금속 및 합금의 내식성: 종합 가이드

내식성 소재를 선택하는 것은 금속 장비의 안정적인 작동을 보장하기 위한 가장 효과적이고 사전 예방적인 조치입니다.

따라서 다양한 금속 및 합금의 내식성을 파악하고 각 재료에 적합한 작업 환경을 이해해야 하며, 그래야만 금속 장비의 부식에 대한 효과적인 부식 방지 조치를 취할 수 있습니다.

1. 철-탄소 합금의 내식성

"철 기반 합금(강철 및 주철)은 엔지니어링에서 가장 일반적으로 사용되는 금속 재료이며 특정 상황에서 만족스러운 내식성과 우수한 종합적인 기계적 특성을 가지고 있습니다. 내식성은 순수 철의 내식성과 밀접한 관련이 있습니다.

I. 철의 내식성

철은 열역학적으로 불안정한 금속으로 알루미늄, 티타늄, 아연, 크롬, 카드뮴과 같이 평형 전위에 가까운 금속에 비해 내식성이 떨어집니다.

즉, 이러한 금속에 비해 철은 자연 환경(대기, 토양, 자연수 등)에서 부식에 대한 저항성이 가장 낮습니다. 이는 다음과 같은 이유 때문입니다:

철과 그 산화물의 수소 및 산소 과전위는 상대적으로 낮기 때문에 수소 진화 부식 및 산소 흡수 부식을 쉽게 겪을 수 있습니다.

철 녹과 그 용액에 있는 3가 철 이온은 탈분극 효과가 좋습니다.

철의 부식 생성물은 보호 특성이 좋지 않습니다.

철은 산소 농도 세포의 형성으로 인해 부식되기 쉽습니다.

철분은 자연 조건에서 부동태화 능력이 약합니다.

철은 대부분의 약산성, 중성, 알칼리성 용액에서 부식될 때 녹이라고 하는 불용성 부식 생성물을 형성합니다. 녹은 다공성이고 느슨한 구조를 가지고 있으며 보호 기능이 거의 없습니다.

비산화 산에서는 산 농도가 증가함에 따라 부식 속도가 기하급수적으로 증가하지만, 산화 산에서는 산 농도가 증가함에 따라 부식 속도가 먼저 증가하다가 부동태화가 시작되어 부식 속도가 급격히 감소합니다.

유기산은 일반적으로 철 부식에 약하지만, 온도와 산소 용해가 증가하면 철의 부식이 가속화될 수 있습니다. 철은 실온의 알칼리성 용액에서 안정적입니다.

2. 탄소강의 내식성

탄소강의 내식성에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다:

1. 화학 성분

탄소의 영향: ⑴ 탄소가 미치는 영향 탄소 함량 는 산성 용액에서 탄소강의 부식 속도에 상당한 영향을 미치지만 중성 용액에서는 그 영향이 분명하지 않습니다.

비산화 및 약산성 매체에서는 강철의 탄소 함량이 많을수록 구조물에 탄소 침전이 많아지고 더 많은 미세 배터리가 형성되어 부식 속도가 가속화되기 때문에 탄소 함량이 증가함에 따라 재료의 부식 속도가 증가합니다.

산화성 산에서는 초기에 탄소 함량이 증가함에 따라 부식 속도가 증가하다가 탄소 함량이 일정 수준에 도달하면 감소하는데, 이는 탄소 함량의 증가가 탄소강의 부동 태화를 촉진하기 쉽고 부식 속도가 약화되기 때문입니다.

자연 환경과 약산성 용액에서 탄소 함량이 탄소강의 부식 속도에 미치는 영향은 크지 않습니다.

이러한 환경에서는 산소 탈분극 부식이 주요 요인이며 금속 표면의 보호막 성능과 용액에서 산소가 음극 표면에 도달하기 쉬운 것이 주요 요인이며 강철의 탄소 침전은 거의 관계가 없기 때문입니다.

실리콘과 망간은 일반적으로 부식 속도에 거의 영향을 미치지 않습니다.

⑶ 유황과 인의 영향

유황은 강철의 내식성에 해로우며, 유황 함량이 증가하면 산성 용액에서의 용해 속도가 증가합니다.

