강철 부식: 7 반드시 이해해야 할 중요한 사항

강철은 건설 분야에서 가장 널리 사용되는 엔지니어링 재료 중 하나입니다., 조작, 운송, 그리고 인프라. 그 인기는 힘의 결합에서 비롯됩니다., 다재, 극소수의 소재가 따라올 수 없는 경제성과 경제성.

구조 프레임 및 교량부터 기계 및 파이프라인까지, 철강은 계속해서 현대 산업의 중추 역할을 하고 있습니다..

그러나 강철은 부식에 면역되지 않습니다.. 사실은, 부식은 강철 부품이 얼마나 오랫동안 안전하게 유지될 수 있는지를 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나입니다., 기능성, 그리고 경제적 인 서비스.

엔지니어에게는 부식에 대한 명확한 이해가 필수적입니다., 제작자, 계약자, 자산운용사도 마찬가지.

강철이 어떻게 부식되는지 더 잘 이해할수록, 더 나은 당신은 올바른 등급을 선택할 수 있습니다, 올바른 보호 시스템, 그리고 올바른 유지 관리 전략.

모든 철강 사용자가 알아야 할 7가지 핵심 사항은 다음과 같습니다..

1. 강철은 자연적으로 부식에 저항하지 않습니다.

솔직한 탄소강 부식에 강한 재질이 아닙니다. 그 주성분은 철이다., 철은 산소 및 수분과 쉽게 반응합니다..

대기에 노출되면, 강철이 산화되어 녹이 생기기 시작합니다., 주로 수화된 산화철과 수산화물로 구성되어 있습니다., 수화된 산화철을 포함하여 (Fe2O3⋅nH2O), 옥시수산화철 (FeO(오)) 및 수산화철 (철(오)3).

일부 금속에 형성된 안정된 산화막과 달리, 녹은 다공성이다, 약한, 그리고 비보호적.

표면을 밀봉하지 않습니다.. 대신에, 산소와 물이 밑에 있는 금속에 계속 도달할 수 있게 해줍니다..

결과적으로, 부식이 계속 확산되고 있다, 더 신선한 강철을 노출시키고 시간이 지남에 따라 재료 손실을 가속화합니다..

이것이 보호되지 않은 강철이 실외나 습한 환경에서 내구성을 유지할 수 없다고 가정할 수 없는 이유입니다..

적절한 코팅이나 부식 제어 전략이 없으면, 부식은 가능성이 없습니다; 당연한 결과다.

2. 합금은 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

일반 강철이 취약한 이유

기본 강철은 주로 철입니다., 철은 산소와 습기가 있을 때 화학적으로 활성을 가집니다.. 이는 비합금 또는 저합금 강철에는 부식 방지 기능이 내장되어 있지 않음을 의미합니다..

표면 필름이 부서지면, 일반 강철에 형성된 녹층이 느슨해지기 때문에 부식이 계속 진행될 수 있습니다., 다공성, 환경으로부터 기판을 분리할 수 없습니다..

이것이 철강공학에서 합금 설계가 그토록 중요한 근본적인 이유입니다.. 내부식성은 표면만의 문제가 아닙니다.; 그것은 금속의 내부 화학으로 시작됩니다.

합금이 강철의 거동을 어떻게 변화시키는가

선택된 합금 원소를 추가함으로써, 강철은 부식되기 쉬운 재료에서 부식 방지 재료로 변형될 수 있습니다..

핵심 아이디어는 특정 요소가 보다 안정적인 표면 필름의 형성을 촉진한다는 것입니다., 공격적인 매체에 대한 강철의 저항성을 향상시킵니다., 또는 금속 손실을 유발하는 전기화학 반응을 늦추거나.

합금은 모든 환경에서 부식을 제거하지 않습니다., 그러나 이는 강철을 강력하게 보호해야 하는 재료에서 훨씬 적은 유지 관리로 오랫동안 사용할 수 있는 재료로 바꿀 수 있습니다..

크롬: 스테인레스 스틸의 기초

내식성이 목표일 때 크롬은 가장 중요한 합금 원소입니다..

강철에 충분한 크롬이 존재할 때, 산소와 반응하여 매우 얇은 층을 형성합니다., 밀집한, 표면에 안정적인 산화피막을 형성.

이 패시브 필름이 핵심 이유입니다. 스테인레스 스틸 녹에 매우 효과적으로 저항합니다..

영화는 단순한 장벽이 아니다. 자가수리도 되고. 표면이 긁히거나 손상된 경우, 크롬은 산소와 빠르게 다시 반응하여 보호층을 재건할 수 있습니다..

이러한 자가 치유 작용으로 인해 스테인레스강은 사용 중인 탄소강과 근본적으로 다릅니다..

