부식의 종류, 영향 및 방지대책

1. 배관 부식

• 관의 부식은 금속관, 특히 강관이 가장 심하다.
• 환경 또는 물이나 산소 등과 크게 관계되고, 물에 접하는 관 내면 또는 지중매설관의 경우 토양의 전기저항이 낮아서 발생한다.

(1) 부식 종류 및 원인

• 내면 부식: 강관 내부 염화물의 침전에 의한 염소이온농도의 불균일로 특정 지점에서의 빠른 부식이 진행되어 점 부식이 발생한다.
• 외면 부식: 보호성 피막의 국부적 손상이나 불균일한 접촉환경에 의해 발생, 수분, 도장흠집, 부식성용액, 박테리아에 의해 발생
• 전면 부식: 금속의 전면이 거의 균일하게 침식된다
• 입계 부식: 오스테나이트 강의 입계 탄화물이 석출될때 발생한다.
• 공식: 할로겐 이온의 존재, 또는 표면에 이물질이 부착되었을 경우에 발생한다.
• 내부응력 부식: 인장응력 등 내부응력으로 인해 부식이 발생한다.
• 극간 부식: 패킹의 이음 등에서의 이물질 부착으로 인한 극간의 존재로 부식이 발생한다.
• 금속 이온화 부식(부식피로): 주위 환경으로부터의 전자의 손실 또는 획득으로 인한 금속의 이온변화로 산소나 수소등의 가스가 발생하는 전기화학반응이 발생한다. 철은 염산과 반응하면 수소를 발생하여 하전된 이온으로 녹아나와 철 표면에 무수히 많은 양극과 음극이 생성되고 균일한 전면 부식이 발생한다.
• 2종 금속 부식(갈바닉 코로전): 전지부식으로 2개의 다른 금속이 서로 접촉하여 전해질 용액(부식용액) 내에 존재할 때 이 두 금속 간 전위차로 인해 용액을 통하여 전류가 발생하면서 전자는 금속 간을 이동하여 국부적 전기회로를 형성한다. 두 금속 중 활성이 큰 금속이 더 부식이 빠르고 활성이 작은 금속은 단독으로 있을 때 보다 부식이 느리다. 철은 일반적으로 전자를 잃으려는 성질이 강하여 양극이 되어 부식이 쉬우나, 아연, 마그네슘 등과 같이 철보다 양극화가 큰 금속과 접촉하면 철이 음극화되어 부식으로부터 보호된다.

(2) 부식 방지

• 내면 방식: 내면에 유기물 도장, 라이닝 등 실시. 산소 공존이 부식의 근본 원인이므로 이것을 분리하기 위한 방법강구
• 외면 방식: 아스팔트나 콜타르 도포, 플라스틱 라이닝, 방식 테이프, 전기 방식법, 폴리 에틸렌 피복등
• 유전 방식: 외부전원에 의한 방식(금속을 음극으로유지), 유전 양극에 의한 방식(수중 또는 지중에서 방식 목적 금속체에 저전위 금속 Mg, Zn을 전기적으로 접속)
• 금속의 내식성 검토: 적용하고자 하는 주위 환경에 대해 내식성이 우수한 재질을 선택한다.

2. 지하 매설관의 부식

 

(1) 부식의 원인

토양 중 부식(통기도차 전위부식)

• 지하의 산소함량 저하와 탄산가스 함량 증가로 통기도차 전지 형성
• 황산염 환원 박테리아의 존재 시 부식성이 아주 높다
• 산성토양 및 누설전류에 의한 부식

전기 화학적 부식(금속 이온화 부식): 철이 염산과의 반응으로 양극화하여 부식

 

재료 결함 또는 손상에 의한 부식

• 누설전류에 의한 부식 촉진(법정 누설전류인 10mA/km의 전류가 배관에 전달 될 경우 배관 부식 속도는 2배 증가)
• 지반 침하, 시공시 피복 손상
• 지하수에 의한 금속의 이온화 부식
• 주위 환경에 의한 부식: 습식 부식, 건식 부식(200도씨 이상 가열), 화학 부식, 토양 중의 수분, 염분에 의한 부식.

(2) 배관의 부식 방지 대책

• 지하철 누설전류 최소화: 레일 길이 확대, 레일 절연패드 및 환류철선 설치
• 배전기(전류를 모아 안전한 곳으로 방전) 설치
• 금속 부분에 요철이 있으면 부식이 쉬우므로 요철 최소화(방식재 도포)
• 도장 또는 도복장 강관을 사용하여 물과의 접촉 차단
• 관 외부를 아연, 주석, 메탈리콘 등 내화학성이 강한 금속으로 피복

3. 해양 구조물의 부식 방지대책

해양 구조물은 염분이 많은 환경에서 부식이 급속도로 진행 되므로, 대부분의 해양 구조물은 방식법을 복합적으로 조합하여 적용한다.

 

(1) 내외면 방식: 구조물 또는 배관의 내외면을 도장, 라이닝 등으로 방식 처리

(2) 유전 방식

• 외부 전원에 의한 방식: 외부에서 전원을 공급하여 금속을 음극으로 유지하여 방식한다
• 유전 양극에 의한 방식: 수중 또는 지중에서 방식을 목적으로 하는 금속체에 저전위 금속(Mg, Zn)을 전기적으로 접속하여 방식한다.

(3) 내식성이 우수한 금속 적용

해수 등의 환경에서는 해수에 강한 STS316L 급 강종 등을 사용하는 등 부식에 강한 재질을 사용한다.

 

4. 결론

• 금속재료는 건설과 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있고, 선진국의 조사보고서는 금속의 부식으로 인한 경제적인 손실은 한 국가 GNPdml 4% 정도에 해당되는 비용이라고 밝히고 있다.
• 부식은 모든 재료의 전 부분에서 발생하고, 부식과 관계가 없는 산업은 단 하나도 없으며, 세계에서 생산되는 철의 10~20% 정도가 부식에 의하여 상실된다는 보고도 있다.
• 건설현장에서도 철근을 비롯한 각종 배관류, 기계 장비류 등 많은 금속재료의 부식방지 및 복구에 많은 비용을 지출하고 있는 상황이다.
• 이와 같이 막대한 경제적 손실을 최소화하기 위해서는 부식에 관한 정확한 이해가 필요하며, 부식 방지대책으로 대부분을 방지할 수 있으므로 부식방지를 위한 설계 및 부식환경에 강한 재료의 선정, 부식 방지대책 수립이 반드시 필요하다.