Stainless STEEL 부식특성

 Stainless강의 부식 일반사항  STS강의 녹발생 “녹이 슬지 않는 금속”은 아님 ▷ 사용하는 조건이나(용도) 실사용 환경에 따라 녹이 발생하는 경우가 있으므로 유지 관리 필요  STS강 녹발생 원인 Stainless강의 녹은 어떤 원인에 의해 부동태 피막이 파괴되고, 그 재생이 방해 받을 때 발생  염소이온 (염분, 표백제, 염화비닐 소각제의 매연, 염산)  오염물질(분진, 그을음,Paint,점착액) 부착부위 부식 유발 성분의 침적 및 농축  철분을 주로한 이종 금속 부착  기계적 손상에 의한 부동태 피막 손상  용접부 및 열영향부 관리 미흡

 Stainless강의 부식 일반사항  STS강 녹발생 원인 물질 및 적용 환경 구분 원인물질 적용 환경 1 HCl,H2S04 등의 산이 물에 녹아 산성을 나타내는 물질 PH를 낮춤으로써 부동태 피막을 불안정하게 함. 청소약제 공장,자동차 배기가스 2 NaCl(염부) 등의 염화물 수분속에 녹아서 방출되는 Cl-가 부동태 피막을 파괴 해안지대 쓰레기 소각장 3 토사, 먼지, 그을음 등이 STS표면에 퇴적, 고착 STS강 표면에대해 산소 공급을 방해하고, 부동태 피막을 불안하게 함 공장, 자동차 배기가스 건설공사 현장 부근 4 철분을 주로하는 이종금속 STS강 표면에 부착해서그것 자체로 녹이 슬고, 상기 3과 같은 작용 철공소/제철소 부근  최근 건축 내외장용 STS강의 사용부위가 점차 확대되면서 다양한 오염원 및 녹발생 사례 증가 추세

 Stainless강의 부식 일반사항  STS강의 오염 및 녹 발생 개념도 Stainless Steel 건축내외장재 ↓ ⊙ 오염물질 ⊙ Stainless Steel 건축내외장재 유지관리 Stainless Steel 건축내외장재 다양한 오염 물질이(배기가스, 염분, 먼지,철분 등) STS표면에 퇴적, 고착 빗물 또는 청소에 의해 오염물질이 STS강 표면에서 제거되면 미려한 표면 유지 가능 ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ Stainless Steel 건축내외장재 관리부재 Stainless Steel 건축내외장재 오염물질이 구조적인 문제 등으로 STS강 표면에 부착 오염물질 미제거시 그 부분을 기점으로 부동태 피막 파괴 및 녹발생 촉진

 Stainless강의 부식 일반사항 POSCO 센타  STS강의 부동태(Passivity) 10.5%이상의 Cr 함유시 부동태 피막이 생성되며, Cr함량↑, Ni.Mo등 첨가할수록 부동태 피막은 더욱 강화됨.  부동태 피막은 공기중 자연스럽게 생기나 15% 질산액(HNO3)에 담그면 더욱 강화되므로 가공된 STS나 기계적 손상부위를 오일이나 이물질 제거후 질산처리하면 내식성이 강화됨. STS강의 부동태 피막 두께 피막두께 * 부동태 피막 두께 약 2NM = 2×10 M -9 POSCO 센타 약 0.2㎜ 확장 157M * STS 강판의 두께 : 약 2㎜

 Stainless강 부식 종류  틈새부식(Crevice Corrosion) 다른 물질의 표면과 접촉하고 있는 금속의 표면사이의 틈이 부식용액에 노출되어 있을때 발생  틈새에는 용액의 정체와 낮은 용존 산소농도로 국부부식이 발생되며 국부부식이란 점에서 pitting과 유사하며, Cl 포함하는 환경에서 급격히 유발됨. 약 0.2㎜ 틈새부식  부식발생기구 틈새 형성 → 틈새부 용액정체 발생 → 틈새부 용존산소 고갈 → 양이온 과다 → 염소이온 끌어들임 (전하평형 도모) → HCl형성(M Cl + H2O → MOH + H Cl ) → 부식의 가속화

 Stainless강 부식 종류  공식(孔食;Pitting Corrosion) STS강이 놓일때 부동태 피막이 국부적으로 파괴되어 그 부분이 우선적으로 용해되어 발생 매우 위험하고, 국부적으로 발생하는 부식으로 짧은 시간에 작은 구멍이 관통하므로 예측, 측정불가 일반적인 무게감량법으로는 발생정도에 대한 평가가 어렵다.  Pitting Corrosion 발생기구 부동태 피막파괴 → 부식Pit형성 → pit내 용액정체 발생 → 용존산소 고갈 → 양이온 과다 → 염소이온 끌어들임 → HCl형성(M Cl + H2O → MOH + H Cl ) → 부식 가속화

 Stainless강 부식 종류  공식발생 사례 Pitting발생(Cl 36ppm 바다모래 사용) 국부적으로 파괴되어 녹발생 Pitting 발생(Cl 50ppm)

 Stainless강 부식 종류 SE Si O Cl Fe Na S Ni  공식발생 분석 사례  공식발생 분석 사례  관외부 발생된 누수부는 관내부에서 야기된 국부부식(pitting) 진행에 의한 초래된 것임. SE Si O Cl Cl기 검출 Fe Na S Ni

