곡물 간 부식 (IGC): 기구, 위험, 제어

소개

곡물 간 부식 (IGC), 입간 공격이라고도 함 (IgA), 결정립 내부보다는 결정립 경계를 따라 우선적으로 진행되는 국부적인 부식 형태입니다..

실용적으로, 금속은 표면에서 허용 가능한 것처럼 보일 수 있지만 그 아래에는 좁은 공격 네트워크가 형성됩니다., 결국 강도가 감소하고 분리가 발생함, 곡물 분리, 또는 실패.

결정립계는 본질적으로 에너지가 더 높은 영역입니다., 그러나 합금 화학이나 열 이력으로 인해 주변 매트릭스와 화학적으로 다르지 않는 한 일반적으로 부식 문제가 발생하지 않습니다..

1. 입계 부식의 정의

엄격한 정의는 간단하다: 입계부식은 발생하는 부식이다. 결정립 경계에 인접하여, 곡물 내부에 비교적 적은 공격으로.

가장 간단한 전기화학 그림에서, 입자 경계 영역은 양극 부위가 되고 입자 내부는 음극 역할을 합니다., 부식 경로는 경계 네트워크를 따릅니다..

이러한 경계 공격은 결정립 경계가 침전 또는 분리에 의해 화학적으로 변경될 때 특히 위험해집니다..

스테인레스강용, ASTM A262는 여러 표준화된 테스트를 통해 오스테나이트 등급의 입계 공격에 대한 민감성을 식별합니다.,

그리고 그것은 크롬 탄화물 침전과 관련된 민감성으로부터의 자유와 수용 가능한 옥살산 에칭 거동을 명시적으로 연관시킵니다..

2. 입계 부식의 형성 메커니즘

중심 메커니즘은 입자 경계 화학 변화.

민감화 또는 노화 동안, 합금 원소 또는 불순물이 결정립 경계에 침전될 수 있음, 또는 보호 요소가 인접한 매트릭스에서 고갈될 수 있습니다..

일단 그런 일이 생기면, 경계 영역과 주변 입자는 더 이상 동일한 전기화학적 전위를 공유하지 않습니다., 경계는 용해를 위한 선호 장소가 됩니다..

오스테나이트계 스테인리스강에서, 고전적인 메커니즘은 입자 경계에서 크롬 탄화물 침전입니다..

탄화물 형성에 의해 소비된 크롬은 경계 옆에 크롬이 고갈된 영역을 남깁니다., 고갈된 밴드는 우선적으로 공격을 받을 만큼 충분한 내식성을 잃습니다..

ASTM A262는 이를 오스테나이트계 스테인리스강의 표준 민감화 관련 문제로 취급합니다., ASTM G108은 전기화학적 재활성화를 사용하여 유형의 감작 정도를 정량화합니다. 304 그리고 304L.

알루미늄 합금 용, 메커니즘은 세부적으로 다르지만 구조는 유사합니다.: 결정립 경계 석출물과 인접 석출물이 없는 구역이 국소 미세갈바니 셀을 생성합니다..

침전물, PFZ, 매트릭스는 서로 다른 구성과 부식 가능성을 갖게 될 수 있습니다., 이는 결정립계를 선호하는 부식 경로로 만듭니다..

시효경화성 알루미늄 합금에 대해 발표된 연구에서는 담금질 속도가 경계 편석 및 결정립계 석출물의 크기/분포에 영향을 미치기 때문에 주요 가공 변수임을 보여줍니다..

3. 이러한 유형의 손상 원인

입계 부식은 일반적으로 단일 원인으로 발생하지 않습니다.. 여러 조건이 결합될 때 발생합니다.:

• 민감한 합금 화학,
• 결정립계 침전 또는 분리를 허용하는 열주기,
• 냉각 속도가 부족하거나 열처리가 부적절함,
• 약화된 경계지역을 활용할 수 있는 환경.

