부식/방식 기술

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Ⅰ. 부식(Corrosion)

 

contents_img 부식이란?

 

   o 부식이란 금속재료 (Metallic Materials)가 그 주변 환경 (Environment)과의 사이에서 화학적 혹은 전기화학적(Electrochemical)으로 반응하여 손실되는 것으로 직․간접적인 경제적 손실은 GNP의 3~5%로 추정되고 있다. 철(Fe)에서의 부식작용은 에너지 보존의 법칙을 적용하여 보면 쉽게 이해할 수 있는데, 즉 수백 년 또는 수천 년 동안 안정된 상태에서 잠자던 철광석을 캐내어 뜨거운 용광로에 넣고 에너지를 가하여 돌에서 철을 강제로 분리시킴으로 인하여 철은 자연계 이상의 에너지를 함유하여 불안정한 상태가 되어 안정된 상태로 변하기 위하여 에너지를 방출하려는 자발적인 과정이 부식이다.

   o 이처럼 철의 관점에서 보면 원래의 상태인 산화철(철광석)로 환원되려는 극히 자연스러운 현상이지만, 인간의 관점에서 보면 철광석을 어렵게 제련하여 쓸만한 철을 만들어 놨는데 시간이 흐르면서 소모되고 변질되는 것으로

   o 부식을 예방하기 위해서는 건설단계에서부터 사용 유체와 환경에 적합한 재질선정과 유지관리과정에서의 적정 방식 방법을 적용하여 지속적으로 유지관리 되어져야 한다.

 

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(STS 316L 부식 및 밸브 부식 )  

 

 contents_img 부식작용의 메카니즘

 

   o 부식작용의 메카니즘은 전기화학작용, 미생물작용 및 전식작용(누설전류작용) 등으로 분류되는데 이들 중 대부분의 부식은 전기화학작용에 기초를 두고 있다.

 

  1) 메카니즘별 특징

    (1) 전기화학작용에 의한 부식 : 관로에서 관종간, 금속 표면 상태, 토양 통기도 등에 의해 관로 표면에서 전위차가 발생하여 양극(+)과 음극(-)으로 작용하는데 양극부가 되는 금속표면에서 부식되는 현상으로 거의 모든 부식작용 메카니즘의 기초가 된다.

(전기화학작용에 의한 부식 메카니즘) 

구  분

메카니즘

부식작용

(산화반응, Oxidation)

양극(Anode)에서 음전하인 전자(Electron)를 잃어버리는 반응으로 부식이 발생하는 반응. (ex) Fe → Fe2+ + 2e-

방식작용

(환원반응, Reduction)

음극(Cathode)에서 음전하인 전자를 얻는 반응으로 부식이 억제되는 반응

 (ex) 2H+ + 2e- → H2, 2H2O +O2 + 4e- → 4OH-

 

 

    (2) 미생물작용에 의한 부식 : 토양 또는 액체 중에 존재하는 미생물의 작용에 의해 발생 되는 부식현상으로 전기화학작용이 기본이 된다. 유황박테리아, 철박테리아 호기성미생물 및 황산염박테리아 메탄생성박테리아 등의 혐기성미생물의 신진대사 과정에서 부식을 유발시키며 상수도관로, 가스관로 등 매설관로에 발생한다.

 

    (3)누설전류작용(전식작용)에 의한 부식 : 금속체나 토양 등의 양극과 음극형성이 불균일하게 이루어지거나 외부의 직류전원에 의해 발생되는 부식작용으로 전식이라 한다. 전식은 대부분 직류전철이나 지하철의 누설전류에 의해 발생되는 것이며 교류전류에 의한 전식은 거의 발생하지 않는다. 전식작용(누설전류작용)은 상수도관로, 가스관로 등 매설관로에 발생한다.

 

contents_img 부식의 형태 및 특징

 

  1) 부식의 형태 

구  분

특   징

분   류

 습 식

상온 부식

(대기중 철부식)

전면부식

균일부식, 알카리부식, 저온부식

국부부식

공(점)식, 극간(틈새)부식, 이종간부식, 입계부식, 응력부식균열, 부식피로 등

기계적 작용을

수반하는 부식

침식(에로션)부식, 응력부식,

캐비테이션 손상, 부식피로

건 식

고온 상태

(할로겐기체 중 전구 필라멘트 소모)

고온산화, 고온부식, 황화부식

 

2) 부식 형태별 특징

 

부식 형태

부식 속도

발생빈도

위험성

비  고

전면부식

〈 0.1 ㎜/y

크다.

작다.

환경에 따라 국부적으로 진행

균열 동반 국부부식

최대 수㎜/y이상

비교적 큼

크다.

 

균열 동반 않는 국부부식

1 ㎜/y 정도

비교적 작음

중간

 

갈바닉 부식

1 ㎜/y 정도

작다.

중간

발생위치 한정됨

기계적 작용을 수반하는 부식

1 ㎜/y 정도

작다

크다.

 

 ※ 부식속도 mm/y는 1년간의 평균 침식 깊이를 의미하는데 중량을 체적으로 환산하여 단위시간당의 진행속도로 표시한 것으로 침식율을 의미한다.

 

   (1) 전면부식(Homogeneous Corrosion)

      o 전면부식은 금속 표면 전체에 걸쳐서 균일하게 발생하는 가장 일반적인 부식 형태로 재료의 수명 등을 예측할 수 있어 유지관리가 쉽고 위험도는 낮다.

   (2) 국부부식(Local Corrosion)

      o 국부부식은 금속 일부분에서 집중적으로 발생하는 부식을 말하며, 부식 부위나 정도를 예측할 수 없어 유지관리를 어렵게 할뿐만 아니라 위험도가 높다.

      ① 공식(Pitting Corrosion)

         o 공식은 점식(點蝕)이라고도 하며, 벌레가 나무에 구멍을 파듯 금속표면의 어느 한 부분을 집중적으로 부식시켜 작은 구멍(Pit)을 만드는 형태의 부식으로 알루미늄 재료의 가장 일반적인 부식 형태이며 해수를 취급하는 스테인레스강에서도 발생된다.

 

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(스테인레스_STS 3016L 공식)

② 극간(틈새)부식(Crevice Corrosion)

         o 극간부식은 Flange 접합의 가스켓면, 금속간 접하는 면 등의 틈새에 먼지 또는 전해질 수용액이 고여 이온의 농도차로 발생하는 부식을 말하며, 스테인레스강과 같이 부동체로 내식성은 갖는 재료에 있어 가장 위험한 부식 형태이다.

 

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(스테인레스 파이프 극간부식)

 

      ③ 이종금속부식(Galvanic Corrosion)

         o 이종금속부식은 갈바닉 부식이라고도 하며, 서로 다른 금속이 접촉하여 일방적으로 한쪽 금속의 산화(부식)를 촉진시킴으로써 발생하는 부식을 말한다. 예를 들어 철과 구리를 접하여 두면 철이 급속하게 부식되는 현상을 발한다.

 

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(갈바닉 부식 : 동관 + 아연도강관) 

 

      ④ 입계부식(Intergranular Corrosion)

         o 입계부식은 입자간 부식으로 불순물 또는 입계 영역에 한 합금 성분이 지나치게 많거나 혹은 지나치게 적을 때 발생하는 부식으로 스테인리스 알루미늄 등에 잘 나타나는 부식현상이다.

 

다음페이지에 계속 됩니다. 

 

 

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