부식의 종류에 대하여 (공식, 입계, 틈새, 응력부식)

부식은 일상 생활에서도 쉽게 만날 수 있는 현상입니다. 조금 더 자세히 보면, 부식에도 종류가 있습니다. 오늘 소개할 부식의 종류는 총 4가지 입니다.

 

부식이란?

금속재료가 주위 환경과 화학적 또는 전기화학적 반응을 일으켜 재료 물성의 훼손 및 유효 수명의 단축을 초래하는 현상을 말합니다.

 

부식의 종류

1. 공식

- 금속표면에 형성된 부동태피막의 미소한 파괴로 생성되어 금속에 작은 구멍을 형성시키는 아주 국부적인 부식형태

주로 염소이온에 의해 형성되며 공식에 의한 부식이 많은 경우 구멍의 크기가 작아 눈에 잘 띄지 않지만 매우 치명적인 결과로 이어질 수 있기 때문에 구조재 설계에 있어 공식저항성은 매우 중요합니다.

 

2. 입계 부식 (intergranular corrosion)

- 일반 환경의 금속입계는 부식이 거의 일어나지 않지만, 특정 조건에서는 입계가 매우 큰 반응성을 가지게 되어 입계에 반응성 불순물이 석출 됨, 부동태피막의 크롬 원소가 고갈될 수 있다. 이에 따라 우선적으로 입계에서 일어나는 부식을 입계 부식이라 합니다.

 

ex) 입계에서 부동태의 크롬이 탄소와 반응하여 Cr23C6 탄화물이 석출되며, 크롬이 고갈되어 내식성이 저하 (450~850도 범위)

 

그 결과 입계 근처에서 크롬 양이 12%이하로 감소하면 내식성이 현저히 떨어지는데 이를 예민화라고 한다. 방지법 -> 강내의 탄소함량을 줄이거나 크롬보다 우선적으로 탄소와 반응하는 Ti,Nb등의 원소를 미량 첨가한다.

 

3. 틈새부식 (Crevice corrosion)

- 전해액에 노출된 금속표면상에 어떤 틈이나 가려진 부분에서 국부적으로 심한 부식이 발생하는 것을 틈색부식이라 하며 진행과정은 공식 부식과 유사하다.

 

금속표면상의 침전물 아래, 금속과 비금속 사이의 틈 등의 구석에서 주로 발생하므로 발견이 어렵다. 특히 해수환경에서 자주 볼 수 있다. 스테인리스강의 주성분인 철, 크롬, 니켈 등의 부식생성물이 틈내부에 축적되어 산성의 염화물용액을 형성하고 부식이 진행

 

4. 응력부식균열 (Stress Corrosion Craking)

- 부식환경과 응력의 영향을 동시에 받아 균열이 전파되어 발생하는 부식 공식, 틈새 부식과 유사하게 염화물을 포함하는 용액에서 자주 일어나는데 주로 50도 이상의 온도환경에서 발생한다. 

 

응력부식균열은 부동태피막을 형성하여 비교적 내식성이 우수한 재료에서 설계응력보다도 낮은 응력에서도 발생하기 때문에 치명적인 문제가 된다. 제조 공정 중에 발생한 잔류응력만으로도 응력부식을 일으킬 수 있다.

 

ex) 수도관의 경우 용접 시에 발생하는 잔류응력과 용접열영향부의 예민화로 부식에 민감되어 응력부식균열이 많이 발생 -> 적당한 온도에서 열처리하여 잔류응력을 제거하고, 탄소함량을 낮춘 sts304l sts316l 등의 재료를 선정