[기계안전기술사] 문제풀이 2024년 133회 133-4-4 수소 손상(Hydrogen Damage)의 종류별 발생 메커니즘 및 방지대책

4. 수소 손상(Hydrogen Damage)의 종류별 발생 메커니즘 및 방지대책에 대하여 설명하시오.

문제풀이

1) 수소 손상의 특징 수소 손상은 pitting현상을 거의 감지할수 없고, 응력균열부식에 비해 훨씬 짧은시간에 크랙까지 확대된 또한 수소손상은 H2S, H2, HF acid의 영향에 의해서 발생함 수소손상은 수소 원료를 사용 및 발생 혹은 탈황, 중질유 분해 등과 같은 고온고압의 수소 분위기에 많이 노출되는 원자력발 전, 정유공장, 석유공장 등과 같은 산업체에서 많이 발생함

2) 수소 손상의 종류

1. 수소취성 (Hydrogen embrittlement): 금속재료 중에 흡수된 수소에 의해 낮은 응력이 적용될 때 강의 연성을 잃게 됨
수소 공격(Hydrogen Attack, Blistering & stepwise cracking): 강의 내부에 기공을 형성함
• 고온, 고압 하에서 탄화철이 수소와 반응하여 탈탄 현상이 벌어지고, 메탄이 생성하여 균열이 발생됨
• Cr-Mo합 급사용 혹은 Nelson Chart 사용/ STS 등 Nelson Chart란? 일반 탄소강에 Cr, Mo이 첨가된 저 합금강이 고온, 고압의 수소 분위기에서 사용될 수 있는 임계온도와 수 소 분압과의 관계를 실험식으로 구한 것

수소 유도 부식(Hydrogen Induced Corrosion): 높은 강도를 가진 강에서 많이 발생하는 자발적 크렉 (Hydrogen Embrittlement와 비슷해 보이는데)
• 저온에서 이루어지는 현상으로 강재 내에 수소가 존재하고, 이수 소원자가 강재 내부에서 변형율이나 연성을 감소 시키는 현상 (예: 수소원자가 전이된 탄소강의 경우 연성 42%-> 7%로 급격히 떨어진다)
• 이러한 수소취성은 순간적으로 일어나며, 수소취성이 일어난 강재에 하중이 가해지면 정저기로에 의해 파괴가 일 어난다. • 기계적/환경적/재료 적상 황이 겹쳤을 때 발생
• 이를 방지해주려면 열을 가하여(단, 315C이상은 고온 수소 공격 이발 생활수 있으니 피함) 수소원자 방출 필요함
• HF나 H2S와 같은 용재를 정장하면서 발생하는 자발적인 크랙을 말한다
• 수소에 의한 표면 손상은 가장자리로 확대되며 step wise 크랙킹으로 나타내기도 하며, 수소취 성도 수반한다
• 수소를 포함하는 분위기에서 용접할 경우 용접된 금속을 냉각하면서, 용접 경계부에 과포화 및 수소 확산이 일어나 게 되면서 용접부의 박리와 같은 부식이 일어나게 된다
• 방지 방법은 용접 시에 강도를 제한하여 수축 응력에 의한 부식 예방

3) 수소취성의 방지대책 • 열을 가하여(단, 315C이상은 고온 수소 공격 이발 생활수 있으니 피함) 수소원자 방출 필요함(베이킹) • 혹은 저온으로 냉각 • 킬드강 이상의 온도를 갖는 재질을 사용해야 한다 • 금속 코팅 라이닝 • 산처리를 할 때는 산 억제제(inhibitor)를 첨가한다