산업설비 부식공학

용접부의 잔류응력이 Stress Corrosion Cracking에 미치는 영향 외부에서 힘을 가하지 않았는데 왜 용접부에서 균열이 발생할까? 스테인리스강이나 고합금강으로 제작된 배관과 압력설비를 보면 용접부가 유난히 중요한 검사 대상이라는 사실을 알 수 있다. 그런데 여기서 한 가지 의문이 생긴다. “설비가 운전 중 큰 하중을 받지 않는데도 왜 용접부에서 Stress Corrosion Cracking(SCC)이 발생할까?” 그 답을 이해하려면 잔류응력(Residual Stress) 이라는 개념을 알아야 한다. 용접은 단순히 두 개의 금속을 녹여 붙이는 작업이 아니다. 용접부 주변에서는 금속이 순간적으로 가열되고, 다시 냉각되면서 열팽창과 수축이 반복된다. 이 과정에서 금속 내부에 응력이 남을 수 있다. 이렇게 외부에서 하중을 제거한 뒤에도 금속 내부에 남아 있는 응력을 잔류응력 이라고 한다. 특히 잔류 인장응력이 존재하는 상태에서 염화물이나 H₂S와 같은 특정 부식환경이 결합하면 SCC가 발생할 가능성이 커질 수 있다. 즉, 용접 열사이클 ↓ 국부적인 팽창·수축 ↓ 잔류응력 형성 ↓ 부식환경과 접촉 ↓ 국부부식 또는 수동피막 손상 ↓ 응력집중 ↓ SCC 균열 핵생성 ↓ 균열 성장 이라는 연결이 만들어질 수 있다. 1. 잔류응력이란 무엇인가? 잔류응력은 외부에서 힘을 가하고 있지 않은 상태에서도 재료 내부에 남아 있는 응력이다. 쉽게 생각하면 금속 내부에 “지워지지 않은 힘의 흔적” 이 남아 있는 것이다. 용접부에서는 대표적으로 다음과 같은 과정이 발생한다. 가열 → 금속 팽창 → 용융 → 응고 → 냉각·수축 문제는 용접부 주변의 모든 금속이 동일한 속도로 팽창하고 수축하지 않는다는 것이다. 용접부는 매우 높은 온도까지 올라가지만 주변 모재는 상대적으로 차갑다. 따라서 용접부가 팽창하려고 할 때 주변 금속이 이를 구속한다. 이후 냉각 과정에서 용접부가 수축하려고 할 때도 주변 모재가 자유...