이 글의 목적은 스테인리스강 SUS304와 SUS316의 차이를 성분, 미세조직, 기계적 성질, 내식성, 용도, 가공·용접성, 표면마감, 규격, 비용 관점에서 체계적으로 비교하여 현장 재질선정에 바로 활용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 핵심 요약
- SUS304는 18Cr-8Ni계 오스테나이트 스테인리스로 범용 내식성과 가공성에 강점이 있다.
- SUS316은 Mo(몰리브덴) 2~3%를 추가해 염화물이 있는 환경에서 틈새부식·피팅부식에 더 강하다.
- 일반 대기·실내·식품 설비는 SUS304가 경제적이며, 해수·염수분무·화학약품·제약 공정은 SUS316이 적합하다.
- 두 강종 모두 L등급(304L/316L)을 사용하면 용접 열영향부의 탄화물 석출에 따른 입계부식 위험을 줄일 수 있다.
2. 표준 화학성분 비교
| 항목 | SUS304(typ.) | SUS304L(typ.) | SUS316(typ.) | SUS316L(typ.) |
|---|---|---|---|---|
| Cr | 18.0~20.0% | 18.0~20.0% | 16.0~18.0% | 16.0~18.0% |
| Ni | 8.0~10.5% | 8.0~12.0% | 10.0~14.0% | 10.0~14.0% |
| Mo | — | — | 2.0~3.0% | 2.0~3.0% |
| C | ≤0.08% | ≤0.03% | ≤0.08% | ≤0.03% |
| Mn | ≤2.0% | ≤2.0% | ≤2.0% | ≤2.0% |
| Si | ≤1.0% | ≤1.0% | ≤1.0% | ≤1.0% |
| P, S | 저함량 관리 | 저함량 관리 | 저함량 관리 | 저함량 관리 |
| 미세조직 | 오스테나이트 | 오스테나이트 | 오스테나이트 | 오스테나이트 |
요점은 Mo 유무이다. SUS316의 Mo가 수동피막의 안정성을 높여 염화이온 환경에서의 국부부식 저항을 크게 향상시킨다.
3. 내식성 비교(피팅·틈새·SCC)
- 피팅부식(Pitting)·틈새부식(Crevice): SUS316이 SUS304 대비 유의하게 우수하다.
- 예상 PREN(피팅저항 등가수): PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N이다.
| 강종 | 전형 성분 가정 | 예상 PREN | 의미 |
|---|---|---|---|
| SUS304 | Cr 18, Mo 0, N 0.05 | ≈ 18 + 0 + 0.8 ≈ 18.8 | 일반 대기·담수에 적합하다. |
| SUS316 | Cr 17, Mo 2.2, N 0.05 | ≈ 17 + 7.3 + 0.8 ≈ 25.1 | 염화물 환경에서 우수하다. |
- 염화물 응력부식균열(SCC): 두 강종 모두 고온 고염 환경에서 민감하며, 316이 상대적으로 지연 효과가 있다.
- 입계부식(IGC): 용접부에서 304/316은 탄화물 석출로 민감해질 수 있으며 L등급 사용과 용접 후 열처리·저열입 설계가 유효하다.
4. 기계적 성질·물성 비교
| 항목 | SUS304(소둔) | SUS316(소둔) | 참고 |
|---|---|---|---|
| 항복강도(0.2%YS) | ≈205 MPa | ≈170~205 MPa | 가공경화로 큰 폭 상승한다. |
| 인장강도(UTS) | ≈515 MPa | ≈515 MPa | 두 강종 유사하다. |
| 연신율 | ≈40% | ≈40% | 성형성 양호하다. |
| 밀도 | ≈7.9~8.0 g/cm³ | ≈8.0 g/cm³ | 316이 소폭 높다. |
| 열전도율(100°C) | ≈16 W/m·K | ≈16 W/m·K | 탄소강보다 낮다. |
| 선팽창계수(20~100°C) | ≈17×10⁻⁶/K | ≈16×10⁻⁶/K | 열팽창 고려가 필요하다. |
| 자성 | 비자성(냉간가공 시 약자성) | 비자성(냉간가공 시 약자성) | 오스테나이트 공통 특성이다. |
| 내열산화 | ≈870°C 수준까지 | ≈870~925°C 수준까지 | 질량감소·스케일 관리 필요하다. |
5. 가공·용접성 및 후처리
- 절단·절곡·심가공: 두 강종 모두 성형성이 우수하나, 오스테나이트계 특성상 가공경화가 빠르므로 공구 마모 관리가 중요하다.