강철의 유황 함량이 증가하면 국부 부식이 발생하기 쉽습니다. 이는 황이 일반적으로 탄소강에 양극 불순물인 FeS와 MnS의 형태로 존재하여 피팅 및 황화물 응력 부식 파괴를 유발하기 때문입니다.

강철의 인은 또한 활성 음극이며 유황과 같은 산성 용액에서는 해롭습니다. 그러나 인은 대기 및 해수 환경에서 강철의 내식성을 효과적으로 개선할 수 있으며, 특히 구리와 함께 사용하면 특히 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.

불순물의 영향 ⑷ 불순물의 영향

탄소강의 경우 모든 종류의 불순물이 내식성을 떨어뜨립니다.

2. 구조 영향

강철의 구조는 구성 성분과 열처리 상태에 따라 달라집니다. 일반적으로 강철의 탄소 함량이 많을수록 열처리가 내식성에 미치는 영향이 커집니다.

탄소 함량이 동일한 경우 입상 펄라이트는 라멜라 펄라이트보다 내식성이 우수하며, 분산도가 클수록 평균 부식 속도가 높아집니다.

비부동태화 탄소강의 내식성은 탄소 함량 및 열처리와 밀접한 관계가 있습니다.

일반적으로 탄소 함량이 높을수록 내식성이 나빠지고, 고탄소 담금질 탄소강의 내식성은 저온 템퍼링 후 약간 개선되고, 중간 온도 템퍼링 후 최대 부식 속도가 나타나고, 고온 템퍼링 후 활성 음극 표면적의 감소로 부식 속도가 크게 감소합니다.

3. 저합금강 내식성

저합금강은 합금강의 총량이 다음과 같은 합금강을 말합니다. 합금 원소 탄소강에서 약 5% 미만입니다. 용도에 따라 강철에 첨가되는 합금 원소의 종류가 다양하고 그 양 또한 매우 다양하기 때문에 낮은 등급이 많이 있습니다. 합금강.

1. 대기 부식에 강한 저합금강

대기 중 부식에 강한 저합금강은 풍화강이라고도 하며, 간단히 풍화강이라고도 합니다.

효과적인 합금 원소는 구리, 인, 크롬으로 강철 표면을 풍부하게 하고 비정질 상태의 형성을 촉진하여 대기 환경에서 강철의 부식에 대한 내성을 향상시킵니다.

대기 부식에 강한 대표적인 저합금강으로는 16MnCu, 10MnSiCu, 09MnCuPTi, 15MnVCu, 10AuRe, 08MnPRe 등이 있습니다.

2. 바닷물 부식에 강한 저합금강

해양 환경에서 가장 혹독한 부식 조건은 건조하고 습하며 보호가 어렵고 해수의 영향을 받기 쉬운 스프레이 영역입니다.

다음은 얕은 물에 잠기는 구역입니다.

구리는 스프레이 영역에서 강철의 내식성을 향상시키는 데 가장 두드러지고 인도 상당한 영향을 미칩니다.

이 두 가지를 조합하면 더 좋은 효과를 얻을 수 있습니다. 실리콘, 몰리브덴은 스프레이 영역의 강철이 부식되는 경향을 줄일 수 있으며 크롬 및 알루미늄도 어느 정도 효과가 있습니다.

완전 침수 조건에서 강철의 내식성의 경우 크롬이 가장 확실한 영향을 미치며 인, 구리, 실리콘, 니켈이 그 뒤를 잇습니다.

중국에서 개발된 해수 부식에 강한 저합금강에는 주로 10MnPNbRe, 09MnCuPTi, 10CrMoAl, 10NiCuAs, 10CrMoCuSi 등이 있습니다.

3. 고온 및 고압 수소 및 질소 부식에 강한 저합금강

석유 수소 처리 및 합성 암모니아 산업에서 강철은 고온, 고압의 수소 환경에서 작동하며 탄소 매트릭스는 강철 내부로 침투하는 활성 수소 원자와 상호 작용하여 쉽게 부식됩니다.

따라서 탄소 합금 원소를 강철에 첨가하여 탄소와 안정한 탄화물을 형성하여 강철의 수소 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 연구에 따르면 강철에 Cr, Mo, 소량의 V, Nb, Ti를 첨가하면 수소 부식에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다고 합니다.

