철의 부식과 수명요인에 대한 의견

철의 부식과 수명요인

철의 표면에 공기, 물 및 여러 가지 이온 등이 닿으면 반응을 일으켜 녹이 형성되어 못쓰게 되는데, 이를 철의 부식이라고 한다. 철이 부식되는 이유는 공기 중의 산소와 물 때문이며, 철의 부식은 염화나트륨과 같은 염이 있을 때 더 가속화 된다.

 

부식은 부식 환경에 따라 전면부식과 국부부식으로 분류되며, 승강기에서 일반적으로 사용하는 도장강판의 경우, 전면부식은 속도가 느려 실내에 설치된 경우, 건물과 같은 수명 유지가 가능 할 것으로 판단되며, 포스코 연구소 자료에 의하면 스틸하우스의 구조재로 사 용되는 아연도금강판의 경우에 건식 내부환경으로 사용시 강재의 부식속도는 매우 느려, 미국철강협회에서 권장하는 최소 부착량으로 도금된 경량형강을 사용하면 주택 내에서 수명은 거의 반영구적이다.

 

그러나 시공 및 관리부실로 발생할 수 있는 부분부식이나 국부부식은 전혀 예측할 수 없기 때문에 제작시 품질관리, 사용환경, 특히, 수분의 침투나 승강 로의 습도관리와 녹 등의 결함이 발생시, 적기에 보수 및 관리하는 것이 수명 을 결정하는 변수가 된다. 3.3항의 “15년 이상 승강기 상태조사”에서 보는 바와 같이, 종류의 승강기라 도 상태가 매우 양호하여, 원래의 상태를 유지하고 있는 승강기가 있는가 하 면 제작시 품질관리, 사용환경(수분)에 따라 15년 후 카 도어나 승강장 도어의 하부가 심하게 부식된 사례가 이를 증명하고 있다. 

스테인리스의 부식과 수명요인

 

탄소강판이나 저합금강판의 경우, 부식을 방지하기 위해서는 철 표면에 페인 트나 금속도금 등의 얇은 막을 입혀 철의 원소와 산소가 결합하는 것을 방지 하는 방법을 이용하나, 이는 사용환경과 관리에 의하여 많은 변수가 있으므로 이를 보완한 재료가 스테인레스강이다. 이 재료는 철에 크롬과 니켈의 합금을 첨가하여 제조한 것으로, 이 강의 특 징은 강의 표면에 산소와 크롬이 결합한 산화물 형태를 식별할 수 없을 만큼 얇은 산화크롬보호피막을 형성하여, 이 보호막이 산소의 침투를 막아주기 때 문에 도장의 효과가 있으며, 이를 부동태 피막이라고 한다. 그래서 스테인리스강의 내식성은 사용환경이 부동태를 유지하는 조건에 따 라 차이가 난다.

 

일반적으로 산화성이 강한 분위기에서도 매우 우수한 내식성 을 나타내며, 표면의 부동태 피막이 훼손되더라도, 바로 재부동태화되어 내식 성이 유지되는 특성을 가지고 있다. 

 

스테인리스강이 450~800℃ 범위의 온도로 가열되면 크롬 탄화물이 Cr23C6의 형태로 입계에 석출하는데 탄화물 중 크롬의 양은 탄소의 약 4배에 달하며, 크롬의 확산속도가 탄소보다 느리기 때문에 입계와 그 주위 영역에서는 크롬 이 고갈될 수 밖에 없다. 그 결과, 입계 근처에서 크롬양이 12%이하로 감소하면 내식성이 급격히 떨 어지는데, 이런 경우를 예민화(Sensitization)라고 한다.

 

예민화의 영향을 줄이 기 위해서 합금탄소(C)의 양을 낮추거나 크롬보다 우선적으로 탄소와 반응하 는 Ti, Nb 등의 원소를 미량 첨가한다. 스테인리스강을 용접할 경우, 용접부에서 조금 떨어진 열영향부(HAZ : Heat Affected Zone)가 예민화되어 입계부식이 주로 발생한다. 이는 열영향부의 온 도가 400∼700℃이고, 다른 부분보다 열을 받는 시간이 많기 때문이다.[그림 2.36참조] 따라서 용접부와 모재보다 열영향부의 내식성이 훨씬 취약하다

대기중 발생하는 부식

 

부식은 사용환경과 화학적 또는 전기화학적 반응을 일으켜 재료 물성의 훼 손 및 유효수명의 단축을 초래하는 현상이 발생하고 있으며, 대표적인 요인은 다 음과 같다.

 

대기부식이란 금속이 대기의 환경과 만나서 일어나는 부식현상으로 부식억 제에 소요되는 비용의 50% 이상이 대기부식과 관련된 것이다. 대기중에는 금속, 산소, 수분 및 오염 가스나 분진입자가 존재하여 부동태 피막의 안정성을 방해하여 대기부식이 지속적으로 발생시키게 된다.  일반 환경의 금속입계에서는 부식이 거의 일어나지 않는다. 그러나 특정 조 건에서는 입계가 대단히 큰 반응성을 가지게 되어 입계에 반응성 불순물들이 석출할 수 있으며, 크롬(과 같은 부동태 원소가 고갈될 수 있다. 그 결과 입계 또는 인접영역의 내식성이 저하되어 입계를 따라 부식이 심하 게 발생하는 경우가 있으며, 이를 입계부식이라고 한다.

 

가장 널리 알려진 입 계부식은 Austenite계 스테인리스강이 가열에 의해 입계에서 크롬이 탄소와 반응하여 입계주위의 인접영역에서 크롬이 고갈되어 내식성이 떨어지는 경우 이다 틈새부식의 경우도 있으며 전해액에 노출된 금속표면상에 어떤 틈이나 가려진 부분에서 국부적으로 심 한 부식이 발생하는 것을 틈새부식이라고 하며, 진행과정은 공식과 유사하다.

 

틈새부식은 금속표면상의 침전물 아래, 금속과 비금속 사이의 틈 등의 구석에 서 주로 발생하므로 관찰이 어려운 경우가 많다. 틈새부식은 부동태금속에서 흔히 발생하며, 해수환경에서 스테인리스강의 틈새부식은 대표적이다. 스테인 리스강의 주성분인 철, 크롬, 니켈 등의 부식생성물이 틈 내부에 축적되어 산 성의 염화물용액을 형성하면서 부식이 진행된다