[공학] 응력부식균열(stress corrosion cracking, SCC) 현상 원인

 

응력부식균열(stress corrosion cracking, SCC) 현상 원인

 

목차

 

응력부식 균열 현상과 원인

응력과 부식의 공동작용으로 생기는 균열의 현상을 응력부식균열이라고 합니다.

일반적으로 금속에 인장응력을 가해도 인장강도를 넘지 않으면 파단하지 않습니다. 그런데 어떤 부식환경 하에서는 인장강도 이하의 응력에서도 시간이 경과함으로써 균열이 생기고 조건에 따라 파단됩니다. 파단까지 걸리는 시간은 주어진 인장응력이 클수록 짧아집니다.

응력부식균열이 생기는 부식환경은 금속이나 합금의 종류에 따라 다르고, 몇 가지로 한정되어 있습니다(표 참조). 또한, 균열 원인 물질의 농도나 환경의 온도가 어느 정도 이상 높아지지 않으면 균열되지 않습니다.

 

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균열 원인 물질

<표. 응력부식균열을 일으키는 대표적인 물질>

 

 자주 발생하는 케이스는 SUS304와 같은 오스테나이트계 스테인리스강의 염화물이온의 작용에 따른 균열입니다. 온도가 50～60℃ 이상일 때이지만, 염화물 농도가 예를들면 10ppm으로 대단히 낮아도 증발 등에 의해 스테인리스강 표면에 농축이 생기는 경우에는 균열이 생기는 경우가 있으므로, 균열에 필요한 염화물 농도는 정해지지 않습니다.

 응력부식균열은 금속 내의 결정립을 관통하는 경로 또는 결정립계에 의한 경로가 부식에 따라 표면에서 내면으로 녹아 들어감으로써 생기며, 각각 입내균열, 입계균열이라고 부릅니다.

 

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응력부식균열의 성장

응력 부식 균열 ( SCC )은 부식 환경 에서 균열 형성의 성장입니다. 이는 특히 고온에서 인장 응력을 받는 일반적으로 연성인 금속 합금 의 예상치 못한 갑작스러운 파손으로 이어질 수 있습니다. SCC는 특정 합금이 소수의 화학적 환경에 노출될 때만 SCC를 겪을 가능성이 높다는 점에서 매우 화학적으로 특이합니다. 주어진 합금에 대해 SCC를 유발하는 화학적 환경은 종종 약간의 부식성 환경입니다.금속에. 따라서 심한 SCC가 있는 금속 부품은 미세한 균열로 채워져 있으면서도 밝고 반짝거릴 수 있습니다. 이 요인으로 인해 SCC가 실패하기 전에 감지되지 않는 것이 일반적입니다. SCC는 종종 빠르게 진행되며 순수 금속보다 합금에서 더 일반적입니다. 특정 환경은 매우 중요하며 치명적인 균열을 생성하는 데 매우 적은 농도의 특정 고활성 화학 물질만 필요하며 종종 파괴적이고 예기치 않은 고장으로 이어집니다.

외력이 아니더라도 응력은 여러가지로 발생될 수 있는데, 응력 집중 으로 인한 틈새 하중의 결과이거나 조립 유형 또는 제조(예: 냉간 가공)의 잔류 응력 으로 인해 발생할 수 있습니다. 잔류 응력은 어닐링 또는 기타 표면 처리를 통해 완화할 수 있습니다. 예를 들어, 응력 부식 균열로 인한 화학 공정 장비의 예기치 않은 조기 고장은 직원, 운영 시설 및 환경의 안전 측면에서 심각한 위험을 초래합니다. 이러한 유형의 장비의 신뢰성을 약화시킴으로써 이러한 고장은 생산성과 수익성에도 악영향을 미칩니다.

 

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황화물 응력부식균열

 한편 인장응력 하에 있는 고장력강에 물과 황화수소를 작용할 때 생기는 황화물응력부식균열 (sulfide stress corrosion cracking, SSCC)은 표면에서의 부식에 따라 생긴 수소가 강(鋼) 속에 들어가고, 수소취화가 생기는 결과인데, 이것은 어느 경로를 따라 녹는 것이 원인이 되지 않는다. 그러나 응력과 부식작용의 결과로 생기는 것이 응력부식균열과 비슷하므로 응력부식균열에 포함하여 생각하는 사람이 많다. 이 경우 황화수소는 촉매적인 작용에 따라 수소가 강에 들어가는 것을 돕고 있다.

 

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