1.1.3 부식의 종류 [원자력기사]

1.3 부식의 종류

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우리는 앞서 부식이 어떤 과정으로 발생되며, 부식을 방지하기 위해 원자력발전소의 부식을 방지하기 위한 수화학을 살펴보았다.

그렇다면, 수화학 관리를 하지 않는다면 어떠한 부식이 발생하는지 부식의 종류를 살표보자.

부식은 부식 환경에 따라 습식(Wet Corrosion)과 건식(Dry Corrosion)으로 분류되고, 부식 범위에 따라 전면부식(General Corrosion)과 국부부식(Localized Corrosion)으로 분류된다.

 전 면 부 식 

전면부식은 넓은 범위에 걸쳐 전면적으로 거의 똑같이 생기는 상태의 부식을 말한다. 

전면부식은 부식의 속도를 토대로 수명을 예측가능하고 대책은 비교적 용이하다.

 국 부 부 식 

국부부식은 전면부식의 상대되는 용어로써 금속 표면의 일부에 집중적으로 발생되는 것을 말한다.

국부부식은 부식의 발생을 예측할 수 없어 대책 또한 세우기 어렵다.

원자력발전소에서 수화학 처리를 수행하는 주요 요인은 국부부식이다. 

따라서 원자력기사 시험에서는 주로 국부부식 문제를 다룬다. 그리고 국부부식의 명칭을 한글이나 영어 모두를 물어보고 있으므로, 부식의 한글명칭과 영어명칭을 명확히 알고 있어야 한다.

국부부식의 종류는 다음과 같다.

1) 공식 또는 점식 (Pitting Corrosion)

금속의 표면이 국부적으로 깊게 침식되어 콩알만한 작은 구멍을 만드는 부식 형태를 말한다. 금속 표면에 취약한 부분(표면결함 등)에 의해서 발생하며, 중력방향으로 성장하여 내부로 들어가게 되는데, 내부에 상당한 부식이 진행된 가장 위험한 형태의 부식이다.

2) 입계부식 (Intergranular Corrosion)

금속 또는 합금의 결정입자 경계에 선택적으로 생기는 부식을 말한다. 즉, 결정 입계가 선택적으로 침식(부식)되는 현상을 말한다. 

3) 응력부식균열 (SCC, Stress Corrosion Cracking)

인장응력하에 있는 금속재료가 재료와 부식환경이 특징적인 조합하에서 취성적으로 파괴되는 현상을 말한다. 즉 응력부식균열은 재료, 환경 및 응력의 3인자가 특정 조건을 만족할 경우에서만 발생한다. 

따라서 응력부식을 방지하기 위해서는 먼저 응력을 낮춘다. 응력부식균열이 인장응력에 의하여 일어나므로 재료를 두껍게 하거나 하중을 줄이는등 응력 제거를 통하여 방지할 수 있다. 다음으로 환경의 유해성분 제거, 합금의 조성변화, 부식 억제제의 첨가 등을 통하여 방지할 수 있다.

4) 틈새부식 (Crevice Corrosion)

나사부, 경첩부 같은 금속끼리 혹은 금속과 비금속의 접촉부위에 틈새가 있을경우, 틈새에 물이 들어가면 물은 여러가지 물질을 용해하는 성질이 있기 때문에 틈새 내의 물과 틈새 외부의 용액과의 성분 차이로 인하여 양극(+)과 음극(-)으로 구성되어 부식이 발생시켜 틈새의 깊은 곳이 부식된다.

5) 이종금속 접촉부식 (Galvanic Corrosion)

서로다른 금속이 접촉하면 부식 속도가 매우 빨라지기도 한다. 예를들어, 알루미늄 파이프와 구리 파이프를 물속에서 연결하면 알루미늄은 산화-환원에 대한 전극 전위가 낮아서 그 표면이 부식하기 쉽다. 

6) 침식부식 (Erosion Corrosion)

금속재료 표면에 흐르는 유체의 유속 증가로 인하여 금속재료 표면의 보호피막이 떨어져 금속재료의 부식 속도가 증가하는 현상이다. 또한, 파이프의 굽힘 부위에서와 같이 유체가 매우 빠른 속도나 큰 각으로 재료와 충돌하는 부위에서 발생하는 부식형태도 포함된다.