니켈: 안정성과 인성 향상

오스테나이트 구조를 안정화하고 전반적인 인성을 향상시키기 위해 종종 스테인리스강에 니켈을 첨가합니다., 연성, 부식 거동.

많은 스테인레스 등급에서, 니켈은 다양한 환경에서 재료가 안정적으로 유지되도록 돕고 성형 중 성능을 향상시킵니다., 용접, 및 저온 서비스.

니켈은 크롬의 역할을 대체하지 않습니다.. 대신에, 강철이 보다 유리한 미세 구조를 유지하도록 도와 전반적인 내식성 시스템을 강화합니다..

몰리브덴: 염화물에 대한 저항성 강화

몰리브덴은 해양 대기와 같은 염화물 함유 환경에서 특히 가치가 있습니다., 바닷물 노출, 화학 처리, 염분이 많은 산업 환경.

스테인레스 스틸이 구멍과 틈새 부식을 방지하는 데 도움이 됩니다., 이는 가장 위험한 부식 형태 중 하나입니다. 국부적으로 발생하여 눈에 띄는 경고 없이 깊숙이 침투할 수 있기 때문입니다..

그렇기 때문에 일반 스테인레스강으로는 충분하지 않을 때 몰리브덴 함유 등급이 선택되는 경우가 많습니다.. 실제로, 이 요소는 종종 공격적인 환경에서 허용 가능한 서비스와 신뢰할 수 없는 서비스 간의 차이를 만듭니다..

기타 유용한 합금 원소

다른 합금 원소도 내식성과 서비스 성능에 기여합니다.:

망간 합금 균형을 지원하고 일부 등급의 니켈 대체에 도움이 될 수 있습니다..

질소 특정 스테인레스 강의 강도를 향상시키고 국부적인 내식성을 향상시킬 수 있습니다..

규소 고온 응용 분야에서 내산화성을 향상시킬 수 있습니다..

구리 일부 약한 부식성 매체에 대한 저항성을 향상시킬 수 있으며 일부 특수 등급에 사용됩니다..

각 요소는 서로 다른 역할을 합니다, 하지만 더 넓은 의미는 같습니다: 내식성이 설계되었습니다., 우연이 아닌.

합금이 향상됩니다., 하지만 강철을 무적으로 만들지는 않습니다.

고합금 스테인리스강에도 한계가 있습니다.. 강산, 높은 염화물 농도, 틈새 조건, 표면 마감 불량, 열의 영향을 받는 용접 영역은 모두 성능을 저하시킬 수 있습니다..

합금을 사용하면 저항성이 향상됩니다., 때로는 극적으로, 하지만 환경은 여전히 ​​최종 결과를 통제합니다..

그렇기 때문에 자재 선택은 항상 서비스 조건과 일치해야 합니다..

실내에서 잘 작동하는 등급은 바닷물에서는 부족할 수 있음, 바닷물에서 작동하는 등급은 강산성 또는 제대로 유지 관리되지 않는 시스템에서는 여전히 실패할 수 있습니다..

3. 염화물이 풍부한 환경은 특히 공격적입니다

철강에 가장 위험한 환경 중 하나는 염화물 노출입니다..

소금 스프레이, 바닷물, 제빙염, 특정 산업 공정 유체는 모두 보호 산화막을 공격하여 국부적인 부식을 유발할 수 있습니다..

염화물 이온은 부동태화를 방해하고 공식 및 틈새 부식을 촉진할 수 있기 때문에 특히 위험합니다..

매끄럽게 만드는 대신, 균일한 금속 손실, 염화물은 종종 작은, 감지하기가 훨씬 어렵고 구조적 무결성에 더 위험한 깊은 부식 부위.

이것이 일반 스테인리스강이 해상 또는 해안 서비스에 어려움을 겪는 이유입니다., 몰리브덴 함유 등급은 다음과 같습니다. 316 더 나은 염화물 저항성을 위해 종종 선택됩니다..

매우 가혹한 조건에서, 심지어 스테인리스 스틸에도 올바른 코팅이 결합되어야 합니다., 디자인 디테일, 및 유지 관리 계획.

4. 용접 부위가 가장 취약한 경우가 많습니다

용접 조인트는 주변의 모재와 거의 동일하지 않습니다.. 용접은 미세 구조가 변경된 열 영향 영역을 생성합니다., 잔류 응력, 때로는 내식성 감소.

스테인레스 스틸, 고전적인 문제 중 하나는 민감성입니다., 크롬 탄화물은 입자 경계 근처에서 형성되어 부동태화에 사용할 수 있는 크롬을 감소시킬 수 있습니다..

이는 용접 부위를 입계 부식이나 응력 부식 균열에 더욱 취약하게 만들 수 있습니다., 특히 열 입력이 너무 높거나 잘못된 충전재를 사용한 경우.

