 UNS S30403에 대응한다. 두 강종 모두 18% 크롬과 8% 니켈을 중심으로 하는 18-8계 합금이며, 304L은 탄소 함량을 낮춰 용접부 감염석출을 억제한 변형강종이다.
2. 화학성분 비교
304와 304L의 본질적 차이는 탄소 함량 상한치에 있다. 탄소는 오스테나이트계에서 탄화물 석출과 입계부식 민감화에 직접적인 영향을 주므로 설계 의도가 용접부 내식성인지 고온·고하중 강도인지에 따라 선택 기준이 달라진다.
| 원소 | STS304(전형적) | 304L(전형적) | 기능적 의미 |
|---|---|---|---|
| C | ≤ 0.08% | ≤ 0.03% | 탄화물 석출·민감화 억제에 영향이 크다. |
| Cr | 18.0~20.0% | 18.0~20.0% | 부동태 피막 형성으로 전반적 내식성을 부여한다. |
| Ni | 8.0~10.5% | 8.0~12.0% | 오스테나이트 안정화와 인성·내식성 향상에 기여한다. |
| Mn | ≤ 2.0% | ≤ 2.0% | 탈산·가공성에 보조적으로 작용한다. |
| Si | ≤ 1.0% | ≤ 1.0% | 탈산·고온산화 저항성에 기여한다. |
| P | ≤ 0.045% | ≤ 0.045% | 과다 시 취성 유발 우려가 있다. |
| S | ≤ 0.03% | ≤ 0.03% | 기계가공성 향상이나 과다 시 취성 우려가 있다. |
| N | ≤ 0.10% 내외(규격별) | ≤ 0.10% 내외(규격별) | 강도·내식성 보완에 기여한다. |
요약하면 304L은 탄소 상한을 0.03%로 낮춰 용접 후 민감화를 억제하도록 설계한 강종이다.
3. 기계적 성질 비교
오스테나이트계의 상변태 특성상 냉간가공에 따라 강도가 빠르게 증가하며, 어닐링 상태에서는 304가 304L보다 소폭 높은 항복강도를 보이는 경향이 있다. 다만 대부분의 설비·배관에서는 어닐링 상태 또는 소성가공 후 응력제거 열처리 조건으로 사용하므로 표준 최소값 기준으로 관리하는 것이 합리적이다.
| 항목 | STS304(어닐링 기준) | 304L(어닐링 기준) | 비고 |
|---|---|---|---|
| 항복강도 Rp0.2 | 약 ≥ 205 MPa | 약 ≥ 170 MPa | 규격·제품형태에 따라 공칭값 차이가 있다. |
| 인장강도 | 약 ≥ 515 MPa | 약 ≥ 485 MPa | 두 강종 모두 냉간가공 시 크게 상승한다. |
| 연신율 | ≥ 40% | ≥ 40% | 판·관·봉 규격에 따라 최소치가 다소 상이하다. |
| 밀도 | 약 7.93 g/cm³ | 약 7.93 g/cm³ | 조성차에 따른 밀도 차이는 미미하다. |
| 비자성 | 어닐링 상태 비자성 | 어닐링 상태 비자성 | 냉간가공 후 약자성화가 발생할 수 있다. |
기계적 성질만 보면 304가 약간 유리하나, 용접부 내식성이 핵심이면 304L의 공정상 이점이 더 크다.
4. 용접성과 민감화 관리
오스테나이트계 18-8강은 450~850°C 범위에서 Cr 탄화물 석출에 의해 입계부식 민감화가 발생하기 쉽다. 304L은 낮은 탄소 함량으로 이 현상을 억제하여 용접부 HAZ의 내식성을 유지하기 유리하다. 특히 두꺼운 판재, 다층 용접, 배관 루트패스 이후 열입력이 누적되는 공정에서는 304L의 선택이 문제 예방에 효과적이다.
- 대표 용접재 추천: 308L 또는 308LSi를 사용한다.
- 열입력 관리: 저열입력·인터패스 온도 관리로 석출 위험을 낮춘다.
- 후처리: 가능하면 용접 후 용액처리(solution annealing) 및 산세·패시베이션을 수행한다.
- PWHT 고려: 일반적으로 오스테나이트계는 PWHT가 필요하지 않으나, 고응력·고부식 환경에서는 용액처리와 표면 피막 복원이 유리하다.
요약하면 다층 용접과 후열 축적이 있는 구조물·탱크·배관에서는 304L이 관리가 수월하다.
