스테인리스강 부식특성

스테인리스강의 내식성

스테인리스강은 표면의 얇은 보호막 덕분에 녹이 잘 슬지 않는 철합금이다.

이 보호막은 크롬 산화물 부동태 피막이며 두께는 약 10nm 이하다.

다만 염화물, 고온, 응력 조건에서는 피막이 깨져 국부 부식이 생긴다.

부동태 피막의 형성과 파괴

부동태 피막은 크롬이 산소와 반응해 만들어지는 얇은 산화막이다.

제작 후에는 유리철과 오염물을 세척하고 산 욕조에서 피막을 재생성한다.

이 공정을 부동태화 처리라 하며 질산이나 시트르산을 쓴다.

피막이 깨지면 국부 부식이 진행된다. 다만 피막은 손상되어도 스스로 복원된다.

부식 형태별 원인

부식 형태마다 원인과 발생 조건이 다르므로 나눠서 이해해야 한다.

공식은 염화물 환경에서 피막이 국부 파괴되어 생기고, 틈새부식은 틈 안팎의 산소 농도 차로 진행된다.

입계부식은 용접 후 결정립계에 크롬 탄화물이 석출되어 Cr이 고갈될 때 생긴다.

응력부식균열은 인장응력, 염화물, 고온이 함께 작용할 때 발생한다.

304과 316의 차이, PREN 계산

스테인리스강 등급은 화학 조성으로 공식 저항을 비교한다.

PREN은 크롬, 몰리브덴, 질소 함량에 가중치를 둔 지수다. 값이 클수록 공식에 강하다.

SUS304는 몰리브덴이 없어 PREN 계산값이 18.8이다.

SUS316은 몰리브덴 2.5%가 더해져 PREN이 약 26.05로 올라간다.

이처럼 몰리브덴 첨가가 염화물 환경의 공식 저항을 높인다.

예민화와 대책

정답은 몰리브덴 첨가다. SUS316은 Mo가 공식 저항을 높인다.

예민화는 400~800°C 가열 후 크롬 탄화물이 결정립계에 석출되는 현상이다.

이때 결정립계 주변의 Cr이 고갈되어 입계부식이 일어난다.

대책은 탄소 함량이 낮은 저탄소강과 Ti·Nb 같은 안정화 원소를 쓰는 것이다.

정답은 저탄소강 사용이다. 저탄소 강종은 C 0.03% 이하로 만든다.

정리

스테인리스강의 내식성은 부동태 피막에서 나오며 이 피막은 자기복원된다.

염화물, 고온, 인장응력이 함께 있으면 공식, 틈새, 응력부식균열이 생긴다.

재질은 PREN과 사용 환경의 염화물 농도, 온도를 함께 보고 고른다.