- 용접: GTAW/GMAW/SMAW 공정 적합하다. 304/316 모두 L등급 혹은 저탄소 필러(308L, 316L) 사용을 권장한다.
- 입계부식 저감: 저열입, 인터패스 온도 관리, 후처리 패시베이션과 세척을 수행한다.
- 표면 패시베이션: 산세·패시베이션 처리는 용접스케일·열변색 제거와 부동태막 회복에 유효하다.
6. 표면마감과 위생·청정도
| 마감기호 | 명칭 | 특징 | 적용 |
|---|---|---|---|
| No.1 | 열연 스케일 제거 | 거칠고 두꺼움 | 두꺼운 판, 내식·내열 구조 |
| 2B | 냉연 일반 | 표준 평활 | 범용 판재, 식품·건축 내장 |
| BA | 광휘소둔 | 매우 평활 | 제약·반도체 설비 라이너 |
| HL/#4 | 헤어라인/브러시 | 미려한 외관 | 인테리어, 외장 패널 |
| 전해연마 | EP | 초평활·세정성 | 바이오·초순수 배관 내부 |
세정성·박테리아 부착 저감을 중시하는 식품·제약 설비 내부에는 BA·EP 마감이 효과적이다. 이때 316/316L 적용이 세정 케미컬과 반복 살균에 더 유리하다.
7. 적용 환경별 재질선정 가이드
| 환경/매질 | 권장 강종 | 근거 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 실내 대기, 담수, 식음료 설비 | SUS304 | 범용 내식·가공성 우수 | 위생·세정 요구 시 BA/EP 병행 |
| 해변·해상, 염수 분무 | SUS316 | Mo에 의한 피팅·틈새부식 저항 | 노출 구조물은 배수·틈새 최소화 |
| 차아염소산/염소계 세정 반복 | SUS316 | 염화물 국부부식 지연 | 고농도·고온 시 재질 상향 검토 |
| 유기산·약산성 식품 매질 | SUS304 또는 316 | 농도·온도에 따라 결정 | 시험편 노출로 검증 권장 |
| 제약·바이오·초순수 루프 | SUS316L | 용접 HAZ 민감도 저감, 청정성 | δ-페라이트 관리, EP 마감 |
| 도시가스·연료가스 배관(실내) | SUS304 | 일반 부식 부담 적음 | 황화물·염소 혼입 시 주의 |
| 해수 직접 접촉 펌프·밸브 | SUS316 또는 상향 | 304는 피팅 위험 높음 | 더 가혹하면 2205 등 듀플렉스 검토 |
8. 배관·탱크 설계 시 체크포인트
- 용접부: 304/316 모두 저탄소 필러 사용과 공유출 세척·산세·패시베이션이 필수이다.
- 틈새 설계: 가스켓 이음, 클램프, 고정 브래킷 등 틈새·정체부를 최소화한다.
- 배수성: 수직 하향 경사, 드레인 포트로 체류를 방지한다.
- 세정제: 염소계·브롬계 산화제 사용 시 농도·온도를 낮추고 접촉시간을 제한한다.
- 갈바닉 부식: 이종금속 접촉 시 더 귀한 금속(316 등)이 미세면적일수록 위험하므로 절연체·동일재질 사용을 우선한다.
9. 비용·수명·총소유비용(TCO) 관점
- 초기자재비: SUS316이 SUS304보다 일반적으로 높다.
- 운영비: 세정·부식보수·다운타임 비용을 포함해 비교한다.
- TCO 판단: 염화물 노출, 고온 세정, 살균 공정이 있으면 316/316L이 장기적으로 유리한 경우가 많다.
10. 규격·형상·공급
- 판재: JIS G 4304(열간), G 4305(냉간) 범주이다.
- 봉재/형강: JIS G 4303 범주이다.
- 배관·피팅: 배관은 관용 규격과 압력등급에 따라 선택하며, 관 내면 청정도가 중요한 공정은 316L 튜빙과 EP·BA 내면을 사용한다.
11. 현장 의사결정 로드맵
- 매질 정의: 염화물 농도, pH, 온도, 산소, 세정주기를 정량화한다.