스테인레스강에서, 탄소 함량이 낮으면 탄화크롬 형성에 사용 가능한 탄소가 줄어들기 때문에 도움이 됩니다., 안정화 등급 또는 초저탄소 등급은 일반 용접 작업 중 감작을 방지하도록 설계되었습니다..

ASTM A262는 특별히 저탄소 등급과 304L과 같은 안정화 등급을 명시하고 있습니다., 316엘, 317엘, 321, 그리고 347 탄화물 석출 가능성이 가장 높은 범위에서 예민화 열처리 후 시험.

알루미늄 합금, 중요한 원인은 용질 분리의 결합입니다., 침전물 형성, 용체화 처리 중 결정립계 주변의 PFZ 전개, 담금질, 그리고 노화.

용체화 처리 후 물 담금질은 유해한 경계 석출 및 분리를 제한하여 일부 시효경화성 알루미늄 합금의 입계 부식 민감성을 방지할 수 있습니다..

이중 스테인리스강, 장기적인 노화는 시그마 단계 성장과 같은 단계 변화를 촉진할 수 있습니다., 이는 민감성을 증가시키고 고장 가능성을 낮춥니다..

린 듀플렉스 스테인레스 스틸에 대한 최근 연구는 노화가 700 ° C 및 800 °C는 위상 진화 및 자가 치유 동작을 통해 입계 부식 반응을 변경합니다..

4. 입계 부식에 민감한 재료

5. 입계 부식의 위험

입계부식은 항상 심각해 보이기 때문에 위험한 것이 아니다, 하지만 종종 그런 식으로 발전하기 때문에 구조적으로 숨겨진.

금속은 입자 경계가 조용히 약화되는 동안 오랫동안 표면 외관을 유지할 수 있습니다..

경계 네트워크가 충분히 공격되면, 부품의 연성을 잃을 수 있음, 힘, 압력 견고성, 예상보다 훨씬 빠른 피로 저항.

이것이 중요한 장비에서 입계 부식을 특히 위험하게 만드는 이유입니다..

기계적 무결성 상실

입계 부식의 가장 직접적인 위험은 하중 지지 능력의 점진적인 손실입니다..

공격은 결정립계를 따라 진행되기 때문에, 금속은 일반적인 부식의 전형적인 균일한 얇아짐을 나타내지 않으면서 유효 단면적과 응집력이 크게 감소할 수 있습니다..

이는 다음에 의존하는 구성 요소의 경우 특히 심각합니다.:

• 인장 강도,
• 굽힘 저항,
• 압력 억제,
• 또는 순환 부하 기능.

입계 부식의 영향을 받은 부품은 검사 중에 손상되지 않은 것처럼 보일 수 있습니다., 그러나 내부 결정 경계 네트워크는 이미 심각하게 손상되었을 수 있습니다..

나중에 자료를 로드할 때, 약해진 경계는 경고 없이 분리될 수 있습니다..

갑작스럽고 부서지기 쉬운 고장

입계 부식은 일반적으로 연성 재료를 훨씬 더 부서지기 쉬운 재료로 변환하는 경우가 많습니다..

결정립계가 응집력을 잃으면, 균열은 약화된 네트워크를 따라 빠르게 전파될 수 있습니다..

그 결과는 종종 부드러운 연성보다는 입상 또는 결정간 표면으로 나타나는 파단 표면입니다..

이 위험은 경고 여유를 줄이기 때문에 중요합니다.. 느린 대신, 눈에 보이는 벽 얇아짐, 약간의 추가 하중이나 진동만 있어도 부품이 고장날 수 있습니다..

실제로, 이로 인해 입계 부식은 예상치 못한 파손 측면에서 더 위험한 국부 부식 모드 중 하나가 됩니다..

누출 형성 및 압력 경계 실패

파이프용, 탱크, 열교환 기, 밸브 바디, 및 용접 압력 장비, 주요 관심사는 종종 근력 손실뿐만 아니라 견고함의 상실.

