스테인리스강의 부식의 종류

스테인리스강의 부식의 종류

우리가 흔히 녹이 슬었다 녹이 났다하는 표현을 하는데 여기서 녹은 공기 중의 산소와 물과 반응해서 산화하는 것에 의해 발생하는 것입니다. 바닷가 근처에 있는 금속이 녹이 슬기 쉬운 것은 공기 중의 수분을 흡수하기 쉬운 성질때문이다. 우리 실생활 속에서 많이 사용하고 있는 스테인리스 제품이 녹(부식)에 강한 이유는 다른 금속보다도 크롬이나 니켈이 많이 포함되어 있기 때문이다. 크롬 인자는 공기 중의 산소나 물과 반응하고 눈에 보이지않는 수 나노미터의 얇은 막을 만들어 산화를 방지하기 때문이다.

이 피막은 파손된다해도 바로 공기와 반응하여 자기수정하는 성질을 가지고 있어 내측의 금속을 보호한다. 이것을 부통태피막이라고 부른다. 이 성질을 이용한 크롬도금이나 니켈도금 등 녹을 방지하는 표면처리도 있다.

스테인리스강의 부식

<부식의 종류>

전면부식

금속의 표면 전체에 무작위로 랜덤하게 부식이 되어 가고 있는 상태를 말한다. 실외의 공기중에서 일어나는 부식의 대부분이 전면부식에 해당하고, 산화력이 약한 환경에서 천천히 부식이 진행되어 간다.

 

공식(孔食)

금속의 어느 한 부분에만 발생하는 부식을 말한다. 바닷바람이 센 해안가에 설치된 가이드 레일 등에서 자주 보이는 부식으로 염화물질이 부착되어 점상으로 부식이 발생한다. 이것은 염화물 이온이 대량으로 존재하는 환경에서는 부동태피막의 유지에 필요한 크롬이 부족해짐으로써 피박 형성이 제대로 이루어지지 않게 됨에 따라 침식이 진행되어 가는 원인이 된다.

 

틈새부식

공식과 마찬가지로 부분적으로 발생하는 부식을 말한다. 구조상 금속이 조합되는 매우 작은 틈새에서 발생한다.

그 툼새 내에서는 부동태피막의 유지에 필요한 특히 산소가 부족하기 때문에 그 원인으로 부식이 진행된다. 바닷물(해수)중에서 스테인리스강이 부식을 일으키는 원인이 많은데 이것이 틈새부식이다.

 

입계부식

용접이나 열처리에 의한 부식이다. 금속은 온도에 따라 조직의 배열이나 조직 자체가 달라지는데 가열에 의해 탄소와 크롬이 결합해, 크롬 탄화물이 형성됨으로써, 부동태 피막에 필요한 크롬이 부족해짐에 따라 부식이 진행된다.

 

이종금속 접촉부식

물 속에서 다른 금속이 닿을 때 발생하는 부식이다. 합쳐진 금속의 한쪽이 플러스 극, 다른 한쪽이 마이너스 극이 된다. 음극의 금속에 대한 플러스 극 측의 금속의 면적비가 부식 속도에 영향을 주게 된다.

 

■ 재질에 따른 내식성의 특징

재질	특징
SUS304L(18Cr-8Ni 低C)	내입계 부식성을 개선(탄소량 저감) SUS304와 마찬가지로 범용성이 있다
SUS316(18Cr-12Ni-2.5Mo)	내식성, 내산성 개선(Ni 증량 Mo 첨가) SUS304의 강화판으로 내공식용이 필요한 장소에 사용됨
SUS316L	탄소량의 저하에 따른 내입계부식성의 개선 지붕, 외장, 수도관, 하수도관, 온수기 등에 사용됨
SUS316Ti(18Cr-12Ni-2.5Mo-Ti)	내입계부식성 개선(Ti 첨가)
SUS316J1(18Cr-12Ni-2Mo-2Cu)	내산성 개선(Cu 첨가) SUS316 보다 내공식성 우수 황산을 사용하는 환경에 적합
SUS317(18Cr-12Ni-3.5Mo)(Cr,Ni,Mo 의 증가)	SUS316보다 내공식성 우수
SUS317L (내입계부식성)	내입계부식성 개선 염색설비 재료로 사용됨
SUS317J1(18cr-16Ni-5MoでNi,Mo량 증가)	SUS317L의 강화판 SUS317L로 견디기 힘든 환경에 적합
SUS317J3L (Ni,MO 증가, N첨가)	SUS317 보다 내공식성이 뛰어남
SUS309S(22Cr-12Ni)	내산화성의 개선(Cr, Ni량 증가) SUS304 보다 내식성이 뒤어나지만 주로 내열강으로서의 용도로 쓰인다. 제트엔진 부품, 각종 고온고열환경에 사용됨
SUS310S(25Cr-20Ni)	SUS309S 보다 내산화성 개량 주로 내열강으로서의 용도
SUS312L(20Cr-18Ni-6Mo-0.7Cu-0.2N-低C)	Mo을 많이 포함하고 각종 산성환경에 대응 가능 해수 사용기기, 염해지구 외장건축자재, 황산 플랜트 등에 사용
SUS321(18Cr-8Ni-Ti)	내립계 부식성 개선 (Ti 첨가) 제트엔진 부품, 각종 산업기계 등에 사용됨
SUS347(18Cr-8Ni-Nb)	추가 내립계 부식성 개선 (Nb,Ta 첨가)
SUSXM15J1(18Cr-13Ni-4Si)	내응력 부식균열성 개량 염소 이온을 포함하는 환경에 대응 가능
SUS836L(22Cr-25Ni-6Mo-0.2N-低C)	SUS317 보다 내공식성 우수
SUS890L(21Cr-24.5Ni-4.5Mo-1.5Cu-C 감소)	해수 환경에 강한 특성을 가지고 있다
SUS420J1(13Cr-0.2C)	칼의 재료로 주로 사용 응력부식균열에 강한 특징이 있다
SUS410(13Cr)	내식성의 개선(탄소량 감소) 나사, 볼트 등 담금질이 가능한 범용성이 있는 금속
SUS410J1(13Cr-Mo)	Mo을 첨가하여 SUS410의 내식성 개선
SUS430(18Cr)	내식성 개선(Cr 증가) 페라이트계의 범용적 금속
SUS431(16Cr-2Ni)	SUS410, SUS430 보다 내식성이 우수
SUS630(17Cr-4Ni-4Cu-Nb)	SUS431의 내식성을 개량한 것 탄소량 감소, Ni 증가, 석출경화성 부여
SUS444(19Cr-2Mo-Ti,Nb,Zr-C,N 감소)	Mo을 많이 첨가해 내식성을 높힘 내응력 부식 균열용
SUS447J1(30Cr-2Mo- C,N 감소)	아세트산 환경에 강함 내응력부식균열용 내공식 성질도 가짐
SUS329J1(25Cr-4.5Ni-2Mo)	내공식성 개선(Cr량 증가 Ni,Mo 증가) 수문, 해수용 펌프, 배연탈황장치에 사용
SUS329J2(22Cr-5Ni-3Mo-N-C 감소)	내공식성의 개량(Ni,Mo 증가) 수솬 다리, 수조, 케미컬 탱크, 화학 플랜트, 제염 플랜트 등에 사용
SUS329J3(25Cr-6Ni-3Mo N-C 감소)	내공식성의 개량 (Cr량의 증가 Ni, Mo의 증가)

