무엇이 외인성 부식(Externally Influenced Corrosion)을 일으키며, 이를 어떻게 완화할 수 있습니까?

BETH NIESER:
안녕하세요. Ask Swagelok을 시작합니다. 저는 Beth Nieser이며, Swagelok 선임 금속공학 과학자인 Buddy Damm이 함께 자리했습니다.

Buddy씨, 지금까지 해양 오일 및 가스 애플리케이션의 부식에 대해 설명하셨으며, 내인성 부식과 외인성 부식에 대해서도 거론하셨습니다. 다양한 종류의 외인성 부식과 그 완화 방법에 대해 설명해주실 수 있겠습니까?

BUDDY DAMM:
예. 흔한 외인성 부식의 종류 중 하나는 균일 부식입니다. 이름이 암시하는 것처럼, 이는 재질을 균일하게 침식하면서 재질을 소멸시키는 현상입니다. 이를 완화할 수 있는 방법은 간단히 더 두꺼운 부품을 사용하여 부품의 수명 전반에 걸쳐 부식이 진행되더라도 끝까지 기능을 그대로 유지하는 것입니다.

또한, 부품을 도장하거나 더 내식성이 높은 합금을 선택할 수도 있습니다. 또 다른 해양에서 흔한 부식 유형은 갈바닉 부식입니다. 이는 예를 들자면, 볼트를 사용하여 판을 체결하는 등과 같이 두 가지 이종 금속을 연결할 때 발생합니다. 한 재질이 다른 재질보다 부식에 더 취약하다면, 두 재질을 이렇게 결합하는 경우, 실제로 더 취약한 재질의 부식이 촉진됩니다. 따라서, 이를 완화하려면 재질을 잘 선택하고 너무 강한 갈바닉 커플링이 일어나지 않도록 해야 합니다.

다음 부식 종류로는 국부 요인 부식이 있으며 여기에는 두 가지 종류가 있습니다. 바로 공식(Pitting corrosion)과 틈새 부식입니다. 국부 요인 부식 또는 국부 부식이 발생하는 이유는 대부분의 금속에 형성되는 부동태 산화 피막이라 불리는 것 때문입니다. 이는 부식성 환경에 대해 일정 수준의 보호를 제공합니다. 이 내식성 산화층은 스테인리스강에 있는 크롬 성분으로 강화됩니다. 따라서, 크롬 함량이 높은 강철을 사용하면 더 강한 부동태 산화 피막이 형성되고 공식과 틈새 부식에 대한 내성이 더 좋아집니다.

또 다른 흔한 부식의 종류로는 염화물 응력 부식 균열(SCC)이 있습니다. 응력을 받으며 염화물이 많은 환경 또는 해수 내 용존염에 노출되는 부품이 있다면, 응력과 염화물의 조합이 재질을 침범하여 균열을 일으키게 됩니다. 이를 완화하는 방법은 재질 내의 니켈 함량을 높이는 것입니다.

따라서, 국부 부식과 염화물 응력 부식 균열 두 가지 모두의 경우 Swagelok은 강화된 화학적 조성의 재질을 지정하고 있습니다. 예를 들어, 크롬에 대한 ASTM 표준 요건은 16~18wt% 크롬입니다. Swagelok은 이를 최소 17로 지정하고 있습니다. 니켈에 대한 ASTM 표준은 10~14%이며, Swagelok은 최소 12%로 지정하고 있습니다.

또한, Swagelok은 크롬, 몰리브덴, 질소, 니켈 함량이 높은 다른 합금을 광범위하게 제공하며, 이는 모두 내식성을 강화하는 성분입니다.

해양에서 발생하는 다른 중요한 현상이 몇 가지 있습니다. 그 중 하나는 프레팅 부식(fretting corrosion)이며, 이는 두 튜브와 같이 서로 옆으로 미끄러지는 부품이 있을 때 발생합니다. 마모와 부식이 함께 발생할 때 프레팅이 생깁니다. 따라서, 접촉이 일어나지 않도록 튜빙 런을 설계하고 규칙적인 간격으로 튜브를 적절히 지지하는 것이 중요합니다.

그다음, 해양 장비에서 피로 문제가 발생할 수 있습니다. 주기적으로 하중을 받는 부품에는 피로 손상이 누적되며, 부식성 환경에서 그러한 일이 발생하면 피로 손상이 촉진됩니다. 예를 들어, 압축기에서 나오는 튜브 런이 있을 때, 튜브를 규칙적인 간격으로 지지하면 진동과 주기적인 부하가 감소하며 저항 피로가 방지됩니다.

BETH NIESER:
그렇다면 여기에서 핵심은 스테인리스 합금에 몇 가지 종류의 부식을 완화할 수 있는 특정 요소를 추가하는 것으로 보이는군요.

BUDDY DAMM:
예. 즉, 국부 부식의 경우 크롬, 몰리브덴, 질소 함량을 늘리면 부동태 산화층의 내성이 높아져 공식과 틈새 부식을 방지하는 데 도움이 됩니다. 염화물 응력 부식 균열의 경우, 강철의 니켈 함량을 늘리면 그에 대한 내성이 개선됩니다. 또는, 염화물 응력 부식 균열에 대해 실질적으로 내성이 있는 니켈 기반 합금까지 생각해볼 수도 있습니다. 아니면, 듀플렉스 스테인리스강을 사용하는 또 다른 솔루션도 있습니다.

듀플렉스 스테인리스강은 니켈 함량이 비교적 낮지만 크롬 함량은 더 많으며, 그 결과는 페라이트와 오스테나이트가 함께 있는 듀플렉스 미세 구조입니다. 이 합금은 또한 염화물 응력 부식 균열에도 뛰어난 내성을 제공합니다.

BETH NIESER:
아, 알겠습니다. 자세한 정보에 대해 감사합니다. Ask Swagelok과 함께해주신 여러분께도 감사드립니다.