수소취성 균열의 원인과 대책에 대해 알아보자

수소취성 (Hydrogen Embrittlement) 균열의 원인과 대책에 대해 알아보자

수소 취성 균열이란 강재가 수소를 흡수함으로써 인성(끈기)가 저하하여 깨지는 현상이며 

일명"수소 취성"이라고도 불립니다.

 

수소는 도금/용접· 산 세척/부식 등으로 강재에 흡수되어 균열을 일으킵니다.

수소 취성은 HRC(로크웰 경도)40이상 항장력 130kgf/mm2등, 

고장력 강과 고강 도강에서 발생하기 쉽다고 합니다.

 

저 강도의 강철에는 거의 영향을 미치지 못하고 있지만 수소 흡수량이 많으면 발생할 수도 있어 

일률적으로 이 강재라면 수소 취성에 대해 안심이라고 단언 할 만한 소재는 없습니다.

본 기사에서는 이러한 수소 취성 균열 원인과 수소 취성 균열 대책에 대해서 해설합니다.

 

 

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수소 취성 균열의 원인

수소를 흡수함으로써 취약하는 원인은 "수소 원자가 모여 분자가 될 때, 내부 압력이 상승하기 때문"과

"수소 원자들이 철의 결합을 저해하고 재료의 강도를 낮추기 때문" 등

여러가지 설이 있지만 뚜렷한 원인은 현재 불명이라 전해지고 있습니다.

또 수소 취성 균열은 지연 파괴도 일으킬 가능성이 있습니다.

 

지연 파괴는 인장 하중이 걸린 강재에 소성 변형이 없는 것의 응력이 집중한 부분에 균열이 발생하며

나중에 급속히 파괴하는 현상을 말합니다.

지연 파괴는 교량 등의 건축물에 사용되는 고력 볼트에 보여지기 쉬운 현상입니다.

 

수소 취성 균열과 지연 파괴는 산 세척이나 도금 등의 과정에서 수소를 흡수할 우려가 있기 때문에 

 

교량의 현장에서 1개의 볼트가 늦은 파괴를 일으키면 같은 곳에서 제조된 볼트

모든 점검 및 교환을 필요로 하는 경우가 있습니다.

 

 

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수소 취성 균열의 대책, 베이킹 처리

수소 취성 균열을 방지하려면 베이킹 처리하는 것이 유효합니다.

베이킹 처리는 철자인 "baking"의 이름대로, 200℃ 정도의 온도에서 8~24시간 정도 가열하는 탈수소 처리를 합니다.

온도와 가열 시간에 대해서는 강재나 도금 처리 내용에 의해서 다양합니다.

 

예를 들면, 고온으로 할 것으로 경도가 떨어지는 강재에 대해서는 높은 온도에서 처리를 피해야 합니다.

그 경우는 낮은 온도로 긴 시간을 두고 처리하는 것이 좋습니다.

 

도금 피막에 두터운 것은, 강재에 흡수된 수소가 빠지기 어려워지니

이쪽 역시 베이킹 처리 시간을 오래 할 필요가 있습니다.

그 밖에 베이킹 처리에 주의하고 넘어갈 포인트로서 

"도금 후 바로 베이킹 처리를 하지 않았다",

"열 처리 효과가 낮은 아연 도금·광택 도금을 실시했다 ",

"산 세척 시간이 오래 또는 고농도의 처리 용액을 사용하여 많은 수소를 흡수하였다"등의 경우

수소가 빠지기 어렵고, 수소 취성 균열이 일어나는 경우도 있습니다.

베이킹 처리 이외의 대책으로는 도금 공정에서 산 세척을 할 때

"저 농도의 산을 쓴다",

"단시간에서 산 처리를 마친다",

"쇼트 블라스팅 등 기계적 처리를 이용하고 장시간의 산 처리를 피한다"라고 하는 방법도 효과적입니다.

 

 

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