5. 내식성 차이와 적용 환경
일반 대기·수처리·식품공정수 환경에서 304와 304L의 전반적 균일부식 저항성은 유사하다. 차이는 용접부 입계부식 저항성에서 발생한다. 염화물이 많은 환경에서는 두 강종 모두 국부부식 위험이 있고, 이 경우에는 316/316L 등 Mo 합금강이 적합하다.
| 환경 | 304 적합성 | 304L 적합성 | 설계 메모 |
|---|---|---|---|
| 일반 실내 대기 | 양호 | 양호 | 표면 오염물 제거·청결 유지가 중요하다. |
| 청정수·상수 | 양호 | 양호 | Cl⁻가 낮으면 문제 가능성이 낮다. |
| 용접부가 많은 탱크·배관 | 보통 | 우수 | 민감화·입계부식 예방에 304L이 유리하다. |
| 염화물 함유 공정수 | 제한 | 제한 | 316/316L 또는 듀플렉스 검토가 필요하다. |
| 해풍·해수 분무 | 부적합 | 부적합 | Mo 함량이 높은 강종이 요구된다. |
6. 온도 범위별 거동
저온에서 오스테나이트계는 페라이트계 대비 인성이 우수하므로 저온 취성 문제가 상대적으로 적다. 고온에서는 304가 304L보다 크리프 강도 측면에서 유리한 경향이 있다. 따라서 장시간 고온 사용에는 탄소가 더 높은 304 또는 304H를 검토하는 것이 일반적이다. 반대로 상온 중심 공정에서 용접부 내식성이 중요하면 304L이 합리적이다.
7. 가공성, 표면, 청결관리
오스테나이트계는 가공경화가 크므로 성형·절곡 시 스프링백과 공구마모를 감안해야 한다. 절삭에서는 저절삭속도·충분한 절삭유·적정 공구 재질 선택이 필요하다. 표면은 BA, 2B, No.4, HL 등 목적에 맞춰 선택하며, 표면오염·철분부착은 피팅과 볼트 접촉 과정에서 쉽게 발생하므로 절연패드·청결관리 절차를 적용해야 한다.
8. 제품형태와 대표 규격
판재, 코일, 관, 봉, 선, 단조품 등 거의 모든 형태로 공급된다. 판재·코일은 압연 상태에 따라 기계적 성질과 표면이 달라지며, 배관은 용접관과 심리스관으로 구분된다. 품질보증서(MTC)에는 화학성분, 기계적 성질, 열처리 상태, 치수·공차, NDT 결과가 명시되어야 한다.
9. 선택 기준 요약: 304 vs 304L
- 용접이 많고 산세·패시베이션을 충분히 수행하기 어려운 공정: 304L을 우선 고려한다.
- 하중·온도가 상대적으로 높고 장시간 운전이며 용접부 부식위험이 낮은 공정: 304 또는 304H를 고려한다.
- 염화물·해수·살균제(차아염소산 등) 접촉 가능성: 304/304L 모두 위험이 있으므로 316/316L 또는 다른 합금으로 상향한다.
- 비자성 요구와 폴리싱 외관 품질 요구: 두 강종 모두 적합하나 냉간가공 후 약자성화를 관리한다.
10. 현장 적용 체크리스트
| 항목 | 304 선택 기준 | 304L 선택 기준 | 확인 방법 |
|---|---|---|---|
| 용접부 내식성 | 용액처리 가능하고 열입력 관리가 확실한 경우 | 용접부가 많거나 후처리 여건이 제한된 경우 | WPS·PQR, 산세·패시베이션 절차서 확인 |
| 설계 온도 | 상대적 고온·장시간 운전 | 상온 중심 운전 | 프로세스 데이터시트 검토 |
| 환경 염화물 | 낮음 | 낮음 | 수질·부식성 평가서 확인 |
| 기계적 요구 | 항복강도 여유가 필요한 경우 | 용접부 내식성이 우선인 경우 | 응력계산서·두께 산정서 확인 |
| 공급망 | 일반 재고 용이 | 일반 재고 용이 | MTC·표면상태·치수 공차 확인 |
11. 두께 산정과 재질 선택의 연계
배관·탱크 두께 산정은 설계압력·온도·부식여유를 기반으로 계산하며, 계산 결과가 재질의 허용응력과 직접 연동된다. 동일 조건에서 304L은 최소 항복강도가 낮아 두께가 다소 증가할 수 있으나, 실제 설비에서는 표준치수 체계와 제작 공차, 안정성 계수로 인해 차이가 미미한 경우가 많다. 용접부 내식성으로 인한 유지보수 비용 절감이 기대되면 304L이 총소유비용 관점에서 유리하다.
12. 용접 후 처리와 표면 복원
용접부 스케일·열변색은 국부적 크롬 고갈을 유발할 수 있으므로 산세 후 충분한 수세와 건조를 수행해야 한다. 패시베이션은 질산·구연산계 공정을 적용하며, 내부 배관의 경우 종료 후 잔류약품 제거가 중요하다. 샌딩·그라인딩으로 거친 표면을 만들면 국부부식 위험이 증가하므로 320번 이상 연마와 균일 표면 유지가 바람직하다.
