입계부식

정의

입계부식은 결정입계를 따라 진행하는 국부부식이다.

입계에 석출된 크롬탄화물 주변의 크롬 고갈층이 먼저 부식된다.

스테인리스강이 조용히 파손되는 대표 원인이다.

발생 흐름

고온에 가열되면 탄소가 입계로 이동해 크롬과 결합한다.

그 결과 입계에 탄화물이 석출하고, 주변 크롬이 빠져 고갈층이 생긴다.

입계 주변 크롬이 12% 미만으로 떨어지면 부동태 피막을 복원하지 못한다.

그 부분이 먼저 부식되어 결정립이 탈락하고 입계 균열로 이어진다.

계산 예

Cr23C6에서 크롬이 차지하는 질량비를 계산해 보자.

분자는 크롬의 질량, 분모는 탄화물 전체의 질량이다.

계산 결과는 약 94%이다. 탄화물 대부분이 크롬으로 이루어진다.

저탄소 강종

예민화를 막는 첫째 방법은 탄소 함량을 낮추는 것이다.

304L은 탄소를 최대 0.035%로 제한해 석출할 탄소를 줄인다.

용접 구조물에는 304L을, 고온 강도가 필요하면 304H를 쓴다.

탄소가 줄면 석출할 탄소 자체가 줄어 예민화 시간이 길어진다.

안정화와 고용화

둘째 방법은 Ti나 Nb 같은 안정화 원소를 넣는 것이다.

고용화 열처리는 1050~1150℃로 가열한 뒤 급냉하는 방법이다.

Ti와 Nb는 탄소와 먼저 결합해 입계 크롬이 유지되게 한다.

급냉하면 탄화물이 재석출할 시간을 주지 않아 예민화를 막는다.

정리와 직접 풀기

정리하면 입계부식은 탄소 확산과 Cr23C6 석출에서 시작된다.

답안에서는 예민화 원리를 먼저 쓰고, 대책을 그 원리에 연결한다.

이제 직접 풀어 보자.

정답 확인

정답은 Ti 또는 Nb다. 두 원소는 탄소와 먼저 결합해 크롬을 지킨다.