- 부식 모드 식별: 피팅, 틈새, SCC, 갈바닉 중 우세 모드를 가정한다.
- 내식성 수준 설정: PREN·사례·시험을 근거로 최소 요구치를 정한다.
- 제작성 고려: 두께, 성형성, 용접성, 후처리 능력을 확인한다.
- TCO 분석: 자재비+운영비+가동률 손실을 합산해 비교한다.
12. 실무 Q 계산 예시: PREN 기반 빠른 판단
조건: 염소계 세정제가 주 3회, 40°C, 잔류 염화물 존재, 틈새 구조가 불가피한 충전탱크이다.
- SUS304 예상 PREN≈19, SUS316 예상 PREN≈25로 가정한다.
- 틈새·염화물 존재 → SUS316 선택이 합리적이다.
- 용접·세정 반복 → 316L로 낮은 C를 적용한다.
- 내면 BA/EP, 산세·패시베이션, 드레인 구조를 포함한다.
13. 사례별 권장 조합
| 설비 | 권장 재질 | 표면 | 용접/후처리 | 주의 |
|---|---|---|---|---|
| 식품 혼합탱크 | 316L | BA 또는 EP | 316L 필러, 산세/패시베이션 | 세정제 염소 농도·온도 관리 |
| 실내 공조 배관 | 304 | 2B | 308L 필러 | 결로·염분 누적 방지 |
| 해변 외장 볼트·레일 | 316 | 2B/HL | 316L 필러 | 틈새 최소화, 세정 주기화 |
| 초순수 루프 | 316L | EP | 저열입, δ-페라이트 관리 | 엔도톡신 관리 |
14. 자주 발생하는 실수와 예방
- 염무(Cl⁻) 존재 무시: 염분 잔류를 과소평가하여 304 적용 후 피팅 발생 사례가 많다.
- 용접부 패시베이션 누락: 열변색·스패터 방치로 국부부식 개시점이 된다.
- 틈새 설계: 가스켓 오프셋, 클립 고정부 틈새가 피팅·균열의 기점이 된다.
- 이종금속 접촉: 탄소강·알루미늄과의 전기화학적 부식 고려가 미흡하다.
- 세정조건 미관리: 고농도 차아염소산, 고온 알칼리 세정의 장시간 노출이 문제를 일으킨다.
15. 빠른 선택 체크리스트
- 염화물(소금기, 세정제, 해무)이 있나 → 있으면 316/316L 우선한다.
- 용접부가 많나 → 있으면 L등급과 후처리를 고려한다.
- 세정·살균 주기가 잦나 → 표면 BA/EP와 316L을 검토한다.
- 실내 건식 환경인가 → 304가 경제적이다.
- 총소유비용(TCO)은 어떤가 → 장기 부식·세정 비용까지 합산한다.
16. FAQ
304에 몰리브덴 도금이나 코팅으로 316과 같은 효과를 낼 수 있나
일반 코팅은 국부 손상·틈새에서 내식성 급락 위험이 있다. 본질적으로 합금화된 316의 내식성을 완전히 대체하지 못한다. 코팅은 보조 수단으로 본다.
자성이 없다고 하는데 자석이 약하게 붙는 이유는 무엇인가
오스테나이트계는 소둔 상태에서 비자성이지만 냉간가공으로 변형마르텐사이트가 생성되면 약자성을 보일 수 있다. 가공이 심한 모서리·굴곡부에서 특히 그렇다.
316을 쓰면 염화물 응력부식균열 문제가 완전히 없어지나
없어지지 않는다. 316이 지연 효과는 있으나 고온·고농도 염화물·인장응력 조건에서는 SCC가 발생한다. 응력저감, 온도·농도 관리, 설계개선이 필요하다.
식품설비에서 304 대신 316L을 쓰는 가장 큰 이유는 무엇인가
세정·살균 공정에서 염소계 산화제 노출이 반복되고, 틈새·정체부에서 국부부식이 발생하기 쉽기 때문이다. 316L은 용접부 민감도가 낮고 국부부식 저항이 높다.
가격 차이가 큰데 316을 꼭 써야 하는 기준은 무엇인가
염화물 노출, 틈새 구조 불가피, 고온 세정·살균, 다운타임 비용이 큰 공정이라면 316/316L 적용이 타당하다. 사전 부식시험과 TCO 비교로 최종 결정한다.