 Stainless강 부식 종류  응력부식균열(Stress Corrosion Cracking) 11  부식환경에 노출된 부식 감수성이 있는 금속에 인장 응력이 주어졌을때 응력과 부식의 협동작용에 의해 발생  오스테나이트강 특유의 현상으로 주로 인장응력의 90° 방향으로 발생하는데 균열의 전파속도가 매우 빨라 부품의 파괴가 2~3일 혹은 수시간내에 일어남  SCC 대책 SCC의 필수요소로 Susceptible alloy, Corrosive environment, Tensile stress의 3작용이 동시에 있어야 일어나므로 세가지 인자중 한가지 인자를 제거하면 방지가 가능 ① 염소이온농도, 사용온도의 하향 ② 용존산소, 산화물질의 제거 ③ 표면부착물의 제거 (수시 청소) ④ 구조상 응력이 집중되는 모양이나 틈새를 회피 ⑤ 용접 또는 가공후 응력제거 열처리 실시 (주로 용접부 근처에서 발생) ⑥ 쇼트피닝에 의한 압축응력 부여 ⑦ 적절한 재질선택 (Duplex강 : 강도, SSC성, 내식성 동시개선) 11

 Stainless강 부식 종류  SCC 발생사례

 Stainless강 부식 종류  SCC 방지 대책  강종별 부식특성 비교 염소이온 농도, 사용온도의 하향 표면부착물의 제거(수시청소) 구조상 응력이 집중되는 모양이나 틈새를 피할 것 용접 또는 가공후 응력제거 열처리 실시(주로 용접부에서 발생) 적절한 소재 선택(Mo첨가한 내 pitting개선재, 고 Ni계 오스테나이트강 혹은 강도와 SCC성, 내식성을 개선한 duplex 추천됨) <규격별 내 SCC성 비교> 파단시간(Hr) Ni 함유량(%) 100 10 1 20 30 304 316L 304L 316 20Cr22NiMo2Cu 20Cr30Ni2Mo3Cu 18Cr25Ni2Mo  강종별 부식특성 비교 - 내 Pitting성: Duplex > 444 > 316L > 304 - 내 SCC성 : Dullex > 316L > 304 ※ 444는 SCC 발생 없음

s  Stainless강 부식 종류  미생물부식(Microbiologically Induced Corrosion(MIC))  박테리아에 의한 부식으로 틈새부식과 pitting과 유사 . 호기성(aerobic) 박테리아 : 산소를 함유하고 있는 환경에서 잘 적응 . 혐기성(anaerobic) 박테리아 : 산소가 없는 환경에서 산다. 부동태피막을 파괴하는 부식성 신진대사물질을 생성하는 협기성 박테리아층과 산소부족에 의한 재부동태의 형성억제 효과로 점액층 밑에서 공식이 발생 <미생물 부식 발생 사례> s

 Stainless강 부식 종류  입계부식 (Grain Boundary Corrosion)  부식이 결정립계에 따라 진행하는 형태의 국부부식으로 용접시가공시 열영향부, 부적절한 열처리과정, 고온분위기 노출시 주로 발생.  고온가열시 결정립계의 크롬이 탄소와 결합하여 입계에 석출됨으로써 크롬 고갈층이 존재하게 되고 이부분의 내식성이 떨어져 부식이 일으키게 되며, 크롬탄화물이 석출된 것을 예민화 되었다고하며, 이런 예민화는 약 550~800℃ 온도구간에서 발생됨

 Stainless강 부식 종류  이종금속 부식(Galvanic Crrosion)  두개의 금속 혹은 같은 금속이라도 부식 환경 조건이 국부적으로 다름에 의하여 두지점간 전위차가 있을때 전자의 이동에 의하여 산화,환원 반응으로 금속이 부식되는 현상 이종금속 부식 발생 사례  쇳가루 부착에 따른 갈바닉 부식  이종금속 접촉에 따른 부식

 Stainless강의 적용지침 환경에 따른 STS 강종 선택 지역 전원지역 도시지역 공업지역 해안지역 I L M H 고내식 STS ◎ ● STS316 ◆ ■ STS304 STS430 ※ 범례 - I (Indoor Environment) : 옥내 환경 - L (Low Grade Environment) : 해당 지역의 가벼운 부식 환경(저온, 저습도) - M (Medium Environment) : 해당 지역의 일반 환경 - H (High Grade Environment) : 해당 지역의 가장 심한 부식 환경(고온, 고습도, 대기오염) ◎ : 충분, ● : 적정, ◆ : 청소빈도가 많으면 사용 가능, ■ : 부적정

 Stainless강의 적용지침 표면 종류(Surface Finish)별 STS 강종 선택 차이가 발생되므로 사용부위에 따른 표면의 종류 고려가 필요 표면에 따른 내식성 차이 H/L,#4 ＜ Embossing ＜ 2B ＜ BA ＜ #8(Polishing) ＜ Mirror ← 내식성 열악 내식성 우수 → 해안지역에 2~7개월 노출시 - 연마재의 경우 10% 표면에서 변색, pits 발생(~60㎛ wide ) - 부동태 처리재 및 BA 표면은 0.5% 표면에서 변색 및 미세한 pits 발생 STS 강종에 따른 내식성 사용 환경 및 용도를 고려하여 적절한 소재 선택이 중요 파단시간(Hr) 100 10 1 20 30 304 316L 304L 316 20Cr22NiMo2Cu 20Cr30Ni2Mo3Cu 18Cr25Ni2Mo Duplex 444 304 316 Ni함량 <반복 염수분무 시험 후 강종별 부식 발생정도> <규격별 내SCC 비교>