Images & Tech Sharing

Tech Report

여러분의 지식을 공유하세요. 새로운 가치가 창조됩니다. (잘못된 내용을 찾아주세요. Contact Us)

점부식과 극간부식 (Pitting Corrosion & Crevice Corrosion)_4
작성일	2024.04.15	작성자	Roplant
조회수	463
1. 개요 부식이란 금속재료 (Metallic Materials)가 주변환경 (Environment)과의 사이에서 화학적 혹은 전기화학적(Electrochemical)으로 반응하여 금속이 손실되는 현상이다. 부식을 발생부위에 따라 분류하면 크게 전면부식(Uniform Corrosion)과 국부부식(Localized Corrosion)으로 나눌수 있다. 국부부식에는 점식(점부식), 극간(간극, 틈새)부식 및 입계 부식 등으로 나눌 수 있다. 부식의 발생 조건은 양극(Anode), 음극(Cathode), 전해질(Electrolyte), 전기적 회로(Return Circuit) 4가지 요소를 갖추어야 하다. 부식 발생 메카니즘은 일상에서 볼수 있는 배터리의 발전 원리와 유사하게 산화, 환원반응의 메카니즘에 따라 부식이 발생하게 된다. (부식형태별 분류) 2. 점 부식(공식, Pitting Corrosion) Pitting Corrosion(점부식)은 금속표면에 국부적으로 발생하는 점 형태의 부식으로, 특히 스테인레스 스틸 표면의 보호 산화물(부동태 피막) 층이 파괴될 때 발생한다. 이는 부식성 수용액이 있을 때 산화를 통해 부동태 피막 아래의 나금속이 전자 손실을 받기 쉽다. 이러한 전기화학적 반응은 작은 구멍, 즉 "피트"의 형성을 유발하여 점차적으로 큰 구멍을 만 들고, 완전한 천공을 유발시킬 수 있어 매우 심각한 문제를 만들 수 있어 철저한 관리가 필요하다. 1) 부식 발생 메카니즘 및 문제점 점부식 발생 메카니즘은 음극(코팅 손상) 부가 크고 양극(노출된 금속) 부가 작을 때 발생한다. 즉 일반적으로 보호층이나 필름이 손상되거나 갈라지면 음극부가 되고 노출된 작은 금속 부분이 양극이 된다. 특히 금속 표면에 염화물, 차아염소산염 또는 브롬화물 이온이 포함되어 있으면 공식은 더욱 활발해진다. 이러한 이유로 침전된 바닷물 방울의 증발로 인해 생성된 환경을 포함하여 염화물 농도가 높은 환경의 경우 특히 고온에서 공식 부식을 촉진 시킬 수 있다. 점부식은 표면에서는 녹 반점만 보이는 반면, 금속 표면 아래의 깊은 곳에서는 심각한 손상을 유발한다. 즉 점 부식으로 금속에 구멍, 균열 및 틈이 형성되며, 이 현상은 금속의 경우 산소 공급이 없어도 산화가 일어난다. 점부식은 빠르게 침투하여 진행되며, 탐지가 어려고 침명적일 수 있어 가장 위험한 부식 형태 중 하나이다. 범부식에 의한 공동은 파이프 벽을 완전히 천공할 만큼 깊어질 수도 있다. 또한 인장 응력을 받는 부품에 균열이 발생하는 것을 촉진시킬 수도 있다. (점부식, Pitting Corrosion) 2) 점부식의 원인 - 보호 코팅의 균열 - 긁힘, 흠집, 작은 칩 - 불균일 응력 - 결함 있는 금속 표면 - 난류 유체 흐름 - 불균일한 보호 코팅 - 보호 코팅에 대한 화학적 공격 등 3) 점부식에 취약한 금속 - 스테인레스 스틸 - 크롬 - 부동태(피막) 철 - 코발트 - 알류미늄 - 구리 - 관련 합금 등 4) 점부식 예방법 - 해수 등 염소와 접하는 환경의 경우 Mo(몰리브데넘) 첨가율이 높은 316L, 317L 등 우수 재료 사용한다. - Stainless Steel과 염소 접촉을 줄인다. - 부식 억제제 첨가 등 3. 