입계 부식은 결국 유체 누출을 허용하는 미세 균열 및 공극의 경계 연결 네트워크를 생성할 수 있습니다..

이는 특히 다음을 수행하는 시스템에서 위험합니다.:

• 부식성 액체,
• 가압 가스,
• 핫 프로세스 스트림,
• 또는 위험한 화학물질.

구성 요소는 일반적인 시각적 검사를 통과할 수 있을 만큼 입체적으로 건전한 상태를 유지할 수 있습니다., 그러나 부식으로 인해 입자 경계를 따라 누출 경로가 생성되었기 때문에 여전히 압력 경계로 실패합니다..

응력 하에서 급속한 균열 전파

입간공격이 진행되면, 서비스 스트레스로 인해 손상이 가속화될 수 있습니다..

진동, 열 사이클링, 기계적 충격, 및 잔류 응력은 모두 이미 약화된 결정립계를 여는 데 도움이 됩니다..

이것이 입계 부식이 종종 응력에 의한 파괴와 같은 2차 균열 문제와 짝을 이루는 이유입니다..

위험은 부식 그 자체만이 아닙니다, 그러나 부식과 하중 사이의 상호 작용.

구성 요소는 온화한 응력 상태에서 살아남을 수 있지만 부식으로 손상된 동일한 미세 구조가 실제 작동 힘에 노출되면 빠르게 파손될 수 있습니다..

피로 수명 감소

반복적인 하중에 노출된 부품은 입자 경계 공격으로 인해 작은 균열 개시자가 생성되기 때문에 특히 취약합니다..

이러한 장소는 응력을 집중시키고 재료가 파손되기 전에 생존할 수 있는 사이클 수를 줄입니다..

피로 위험은 다음과 같습니다.:

• 회전 샤프트,
• 순환 압력 용기,
• 용접 구조,
• 스프링,
• 진동에 노출된 기계 부품.

그러한 경우, 입계부식은 단순히 수명을 단축시키는 것이 아니다; 예측 가능한 피로 축적에서 조기 파괴로 실패 모드를 완전히 변경할 수 있습니다..

연성 및 인성 손실

결정립계 공격을 받은 재료는 여전히 허용 가능한 명목 화학을 가질 수 있습니다., 그러나 연성과 인성이 급격히 감소할 수 있습니다..

그러면 충격 흡수 능력이 떨어지게 됩니다., 열왜곡, 또는 국지적 과부하.

이는 특히 제작 후에 문제가 됩니다., 용접 수리, 또는 열 노출, 손상된 영역이 나머지 구성요소처럼 동작할 것으로 예상될 수 있기 때문입니다..

실제로, 부식으로 인해 변경된 입자 경계는 영향을 받지 않은 모재 금속과 매우 다르게 동작하는 기계적으로 약한 영역을 생성할 수 있습니다..

6. 통제 조치

입계 부식 방지는 단일 작업의 문제가 아닙니다..

에서 제어가 필요합니다. 한 번에 4개 레벨: 합금 선택, 열 이력, 제작실습, 서비스 환경.

이 중 하나라도 소홀히 한다면, 결정립계 조건은 화학적으로 불안정해질 수 있으며 벌크 합금이 건전해 보이더라도 재료는 취약한 상태로 남아 있을 수 있습니다..

재료 선택: 설계 단계에서 문제 예방

첫 번째이자 가장 효과적인 제어 방법은 의도된 환경에서 본질적으로 결정립계 공격에 덜 민감한 합금을 선택하는 것입니다..

감작 위험이 있는 경우 저탄소 등급을 사용하십시오.

스테인레스강용, 다음과 같은 저탄소 등급 304엘, 316엘, 유사한 초저탄소 변형 용접이나 고온 노출이 예상되는 경우 선호됩니다..

낮은 탄소는 결정립 경계에서 형성될 수 있는 탄화물의 양을 줄입니다., 결과적으로 크롬 고갈 및 관련 부식 위험이 줄어듭니다..

