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응력, 응력부식, 응력부식균열 본문

기술지식/재료금속열처리

응력, 응력부식, 응력부식균열

노구라 2017.01.16 08:58
응력[stress] 

물체 각 점에 대한 단위면적당의 하중. 각 점에 있어서 면의 방향은 3차원공간에서는 서로 직교하는 3방향을 정할 필요가 있고, 또 하중은 그 각 면 위에서 3방향의 성분으로 분해된다. 따라서 어느 점의 응력은 9개 양의 조합으로 정의된다. 각 면 위에서 면에 평행한 방향에 작용하는 하중은 면을 깎는 것처럼 작용하고 있으므로, 이것을 전단응력성분이라고 한다. 면에 수직으로 작용하는 하중은 법선응력 또는 수직응력이라고도 한다. 물체 회전의 평형에서 면의 방향과 하중의 방향을 교환한 소위 켤레인 성분끼리는 같다. 이와 같이 정의된 응력에 따라 각 점 임의의 면 위에 단위면적당 하중의 3방향성분이 유도된다. 이 임의 면 위의 단위면적당의 하중을 면력(面力)이라고 한다.


응력부식[stress corrosion]

응력부식균열이란 의미를 응력부식이라고 부르는 사람도 있으나 올바른 것은 아니다
응력 하에서 금속의 부식이 촉진되는 현상을 응력부식으로 부르는 것은 잘못이 없으나, 이것은 응력촉진부식(stress assisted corrosion)이라는 쪽이 혼란을 일으키지 않아서 좋다.


응력부식균열[stress corrosion cracking,
SCC]

응력부식균열을 일으키는 대표적인 물질


금 속
균열 원인 물질
균열을 일으키는 환경의 예
탄 소 강
NO3
OH
고온 NaNO3용액
고온고농도 NaOH용액
고장력강
H2S
H2S수용액 (수소취화)
오스테나이트
스테인리스강
(예민화재만)
Cl
OH
폴리티온산
고온수
고온해수
고온고농도 NaOH용액
황화한 후 습성환경에 접촉되었을 때 비등수형원자로의 배관
황 동
NH3
아민
NH3를 포함하는 대기
아민수용액
고력알루미늄합금
(Al-Cu-Mg )
Cl
해수
고력티탄합금
(Ti-6Al-4V)
Cl
해수, NaCl

금속에 인장응력을 가해도 인장강도를 넘지 않으면 파단하지 않는다. 그런데 어느 종의 부식환경 중에서는 인장강도 이하의 응력이 주어지면 시간이 경과함으로써 균열이 생기고 조건에 따라 파단한다. 그 시간은 주어진 인장응력이 클수록 짧다. 응력과 부식의 공동작용으로 생기는 이러한 균열의 현상을 응력부식균열이라고 한다.

응력부식균열이 생기는 부식환경은 금속이나 합금의 종류에 따라 다르고, 다행히 몇가지로 한정되어 있다(). 또 악()작용을 나타내는 물질의 농도나 환경의 온도가 어느 정도 이상 높아지지 않으면 균열되지 않는다.

자주 경험되고 있는 것은 SUS304와 같은 오스테나이트계 스테인리스강의 염화물이온의 작용에 따른 균열이다. 온도가 5060이상일 때이지만, 염화물 농도가 예를들면 10ppm으로 대단히 낮아도 증발 등에 의해 스테인리스강 표면에 농축이 생기는 경우에는 균열이 생기는 경우가 있으므로, 균열에 필요한 염화물 농도는 정해지지 않는다.

응력부식균열은 금속 내의 결정립을 관통하는 경로 또는 결정립계에 의한 경로가 부식에 따라 표면에서 내면으로 녹아 들어감으로써 생긴다. 각각 입내균열, 입계균열이라고 부른다.

한편 인장응력 하에 있는 고장력강에 물과 황화수소를 작용할 때 생기는 균열[황화물응력부식균열(sulfide stress corrosion cracking, SSCC)]은 표면에서의 부식에 따라 생긴 수소가 강() 속에 들어가고, 수소취화가 생기는 결과인데, 이것은 어느 경로를 따라 녹는 것이 원인이 되지 않는다. 그러나 응력과 부식작용의 결과로 생기는 것이 응력부식균열과 비슷하므로 응력부식균열에 포함하여 생각하는 사람이 많다. 이 경우 황화수소는 촉매적인 작용에 따라 수소가 강에 들어가는 것을 돕고 있다.


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