스테인리스(스텐레스) 갈바니 부식 및 산화

 

(5) 갈바니 부식

갈바니 부식은 두 개의 서로 다른 금속이 서로 전기적으로 연결되어 부식 환경에 노출된 경우 발생합니다.

부식성 공격은 중요하지 않은 금속에서 증가하고, 중요한 금속에서는 감소되거나 방지되며, 이는 갈바니 연결 없이 동일한 환경에 물질이 노출되는 상황과 비교됩니다.

[스테인리스(스텐레스) 강에 용접되고 해수에 노출된 연강의 갈바니 부식]

갈바니 부식의 위험은 해수 분야에서 가장 심각합니다. 재료의 특정 조합에서 갈바니 부식을 겪을 가능성 이 있는지 평가하는 한 가지 방법은 사용 환경에서 두 재료의 부식 전위를 비교하는 것입니다.

​바닷물의다양한 물질에 대한 이러한 “전기 화학 전위” 중 하나가 아래 그림에 표시되어 있습니다.

​부식 전위의 차이가 클수록, 중요하지 않은 구성 요소의 공격 위험이 커집니다. 부식 전위의 작은 차이는 무시할 수 있습니다.

[흐르는 해수에서 다양한 물질에 대한 부식 잠재력(5년 후)]

 

스테인리스(스텐레스) 강은 대부분의 건축 자재보다 중요하므로, 탄소강과 알루미늄 합금 모두 갈바니 부식을 일으킬 수 있습니다. 2개의 스테인리스(스텐레스) 강 재종 사이의 갈바니 부식의 위험은 AISI 410 S와 AISI 316 또는 ‘254 SMO’ 사이의 구성 차이가 크지 않은 한 작습니다. 갈바니 물질 중 하나가 부식 되면 갈바니 효과가 작용합니다. 이것은 갈바니 부식이 사용 환경에 저항력이 있는 합금에서는 거의 볼 수 없다는 것을 의미합니다.

3) 고온 부식

앞에서 설명한 전기화학적 수성 부식 외에 스테인리스(스텐레스) 강은 고온에서 가스에 대한 공격을 받습니다. 이러한 고온에서 용액과 같은 뚜렷한 형태의 부식은 없으며, 부식은 종종 공격적인 환경의 유형에 따라 나누어집니다.

고온 부식에 대한 몇 가지 사례는 산화, 황 공격(황화), 탄소 흡수(침탄) 및 질소 흡수(질화)로 설명됩니다. 배기가스의 부식, 용융 및 염화물/불화물 대기와 같은 보다 복잡한 경우는 여기서 다루지 않습니다.

(1) 산화

스테인리스(스텐레스) 강이 대기 중의 산소에 노출되면 표면에 산화막이 형성됩니다.

​저온에서는 보호막이 얇고 보호적인 비활성 필름의 형태를 취하지만, 고온에서는 산화물 두께가 상당히 증가합니다. 소위 스케일링 온도 이상에서는 산화물 증가를 허용할 수 없을 정도로 높아집니다.

크롬은 금속 표면에 크로미아(Cr2O3) 스케일을 형성하여 고온 산화에 대한 스테인리스(스텐레스) 강의 저항을 증가시킵니다. 산화물이 표면에 연속 층을 형성하면 산화 과정을 멈추거나 늦추고, 금속을 장기적 으로 보호합니다. 연속적인 크로미아 크롬 층을 얻기 위해서는 약 18% 이상의 크롬 함량이 필요합니다.

​실리콘의 첨가는 소량의 세륨과 같은 희토류 금속의 첨가와 같이 산화 저항을 상당히 증가시킬 것입니다.

후자는 또한 산화물과 하부 기판 사이의 접착력을 증가시키고, 따라서 열 순환, 즉 물질이 크거나 다소 규칙적인 온도 변화에 영향을 받는 경우 유리한 효과를 갖습니다. 이것은 Ce의 첨가가 산화물의 빠른 초기 성장을 촉진하나다는 사실 때문으로, 적어도 부분적으로 초기 성장을 촉진합니다.

​이것은 빠르게 형성되는 얇은 보호 산화물로 이어집니다.

그 다음 보호막이 얇아지고, 아래의 크롬이 고갈된 영역이 얇아서 열 회전 중에 균열이 형성되면 산화물 의 재형성을 빠르게 합니다. 또한 높은 니켈 함량은 내 산화성에 유익한 영향을 줍니다.

​다양한 스테인리스(스텐레스) 강의 스케일링 온도는 아래와 같습니다.

[다양한 스테인리스(스텐레스) 강의 공기 중 스케일링 온도]

국부적인 부식에 대한 내성의 순위는 고온에서 적용 가능하지 않으며, 몰리브덴 함량의 증가는 스케일링 온도를 증가시키지 않는다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어, 304L-316-317L을 비교하십시오.

특정 조건 아래에서 내열강은 비교적 낮은 온도에서 매우 빠른 산화율을 가질 수 있습니다.

​이것은 파국적인 산화(catastrophic oxidation)라고 하며, 액체 산화물의 형성과 관련이 있습니다. 액체 산화물이 형성되면 보호 산화물 스케일에 침투하여 파괴되고 금속을 빠르게 산화에 노출시킵니다.

심각한 산화는 일반적으로 산화물이 녹거나 산화크롬(Cr2O3) 스케일과 공융체를 형성하는 원소의 존재 하에 640~950℃의 온도 범위에서 발생합니다. 이러한 이유로 몰리브덴은, 저 융점 산화물 및 산화물– ​산화물 공융 혼합물을 형성하며, 고온용으로 설계된 강재는 피해야합니다. 환경에 다른 금속이 있으면 치명적인 산화를 일으킬 수 있습니다. 중유의 일반적인 오염 물질인 바나듐은 690℃에서 녹는 저 융점 산화물인 V205로 인해 급속하고 치명적인 산화를 일으킬 수 있습니다. 납과 텡스텐과 같은 일부 다른 금속도 이러한 방식으로 작용할 수 있습니다.