중국에서 고온 고압 수소 및 질소 부식에 강한 저합금강은 주로 10MoWVNb, 10MoVNbTi, 12SiMoVNb, 0.8SiWMoTiNb 등이 있으며, 대표적인 외국산 수소 방지강인 2.25Cr1Mo가 현재 최고의 수소 방지강으로 인정받고 있습니다.

석유화학 산업의 거의 모든 수소 처리 반응기는 이 강철로 만들어집니다.

4. 유황 부식에 강한 저합금강

석유 정제, 천연 가스 및 도시 가스 산업에서는 황 함유 환경에서 작동하고 심각한 황 부식이 발생하기 쉬운 파이프라인, 저장 탱크 및 기타 장비를 제조하는 데 많은 수의 저합금강이 필요합니다.

현재 연구에서는 강철의 미세 구조가 저합금강의 황 부식 파괴에 영향을 미치는 핵심 요소라고 생각합니다. 형성 마텐사이트 강철의 미세 구조는 엄격해야 합니다.

2. 스테인리스 스틸 및 내산성 스틸

대기 조건 및 중성 전해질에서 부식에 강한 강철을 "스테인리스강"이라고 하며, 화학 시약 및 부식성이 강한 매질에서 부식에 강한 강철을 "내산성 스테인리스강"이라고 합니다.

사람들은 일반적으로 스테인리스 스틸과 내산성 스테인리스 스틸을 단순히 스테인리스 스틸이라고 부릅니다. 스테인리스강은 일반적으로 크롬 함량이 12% 이상인 강철을 말하며, "스테인리스"라는 용어는 상대적인 개념입니다. 동일한 강철이라도 어떤 환경에서는 스테인리스 스틸이 될 수 있지만 다른 환경에서는 그렇지 않을 수 있습니다.

스테인리스 스틸의 분류:

화학 성분에 따라 크롬강, 크롬-니켈강, 크롬-망간강 등으로 나눌 수 있습니다.

미세 구조에 따라 마르텐사이트강, 페라이트강, 오스테나이트강, 오스테나이트-페라이트 2상강으로 나눌 수 있습니다.

용도에 따라 내해수성 스테인리스강, 내응력 부식성 스테인리스강, 내황산성 스테인리스강 등으로 나눌 수 있습니다.

I. 크롬 스테인리스 스틸의 내식성

크롬 스테인리스 스틸 크롬만 함유하거나 Fe와 C를 제외한 소량의 다른 합금 원소가 보충된 스테인리스 스틸을 말합니다.

크롬은 스테인리스강에서 가장 중요한 합금 원소이며, 철과 강철 소재의 내식성을 향상시키는 데 세 가지 뛰어난 역할을 합니다:

첫째, 철 기반 합금의 부동태화를 촉진하여 재료의 부동태화 능력을 향상시킵니다;

둘째, 고용체 용액(일반적으로 부식 전지의 양극)의 전극 전위, 즉 매트릭스 구조의 열역학적 안정성을 높입니다;

셋째, 강철 표면에 조밀하고 안정적인 표면 보호막을 생성하여 강철의 내식성을 향상시킵니다.

마르텐사이트 스테인리스 스틸

마르텐사이트 스테인리스 스틸 주로 Cr13 유형(0Cr13 제외) 스테인리스강을 포함합니다. 이 유형의 강철은 탄소 함량이 높고 더 높은 강도 및 경도 열처리를 통해 내식성이 페라이트계 스테인리스강 및 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 좋지 않으며 탄소 함량이 높을수록 내식성이 떨어집니다.

이 강철 유형 는 기계적 특성이 필요하고 내식성이 너무 높지 않은 상황에 적합합니다.

강철의 크롬 함량을 높이고 소량의 니켈을 첨가하면 다음과 같은 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 마르텐사이트 스테인리스 스틸예를 들어, 1Cr17Ni2는 가장 부식에 강한 마르텐사이트계로 산화성 산과 대부분의 유기산에 대한 내성이 우수합니다.

페라이트계 스테인리스 스틸

페라이트계 스테인리스 스틸 Cr13 유형, Cr17 유형, Cr25-28 유형 등이 포함됩니다. 크롬 함량이 높고 탄소 함량이 낮기 때문에 내식성과 고온 산화 저항성이 마르텐사이트계 스테인리스강보다 우수하며 특히 응력 내식성이 뛰어납니다.

