스테인레스(STS)의 부식 및 스테인레스(STS) 샌드위치패널(판넬)의 생산

2021년 3월 10일 - 글쓴이: khbkgs1005 - 카테고리: 샌드위치판넬 적용가이드, 스테인레스판넬 기술자료 - No responses

1. 스테인레스(STS)의 부식

1) 극간부식

극간부식은 용액이 정테되어 있는 장소에서 발생하는 부식으로써 산소농담전지부식 또는 금속이온농담전지 등으로 인해 발생하는 것으로 되어있습니다. 스테인레스 강판을 리벳 또는 볼트로써 연결한 경우 2매의 판이 접합된 곳에 틈이 생기게 되면 액중에 용해되어 있는 산소의 결핍이 생긴 상태에서, 유동되고 있는 용액측의 산소용해량이 많은 경우에는 산소농담전지에 의해 이음판의 내부가 부식현상이 일어납니다.

또한 접합된 틈의 금속 이온 농도가 현저하게 높게 되어 유동하는 액측의 금속이온이 낮게 되기 때문에 이 경우 저금속이온 농도부에 부식이 일어나게 됩니다.

2) 공식

일반적으로 피팅(Pitting)이라고 불리워지며 보통 할로겐이온을 함유한 약한 부식성용액(예:해수)에 침젓시키는 경우 특히 침전물 혹은 이물이 부착된 상태에서 부식이 진행되기 쉽습니다. 이 현상은 수용액의 PH가 중성부근에서 산화제와 할로겐이온 특히 Cl⁻이 존재하게 되면 부동태 피막이 국부적으로 파괴되어 국부전지의 양극이 되고 부동태 피막이 음극으로 되어, 그 사이에 커다란 전위차를 발생시켜 단시간에 깊이 침식되는 형상입니다. 화학장치 등의 설계시 이러한 문제는 충분히 고려되어 적정한 강종을 선택하여 사용하는 일리 대단히 중요한 문제입니다.

스테인레스강의 내공식성은 일반적으로 훼라이트게보다도 오스테나이트계 스테인레스강이 양호합니다. 내공식성을 개선하는데는 Cr량의 증가와 Mo의 첨가가 필요하며 강종으로는 STS 316, STS 316ㅣ 등이 공식에 대해 비교적 양호한 성질을 가지고 있습니다.

① 사용환경의 개선

용액의 PH를 가능한 한 높이고 또 저온에서 사용합니다. 할로겐이온의 농축과 이물의 부착을 피하고 용액 중의 산소와 산화제의 농도가 균일하게 되는 구조설계와 아울러 사용상의 주의를 요합니다. 또한 용액의 교반속도를 높이는 것도 좋습니다.

② 전기방식

음극방식법으로 공식전위보다 낮은 전위를 유지시킵니다.

③ 재료

최종 제품의 부동태화 처리를 완전하게 하고 또 강표면을 깨끗하게 유지시킵니다.

3) 입계부식

입계부식은 스테인레스강의 전면에 대해 부식되지 않고 금속의 결정입계에서 부식되는 것을 말합니다. 이것은 금속결정의 입계에 가까운 부분에 있던 Cr원자가 탄소원자와 결합해서 70% Cr 이상의 Cr22C6라는 탄화물을 만들어 입계부분으로 석출하게 되면 입계부분으로 상대적으로 낮은 Cr 농도가 됩니다. 이로 인해 이 부분은 산화피막의 내식성이 떨어지게되어 용액 중에서 활성화된 부분이 양극적으로 작용하여 부식이 진행되어 마침내는 재료의 파괴를 가져오게 됩니다. Cr22C6의 석출은 합금원소의 조성, 열처리와 밀접한 관계가 있습니다.

탄화물의 석출은 탄소와 Cr의 화합물로써 450~900℃에서 장시간 스테인레스강을 가열하면 발생합니다. 훼라이트계 스테인레스강은 고온의 경우에 입계부식을 일으키기 쉬우며 이것은 Cr량에 따른 입계부식의 감수성이 그다지 예민하지 않습니다.

오스테나이트 스테인레스강은 일반적으로 훼라이트계보다도 저온(450~850℃)의 가열에서 입계부식이 일어나기 쉬우며 이 입계부식은 용액의 종류, 탄소 함유량, 열처리 온도 및 시간에 의존합니다.

최단시간에 예민화(결정입계에 탄화물이 석출하여 입계부식이 일어나기 쉬운 상태로 된 강을 예민화되어 있다고 함)하는 온도는 650~750℃의 범위에 있습니다. 또한 탄소의 함유량의 적을수록 예민화하기 어렵습니다. 따라서 탄소의 함유량이 높은 강은 예민화 온도를 거쳐 서냉시키면 감수성의 생기므로 언제나 고온에서부터 급랭할 필요가 있습니다. 또 탄소에 대하여 입계부식 감수성에 미치는 원소로써 니켈이 있습니다.

