응력 부식 균열SCC의 원인과 대책 방법에 대하여

응력 부식 균열의 원인과 대책 방법에 대하여

응력 부식 균열(SCC:Stress Corrosion Cracking)이란 

부식 환경 하에서 금속 재료에 인장 응력이 작용하는 것으로, 

재료에 금이 생기는 현상을 말합니다.

 

부품 및 기기의 파손을 일으키겠다며 다양한 사고의 원인이 됩니다.

 

또, 응력 부식 균열은 주로 스테인리스, 탄소강, 놋쇠 같은 

합금으로 발생하기 쉽고 순수 금속은 거의 발생하지 않습니다.

 

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응력 부식 균열의 메커니즘과 3요소

응력 부식 균열은 재료적 인자·환경 인자·역학적 인자의 

3가지 요소가 갖추어졌을 때 발생합니다.

 

즉, 응력 부식 균열이 발생하는 것은 특정 재료와 환경의 조합에 있어서, 

어느 수준 이상의 인장 응력의 부가가 계속적으로 존재하는 경우에 한정됩니다.

응력 부식 균열이 발생하는 메커니즘은 어떠한 환경 인자에 의해서 

우선 금속 표면에 부식이 생기고 여기에 인장 응력이 가세함에서 균열이 생깁니다.

 

환경 인자, 응력이 계속 존재하는 것으로, 재료의 응력 부식 균열은 더 진행합니다.

 

그림:응력 부식 균열의 메커니즘과 모식도

 

또 아래 표에 응력 부식 균열의 원인이 되기 쉬운

금속 재료와 환경의 조합에 대해서 나타냈습니다.

 

<응력 부식 균열을 발생시키는 금속과 환경>

금속	원인 물질	환경의 예
탄소강	NO3-	고온 NaNO3용액
	OH-	고온액 농도 NaOH용액
고장력 강	H2S	H2S수용액
오스테 나이트계 스테인레스 강	CL-	고온 바닷물
	OH-	고온액 농도 NaOH용액
	다중 티온산	황화 한 후 습성 환경에 노출
	고온 수	비등수형 원자로의 배관
황동	NH3	NH3을 포함한 대기
	아민	아민 수용액
고력 알루미늄 합금	CL-	바닷물
고력 티탄 합금	CL-	해수 열 NaCL

상표의 같은 재료를 특정의 부식 환경에서 사용하고

"인장 응력"이 겹치자 응력 부식 균열이 발생합니다.

 

이 인장 응력에는 사용 시에 가담하는 응력의 외에도

기계 가공, 용접, 열 처리에 의해서 생기는 잔류 응력이 있습니다.

 

금속 재료의 최대 인장 강도의 1/10정도의 작은 인장 응력도 응력 부식 균열의 원인이 됩니다.

 

또 담금질 재료는 그 템퍼 온도에 따라서도 차이가 있어,

일반적으로 항복점이 높은 재료는 응력 부식 균열에 대한 감수성이 높다고 합니다.

 

 

스테인리스의 응력 부식 균열

스테인레스 강 중에서도 특히 오스테 나이트계 스테인레스 강에서

응력 부식 균열이 발생하기 쉽습니다.

 

오스테 나이트계 스테인리스 강에서는, 용접 등에 의해서

고온하에 처하자, 결정 입계 부근에서 탄소와 크롬이 결합하고

크롬 탄화물을 생성합니다.

 

이 때문에 입계 근방에서는 예민화(내식성이 저하하는 열악화 현상)한 상태가 되어,

응력 부식 균열이 발생하기 쉽습니다.

 

이를 입계형 응력 부식 균열라고 합니다.

 

또 스테인리스 강은 염소 분위기(염화물 수용액과 바닷물 등)도,

응력 부식 균열을 일으키기 쉬운 때문에 주의가 필요합니다.

 

탄소강의 응력 부식 균열

탄소강에서는 고온 높은 농도의 가성 알칼리 수용액이나

질산 소금물 용액 등이 있는 환경에서, 응력 부식 균열이 발생하기 쉽습니다.

 

구리의 응력 부식 균열

황동(구리-아연 합금)에서는, 암모니아 분위기에서 응력 부식 균열이 발생할 수 있다고 합니다.

응력 부식 균열의 대책

응력 부식 균열의 대책으로서 원인이 되는 

3가지 요소(재료적 인자·환경 인자·역학적 인자)중 어느 하나의 인자를 제거하는데에 효과적입니다.

(1)재료적 인자
예를 들면, 스테인리스 강에서는 전술한 대로 

오스테 나이트계 스테인리스 강(SUS303, SUS304등)에서

발생되기 쉬우므로 페라이트계 스테인레스 강(SUS403등)에 재료를 변경하는데에 유효합니다.

 

또, 오스테 나이트계 스테인리스 강 속에서도

탄소 함유량을 줄인 끝에 저탄 소강으로 변경하는 일도 유효합니다.

 

극히 저탄 소강에서는 입계 부근에서 크롬 탄화물의 분리가 생기지 않기 때문에

응력 부식 균열에 강한 특성을 갖습니다.

 

극히 저탄 소강에는 SUS304L, SUS316L, SUS321, SUS347등을 들 수 있습니다.


(2)환경 인자

재료를 최대한 부식 환경 인자로부터 멀리하는 것, 

또 재료에 도장의 표면 처리함으로써 환경 인자와의 직접적인 접촉을 차단할 유효합니다.

(3)역학적 인자
가공·조립시에는 최소의 인장 응력에 억제되도록 설계를 실시하는 것,

또 잔류 응력을 제거하기 위해서, 가공 성형 후에 응력 제거 열 처리를 할 대책으로서 들 수 있습니다.

 

 

 

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