까다로운 열 서비스에는 안정화 등급을 사용하세요.

안정화된 등급 티타늄 또는 니오븀, ~와 같은 321 그리고 347, 크롬이 매트릭스에서 고갈되기 전에 보다 안정적인 탄화물에 탄소를 묶도록 설계되었습니다..

이로 인해 많은 용접 또는 열 노출 응용 분야에서 불안정 등급보다 민감성에 대한 저항력이 훨씬 더 강해졌습니다..

환경에 맞는 합금 선택

공격적인 염화물에서, 산, 또는 고온 서비스, 민감한 제품군에서 완전히 벗어나 더 강한 입자 경계 안정성을 가진 합금을 선택하는 것이 더 나을 수 있습니다., 듀플렉스 스테인리스강 또는 니켈 기반 내식성 합금 등.

다시 말해서, 재료 선택은 모재 강도뿐만 아니라 기초를 두어야 합니다., 뿐만 아니라 제조 후 및 장기간 노출 중에 합금이 어떻게 거동하는지에 대해서도 설명합니다..

열처리 제어: 미세구조 관리, 온도만이 아니다

열처리는 유해한 결정립 경계 석출물이 형성되고 그대로 유지되는지 여부를 결정하므로 입계 부식을 방지하는 가장 강력한 도구 중 하나입니다..

솔루션 어닐링

민감한 스테인리스강용, 솔루션 어닐링 표준적인 교정 및 예방 치료입니다..

합금은 용액 범위로 가열되어 침전물이 매트릭스로 다시 용해됩니다., 그런 다음 민감한 온도 범위에서 재침전을 방지할 수 있을 만큼 빠르게 냉각됩니다..

이는 보다 균일한 구성을 복원하고 내식성을 회복하는 데 도움이 됩니다..

가열 후 급속 냉각

냉각 속도는 최고 온도만큼 중요합니다.. 민감화 범위를 통해 천천히 냉각하면 입자 경계 탄화물 또는 금속간 상이 형성될 수 있습니다..

빠른 냉각, 합금 및 부품 형상에 적합할 경우 종종 담금질을 통해, 용체화 처리된 상태를 보존하는 데 도움이 됩니다..

웰드 후 열처리

용접된 부품의 경우, 잔류 응력을 줄이고 열 영향부에서 보다 유리한 미세 구조를 복원하려면 용접 후 열처리가 필요할 수 있습니다..

정확한 주기는 합금 계열에 따라 다릅니다., 섹션 두께, 및 서비스 요구 사항.

목표는 단순히 "부품을 다시 가열하는 것"이 ​​아닙니다.,"그러나 지역을 취약하게 만드는 입자 경계 화학을 제거하기 위해.

용접 제어: 열 영향을 받는 부위에 문제가 발생하지 않도록 유지

용접은 입계 부식의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. 용접은 입계 침전 및 민감화를 촉진하는 열 조건을 정확하게 생성하기 때문입니다..

그렇기 때문에 용접 작업을 엄격하게 통제해야 합니다..

가능한 한 열 입력을 낮게 유지하십시오.

높은 열 입력은 열 영향 영역을 확대하고 유해한 강수가 발생할 수 있는 임계 온도 범위에서 재료가 보내는 시간을 증가시킵니다..

낮은 열 입력은 민감한 부위의 폭과 심각도를 줄이는 데 도움이 됩니다..

반복되는 열 순환을 제한하세요.

동일한 부위를 여러 번 통과시키면 감작이 강화되고 영향을 받는 부위가 확대될 수 있습니다..

용접 절차는 이전에 용접한 부분의 불필요한 재가열을 최소화해야 합니다..

필러 금속을 신중하게 선택하십시오

용가재는 기본 합금과 호환되어야 하며 불필요한 탄소나 조성 불균형을 유발해서는 안 됩니다..