Ni의 량을 증가시킬수록 탄소의 용해도가 감소되어 탄화물의 입계석출이 일어나기 쉽고 입계부식은 감수성이 커집니다. 특히 이 입계부식른 용접부 주위의 열 영향부에서 일어나기 쉬우며 용접을 사용하는 경우, 즉 박판보다도 중·후판의 용접구조재를 사용하는 경우 고용화열처리를 행하지 못하면 충분한 주의를 해야합니다.

이의 방지책으로는

① Cr(크롬)보다는 탄소(C)에 대해 친화력이 큰 Ti(티타늄), Nb 등의 원소를 첨가하여 유해한 탄소를 이들 금속의 탄화물로 고정시킴으로써 예민화 온도에서도 크롬탄화물이 형성되지 않도록 합니다.

② 극저탄소(0.03%이하)의 STS 304L, STS 316L 및 안정화 스테인레스강의 STS 321, 347을 사용합니다.

③ 훼라이트계 스테인레스강은 650~800℃에서 열처리합니다.

④ 오스테나이트계 스테인레스강은 고용화 열처리 온도에서 급랭합니다.

4) 응력부식 균열

응력부식 균열은 스테인레스강에서 뿐만 아니라 카 금속들에서도 나타나는 현상이며 응력부식 균열에 대한 기구 및 본질적인 이론에 대해서는 명확히 확립되어 있지 않습니다. 그러나 이것은 재료에 인장응력이 가해질 때 응력과 부식의 상호작용에 의해 발생한다는 설이 가장 근거있는 설입니다. 즉 인장으력을 재료에 가할 경우 결정립에 미끄러짐이 일어나게 되어 이곳에 부식이 생기며 이로 인한 미세한 균열이 어떤 경우에는 발생하게 됩니다. 다시금 그 균열의 선단부에 미끄러짐이 발생하면서 위의 과정이 반복되어 균열은 자라게 됩니다.

응력부식 균열이 발생되는 주원인은 용접, 냉간가공에 의한 잔류응력, 냉각가열의 반복에 따른 열응력 등이며 이 균열의 특징은

① 균열은 인장 응력에 대해 주로 직각 방향으로 발생합니다.

② 응력 부식 균열을 일으키지 않는 최소 인장응력은 항복점보다도 훨씬 낮습니다.

③ 스테인레스 강의 전면부식을 일으키게 하는 강한 부식성 환경에서는 응력부식 균열은 발생하지 않습니다.

④ 응력부식 균열은 용액의 온도가 높을수록 심하게 일어납니다.

⑤ 부식용액으로서는 염화물을 함유한 환경에서 더욱 심하게 발생한다는 점등입니다.

이 응력부식 균열의 방지책으로는

ⓐ 부식의 방지: 전기적인 부식방지, 부식 억제재의 첨가, 도장, PH의 조절 등이 유효합니다.

ⓑ 응력의 제거: 용접 후 응력제거, 열응력의 발생제거, 조립 가공버 등으로 개선

5) 피로부식

재료에 반복응력을 주게 되면 피로현상으로 인해 파괴가 일어나게 됩니다. 부식용액 중에서는 이 보통수명보다 더 짧은 시간에 피로 파괴가 오게됩니다. 이것은 부식생성물의 형성과 공식이 피로 균열의 개시점으로 작용하기 때문인 것입니다. 피로부식은 온도가 높은 부식성 환경에서 사용되는 Punp 또는 반복충격을 받는 부분에서 일어나기 쉬우며, 방지가 곤란한 경우가 많습니다.

2. 스테인레스(STS) 우레탄 샌드위치패널(조립식판넬)

스테인레스 스틸(stainless steel, STS)을 표면재로 사용한 STS 우레탄 샌드위치패널(조립식판넬)은 식품 및 축산물 안전관리인증기준(HACCP, Hazard Analysis and Critical Control Point)을 위한 벽 및 천장재, 로 많이 사용되며, 스테인레스 스틸(stainless steel, STS) 등급에 따라 해안지역, 중공업 지역 및 염기에 노출되는 장소 등에 많이 사용됩니다.

스테인레스 스틸(stainless steel, STS)의 높은 광택으로 인해 스테인레스(STS) 우레탄 샌드위치패널(조립식판넬) 표면의 작은 굴곡은 크게 확대해 보이는 현상이 나타나며, 표면은 재료의 특성으로 인해 완전히 평평하지 않을 수 있습니다.

스테인레스(STS) 우레탄 샌드위치패널(조립식판넬)의 단열재는 주로 경질우레탄 폼 단열재를 사용합니다. 경질우레탄 폼은 본질적으로 폐쇄된 셀(closed cell) 구조 및 28~50kg/m³의 밀도 범위를 가지는 고도로 가교된 발포체입니다. 발포 폼 안에 개별 셀은 얇은 폴리머 벽으로 서로 격리되어 폼을 통과하는 가스의 흐름을 효과적으로 막습니다. 이 재료는 우수한 단열 특성과 함께 무게 대비 좋은 구조 강도를 제공합니다.