플랜지 재질로 일반적으로 304 또는 316L 스테인리스강을 사용하는 이유는 무엇입니까?
진공 시스템(광섬유 관통형 진공 광섬유 플랜지 포함)에서 플랜지 재료는 일반적으로 304 또는 316L 오스테나이트계 스테인리스강을 선호합니다. 이는 주로 물리적 경도, 재료 역학적 특성, 화학적 안정성 및 자기적 특성에 의해 결정되며, 구체적인 이유는 다음과 같습니다:
1. 경도 일치 및 고압 밀봉 메커니즘(CF 금속 밀봉)
특히 초고진공(UHV) 환경에 자주 사용되는 CF(ConFlat) 시리즈 플랜지에서는 밀봉이 플랜지의 "칼날(Knife-edge)"이 더 부드러운 금속 개스킷(일반적으로 무산소 구리 개스킷 OFHC)을 절단하여 이루어집니다:
- 경도 비교: 무산소 구리 개스킷의 브리넬 경도(HB)는 보통 35\ \text{to}\ 45 범위입니다. 반면 304 또는 316L 스테인리스강은 어닐링 상태에서 보통 \text{HB}\ 170\ \text{to}\ 200 (또는 로크웰 경도 \text{HRB}\ 80\ \text{to}\ 90) 범위의 경도를 가집니다.
- 밀봉 칼날 보호: 플랜지 재료는 개스킷보다 훨씬 높은 경도와 항복 강도(Yield Strength)를 가져야 합니다. 볼트를 조일 때 칼날이 구리 개스킷을 소성 변형시켜 스테인리스강 표면의 미세한 틈을 메우도록 해야 하며, 칼날 자체는 손상되거나 변형되지 않아야 합니다. 플랜지 경도가 충분하지 않으면 칼날이 여러 번 압착되어 사용된 후 무뎌지거나 부러져 플랜지 밀봉이 실패하고 폐기될 수 있습니다.
2. 매우 낮은 방출률(Low Outgassing Rate)
고진공(HV) 및 초고진공(UHV) 환경에서 재료 표면의 가스 흡착과 내부 가스의 외부 확산(즉, 방출)은 시스템의 한계 진공도를 결정하는 핵심입니다:
- 304 및 316L 스테인리스강은 치밀한 격자 구조를 가지며, 수소, 수증기와 같은 일반적인 가스에 대한 용해도와 확산 계수가 매우 낮습니다.
- 정밀 기계 가공 및 전해 연마 후, 표면의 명목상 흡착 면적이 크게 감소합니다. 고온 베이킹 탈기(예: 250\ ^{\circ}\text{C} 에서 450\ ^{\circ}\text{C} 에서 베이킹)를 거치면 방출률이 극히 낮아져 1 \times 10^{-7}\ \text{Pa} 또는 1 \times 10^{-9}\ \text{Pa} 보다 우수한 초고진공도를 유지할 수 있습니다.
3. 내열성 및 용접 성능
- 초저탄소 함량("L"은 Low Carbon을 의미): 316L은 304보다 탄소 함량이 더 낮습니다( \le 0.03\% ). 이는 플랜지 용접(예: 광섬유 전환 슬리브 용접) 또는 고온 베이킹 중 탄화 크롬의 결정립계 침전(입계 부식 경향 감소)을 크게 줄입니다.
- 열 안정성: 304와 316L은 우수한 고온 강도와 내산화성을 가지며, 반복적인 냉열 순환(예: 극저온 환경에서 수백 도의 베이킹 탈기)에서도 구조 치수의 안정성을 유지하고 페라이트 상 변태를 일으키지 않아, 열팽창 계수 불일치로 인한 누기를 방지합니다.
4. 약자성 또는 비자성(Non-magnetic properties)
304와 316L은 오스테나이트계 스테인리스강에 속합니다. 고용화 어닐링 상태에서 상자성(자성이 없거나 매우 약함)을 띱니다. 전자빔, 이온빔(예: 주사 전자 현미경 SEM, 질량 분석기, 초전도체) 또는 정밀 광학 물리 실험과 관련된 많은 진공 환경에서 약자성 플랜지는 대전 입자 궤적 또는 정밀 센서 신호에 대한 전자기 간섭을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
OFSCN® 관련 제품
OFSCN®에서 개발한 OFSCN® Fiber Optic Vacuum Sealed Flange는 이러한 엄격한 재료학적 사양을 기반으로 설계되었습니다. 이 시리즈 제품은 고진공 및 초고진공 환경에서 광섬유(예: FBG 센서, 특수 광섬유 등) 도입을 위해 KF와 CF 두 가지 시리즈로 제공됩니다:
- 구조 형식: 단일 채널 및 다중 채널을 지원하며, 수컷 및 암컷 구조를 제공합니다.
- 진공 성능: 한계 진공도는 1 \times 10^{-7}\ \text{Pa} 및 1 \times 10^{-9}\ \text{Pa} 보다 우수합니다.
- 내열성: 기본적으로 상온에서 사용 가능하며, 250\ ^{\circ}\text{C} 고온까지 견딜 수 있는 특수 모델을 맞춤 제작할 수 있어 진공 베이킹 탈기 공정에 완벽하게 부합합니다.