극간(간극/틈새) 부식 (Crevice Corrosion) Crevice Corrosion(극간/간극/틈새부식)은 일반적으로 미세 환경 수준의 정체된 용액과 관련된 국부적인 부식 형태이다. 점부식(공식)과 마찬가지로 스테인리스강의 보호 산화막이 파괴되면서 시작되고 계속 진행되는 얕은 형태의 부식이다. 그러나 틈새 부식은 이름에서 알 수 있듯이 눈에 띄게 발생하는 것이 아니라 후렌지 사이, 커플링 공간, 개스킷, 와셔, 단열재, 패스너 헤드, 표면 침전물, 분리된 코팅, 나사산, 랩 조인트 및 클램프 아래에 형성된 틈새에서 발생하는 경향이 있다. (극간부식, Crevice Corrosion) 1) 극간부식 발생 메카니즘 극간(틈새) 부식의 발생 조건은 습하지만 산소가 거의 없어야 한다. 이는 틈새가 습기가 들어갈 만큼 충분히 커야 하지만 자유롭게 흐르는 산소가 없을 만큼 작아야 함을 의미한다. 이러한 산소 고갈은 물에 차등적인 산소 농도를 생성하여 국지적 전기화학적 농도 셀이 형성되며 시작된다. 즉 틈새 바닥은 양극화되고, 염화물 이온이 농축되면서 산성 미세환경이 형성되어 양극화된 금속에 부식이 발생한다. 일반적으로 유체 시스템의 경우 배관와 배관 지지대 또는 후렌지 및 클램프 사이, 배관 연결 사이 등에 틈이 발생할 수 있다. 이러한 작은 틈새는 스테인리스강의 무결성에 가장 큰 위험 중 하나를 초래한다. 예를 들면, 바닷물이 틈새로 확산되어 부식을 유발하는 이온이 틈새 밖으로 쉽게 확산될 수 없어 화학적으로 공격 받을수 있는 환경에서 발생한다. 이러한 환경의 경우 틈새 내의 전체 표면이 빠른 속도로 부식될 수 있다. 예방을 위해서는, 평상시에는 관찰이 불가하고, 설치된 배관 클램프를 제거할 때만 육안으로 관찰할 수 있다는 어려움이 있다. 특히 기하학적 틈새(예: 배관 후렌지, 클램프) 아래의 틈새 부식은 공식 부식보다 낮은 온도에서 발생할 수 있어 틈새가 없도록 배관 하는 등 부식 환경을 만들지 않는 것이 중요하다. 2) 극간부식이 발생하기 쉬운 곳 - 볼트 및 리벳 연결 - 와셔, 개스킷 및 클램프 아래 - 단열재 아래 - 플랜지 사이 - 랩 조인트 등 3) 극간부식에 취약한 금속 - 스테인레스 스틸 - 알루미늄 - 티타늄 - 구리와 같은 다양한 합금 등 4) 극간부식 예방법 - 배관부터 클램프에 이르기까지 적정 재료 선정, 즉 해수 등 염소와 접하는 환경의 경우 Mo(몰리브데넘) 첨가율이 높은 316L, 317L 등 우수 재료를 사용한다. 특히, 6% 몰리브덴 오스테나이트 및 슈퍼듀플렉스 등급과 같은 스테인리스강은 틈새 부식에 대한 높은 저항성을 제공할 것으로 예상된다. - 틈새 부식이 발생할 수 있는 위치 수를 최소화하려면 부식 방지를 위한 세심한 시스템 배치 및 설계가 필요하다. 예로 클램프, 후렌지 대신 용접 방식으로 대체하여 틈새를 줄이는 것도 방법이다.
이전글	에로전 & 캐비테이션 부식 (Erosion & Cavitation corrosion)_5
다음글	부식의 종류, 부식 손실 그리고 부식율(Classification Corrosion)_3