그러나 페라이트계 스테인리스 스틸은 내공성이 약하고 입계 부식 저항.

페라이트계 스테인리스강은 주로 고온 산화, 농축 황산 부식 및 가스 황 부식에 강한 장비 및 부품을 만드는 데 사용됩니다.

2. 크롬-니켈 스테인리스 스틸의 내식성

니켈은 철보다 패시브 능력이 강하고 열역학적으로도 안정적이어서 강철의 내식성을 향상시키는 데 유리합니다.

특히 스테인리스 스틸에 일정량의 니켈을 첨가하면 단상 오스테나이트 스테인리스 스틸 구조를 얻을 수 있어 소재의 인성, 가소성 및 가공 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

크롬-니켈 스테인리스강은 가장 대표적인 오스테나이트계 스테인리스강으로 크롬 18% 이상, 니켈 8% 이상을 함유하고 있으며 18-8(또는 18-9), 18-12, 25-20(HK40) 등과 같은 크롬-니켈 스테인리스강 종류를 형성합니다.

크롬-니켈 스테인리스 스틸은 산화성 및 비산화성 매체 모두에서 내식성이 우수하지만 응력 부식, 입계 부식 및 피팅과 같은 국부 부식에 대한 내성은 떨어집니다.

탄소 함량 조절, P 및 N 함량 감소, Ni 증가 등 합금화를 통해 국부 부식을 억제할 수 있으며, Si, Mo, Cu 등을 첨가하면 응력 내식성을 향상시킬 수 있습니다.

오스테나이트-페라이트 이중상 강철은 페라이트와 오스테나이트 강철의 특성을 결합한 크롬-니켈 스테인리스강의 또 다른 유형으로, 상호 보완적인 성능을 가지고 있습니다.

또한 침전 경화(PH) 스테인리스 스틸도 크롬-니켈 스테인리스 스틸에 속합니다.

3. 내산성 강철

내산성 강철은 일부 강한 부식성 매체에서 특별한 내식성을 가진 스테인리스 스틸을 말합니다.

특정 내산성 강철의 경우 특정 특정 매체에서만 뛰어난 내식성을 갖습니다.

따라서 내산성 강철을 선택할 때는 부식성 매체의 특성과 상태를 종합적으로 고려하고, 재료가 강한 부식성 매체에서 안정적으로 작동할 수 있는지 확인하기 위해 적절한 타당성 테스트를 수행해야 합니다.

3. 비철 금속의 내식성

생산에 사용되는 일반적인 유색 금속에는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 티타늄 등이 있습니다. 또한 아연, 주석, 카드뮴, 금, 은, 납과 같은 유색 금속이 코팅 재료 및 라이닝으로 사용되는 경우가 많습니다.

I. 알루미늄 및 알루미늄 합금

1. 순수 알루미늄의 내식성

순수 알루미늄은 화학적 안정성은 떨어지지만 패시베이션 성능이 우수하여 공기 중에 조밀하고 잘 보호된 산화막을 빠르게 생성할 수 있으므로 내식성이 우수합니다.

Al2O3는 양쪽성이므로 중간 pH가 4 미만 또는 10보다 크면 산화막이 불안정 해지고 손상되어 보호 기능이 상실되어 다음을 유발합니다. 알루미늄 부식 를 강화합니다. 알루미늄은 공기와 물에 대한 내식성이 우수합니다.

2. 내식성 알루미늄 합금

알루미늄 합금은 일반적으로 순수 알루미늄보다 강하지만 내식성은 떨어집니다. 알루미늄 합금은 산업 대기, 해양 대기, 담수 및 바닷물에서 높은 내식성을 갖지만 구멍이 생길 수 있습니다.

알루미늄 합금은 부동태화가 용이하여 산화성 매체에서는 내식성이 높지만 비산화성 매체에서는 피팅, 틈새 부식, 응력 부식과 같은 국부 부식이 쉽게 일어납니다.