용접 자체가 강하더라도, 국부적인 부식 거동이 예상보다 약할 수 있습니다..

그렇기 때문에 스테인리스 용접은 단순한 접합 작업이 아닙니다.. 필러 선택을 고려해야 하는 통제된 야금 공정입니다., 열 입력, 용접 후 청소, 그리고, 필요한 곳에, 용접 후 처리.

5. 일반 철로 인한 오염으로 인해 스테인리스 스틸이 손상될 수 있음

스테인레스 스틸이 의도한 대로 작동하려면 깨끗한 상태를 유지해야 합니다.. 일반 탄소강 도구와 접촉, 철 입자, 또는 오염된 작업 표면으로 인해 스테인리스 표면에 유리철이 유입될 수 있습니다..

이러한 오염은 부동태 피막을 파괴하고 국부적인 녹 얼룩이나 부식되기 쉬운 부위를 생성할 수 있습니다..

이는 두 개의 서로 다른 금속 사이의 갈바니 부식과 동일하지 않습니다.; 오염 문제야.

더러운 툴링이나 강철 연삭 먼지와 잠깐 접촉해도 표면에 입자가 남을 수 있습니다..

그 입자가 산화되면, 스테인레스 스틸이 부식되는 것처럼 보이게 만듭니다., 문제가 오염으로 시작되었음에도 불구하고.

그런 이유로, 스테인리스 제조에는 엄격한 작업장 규율이 필요합니다.. 전용 도구, 깨끗한 작업 공간, 적절한 표면 청소는 선택 사항이 아닙니다.; 그들은 부식 통제의 일부입니다.

6. 균일한 부식은 일반적으로 국부적인 공격보다 덜 위험합니다.

모든 부식이 같은 방식으로 작용하는 것은 아닙니다.. 균일한 부식은 표면 전체에 걸쳐 재료를 어느 정도 균일하게 제거합니다., 이는 종종 시각적으로 불쾌하지만 비교적 예측 가능합니다..

피해가 확산되기 때문에, 검사하기가 더 쉽습니다, 측정하다, 그리고 관리하다.

대조적으로, 구멍이나 틈새 부식과 같은 국부적인 부식은 훨씬 더 심각할 수 있습니다..

표면 아래에 깊은 침투를 생성하면서 표면에서는 사소하게 나타날 수 있습니다..

구조적 또는 압력 함유 응용 분야, 그런 숨겨진 손상은 갑작스러운 고장으로 이어질 수 있습니다.

이는 겉모습만으로는 위험을 판단하기에 충분하지 않음을 의미합니다..

녹슨 표면은 부식이 균일하고 모니터링되면 아직 시간이 남아 있을 수 있습니다., 환경이 가혹하고 등급을 잘못 선택하면 깨끗해 보이는 스테인리스 부품에도 숨겨진 국지적 공격이 있을 수 있습니다..

7. 강철은 다양한 부식 제어 시스템으로 보호될 수 있습니다

부식방지는 시스템이다, 단일 제품이 아닌

철강 부식은 하나의 보편적인 솔루션으로 관리되지 않습니다..

실제로, 내식성은 결합하여 달성됩니다. 재료 선택, 표면 보호, 디자인 디테일, 환경적 고립, 유지관리 전략.

이것이 바로 강철이 엔지니어링 재료로 널리 사용되는 이유입니다.: 쉽게 부식될 수 있음에도 불구하고, 다양한 방법으로 효과적으로 보호할 수도 있습니다..

가장 중요한 아이디어는 부식 방지가 서비스 환경과 일치해야 한다는 것입니다..

매설된 파이프라인, 해상 플랫폼, 실내 기계 프레임, 식품 가공 탱크에는 모두 다른 전략이 필요합니다. 한 애플리케이션에는 효과가 있지만 다른 애플리케이션에는 비효율적이거나 심지어 부적합할 수도 있습니다..

코팅 시스템: 최초이자 가장 일반적인 방어

코팅 시스템은 탄소강을 보호하는 가장 일반적인 방법입니다.. 그 목적은 강철 표면을 산소로부터 분리하는 것입니다., 수분, 소금, 그리고 화학물질.

일반적인 코팅 경로는 다음과 같습니다.:

희생적인 보호: 강철을 보호하기 위해 보다 활성이 높은 금속을 사용

강철에 대한 가장 강력한 부식 제어 방법 중 하나는 다음과 같습니다. 희생적인 보호.

이 접근 방식에서는, 반응성이 더 큰 금속을 강철과 접촉시켜 보호 금속이 먼저 부식되도록 합니다..

