초록 ▼

응력부식균열(stress corrosion cracking, SCC)은 인장응력을 받고있는 금속 구조물이 특정분위기에 노출되었을 때 일어나는 일종의 취성파괴로, 균열의 시작과 성장을 관찰하기가 어렵고, 특히 우수한 표면보호피막을 형성하는 금속 구조물에서 예고없이 일어나기 때문에 안정성에 심각한 위협을 주고 있다. 따라서 이들 재료가 노출된 분위기에서 응력부식균열에 얼마나 취약한가를 사전에 검토하여 그 재료가 사용목적에 합당한가를 평가하는 것은 구조물의 안정성, 효용성 등의 관점에서 필수적이다.지금까지 합금의 SCC 민감도는 임계

응력부식균열(stress corrosion cracking, SCC)은 인장응력을 받고있는 금속 구조물이 특정분위기에 노출되었을 때 일어나는 일종의 취성파괴로, 균열의 시작과 성장을 관찰하기가 어렵고, 특히 우수한 표면보호피막을 형성하는 금속 구조물에서 예고없이 일어나기 때문에 안정성에 심각한 위협을 주고 있다. 따라서 이들 재료가 노출된 분위기에서 응력부식균열에 얼마나 취약한가를 사전에 검토하여 그 재료가 사용목적에 합당한가를 평가하는 것은 구조물의 안정성, 효용성 등의 관점에서 필수적이다.지금까지 합금의 SCC 민감도는 임계응력이나, 일정변형속도하에서의 파괴변형비, 또는일정하중하에서 파괴에 이르는 시간, 임계균열전위 등을 측정함으로써 비교, 평가되었으나이 방법들은 시험시간이 오래 걸리고 경제적이지 못하다. 최근 긋기시험으로 재부동태 전류를 측정하여 간편하고 효율적으로 SCC 민감도 평가할 수 있는 기법이 개발되었다. 그러나 지금까지의 연구는 인가응력이 제거된 상태에서 재부동태 전류를 측정한 결과를 바탕으로 한 것으로 실제 응력부식균열이 발생하는 환경에 적용하기 위해서는 보다 체계적이고총괄적인 연구가 요망된다.본 연구의 목적은 긋기시험법을 이용하여 염화물 분위기에서 스테인리스강의 재부동태거동을 고찰하여 재부동태 속도와 SCC 민감도와의 상관성을 연구하고, 스테인리스강의 재부동태 속도에 미치는 인가응력의 영향을 평가하는 것이다. 먼저 다양한 인가전위하에서재부동태 전류를 측정하여 SCC 민감도를 예측하고, SCC 실험 결과와 비교하여 긋기시험법을 이용한 SCC 민감도 평가기법의 효용성을 확인하였다. 재부동태 전류를 분석하는 과정에서 부동태 피막과 double layer의 capacitance 효과를 도입하여 정전위하에서 재부동태 피막 성장의 전과정을 설명하는 피막성장식을 유도하였다. 이 식은 피막이 생성되기 시작하는 재부동태 초기 단계에서는 자리바꿈 모델과, 생성된 피막이 성장하는 단계에서는 고전장이온전도 모델과 일치하며 두 모델이 각각 가지고 있는 단점을 보완한 것으로 재부동태 전과정을 예측한다. 실제 응력부식균열이 발생하는 조건에서 재부동태 속도를 측정하고 인가응력의 영향을 평가하기 위해 304 오스테나이트 스테인리스강과 E-Brite에 대해 긋기시험과 변형전극시험을 수행하였다. 재부동태 전류를 측정한 결과 정전위하에서 인가응력은재부동태 속도에 거의 영향을 미치지 않았다. 그러나 열림회로 상태에서는 인가응력이 증가함에 따라 피막 파괴후 부식전위의 회복속도가 현저히 감소하여, 인가응력이 재부동태 속도를 감소시켰다.본 연구의 연구결과 내식재료의 SCC 민감도를 평가함에 있어 시험법이 간단하고 경제적인 긋기시험법을 활용할 수 있을 것으로 기대되며, 다양한 환경에서 스테인리스강의 재부동태 속도와 SCC 민감도를 평가한 실험결과는 내식구조물의 재료 선정시에 필요한 기초적인 자료로 제공될 수 있을 것이다.

Abstract ▼

Stress corrosion cracking (SCC) is brittle fracture of the ductilematerials when the materials under applied stress are exposed in the aqueousenvironments. It is one of the main environmental damages resulting in severeproblems, because it is hard to detect the initiation and prop

Stress corrosion cracking (SCC) is brittle fracture of the ductilematerials when the materials under applied stress are exposed in the aqueousenvironments. It is one of the main environmental damages resulting in severeproblems, because it is hard to detect the initiation and propagation of stress corrosioncracks and corrosion resistance materials forming passive films on their surface aremain targets of SCC. Prediction of susceptibility to SCC of materials is essential tothe safety and reliability of the metallic structure. The susceptibility to SCC has beenevaluated through time-to-failure, critical cracking potential and critical stress byconstant load tests, or through strain-to-failure ratio by constant extention rate tests.These methods, however, require long test time and are not economic. Recently, aeconomical and time-saving new method is proposed for the prediction of SCCsusceptibility in terms of repassivation kinetics using scratching electrode technique.However, it is based on the measurement of repassivation current without applied stress.In this research, repassivation kinetics of rapidly scratched scars on surfaces ofstainless steels in chloride environments was examined and their relationship to SCCsusceptibility measured by slow strain rate tests (SSRT) was confirmed. Throughthese experimental results, it was revealed that the scratching electrode technique wasvery effective as a method to evaluate the SCC susceptibility. With the assumptionthat both the potential drops in passive film and film-electrolyte interface are variable, amodified high field ion conduction model which explains successfully the overallrepassivation process was derived. To investigate the effects of applied stress on therepassivation kinetics of stainless steels, repassivation rate was measured using thescratching electrode test and straining electrode test. It was concluded from theresults of scratching electrode test that the effect of applied stress on the repassivationrate under potentiostatic condition was negligible. However, the results of strainingelectrode tests showed that repassivation rate decreased with applied stress in opencircuit condition.We expect that scratching electrode test can be used as an economic and effectivetechnique for the prediction of SCC susceptibility and the experimental results associatedwith the repassivation rate and SCC susceptibility will be helpful in choosing thecorrosion resistance materials for the metallic structures.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 2. 연구방법 및 이론...9
• 2.1. 이론적 배경...9
• 2.1.1. 부동태(Passivity)...9
• 2.1.2. 재부동태 kinetics...11
• (1) Place exchange model...13
• (2) High field ion conduction model...15
• (3) 정전류하에서 전극의 전위변화...18
• 2.1.3. 재부동태 kinetics와 응력부식균열...25
• 2.2. 실험방법...27
• 2.2.1. 긋기전극시험...27
• 2.2.2. 일정하중하에서 긋기전극시험...29
• 2.2.3. 변형전극시험...31
• 2.2.4. 응력부식시험...31
• 3. 결과...35
• 3.1 인가전위가 재부동태 거동과 응력부식 민감도에 미치는 영향...35
• 3.2 정전위하에서 재부동태 피막의 성장식...38
• 3.3 정전위하에서 인가응력이 재부동태 속도에 미치는 영향...47
• 3.4 인가응력이 부식전위의 회복속도에 미치는 영향...51
• 4. 고찰...56
• 5. 결론...60
• 6. 인용문헌...61