내식합금[corrosion resistant alloy]

 명칭은 넓은 의미로는 내식성을 가진 합금의 총칭이라고도 볼 수 있는데, 여기서는 협의에 중점을 두어 니켈기내식합금으로 설명한다. 따라서 염산 등 환원성 환경 중에서도 우수한 내식성을 나타내는 니켈기합금의 총칭이라는 것이 내식합금의 정의이다. 

여기서 최초로 각종 내식성재료 중에서 니켈기합금이 이런 큰 명칭으로 불리우게 된 이유를 설명하고자 한다. 

잘 알려져 있는 내식성재료로는 스테인리스강이 있다. 이 재료는 10.5% 이상의 Cr을 첨가하고 표면에 치밀한 산화물 피막을 형성시켜서, 그 보호작용에 의해 내식성을 높인 철기합금이다. 그 때문에 산화성 환경 중에서는 우수한 내식성을 나타내나 산화성 환경 중에서의 내식성은 떨어진다. 그 개선으로 철보다 비활성금속인 니켈 등을 첨가하는 것이 유효함을 나타내었다.

 

그 연장으로 기질을 니켈로 바꿔서 가혹한 환경에 견딜 수 있는 재료로 개발된 것이 니켈기합금이다. 그 때문에 내식성재료 중의 최고봉이라는 의미에서 이러한 큰 명칭으로 부르고 있다. 

다음으로 니켈을 기질로 하는 것의 우위성에 대해 설명하고자 한다. 니켈의 녹기 쉽다는 관점에서 내산성은 구리와 철의 중간으로 철보다는 우수하지만 구리보다는 떨어진다. 

 

또 니켈에서는 철이나 구리보다 표면에 치밀한 산화물이 형성되므로 피막에 의한 보호작용도 크다. 게다가 니켈은 알칼리에 대한 내식성도 우수하다. 또 니켈에서는 다른 합금원소의 고용한(固溶限)이 높고 고농도역의 고용체가 얻어지기 쉽다. 

 

따라서 니켈기질에서는 각종의 합금원소를 고농도역까지 첨가하는 것이 가능하고, 산화성과 환원성이 가혹한 환경에 견딜 수 있는 내식성과 광범위한 기계적특성을 병용한 합금의 개발이 기대되었다. 이것에 부응하기 위해 개발된 것이 내식합금이다. 

니켈기내식합금에는 Ni-Cu계, Ni-Cr계, Ni-Cr-Fe계, Ni-Mo계 등의 합금이 있다. Ni-Cu계합금은 70Ni-30Cu합금을 기본으로 하는 모넬메탈로 환원성 화학공업 환경이나 고유속 해수에 대한 내식성이 특히 우수한 특징이 있다.

 

그러나 그 내식성은 Ni이나 Cu보다도 양호하다는 흥미 깊은 특징도 있다. 내산화성과 내열성을 개선시키기 위해 Cr을 첨가한 Ni-Cr과 Ni- Cr-Fe계합금은 70～80Ni-10～30Cr합금을 기본으로 하는 인코넬로 고온내식성을 필요로 하는 용도에 쓰인다. 또 Ni-Mo계합금은 50～70Ni-20 ～30Mo합금을 기본으로 하는 하스텔로이로 염산에 대한 내식성이 특히 우수하다.

더욱기 내식합금은 가혹한 환경 중에서 전면부식만이 아닌 국부부식에 대한 저항성도 우수하다.

 

특히 염소이온을 포함하는 환경 중에서의 응력부식균열, 공식(孔食)이나 틈새부식에 대한 내식성이 우수하다.

그러나 니켈기합금이라면 초내열합금에 대한 니켈기초합금 쪽이 유명하다. 이것은 각종 금속간화합물을 형성하는 니켈의 또 하나의 특징을 이용한 합금이다.

 

이와 같이 니켈은 철이나 크롬에 비해 고가인 원소지만, 다양하면서 극한적 성능을 가진 합금의 기질을 구성하고 재료의 가능성을 확대한 매우 유용한 원소이다.

 

대표적인 저합금내식강
종 류	특 성	용 도	첨 가 원 소
내후성강	옥외의 대기 중에서 보호성이 좋은 녹층을 생성하여 탄소강의 수배의 내식성을 나타낸다. 해안에 가까운 부근, 물이 담겨져 있는 조건하에서는 부적.	교량, 산업기계, 건축물, 철도차량a), 철탑   주a) 도장을 겸용	Cu-Cr-(Ni)-P(JIS G 3125) Cu-Cr-(Ni)(JIS G 3114)b)   주b) Mo, Nb, Ti, V, Zr 등을 첨가해도 좋다.
내해수강	해수환경의 해수비말이 내리는 조건 하에서 보호성이 좋은 녹층을 생성하여 탄소강의 2～3배의 내식성을 나타낸다. 바닷속에는 탄소강과 동등.	항만시설(강널말뚝, 강관말뚝 등)	Cu-Ni-P, Cu-Cr-P 등
	해수비말부와 동시에 바닷속에도 탄소강의 2배 정도의 내식성을 나타낸다.	同上 및 해양구조물, 해중구조물	Cu-Cr, Cu-Cr-Al 등
내황산노점부식강	유황분을 함유하고 화석연료를 사용하는 보일러 등 연소가스의 열회수설비나 연도 등, 온도가 약120℃ 이하의 조건 하에서 황산이 응축하여 생기는 부식에 대해, 탄소강보다 우수한 내식성을 나타낸다.	보일러공기예열기, 연도 등	Cu-Sb, Cu-Sb-Sn, Cu-Cr, Cu-Cr-Sb, Cu-Cr-Sb-Sn 등
내홈형부식전봉강관	수배관에 쓰이는 전봉강관의 전봉용접부에 생길 수 있는 선택적 부식에 대해 감수성이 거의 없다.	수배관 일반(공업용수, 냉각수, 해수 등)	저Sc)-Cu-Ni, 저Sc)-Cu-Ti, 저Sc)-Cu-Ca 등 강종에 따라 열처리병용   주c) 강종에 따라 S≦0.005 ～0.010%
내황화물응력부식균열 (내SSCC)강	고장력강의 황화물 환경에 있어서 SSCC(☞응력부식균열) 감수성을 저감시킨 강. 금속조직의존성이 크고 마르텐사이트조직의 감수성이 크므로, 담금질․뜨임형의 고장력강에서는 충분히 뜨임함으로써 감수성을 내린다. 저합금조성은 바람직한 조직을 얻는 것을 쉽게 한다.	내샤워유정관*	보조적으로 Cr, Mo 등을 첨가한다.
내수소유발균열강	강의 수소유발균열* 감수성을 저하시키기 때문에 균열의 기점이 되는 MnS개재물의 형상이나 양을 제어함과 동시에 수소의 흡장을 저감시킨 강.	내샤워라인파이프	저Sd)-저Mn-Cu-Ca 또는 희토류원소   주d) S≦0.002～0.005%