가장 잘 알려진 예는 다음과 같습니다. 아연. 아연은 철보다 더 활동적입니다., 따라서 둘 다 부식성 환경에 노출되면, 아연은 우선적으로 부식되어 강철 기판을 보호하는 경향이 있습니다..

이것이 아연 도금 및 많은 아연 기반 보호 시스템의 기본 원리입니다..

희생 보호는 코팅이 긁히거나 손상되더라도 계속 작동하므로 실외 환경에서 특히 중요합니다.. 이는 다양한 현장 조건에서 순수한 장식용 차단 코팅보다 더 견고합니다..

음극 보호: 매설 및 수중 강철에 필수적입니다.

지하 파이프라인용, 탱크, 해양 구조, 및 침수된 구성 요소, 음극 보호 자주 사용됩니다.

이 방법은 강철 자체가 부식 회로에서 보호되는 음극이 되도록 강철의 전기화학적 거동을 변화시킵니다..

두 가지 주요 형태가 있습니다:

희생적인 양극 음극 보호

아연과 같은 활성이 더 높은 금속, 마그네슘, 또는 알루미늄이 강철 구조물에 부착되어 있습니다.. 강철 대신 양극이 부식됨.

인상적인 전류 음극 보호

외부 전원이 구조에 보호 전류를 공급합니다., 음극화하여 부식을 억제.

음극 보호는 코팅만으로는 충분하지 않은 대형 구조물에 특히 효과적입니다..

많은 시스템에서, 코팅과 함께 사용됩니다., 코팅은 전류 수요를 줄이고 음극 시스템은 노출된 영역을 보호하기 때문입니다..

합금화: 금속 자체에 저항을 형성

또 다른 부식 제어 경로는 일반 탄소강보다 본질적으로 저항성이 더 높은 합금을 사용하는 것입니다..

스테인레스 스틸이 전형적인 예입니다., 그러나 내후성 강 및 기타 저합금 등급은 구성이 부식 거동을 어떻게 변화시킬 수 있는지도 보여줍니다..

합금은 단순히 표면을 보호하는 것이 아니기 때문에 강력합니다.; 소재 자체가 바뀌는 거죠. 스테인레스 스틸, 크롬은 녹에 저항하는 부동태 피막을 생성합니다..

다른 철강 제품군, 선택된 첨가물은 내산화성을 향상시킬 수 있습니다., 근력 유지, 또는 특정 환경에서의 행동.

이는 반복적인 유지 관리가 어렵거나 부품이 오랫동안 까다로운 환경에서 작동해야 하는 경우 합금을 특히 유용하게 만듭니다..

8. 결론

강철은 지금까지 개발된 재료 중 가장 적응력이 뛰어난 재료 중 하나입니다., 그러나 부식은 많은 환경에서 여전히 주요 한계로 남아 있습니다.. 일반 탄소강은 보호하지 않으면 쉽게 녹슬습니다..

스테인레스 스틸은 자가 치유 부동태 피막을 형성하여 부식에 저항합니다., 하지만 염화물이 풍부한 환경에서는 여전히 실패할 수 있습니다., 용접 조인트에서, 또는 일반 철에 오염되었을 때.

가장 중요한 교훈은 부식이 단일 솔루션으로 해결되는 단일 문제가 아니라는 것입니다.. 물질과 환경의 상호작용이다..

우수한 부식 성능은 올바른 합금 선택에서 비롯됩니다., 소리 제작 연습, 적절한 표면 처리, 서비스 환경에 적합한 보호 시스템.

엔지니어 및 제작자를 위해, 이 7가지 사항을 이해하는 것이 오늘날 단지 작동하는 강철을 선택하는 것과 수년 동안 안정적으로 작동하는 강철을 선택하는 것의 차이입니다..

 

자주 묻는 질문

강철은 모두 녹이 슬까??

예, 모든 강철은 적절한 조건에서 부식될 수 있습니다.. 부식 속도와 유형은 합금과 환경에 따라 다릅니다..

스테인레스 스틸은 녹슬지 않습니다.?

아니요. 스테인레스 스틸은 부식에 강합니다., 부식 방지되지 않음.

용접 후 스테인레스 스틸이 녹슬는 이유?

용접은 미세구조를 변화시킬 수 있기 때문에, 열 영향 구역에서 크롬 가용성을 줄입니다., 잔류 응력을 도입합니다..

염화물 환경이 스테인레스 스틸을 손상시키는 이유?

염화물 이온은 보호 산화막을 파괴하고 구멍이나 틈새 공격과 같은 국부적인 부식을 촉진할 수 있습니다..

탄소강을 보호하는 가장 쉬운 방법은 무엇입니까??

코팅 사용, 아연 도금, 또는 환경에 맞는 다른 부식 방지 시스템.