(2) 피팅(pitting)과 틈새(극간) 부식
내식성을 위해 부동태 피막을 전달하는 모든 금속 및 합금과 마찬가지로 스텐레스 강은 국부적인 부식을 받기 쉽습니다. 보호용 부동태 피막은 결코 완벽하지는 않지만, 항상 내식성에 영향을 미치지 않는 미세 결함을 포함합니다. 그러나 환경에 염화물 같은 할로겐화물이 존재하면, 이들은 부동태 피막을 국부적으로 파괴할 수 있고 새로운 피막의 개질을 방지할 수 있습니다. 이는 국부적인 부식, 즉 피팅(pitting) 및 틈새 부식을 야기합니다. 이 두 가지 유형의 부식은 일반적으로 바닷물과 같은 염화물 함유 수용액에서 발생하지만 다른 할로겐화물이 포함된 환경에서도 발생할 수 있습니다.
피팅(pitting)은 다소 깊이있는 국부적인 공격을 특징으로 하며, 일반적인 표면에서 정상적으로 발생합니다.
틈새(극간) 부식은 부동태 피막이 쉽게 약화되고 파괴되는 용액을 함유한 좁은 틈새에서 발생합니다. 이것은 스텐레스 강 표면에 와셔, 플랜지, 침전물 또는 부착물 아래에서 발생할 수 있습니다. 두 가지 형태의 부식은 중성 환경에서 발생하지만 공격의 위험은 산성 용액에서 증가합니다.
소금기가 많은 물에 사용되는 AISI 304 튜브에 피팅
염수에 사용되는 평면 열교환기 고무 와샤 아래 틈새 부식
크롬, 몰리브덴 및 질소는 피팅(pitting) 및 틈새(극간) 부식에 대한 스텐레스 강의 저항을 증가시키는 합금 요소입니다. 해수에서 국부적인 부식에 대한 내성은 6% 이상의 몰리브덴을 필요로 합니다.
합금 원소의 효과를 결합하는 한 가지 방법은, 크롬, 몰리브덴 및 질소의 다양한 효과를 고려한 소위 피팅 저항 등가(Pitting Resistance Equivalent, PRE)를 사용하는 것입니다. 피팅 저항 등가(Pitting Resistance Equivalent, PRE)에 대한 몇 가지 방정식이 있으며, 모두 몰리브덴과 질소에 대해 약간 다른 계수를 나타냅니다. 가장 일반적으로 사용되는 수식 중 하나는 다음과 같습니다.
PRE = %Cr + 3.3x%Mo + 16x%N
이 공식은 거의 항상 양면 스텐레스 강에 사용되지만, 때때로 오스테나이트 스텐레스 강에도 적용됩니다. 그러나 후자의 범주에서 질소에 대한 계수의 값은 종종 30으로 설정되는 반면에 다른 계수는 변경되지 않습니다. 이것은 다음 공식을 제공합니다.
PRE = %Cr + 3.3x%Mo + 30x%N
공식의 차이는 일반적으로 작지만 질소에 대한 높은 계수는 질소 합금된 등급의 PRE 값에 차이를 줄 것입니다.
다양한 스테인리스 스틸의 일반적인 PRE값
조성의 영향은 여러 등급의 강철 등급에 대한 PRE 값에 대한 특정 환경에서의 중요한 피팅 온도(CPT)를 정리하여 설명할 수 있습니다. 쳇 값은 시험 중 부식 공격이 발생한 최저 온도입니다.
PRE값의 함수로서 1M NaCl에서 임계 피팅온도(CPT)
기본 부식 메커니즘은 피팅(pitting) 및 틈새(극간) 부식 모두에서 동일하기 때문에, 같은 요소가 두 가지 유형의 부식 공격에 모두 효과적입니다. 이 때문에 종종 특정 강종에 대한 CPT 값과 CCT 값 사이에는 직접적인 상관관계가 있습니다. 틈새(극간) 부식은 두 가지 유형의 부식 공격 중 더 심각하며 CCT 값은 모든 스텐레스 강 등급의 CPT 값보다 낮습니다.
이것은 아래 그림에 나와 있으며, 6% FeCl₃의 임계 피팅 온도(critical pitting temperature, CPT)와 임계 틈새(극간) 부식온도(critical crevice corrosion temperature, CCT)가 여러 스텐레스 강의 PRE 값에 비해 구분되어 있습니다. CPT 및 CCT 값은 부식이 일어난 최저 온도입니다.
다양한 스테인리스 강재에 대한 염화제이철의 임계 피팅온도(CPT) 및 임계 틈새 부식(CCT)
상기 그림에서 알 수 있는 바와 같이, PRE 값과 CPT 및 CCT 사이에는 비교적 양화한 상관관계가 있습니다. 결과적으로 PRE 값을 사용하여 국부적인 부식 공격과 유사한 내성을 가진 개략적인 그룹으로 스텐레스 강의 등급 및 합금을 PRE 값의 10단위로 그룹화할 수 있습니다. 그러나 그것은 거의 유사한 PRE 값을 갖는 강재 등급 또는 합금을 비교하거나 분리하는 데 사용할 수 없습니다.
마지막으로, 이 유형의 모든 그림은 스텐레스 강 등급 간의 비교를 보여주며 주어진 테스트 환경에서만 유효하다는 점을 강조합니다. 스텐레스 강의 등급은 NaCl 및 FeCl₃에서 서로 다른 CPT를 가지는 것에 주의해야합니다. 따라서 실제 사용 조건과 테스트 조건 사이의 관계를 보여주는 실용적인 경험이 없으면 그림의 온도를 다른 환경에 적용할 수 없습니다. 그러나 국부적인 내식성의 상대적인 순위는 다른 환경에서도 종종 동일합니다.
테스트 환경이 “자연스러운” 환경에 가까울수록, 즉 테스트 환경이 사용 환경의 주 요인에 더 가깝게 할수록 특정 사용 환경에 대한 특정 스텐레스 강의 적합성을 판단할 때, 더 많은 데이터가 생성될 수 있습니다. 결과적으로 여러 산업 분야에서 공통적인 중성 pH, 염화물 함유 수용액 중 어느 하나에 적합한 등급인지 여부를 판단하기 위해 염화제2철에서의 시험보다 염화나트륨에서의 시험이 더 좋습니다.
피팅(pitting)과 틈새(극간) 부식 모두에 대한 우수한 저항성을 얻기 위해서는 몰리브덴 함유량이 충분히 높은 고 합금 스텐레스 강을 선택할 필요가 있습니다. 그러나 적절한 스텐레스 강 등급을 선택하는 것이 국부적인 부식 공격의 위험을 최소화하는 유일한 방법은 아닙니다. 이러한 유형의 부식 공격에 대한 위험은 정체된 상태 및 좁은 틈을 피함으로써 설계 단계에서 감소할 수 있습니다. 따라서 설계자는 정확하게 스텐레스 강의 등급을 선택하고, 장비를 적절하게 설계함으로써 피팅(pitting) 및 틈새 부식의 위험을 최소화할 수 있습니다.