2. 마그네슘 및 마그네슘 합금

1. 마그네슘의 내식성

마그네슘은 대부분의 무기산과 유기산에서는 불안정하지만 크롬산과 불산에서는 매우 안정적이며, 이는 보호 표면막이 수동 상태로 들어가기 때문입니다. 마그네슘은 해양 대기 및 산업 대기에서 부식에 강하지 않습니다.

2. 내식성 마그네슘 합금

마그네슘 합금의 내식성 측면에서 변형 가능한 마그네슘 합금은 주조 마그네슘 합금에 비해 내식성이 떨어지며, 이는 SCC에 더 민감하기 때문입니다.

그러나 일반적으로 마그네슘 합금의 내식성은 좋지 않아 사용 중에 효과적인 보호 조치를 취해야 합니다.

3. 구리 및 구리 합금

1. 구리의 내식성

구리는 상대적으로 높은 화학적 안정성과 양의 전극 전위를 가지므로 일반적으로 산성 용액에서 부식되지 않습니다.

구리는 비산화성 산에서는 화학적 안정성이 높지만 산화성 산에서는 내식성이 떨어집니다.

구리는 다른 산화성 매체에서도 강하게 부식될 수 있습니다.

구리는 다양한 대기 조건에서 내식성이 우수하지만 SO2, H2S, Cl2 가스가 포함된 습한 공기에서는 강한 부식을 일으킬 수 있습니다.

또한 복잡한 이온의 형성으로 인해 수산화암모늄 및 시안화 용액에서도 부식됩니다.

2. 구리 합금의 내식성

구리 합금은 일반적으로 기본 구리의 높은 열역학적 안정성과 합금 원소에 의해 형성된 보호 표면 필름의 결합 효과로 인해 순수 구리보다 내식성이 우수합니다.

따라서 구리 합금의 부식 패턴은 때때로 수동 금속의 일부 특성을 나타내기도 합니다.

비산화성 산에서 구리 합금은 높은 수준의 화학적 안정성을 가지고 있습니다.

구리 합금은 다양한 대기 조건에서 내식성이 우수합니다. 다른 내식성은 구리와 동일합니다.

구리 합금에는 황동과 청동의 두 가지 범주로 나눌 수 있는 여러 종류의 구리 합금이 있습니다. 상대적으로 황동의 내식성은 특히 응력 부식 균열(황동 계절 균열) 및 선택적 부식(황동 탈아연화) 경향 측면에서 열악합니다.

4. 티타늄 및 티타늄 합금

1. 티타늄의 내식성

티타늄은 열역학적 안정성과 활성 화학적 특성이 떨어지지만 산화 매체에서는 표면에 고밀도 보호 산화막이 형성되어 안정적인 수동 상태에 있습니다.

한편으로 보호 필름은 우수한 자가 치유 특성을 가지고 있으며, 다른 한편으로는 다양한 용액(염화물 용액 포함)에서도 매우 안정적입니다. 그 결과 티타늄은 많은 부식성 매체에서 내식성이 뛰어나며 엔지니어링 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

2. 티타늄 합금의 내식성

부식 방지 티타늄 합금 원소는 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 한 그룹은 Pd, Ru, Pt와 같은 귀금속이며 미량을 첨가하면 합금의 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

다른 그룹은 저렴하지만 함량이 높을 때만 눈에 띄는 부식 방지 효과가 있는 Ta, Nb, Mo입니다.

내식성이 좋은 티타늄 합금은 시중에서 판매되는 제품이 많지 않습니다. 티타늄 합금은 사용 중에 틈새 부식, 수소 취성, 응력 부식, 용접 부위 부식, 자연 폭발 부식과 같은 형태의 부식이 발생할 수 있습니다.

결론적으로 티타늄과 티타늄 합금은 내식성이 우수할 뿐만 아니라 다른 재료보다 강도와 내열성이 높아 여러 분야에서 없어서는 안 될 구조 재료이며 응용 전망이 매우 유망합니다.

4. 결론

이 게시물에서는 주로 일반적으로 사용되는 몇 가지 금속 및 합금의 내식성을 소개합니다.

이 장의 학습을 통해 철-탄소 합금, 스테인리스강 및 일부 유색 금속의 내식성과 영향 요인을 숙지하고 내식 합금 원소의 주요 기능과 내식 합금의 적용 범위를 이해하는 데 중점을 두어야 합니다.