부식(corrosion)

1 부식

 1) 부식의 정의

   - 금속이 주변의 물질, 환경에 의해 화학 작용을 일으키고 이에 따라 변질(변화)되면서 금속자체가 소모되는 현상.

   - 산소등의 산화체와 반응하여 금속이 전기화학적으로 산화되는 것을 말한다.

   - 금속의 표면을 파괴하거나 소모시키는 현상으로 환경적인 요인에 의해 발생한다.
   - 특정환경에서 화학적 반응에 의해 재료가 손상되는 현상.

 2) 부식의 특징

   - 파이프의 경우 내면부식과 외부부식이 있는데 내면부식은 염화물에 의한 부식이 있으며 외부부식은 일반적인 부식(건식과 습식 부식)이 있다.

   - 일반적으로 합금금속은 내식성이 있으나 특정 조건에서는 더 빠른 부식현상이 나타난다.
   - 부식정도의 평가기준 : mm/yr, g/㎡/hr로 0.1mm/yr 이하의 부식속도를 갖는 재료가 내식재료로서 가능하다.

   - 높은 응력을 받는 강재는 제하상태보다 더 빨리 부식되는데 이를 응력부식(Stress corrosion)이라 한다.

 3) 부식과 침식

   - 부식(corrosion)은 침식(erosion)과 구분되는데 침식은 중력, 생물, 유동체에 의해 지표가 깎이거나 광물입자가 떨어져나가는 현상을 말한다.
 

2 부식의 원인 및 요인

 1) 내적원인

   - 금속조직의영항 : 결정상태에 따라 부식의 촉진결정

   - 가공영향 : 금속의 결정구조를 변형하여 부식을 촉진함

   - 열처리영향 : 잔류응력이 제거되면 구조적안정으로 내식성이 향상된다.

 2) 외적 요인

   ① pH
     - 산에 영향을 받는 소재 : 철(pH 4~10 에 부식률 높음)
     - 염기에 영향을 받는 소재 : 철은 온도가 높은 환경에서 염기에 부식된다.
     - 산과 염기에 영향을 받는 소재 : 알루미늄, 아연
     - 영향을 받지 않는 소재 : 금, 백금
   ② 보호피막
     - 보호피막의 내구도에 따라 부식의 정도가 달라진다.
       * 스테인리스강-산화크롬막, 알루미늄-알루미나(Al₂O₃)
     - 금속의 부식으로 불용성 화학물이 형성되어 금속표면에 침착되어 금속표면을 보호하기도 한다.
   ③ 온도
     - 온도가 높을수록 활성도를 높여서 산화제의 용해도를 증가시킨다.
   ④ 유체속도
     - 유체의 속도가 증가할수록 부식의 속도는 증가한다. 그 이유는 금속표면과 유체간의 마찰에 의해 표면의 보호피막을 없애고 표면을 손상시켜 접촉면적을 높이기 때문이다.
   ⑤ 불순물
     - 불순물은 부식을 촉진 또는 억제할 수 있다.
       * 염소이온 : 수분을 흡수하여 부식성 유체로 변환되어 부식을 촉진함.
       * 황, 인 : 부식을 촉진
       * 구리 : 적은양에서는 부식을 억제하나, 구리가 상당량 존재할시 부식이 발생한다.
       * 납 : 부식을 억제(도금재료로 사용)
   ⑥ 기타
     - 농도 및 시간은 일반적으로 정비례하지만 상황 및 환경에 따라 상관관계가 없을 수 있다.

3 부식의 종류

 1) 건식부식

   - 고온산화부식

   - 고온가스부식
 2) 습식부식 : 보호성 피막의 국부적 손상이나 불균일한 접촉환경, 박테리아등에 의해 발생

   ① 전면부식/균일부식(uniform corrosion) : 전체적으로 균일하게 마모에 의한 부식

   ② 입계부식(intergranular co-)

     - 오스테나이트강 입계탄화물이 석출될때 발생

     - 오스테나이트계 스테인레스강이 열처리 되었을때 입계에서 크롬이 탄소와 반응을 일으킴으로 입계주위를 따라 크로밍 고갈되는 경우

     - 예민화처리(sensitization treatment)라고도 불림

   ③ 공식(Pitting co-) : 표면 피막의 파괴로 발생

   ④ 내부응력부식 : 인장응력등 내부응력으로 부식

   ⑤ 2종금속부식(갈바닉부식(galvanic cor-) / 접촉부식)

     - 2개의 다른금속이 접촉하여 두 금속중 이온화 경향이 큰 금속이 더 빠르게 부식되는 현상

     - 먼저 부식되는 금속을 양극(anode), 부식되지 않는 금속을 음극(cathode)이라함.

   ⑥ 홈부식(grooving co-)

     - 홈부식은 ERW방법으로 제조된 강관에서 발생되는 부식

     - 용접시 발생되는 조직간(용접부, HAZ, 모재) 특성차이로 전기화학적 활성이 상대적으로 차이가 발생하여 용접부만 선택적으로 부식이 일어나는 현상

     - 용접선을 따라서 V형상으로 국부적으로 발생한다.

 

 

 3) 응력균열부식

   ① 정의

     - 금속재료가 인장응력의 작용하에서 환경의 영향으로 취화해 파괴되는 현상.

       * 재료, 환경, 응력의 조건에 부합할 시 발생함.

   ② 발생경향

     - 일반금속이나 배관작업시 힘을 가해서 굽힌부분, 인장압축응력을 받는부분에서 균일이 생겨서 발생.

     - 피막처리된 내식재료에서 외부의 영향으로 손상이 발생할때 국부적으로 파괴되는 공식(pitting) 또는 응력 부식균열의 기점이 된다.

     - 국부적인 손상부에 응력집중이 발생되어 크랙의 전파로 균열이 진전된다.

 

4 부식의 방지

 1) 표면피복

   - 아스팔트 콜타르, 플라스틱 라이닝, 방식테이프, 전기방식법, 폴리에틸렌 피복
 2) 유전방식

   - 외부전원 : 외부에서 전원을 연결하여 전자를 주입하는 방식.

   - 유전양극에 의한 방식(희생양극재 적용) : 음극방식의 일종으로 방식하는 금속재를 음극으로 하고 그보다 이온화 경향이 큰 금속을 양극으로 하여 접촉시키고 여기에 전기를 통하여 방식하는 방법.

     * 희생양극재적용 예시 : Mg등 배관에 설치

 3) 응력부식균열의 방지
   - 피막형성 : 내부 피막형성을 통한 방식처리. 부식에 따른 손상이 없어서 응력집중을 유발하지 않음.
   - 사용유체제어 : 산화를 일으키는 용존산소를 제거함. 부식억제제가 투입된 유체로 사용함.
 4) 기타방식

   - 배관재선정 : 동일계선정

   - 온도제어 : 50도이상에서 부식촉진되므로 그 이하에서 운전

   - 용존산소제거

   - 방식재투입 : 규산인산계 방식제등