<사용 환경에 따른 구분>

바닷가 해변 부근, 해수(바닷물)에서의 사용

SUS304나 SUS316은 어느 정도의 내식성이 있지만, 실제 사용하는 해변이나 바닷가 부근의 환경에서는, 그보다 더 우수한 고내식성의 재질이 사용되고 있다. 포함된 원소에서도 SUS312L, SUS836L, SUS890L, SUS329J4L 등이 고내식성 재료가 된다. 25Cr-7Ni-3Mo 이상의 원소를 가지는 재료이면 어느 정도의 내공식 성능을 기대할 수 있다. 해수 환경에서는, 염화물을 정기적으로 세정이나 제거할 수 있는 것, 불순물이나 생물이 있는 환경에서 사용하는 것도 중요한 조건이다.

 

일상에서 사용하는 물에 강한 재질

저렴한 것은 SUS430이 자주 사용되고 가정이나 식당의 주방 기기와 일반적인 가정용 기구(부엌용)에서 사용되는 경우가 많다. SUS316L의 용도로 수도관, 하수도관, 급탕기 등에 사용되고 있는 이외에 고온이 되는 자장면의 면을 삶는 용기에도 사용되고, 조미료를 넣고 끓이는 내산성을 필요로 하는 재료로서도 사용된다.

 

질산

질산에 대해서는 농도 20% 정도의 상온이면 어느 재질이라도 문제 없지만, 농도 65% 이상으로 끓는 것에 대해서는 SUS304나 SUS316이 아니면 대응할 수 없고, 페라이트계의 SUS430이나 마르텐사이트계의 SUS410,420J1에서는 대응할 수 없다.

 

황산

SUS316 이상의 내식성을 가지고 있는 재료라면 상온의 농도 10% 정도까지는 견딜 수 있. 끓는 온도 상태에서는 5%의 농도에서도 SUS316은 견딜 수 없다. Mo가 첨가되어 있는 재질, Mo, Cu가 첨가되어 있는 재질은 황산에 대한 내식을 기대할 수 있다.

 

염산

스테인리스강의 적이라고도 할 수 있는 강산성의 물질로, 염산을 취급하는 환경에 대해서는 스테인리스강은 사용을 피해야 할 재질이다.

 

알칼리

높은 Ni 스테인리스강에 내성이 있다. 가성 소다(수산화나트륨은 강알칼리성 물질)로 농도 50%의 상온이면, 어느 스테인리스강에서도 문제 없지만 그 이상의 농도에서는 부식을 일으킬 가능성이 높아진다.

 

<첨가 원소에 따른 내식성의 특징>

 

크롬(Cr)

SUS304(18Cr-8Ni) 등.
부동태 피막을 형성하는 주성분으로, 함유량에 의해 내식성도 증가

스테인리스강에는 12% 이상의 함유가 필요

 

몰리브덴(Mo)

SUS316(18Cr-8Ni-2Mo) 등.
크롬의 자기 수정 작용을 높인다. (부동태 피막 강화)

 

탄소·질소(C,N) 

SUS836L(22Cr-25Ni-6Mo-0.2N-저C) 등.
내공식, 내틈새 부식성이 향상

 

유황(S)

SUS303(18Cr-8Ni-0.3S) 등.
절삭성이 양호해지고 내식성이 저하

 

니오브 티타늄 (Nb, Ti)

SUS347(18Cr-9Ni-Nb) SUS321(18Cr-9Ni-Ti) 등.
용접부의 내식성을 강화

 

구리(Cu)

SUS312L(20Cr-18Ni-6Mo-0.7Cu-0.2N-저C) 등.
내산성 강화

 

<key point>

스테인리스강의 종류는 상당히 다양하기 때문에 사용 환경이나 용도에 따라 적절한 재질을 선정할 필요가 있다. 또한, 내식성이 우수한 재질을 선택하는 것뿐만 아니라, 비용적인 측면도 고려할 필요가 있다.