철은 표면에 산소와 물이 있으면 화학반응을 일으켜 침식됩니다. 즉 녹이 발생하게 되는데요. 녹이 왜 발생하는지 알기 쉽게 알려드리려고 합니다.
철은 원래 철광석을 정련한 것입니다. 철광석은 자연에서 산화철 상태로 존재하고 있는데요. 철강재료를 만들기 위해 코크스를 철과 반응시켜 산소를 제거하고 인공적으로 철을 만들어냅니다.
※ 코크스란? 점결성 석탄을 용기에 넣고 밀폐해서 1,000˚C 내외로 가열하면, 수분이나 휘발분이 가스가 되어 방출되고, 대부분의 탄소와 회분으로 이루어지는 상태가 되는데, 이를 코크스라고 합니다.
대부분의 사물들이 그렇듯이 원래의 모습으로 돌아가려는 회귀현상이 발생하는데, 철도 마찬가지입니다. 본래의 모습이 더욱 안정적이기 때문에 시간이 지남에 따라 자연스레 본래의 모습으로 돌아가면서 녹이 발생하는 것이죠. 산소와 물은 녹 발생(발청)을 더욱 촉진시키는 것이지 물에 닿지 않았다고 해서 녹이 발생하지 않는 건 아니랍니다.
그렇다면 스테인리스도 녹이 발생할까요?
스테인리스는 철에 크롬과 니켈 등을 혼합했을 뿐 기본적으로는 철을 이용해 만들어진 제품입니다. 그렇기 때문에 스테인리스도 녹이 발생하는 것은 동일합니다. 그러나 스테인레스는 철에 크롬을 혼합해 표면에 13nm 두께의 부동태 피막이라는 막을 만들었으며, 이 산화피막이 철의 녹 발생을 막아주기 때문에 녹이 발생하지 않는 것처럼 보여줍니다.
즉 다시말해 스테인리스는 녹이 슬지 않는 것이 아니라 녹이 잘 슬지 않을 뿐입니다. '녹'을 의미하는 스테인(Stain)과 '더 적은'이라는 뜻의 less가 합쳐져 만들어진 Stainless의 의미를 생각해보면 이해가 되시죠?
그럼 스테인리스는 언제 녹이 발생할까요?
다음과 같은 조건이 갖추어지면 스테인리스에도 녹이 더 생기기 쉬워집니다.
1. 염화물의 부착에 의한 녹 발생
바닷물이나 식품, 사람의 땀 속에도 포함되어 있는 염화물, 쉽게 말해 염분에 의해 쉽게 녹이 발생합니다. 스테인리스는 표면이 산화피막으로 덮여있어 내식성이 매우 높지만, 염화물 이온이 부착되면 국부적으로 이 장벽이 파괴되어 모재가 노출되게 됩니다. 그러면 그 부분이 양극이 되어 용해되어 국부적으로 부식이 진행됩니다.
2. 산소 부족에 의한 녹 발생
산소와 물이 만나 부식을 촉진시킨다는 것은 이해가 가는데, 산소가 부족해도 녹이 발생한다고요?라고 생각하실지 모르겠지만 산소가 부족해도 국부적으로 부식이 진행됩니다. 부분적으로 산소 농도가 낮은 부분이 발생하게 되면 그 부분의 전위가 저하됩니다. 이로 인해 염소이온이 모이게 되며,·염산이 발생하고 pH 저하, 부동태 피막 파괴 순으로 이어지며, 결국엔 녹이 발생하게 됩니다.
그럼 언제 산소 부족이 발생되는 걸까요? 배관에 사용되는 플랜지를 예로들면 플랜지와 파이프 이음새 부분에 누수나 누유를 막기 위해 패킹을 넣게 됩니다. 이 패킹 틈새로 모래나 먼지가 들어가 산소가 유입되지 않는 경우가 발생하는데, 이때 녹 발생도 함께 진행되는 것이죠.
3. 녹의 전이
녹이 쉽게 슬 수 있는 금속과 스테인리스강이 맞붙어 있는 경우, 녹이 스테인리스에도 전이되는 경우가 있습니다. 철 스크랩, 철가루가 스테인리스에 달라붙을 경우 스테인리스에서도 녹이 발생하니 주의가 필요합니다.
그렇다면, 녹슬지 않는 스테인레스는 없을까요?
절대 녹슬지 않는 스테인리스는 없습니다. 하지만 녹에 굉장히 강한 스테인리스는 있습니다. 바로 SUS316인데요. 철에 크롬과 니켈을 높은 비율로 섞었고, 몰리브덴과 같은 희소금속까지 첨가하여 크롬의 자기 수복 작용을 높여 녹에 굉장히 강합니다.
이로 인해 SUS316은 바닷가 근처 구조물이나 해수에 사용되는 밸브, 배관에 많이 사용되기도 하는데요. 부식에 대한 저항이 큰 만큼 가격도 비싸다는 단점이 있습니다. SUS316에 대해 보다 궁금하다면, 아래 링크를 참고하세요!
SUS304와 SUS316, SUS430 차이점은? 스테인리스의 등급과 성능
우리가 흔히 알고있는 스테인리스에도 여러 종류가 있습니다. 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계 등 큰 범주도 여러가지로 나뉘고, 그 속에서도 여러가지 재질로 나뉘
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