민감한 스테인레스강에서, 용접 영역이 약점이 되지 않도록 저탄소 또는 안정화된 필러 시스템이 선호되는 경우가 많습니다..

용접 후 냉각 제어

급속 냉각은 용접 부위가 석출물이 형성되는 위험 구역을 빠르게 통과하도록 돕습니다..

냉각 방법은 뒤틀림이나 균열이 발생하지 않도록 신중하게 선택해야 합니다., 하지만 기본 원칙은 동일하게 유지됩니다: 열 영향 부위가 감작 범위에 머무르지 않도록 하십시오..

환경 통제: 공격 원동력 감소

서비스 환경이 온화하면 민감한 미세 구조라도 허용 가능한 수준으로 유지될 수 있습니다..

거꾸로, 적당한 합금은 가혹한 환경에서 빠르게 파손될 수 있습니다..

그렇기 때문에 환경 제어는 입계 부식 방지의 중요한 부분입니다..

공격적인 매체에 대한 노출을 줄입니다.

산과의 접촉을 제한하십시오, 클로라이드, 또는 가능하다면 다른 부식성 종.

공정 내 시스템, 이는 화학 변화를 의미할 수 있습니다., 온도를 낮추다, 또는 정체 및 집중 효과 감소.

해당되는 경우 산소와 습기를 제어하세요.

수성 시스템에서, 용존 산소와 불리한 전기 화학적 조건으로 인해 부식 반응이 가속화될 수 있습니다..

탈산소화 또는 화학 제어는 취약한 시스템에서 공격의 원동력을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다..

적절한 경우 코팅이나 라이닝을 사용하십시오.

보호 코팅, 중합체 라이닝, 또는 내부 장벽이 부식성 환경으로부터 합금을 격리할 수 있습니다..

이는 기계적인 이유로 기본 합금을 유지해야 하지만 환경이 베어 메탈에 비해 너무 공격적인 경우에 특히 유용합니다..

적절한 시스템에 음극 보호 적용

일부 구조의 경우, 음극 보호는 전기화학적 부식 경향을 감소시킬 수 있습니다..

이는 보편적인 해결책이 아닙니다., 그러나 올바른 환경에서는 더 큰 부식 제어 프로그램의 효과적인 부분이 될 수 있습니다..

표면 처리: 수동 상태 복원 및 보호

부품의 표면 상태는 부식 성능에 큰 영향을 미칩니다., 특히 제작이나 용접 후에.

패시베이션

패시베이션은 표면을 청소하고 보다 안정적인 패시브 필름을 촉진하는 데 사용됩니다.. 내부식성을 방해할 수 있는 유리철 및 기타 오염물질을 제거하는 데 도움이 됩니다..

산세

산세척으로 산화물 스케일 제거, 열 색조, 및 기타 표면 오염물질, 특히 용접이나 열 노출 후.

내부 미세 구조가 허용 가능한 경우에도 손상되거나 오염된 표면이 국지적 공격의 시작점이 될 수 있기 때문에 이는 중요합니다..

전기 폴리싱

전해연마는 표면을 매끄럽게 하고 패시브 필름의 균일성을 향상시킬 수 있습니다..

거칠기와 표면 요철을 줄임으로써, 또한 부식이 시작될 가능성이 높은 국지적 현장을 줄일 수도 있습니다..

7. 테스트 방법 및 응용

입계 부식은 손상이 상당히 진행될 때까지 눈에 띄지 않는 경우가 많기 때문에 이러한 표준은 유용합니다..

따라서 ASTM A262는 오스테나이트계 스테인리스 재료에 대한 실용적인 스크린입니다., ASTM A763은 페라이트 계열을 제공합니다., ASTM G108은 다음에 대한 정량적 감작 측정 기준을 제공합니다. 304 그리고 304L.

함께 사용, 이를 통해 야금학자는 "겉보기에 허용 가능한" 것과 "실제로 저항하는" 것을 구분할 수 있습니다.

