[논문]보일러용 STS 444재 용접부의 수소취성에 미치는습기의 영향

임우조; 최병일; 윤병두

보일러용 STS 444재 용접부의 수소취성에 미치는습기의 영향
Effect of Humidity on the Hydrogen Embrittlement of STS 444 Weld Zone for Boiler 원문보기

水産海洋敎育硏究 = Journal of fisheries and marine sciences education, v.18 no.1 = no.34, 2006년, pp.58 - 64

임우조 (부경대학교) , 최병일 (워러썸 엔지니어링) , 윤병두 (부경대학교)

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In order to examine the effect of humidity on hydrogen embrittlement of STS 444 weld zone for boiler with dry and wet welding conditions, this paper was carried out the accelerated hydrogen osmosis test and the electrochemical Tafel polarization test. In 0.5M $H_2SO_4$ + 0.01M $As_20_3$ solution, this test is added to load of $1400kg/cm^2$ together with hydrogen osmosis by current of $50 {mA/cm^2}$ for 60 min.. The electrochemical Tafel polarization test was carried out in 0.5M $H_2SO_4$ + 0.01M $As_20_3$ solution. Therefore, the effect of humidity on hydrogen embrittlement of STS 444 was considered. The main results are as following: On the basis of hydrogen embrittlement mechanism, that is, integrated electrochemical polarization characteristics with the established mechanism of hydrogen embrittlement, the reduction rate of corrosion current density of weld zone in the wet weld condition is larger than in the dry condition. We can nondestructively predict the degree of hydrogen embrittlement of STS 444 weld zone for boiler through the reduction rate of electrochemical corrosion current density.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구는 보일러용 STS 444재 용접부 의 수소취성에 미치는 습기의 영향을 연구하기 위하여, 건조 후에 용접한 부위와 습기에 젖은 상태에 용접한 부위에 대해 0.5M H₂SO₄+0.01M A_s20₃수용액 중에서 1, 400 kg/cm² 의 하중을 부가하는 동시에 전기화학 부식시험장치로 음극분극에 의한 가속수소침투 전과 후의 시험재로 Tafel 분극시험을 실시하였다. 이 실험결과를 토대로 하여 건조 후에 용접한 부위와 습기에 젖은 상태에서 용접한 부위의 Tafel 분극곡선의 부식전류밀도 및 음극분극에 의한 가속수소침투 전과 후의 부 식전류밀도 거동을 고찰하였다.
따라서 이미 각종 문헌에 보고된 Fig. 12의 수소취성의 발생기구를 기초로 본 연구에서 수소취성의 전기화학적 Tafel 분극의 실험결과와 접목하여 고찰하고자 한다. 일반적으로 수소취성은 부식 반응이나 음극분극에 의해서 생성된 수소원자가 내부응력이나 잔류응력이 충분히 높은 금속내부 에 침투하게 되고, 이것이 Fig.
또한 페라이트계 스테인리스강재인 STS 444로 제작되는 보일러의 수소취성이나 수소균열을 방지하는데 기초 설계 _. 제작 자료로 제공하고자 한다.