13. 청정·위생 설비에서의 차이
식품·제약·바이오 공정에서는 용접부의 미세 균열·입계부식이 미생물 부착과 CIP 세정 불량을 유발할 수 있다. 이 경우 304L 선택, 오비탈 용접, 풀 페네트레이션, 내면 비드 제거·전해연마, 최종 패시베이션 패키지를 일괄 적용하는 것이 권장된다.
14. 흔한 오해 정리
- “304L은 304보다 항상 내식성이 우수하다”는 단정은 오류이다. 일반 균일부식은 유사하고, 차이는 주로 용접부에서 나타난다.
- “304L은 기계적 성질이 너무 낮아 구조용으로 부적합하다”는 일반화도 부정확하다. 대부분의 공정압력·온도에서 설계 허용응력 내에 충분히 들어온다.
- “자성 검사는 304/304L 판별에 유효하다”는 오해가 있다. 냉간가공 이력에 따라 약자성화가 나타날 수 있으므로 재질 판별에는 화학성분 분석이 필요하다.
15. 품질보증서(MTC)와 입고검사 포인트
- 재질 표기와 등가 규격 일치 여부를 확인한다.
- 화학성분에서 C 함량 상한을 확인하여 304L 여부를 확정한다.
- 기계적 성질 최소값 충족 여부와 열처리 상태를 확인한다.
- 표면등급, 두께·외경·길이 공차, 열번호·코일번호 추적성을 확인한다.
- 필요 시 PMI(휴대형 분석기)로 Cr·Ni·Mo·Mn·Si와 C 간접지표를 교차 검증한다.
16. 유지보수와 수명 예측
부식은 대체로 국부 결함에서 시작하므로 용접부·연마흔·금속이종접촉 지점을 중점 점검해야 한다. 세정제의 염소계 성분과 고온 접촉은 피하고, 살균 공정에서는 농도·온도·접촉시간 관리가 필요하다. 표면 오염과 철분 비산의 제거를 위한 정기적 세정·재패시베이션 계획을 수립하면 수명 예측의 변동성을 줄일 수 있다.
17. 사례별 적용 가이드
- 실내용 공조기 드레인팬·덕트: 304 또는 304L 모두 적용 가능하나 용접부가 많은 구조면 304L이 관리가 쉽다.
- 소형 배관 스풀 제작 다량 현장: 오비탈 용접을 병행하는 304L이 재작업률 저감에 유리하다.
- 세척·살균이 빈번한 식품 배관: 304L과 고품질 용접·전해연마·패시베이션 패키지 적용이 적합하다.
- 보일러 연도·고온 덕트: 장시간 고온이면 304 또는 304H를 우선 검토한다.
- 해안가 외장 패널: 304/304L보다 316/316L 또는 듀플렉스·특수합금이 적합하다.
18. 요약 결론
304와 304L의 핵심 차이는 탄소 함량이며, 이는 용접부 민감화·입계부식 저항성에 직접 연결된다. 용접이 많은 설계·제작 조건이나 후처리가 제한된 프로젝트에서는 304L이 실무적 이점을 제공한다. 반대로 상대적 고온·고하중 환경에서는 304 또는 304H가 강도 측면에서 유리할 수 있다. 환경 염화물 수준이 높거나 해수 영향이 있는 경우에는 합금 체계를 상향하는 것이 정답이다. 설계·구매·제작·검수 전 과정에서 공정 조건, 용접 절차, 표면 복원, 세정·패시베이션을 통합적으로 관리하면 두 강종 모두 목표 수명과 위생·내식 요구를 충족할 수 있다.
FAQ
304를 선택했는데 용접부 입계부식이 우려될 때 대안은 무엇인가?
저열입력 용접과 인터패스 온도 관리, 용접 후 용액처리와 산세·패시베이션을 적용하면 위험을 낮출 수 있다. 새 제작품이라면 304L로 전환하는 것이 공정상 더 간단하다.
염소계 세정제를 사용해도 되는가?
염화물이 농도·온도·시간이 결합되면 304/304L 모두 국부부식 위험이 증가한다. 대체 세정제를 사용하거나 희석·접촉시간·온도를 엄격히 관리해야 한다.
자성 테스트로 304와 304L을 구별할 수 있는가?
구별이 불가능하다. 냉간가공 이력에 따라 두 강종 모두 약자성을 띨 수 있다. 화학성분 분석과 MTC 확인이 필요하다.
배관 두께 산정에서 304L 선택 시 두께가 늘어나는가?
항복강도 최소값 차이로 계산상 두께가 소폭 증가할 수 있으나, 실제 적용에서는 표준 두께 체계와 제작 공차로 인해 동일 두께를 채택하는 사례가 많다.
식품설비에서 304와 304L 중 무엇이 표준인가?
용접부 위생성 확보가 핵심이므로 304L이 일반적으로 선호된다. 다만 공정수의 염화물 농도가 높다면 316L을 검토해야 한다.