8. 무결성 관리 시스템으로 통합

강력한 무결성 관리 시스템은 입계 부식을 다음과 같이 처리해야 합니다. 수명주기 제어 문제, 단순한 재료 테스트 문제가 아닙니다.

실제로, 이는 합금 자격을 의미합니다., 용접 절차 제어, 열처리 기록, 정기점검,

그리고 실패 분석 피드백은 모두 함께 묶여서 감작이 눈에 띄지 않게 시스템에 다시 들어가지 않도록 해야 합니다..

이는 ASTM A262 방식에서 나온 공학적 추론입니다., ASTM A763, 및 ASTM G108은 재료를 선별하고 현장 고장이 발생하기 전에 민감도를 정량화하는 데 사용됩니다..

중요한 장비의 경우, 가장 효과적인 접근 방식은 재료 선택을 연결하는 것입니다, 제작 이력, 및 서비스 환경을 하나의 제어 루프로 통합.

부품이 스테인레스인 경우, 문제는 스테인레스인지 여부뿐만 아니라 용접되었는지 여부입니다., 열처리, 결정립 경계에서 크롬이 풍부한 부동성을 보존하는 방식으로 세척되었습니다..

알루미늄 또는 니켈 합금인 경우, 문제는 석출물 구조나 결정립계 편석이 부식성 상태로 밀려났는지 여부입니다..

이러한 시스템 수준의 관점은 IGC가 숨겨진 생명을 제한하는 메커니즘이 되는 것을 방지합니다..

9. 결론

입계 부식은 국소 화학에 의해 구동되는 입자 경계 부식 모드입니다., 강수량, 분리, 및 열 이력.

표면을 믿을 수 없을 정도로 손상시키지 않으면서 강도와 완전성을 제거할 수 있기 때문에 위험합니다..

이 메커니즘은 오스테나이트계 스테인리스강에서 잘 이해됩니다., 그러나 페라이트계 스테인리스강에도 나타납니다., 이중 스테인리스 강, 노화 방지 알루미늄 합금, 결정립계 화학이 불리해질 경우 니켈 기반 합금.

실질적인 방어도 마찬가지로 명확합니다.: 올바른 합금을 선택하십시오, 열 입력 및 냉각 이력 제어, 올바른 ASTM 테스트 방법으로 검증, 열 영향부를 중요한 품질 특성으로 취급합니다..

입계 부식은 단순한 부식 문제가 아닙니다.; 그것은 야금술이다, 제작, 그리고 신뢰성 문제.

 

FAQ

입계 부식과 일반 부식의 차이점은 무엇입니까?

일반적인 부식은 표면을 어느 정도 균일하게 공격합니다.,

입계 부식은 결정립 경계를 따라 발생하며 눈에 띄는 표면 손실이 상대적으로 거의 없이 심각한 내부 약화를 일으킬 수 있습니다..

입계부식에서 스테인레스강이 자주 논의되는 이유?

스테인레스 스틸이 많기 때문에, 특히 오스테나이트 등급, 결정립 경계에서 크롬 탄화물이 형성되어 크롬이 고갈된 영역을 남겨두면 민감해질 수 있습니다..

ASTM A262는 이러한 민감성을 감지하기 위해 특별히 존재합니다..

용접으로 인해 입계 부식이 발생할 수 있습니까??

예. 용접은 감작 범위에서 시간을 보내는 열 영향 영역을 만들 수 있습니다., 침전물 또는 분리를 촉진합니다.,

내식성을 감소시키는 열 착색 또는 기타 표면 상태를 남깁니다..

저탄소 스테인리스 등급이 어떻게 도움이 됩니까??

낮은 탄소는 크롬 탄화물 침전의 추진력을 감소시킵니다.,

304L 등의 등급, 316엘, 317엘, 321, 그리고 347 일반적인 용접 작업 중 감작을 방지하기 위해 특별히 사용됩니다..