스테인리스강의 부식

스테인리스강은 표면에 식별할 수 없을만큼 얇은 보호피막이 형성되어 있습니다.

보호피막은 주로 산소와 크롬이 결합한 산화물 형태로 스테인리스강에 내식성을 부여하며, 이를 '부동태피막'이라고 합니다.

그래서 스테인리스강의 내식성은 사용환경이 이 부동태피막이 유지하는 조건인가에 따라 차이가 발생합니다.

일반적으로 산화성이 강한 분위기에서는 매우 우수한 내식성을 나타내며, 표면의 부동태피막이 훼손되더라도 바로 재부동태화되어 내식성이 유지되는 특성을 가지고 있습니다.

스테인리스강의 부식 형태에는 Galvanic, Intergranular, Pitting 등 세가지로 구분할 수 있습니다.

구 분	발생원인	방지책
Galvanic Corrosion	접하고 있는 두 금속사이의 전위차이에 의해서 발생	· Galvanic series에서 가까운 두금속 사용 : 전위차 감소 · 부식이 되는 금속을 크고 두껍게 제조 · Coating(절연） · 두 금속보다 더 부식이 잘되는 금속을 설치(희생 양극）
Intergranular Corrosion	오스테나이트계는 450-850℃ 예민화 온도 구간에서 열처리하는 경우 입계에 Cr23C6 탄화물이 석출하며, 이로 인해서 입계 주위 Cr이 부족하게 되어 부동태 피막이 침식되어 부식이 발생	· 고용화 열처리 : 고온에서 석출 탄화물 완전 고용 · 탄소 함량 저하 : 0.03%이하(304L) · 안정화 원소 첨가 : Ti , Nb(347 , 321)
Pitting	· CI 이온의 영향 : Cl의 작용으로 부동태피막이 국부적으로 파괴되어 그 부위에서 우선적 용해 발생 · 온도 영향 : 온도가 높을수록 Cl 과의 반응 가속화 · 부착물 영향 : 제품 표면의 부착물이 Cl 농도 상승	· Cl 이온과 부착방지 · 표면처리(연마가공) · 용접부 열처리 · Cl 에 강한 강종 선택 : Mo 첨가(316 , 316L)

스테인리스강의 부식은 표면의 부동태피막이 훼손되는 시점에서 서서히 진행됩니다.

첫번째, 공식(孔蝕, Pitting Corrosion)

공식은 금속표면에 형성된 부동태피막의 미소한 파괴로 생성되어 금속에 작은 구멍을 형성시키는 아주 국부적인 형태입니다.

스테인리스강의 공식은 주로 염소이온(Cl)에 의해 형성되지만 정확한 메커니즘은 확립되어 있지 않습니다. 공식에 의한 부식이 많은 경우,

구멍의 크기가 작아 눈에 잘 띄지 않지만 매우 치명적인 결과로 이어질 수 있어 구조재에 있어서 공식저항성은 매우 중요합니다.

두번째, 입계 부식(Intergranular Corrosion)

일반 환경의 금속 입계에서는 부식이 거의 일어나지 않습니다.

그러나 특정 조건에서는 입계가 대단히 큰 반응성을 가지게 되어 입계에 반응성 불순물들이 석출할 수 있으며, 크롬(Cr)과 같은 부동태 원소가 고갈될 수 있습니다.

그 결과, 입계 또는 인접영역의 내식성이 저하되어 입계를 따라 우선적으로 부식이 심하게 발생하는 경우가 있으며,

이를 입계부식이라고 합니다.

가장 널리 알려진 입계부식은 오스테나이트계 스테인리스강이 가열에 의해 입계에서 크롬이 탄소와 반응하여 주위의 인접영역에서 크롬이 고갈되어 내식성이 떨어지는 경우입니다.

스테인리스강이 450~800℃ 범위의 온도로 가열되면 크롬탄화물이 Cr23C6의 형태로 입계에 석출하는데 탄화물 중의 크롬의 양은 탄소의 약 4배에 달하며 크롬의 확산속도가 탄소보다 느리기 때문에 입계와 그 주위 영역에서는 크롬이 고갈될 수 밖에 없습니다.

그 결과 입계 근처에서 크롬양이 12% 이하로 감소하면 내식성이 급격히 떨어지고 이러한 경우를 예민화라고 합니다. 예민화의 영향을 줄이기 위해서 합금의 탄소의 양을 낮추거나 크롬보다 우선적으로 탄소와 반응하는 Ti, Nb 등의 원소를 미량 첨가합니다.

스테인리스강을 용접할 경우 용접부에서 조금 떨어진 열영향부가 예민화되어 입계부식이 주로 발생합니다.

이는 영영향부의 온도가 400~700℃이고 다른 부분보다 열을 가지는 시간이 많기 때문입니다. 따라서 용접부와 모재보다 열영향부의 내식성이 훨씬 취약합니다.

실제 용접부 주변이나 뒤쪽에 변색이 되어 적색 또는 검푸른 빛깔을 띠는데 온도가 400℃ 이상에서 나타나는 고온산화에 의한 변색으로 이 지점은 열영향부이며 고온의 부식 환경에 노출되면 모재나 용접부보다 부식이 먼저 발생하기도 합니다.

세번째, 틈새 부식(Crevice Corrosion)

전해액에 노출된 금속표면상에 어떤 틈이나 가려진 부분에서 국부적으로 심한 부식이 발행하는 것을 '틈새부식'이라고 하며, 진행 과정은 '공식'과 유사합니다.

틈새부식은 금속표면상의 침전물 아래, 금속과 비금속 사이의 틈 등 구석에서 주로 발생하므로 관찰이 어려운 경우가 많습니다.

틈새부식은 부동태금속에서 흔히 발생하며, 해수환경에서의 스테인리스강의 틈새부식이 대표적입니다.

스테인리스강의 주성분인 철, 크롬, 니켈 등의 부식생성물이 틈내부에 축적되어 산성의 염화물용액을 형성하고 부식이 진행됩니다.

이상으로 스테인리스강의 부식형태를 알아보았습니다.

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