도장에 관한 이야기 4 - 부식 방식의 원리 및 C.O.T의 부식

부식 원리

· 금속의 특성

1. 대부분의 금속은 자연 속에서 다른 물질과 화학적인 결합을 하고 있다.

Ex) 철 (Fe) → 산화철 (Fe2O3) / 알루미늄 (Al) → 산화알루미늄 (Al2O3)

 

2. 다른 물질과 화학적으로 결합하고 있는 대부분의 자연 속의 금속 성분은 Chemical Energy Content가 낮고 매우 안정적이다.

· Steel의 제조 방법

Fe2O3 + Coke + Lime            →       Fe         + CO2       + Slag

(적철광) (탄소) (불순물 제거제)    (Iron metal) (이산화탄소)

· Rust 발생 Process

2Fe + H2O + O2       →   Fe2O3

(Steel) (물) (산소)             (녹)

 

부식 Cycle

부식 Mechanism

Anode (양극) : 4Fe → 4 Fe++ + 8e-

Cathode (음극) : 8e- + 4H2O + O2 → 8OH-

--------------------------------------------------------------------------------------

Total reaction : 4Fe + 4H2O + O2 → 4Fe(OH)2

Further reaction : 4Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3·H2O (Rust)

 

금속의 면역과 부동태

· 면역

1. 금이나 Platinum 같은 금속은 일반 금속과는 달리 금속 자체가 다른 물질과 화학적인 결합을 한 상태보다 Chemical Energy Content가 아주 낮은 특성이 있다.

 

2. 금과 Platinum은 자연 속에서는 안정한 금속 자체로 존재한다.

 

3. 금과 Platinum과 같이 Chemical Energy Content가 낮고 자연 속에서 금속 자체로 존재하는 물질들은 거의 부식이 되지 않으며, 이와 같은 금속들을 부식에 면역 (Immunity)이 있다고 한다.

· 부동태

1. Aluminum Alloy나 Titanium과 같은 금속은 Metallic 상태에서는 High Energy 상태에 있지만, 대기에 노출될 경우에 금속 표면에 Passive film (금속 산화물)을 형성하기 때문에 쉽게 부식되지 않는다.

 

2. 이와 같이 금속 자체는 Unstable 한 물질이나 금속 표면에 안정한 Film을 형성하여 부식에 대한 저항성이 형성되는 것을 의미한다

 

Corrosion Form

· Uniform corrosion

- 금속 표면 전체가 균일한 속도로 부식.

- 특정 부위의 부식면 깊이가 표면 전체 부식 깊이의 2배 이내인 부식.

· Pitting corrosion

- 금속 표면 전체가 부식이 일어나지 않고 특정 부위에서만 부식 발생.

- 특정 부위의 부식면 깊이가 표면 전체 부식 깊이의 2배 이상인 부식.

· Galvanic corrosion

- 2개 이상의 금속이 접촉되어 금속의 전위차에 의해 발생되는 부식.

- The more active metal : 양극

- The less active metal : 음극

 

Galvanic Corrosion

The galvanic series in seawater

· Magnesium                                                           More Active

· Zinc

· Galvanic steel (Zinc coating intact)

· Aluminum and Aluminum alloys

· Mild steel

· Cast iron

· Active 300 series Stainless steel

· Lead-Tin Solder

· Lead

· Tin

· Naval brass

· Yellow brass

· Red brass

· Copper

· Titanium

· Passive 300 series Stainless steel

· Graphite

· Gold

· Platinum                                                              Less Active

 

부식 속도

Concentration cell corrosion

 (Crevice corrosion)

· 금속이 연결되는 틈새에서 일어나는 부식으로 틈새의 부식 조건이 일반 부위와 다른 이유로 발생됨.

Stainless steel : Sensitive to Oxygen concentration cell corrosion

Copper alloy : Sensitive to metal ion concentration cell corrosion

Steel : Only minor effects of crevice corrosion

 

방식 원리

1. Protective Coating (Barrier 형성)

* Barrier coating for steel surface

2. Cathodic protection

1) Sacrifical anode system

2) ICCP system

3) Zinc coating

3. Good design

1) 배수가 잘 되도록 설계.

2) 도장할 수 없는 Joint 부위가 발생하지 않도록.

3) Sharp edge는 제거.

4. 재질 선택

5. 주변 환경 개선

1) 제습기 사용

2) Rust inhibitor를 사용 (Boiler)

 

Corrosion of Crude Oil Tank

Hull Design 변화 (Double Hull)

1. Inner Hull 추가 설치로 선박의 Weight 증가.

2. High Tensile (HT) Steel 사용 증가.

* 일본 : 85% ~ 90% HT Steel Content 인정.

* 유럽 및 미국 : 30% HT Steel Content 인정.

 

Double Hull Tanker에 대한 Survey 결과

Crude Oil Tank의 환경 변화

1. Thermos Flask Effect

2. Cargo Temperature

1) Single Hull :

36 ~ 48 시간 후 Cool down to Sea Temperature.

 

2) Double Hull :

최소 20 일 후 Cool down to Sea Temperature.

 

Crude Oil Tank의 Pitting 원인

1. Thermos Flask Effect

* 온도가 10℃ 증가할 때마다 Corrosion Rate는 2배로 증가.

2. High Tensile Steel Content

* 운항 시 Flexing으로 인하여 Corrosion Rate 증가.

3. Settled Water

4. MIC (Microbial Influenced Corrosion)

 

Microbial Influenced Corrosion

1. APB (Acid Producing Bacteria)

* 호기성 Bacteria로 Low Molecular Weight Organic Acids, Alcohols, Aldehydes.

2. SRB (Sulphate Reducing Bacteria)

* Primary Food Source : APB가 제공. (Organic Acids)

* Sulphate를 Sulphide로 전환시킴.

* Sulphate + O2, H2O → Sulphuric Acid (H2SO4)

3. SOB (Sulphate Oxidizing Bacteria)

* Hydrogen Sulphate → Sulphuric Acid (H2SO4)

 

SRB Activity

Crude Oil Tank에 대한 방청 (Corrosion Protection)

· Crude Oil Tank용 중방식 도료의 요구 조건 

1. Good Water Resistance

2. Good Heat Resistance

3. Good Acid Resistance

4. Good Flexibility

 

Crude Oil 및 고온 해수에 대한 내성 시험

· Crude Oil에 대한 내성 시험 (Tar epoxy, Tar free epoxy) : 

(20℃ x 18개월, 85℃ x 41일, 100℃ x 17일 침적)

 

1. 초기 부착성 및 침적 후 부착성 :

* Tar epoxy, Tar free epoxy 모두 양호.

2. 색상 변색 정도 :

* 20℃ x 18개월 : 약간의 변색 발생.

* 85℃ x 41일, 100℃ x 17일 : 변색 정도가 상온 대비 심함.

3. Blister : 발생 없음.

4. Rust : 발생 없음.

 

· 고온 해수에 대한 내성 시험 (Tar epoxy, Tar free epoxy) :

(20℃ x 18개월, 85℃ x 37일, 100℃ x 13일 침적)

 

1. 초기 부착성 및 침적후 부착성 

* Tar epoxy, Tar free epoxy 모두 양호.

2. 색상 변색 정도 

* 20℃ : 약간의 변색 발생.

* 85℃, 100℃ : 변색 정도가 상온 대비 심함.

3. Blister 

* Unscribed area : 양호.

* Scribed area : 주변에 부분 Blister 발생.

4. Rust 

* Unscribed area : 양호.

* Scribed area : 0.5~1 mm.