7) 마모부식 (Fretting Corrosion)

두 면 사이가 상대적으로 반복되는 미끄럼의 발생에 의해 마모가 발생하면, 균열의 발생이 촉진되고, 접촉면 사이에 산화부식마모가 발생한다.

예제 1 (2011년 원자력기사 기출)

부식이 금속표면의 국부에만 집중하고 이 부분에서의 부식 속도가 특히 빨라서 금속내로 깊이 뚫고 들어가는 심한 국부부식 형태로 발생하는 부식의 종류는?

① 이중금속 접촉부식(Galvanic Corrosion)    

② 입계부식(Intergranular Corrosion)

③ 점식(Pitting)

④ 침식부식(Erosion Corrosion)

정답) ③

[pit]의 사전적 의미는 크고깊은 구덩이를 의미한다. 그리고 공식(= 점식)은 금속의 표면이 국부적으로 깊게 침식되어 콩알만한 작은 구멍을 만드는 부식을 말한다.

예제 2 (2013년 원자력기사 기출)

금속면에서 비교적 화학적 활성이 큰 부위부터 부식이 집중적으로 진행되는데 비균질 부위나 보호피막이 부분적으로 파괴된 부위에서 일어나는 부식은?

① 마모부식(Corrosion-Erosion)   

② 점식(Pitting Corrosion)

③ 응력부식균열(SCC)

④ 틈새부식(Crevice Corrosion)

정답) ②

금속 표면에 취약한 부분에서 (표면결함 등)에 의해서 발생하며 국부적으로 발생하는 부식은 공식(= 점식)을 의미한다. 공식(= 점식)은 중력방향으로 성장하여 내부로 들어가게 되는데, 내부에 상당한 부식이 진행된다.

예제 3 (2014년 원자력기사 기출)

응력부식균열의 설명중 틀린 것은?

① 비교적 작은 부식에 의해서도 균열을 초래한다.

② 고온, 고압계통에서 물리적 응력집중 현상이 있을 경우 발생한다.

③ 부식의 진행속도가 느리고 금속표면에 균일하게 피막을 형성한다.

④ 이 종류의 부식 방지책의 수단으로 응력수준을 낮추어 설계 개선한다.

정답) ③

응력부식균열은 재료, 환경 및 응력의 3인자가 특정 조건을 만족할 경우에 발생하며, 비교적 작은 부식에 의해서도 응력에 의해 취성적으로 파괴될 수 있다. 이는 부식이 매우 빠른 속도로 발생할 수 있다. 

예제 4 (2015년 원자력기사 기출)

가압경수로형 원전 1차계통 냉각재와 접하는 구조재료에서 응력부식균열이 발생하는 요인을 바르게 나열한 것은?

① 빠른 유속, 중성자 조사, 냉각재 내 붕산

② 인장 응력, 빠른 유속, 예민화 된 미세조직

③ 인장 응력, 예민화 된 미세조직, 고온수 등의 환경요인

④ 냉각재 내 붕산, 중성자 조사, 고온수 등의 환경요인

정답) ③

응력부식균열은 재료, 환경 및 응력의 3인자가 특정 조건을 만족할 경우에 발생한다. 따라서 보기 3번의 인장응력(응력), 예민화 된 미세조직(재료), 고온수 등의 환경요인(환경)의 3인자가 특정 조건을 만족하기 때문에 발생한다. 

중성자 조사는 응력부식균열을 발생시킬 수 있는 요인이 되지만 문제에서는 적절히 나열되지 않았다. 그리고 빠른 유속은 침식부식(Erosion Corrosion)을 유발할 수 있는 인자이며, 냉각재 내 붕산은 부식과는 큰 연관성이 없다.

예제 5 (2016년 원자력기사 기출)

다음에서 설명하는 부식의 종류는?

부식이 금속표면의 좁은 부위에 집중되어 일어나면서 진행속도가 대단히 빠르고 단시간 내 금속 내부로 깊이 진행된다.

① 피팅

② 입계부식

③ 응력부식균열

④ 마모부식

정답) ①

피팅은 계속 반복해서 출제되었다. 그만큼 피팅은 부식중에서 가장 위험하며, 금속의 표면이 국부적으로 깊게 침식되어 콩알만한 작은 구멍을 만드는 부식을 말한다.