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스테인리스강의 부동태 피막(Passive films on stainless steels - chemistry, structure and growth)

전문가 제언: □ 19세기에 Krupp사에서 공업제품화한 스테인리스강은 Fe에 11% 이상의 Cr을 함유하여 내식성을 높인 강이다. 스테인리스강의 내식성은 강의 표면에 Cr이 결합된 매우 얇은 크롬산화 피막인 Cr2O3 층을 형성하여 금속기지 내로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태 피막이 형성되고 녹이 잘 슬지 않는 특성을 갖게 한다.

□ 부동태 피막은 대기 중에서 자연적으로 형성되지만 좀더 치밀하고 부식에 강한 부동태 피막을 형성하기 위해서는 질산용액으로 화학 처리를 하고 물로 세척해야 한다. 또한 부동태 피막의 형성이 보다 용이하고 우수한 내식성을 갖기 위해서는 합금 원소 중에 Cr의 양을 증가시키고 Ni이나 Mo 등의 내식성이 큰 합금원소를 첨가하는 것이 필요하다.

□ 부동태 피막이 용해되면 수소가 침투하여 수소 취성이 생기고 균열이 발생하는데 환경 노출 조건과 재료의 특성에 따른 발생 기구를 검토해야 하며, 특히 용접부에 대한 평가가 있어야 한다.

□ 스테인리스강을 용접하면 모재의 부식, 용접금속의 내식성 열화, 그리고 용접열영향부에 weld decay, knife line attack 등의 부식이 발생한다. 또한 이종재료 이음부의 경우 용접금속과 용접열영향부의 전위차에 의해 galvanic 부식이 발생한다. 오스테나이트계 스테인리스강 용접부의 입계 부식을 방지하기 위해서는 Ti, Nb과 같이 C과 친화력이 강하여 안정한 탄화물을 만드는 안정화 스테인리스강 모재와 용접재료를 사용하는 것이 필요하다.

□ 에너지 산업 설비와 화학 장치 산업 등에 많이 설치되어 있는 스테인리스강 용접 구조물의 내식성과 안전성을 확보하기 위해서는 부동태 피막의 표면에 대한 분석(ex situ method, in situ method)을 통해 금속/부동태 피막 간의 계면, 부동태 피막/용액 간의 계면에서 부동태 피막의 성장 거동 등을 정밀하게 검토하는 것이 중요하다. 스위스의 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne가 정리한 ‘스테인리스강의 부동태 피막’에 대한 정보는 스테인리스강의 내식성을 향상시키는 데 좋은 참고 자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

저자: Olsson, C.-O. A.; Landolt, D.
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