제안 방법

또한 전기화학적 부식시험인 Tafel 분극시험에서 부식반응 중에 수소원자가 쉽게 침투하도록 0.5M H₂SO₄+ 0.01M A_s20₃수용액 중에서(이학 렬, 2000) 건조한 후 용접한 용접부위와 습기상태로 용접한 용접부위에 대해 가속수소침투를 실시 하기 전과 실시한 후의 시험편의 Tafel 분극실험을 각각 실시하여 수소침투에 따른 부식전류밀도 의 변화를 고찰하였다. 기준전극은 포화칼로멜전 극 (saturated calomel electrode, SCE), 보조전극은 고밀도 탄소봉으로 하였다.
이 실험결과를 토대로 하여 건조 후에 용접한 부위와 습기에 젖은 상태에서 용접한 부위의 Tafel 분극곡선의 부식전류밀도 및 음극분극에 의한 가속수소침투 전과 후의 부 식전류밀도 거동을 고찰하였다. 또한 페라이트계 스테인리스강재인 STS 444로 제작되는 보일러의 수소취성이나 수소균열을 방지하는데 기초 설계 _. 제작 자료로 제공하고자 한다.
6과 같은 전기화학 부식시험장치 를 이용하였다. 여기서, 가속수소침투를 하기 위하여 0.5M H₂SO₄+ 0.01M A_s20₃수용액 (pH 0.5) 중에서 1, 400 kg/cm² 하중을 부가하면서 전류밀 도 50 mA/cm² 으로 60분간 음극분극하였다.
01M A_s20₃수용액 중에서 1, 400 kg/cm² 의 하중을 부가하는 동시에 전기화학 부식시험장치로 음극분극에 의한 가속수소침투 전과 후의 시험재로 Tafel 분극시험을 실시하였다. 이 실험결과를 토대로 하여 건조 후에 용접한 부위와 습기에 젖은 상태에서 용접한 부위의 Tafel 분극곡선의 부식전류밀도 및 음극분극에 의한 가속수소침투 전과 후의 부 식전류밀도 거동을 고찰하였다. 또한 페라이트계 스테인리스강재인 STS 444로 제작되는 보일러의 수소취성이나 수소균열을 방지하는데 기초 설계 _.
3과 같은 시험편을 이용하였다. 즉, 건조한 후 용접한 용접부위와 습기상태로 용접한 용접부 위에 대한 시험편으로 하였다.

대상 데이터

01M A_s20₃수용액 중에서(이학 렬, 2000) 건조한 후 용접한 용접부위와 습기상태로 용접한 용접부위에 대해 가속수소침투를 실시 하기 전과 실시한 후의 시험편의 Tafel 분극실험을 각각 실시하여 수소침투에 따른 부식전류밀도 의 변화를 고찰하였다. 기준전극은 포화칼로멜전 극 (saturated calomel electrode, SCE), 보조전극은 고밀도 탄소봉으로 하였다.
본 실험에 사용된 시험재료는 Table 1과 같은 화학적 성분과 기계적 성질을 가진 페라이트계 스테인리스강재 STS 444이다.

이론/모형

용접은 기계 가공 중이나 재료 보관시 재료에 흡입되는 습기가 수소취성에 영향을 미치는 것으로 추정 (Denny A. Jones, 1992)됨으로써 시험재를 건조한 후의 용접과 습기에 젖은 상태에서 용접 한 것 2종류를 사용하였다. 용접조건은 Table 3과 같다.

성능/효과

가속수소침투에 따른 건조상태에서 용접한 용접부의 부식전류밀도 감소율은 20~32% 정도이지만 습기상태에서 용접한 용접부의 부식전류밀 도 감소율은 55~70% 정도로 크게 감소되고 있음을 알 수 있다.
보일러용 STS 444재 용접부의 수소취성에 미치는 습기의 영향에 대해 연구한 결과, 기존의 보고된 수소취성 발생기구를 기초로 하여 전기화학적 Tafel 분극특성을 접목함에 따라 습기상태에서 용접한 용접부의 부식전류밀도 감소율이 건조상태에서 용접한 용접부보다 더 크게 나타남으로써 전기화학적 부식전류밀도 감소율에 의해 보일러용 STS 444재 용접부의 수소취성 정도를 비파괴적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (9)

임우조, 최병일, 용접조건에 따른 페라이트 스테인리스강에 대한 수소취성의 전기화학적 분극특성에 관한 연구, 한국가스학회지, 9(4), pp.30-35, pp.156-160, 2005
이학렬, 금속부식공학, 연경문화사, pp.156-157, 2000
伊藤伍郞, 腐蝕と防蝕, 機械工學全書6, コロナ社, pp.197-206, 1986
吉澤四郞, 山川宏二, 片桐晃, 金屬の腐食防食序論, 化學同人, p.110, 1989
長谷川正義監修, 스테인리스鋼便覽, pp.230-235, 239-240, 1992
大谷南海南, 金屬の塑性と腐食反應, 産業圖書, pp.81-82, 昭和47
A. John Sedriks, Corrosion of stainless steels, Electrochemical society, pp.271-282, 293-296, 1996
Denny A. Jones, Principles and prevention of corrosion, Macmillan Publishing Co., pp. 156-160, 234-242, 248-253, 278-285, 334-335, 1992
Charlatte Weisman, Welding Handbook, seventh edition, vol. 1, 2nd, pp.100-103, 1981

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