부식이란 화학적 분위기나 온도의 영향으로 강의 성질이 변하는 것을 의미합니다. 듀플렉스 강은 대부분의 화학적 분위기에서 일반적인 오스테나이트 강보다 강한 부식 저항성을 가지고 있습니다. 여러 종류의 부식 분위기에서 듀플렉스 강의 저항성에 대해 하기에 보다 자세히 소개했습니다.

모든 듀플렉스 강은 304L, 316L 대비하여 희석된 황산 분위기에서 부식성을 가지고 있습니다.
특히 탈황설비(FGD Scrubber)와 같이 오염된 황산 분위기에서 듀플렉스 강은 오스테나이트계 강 대비하여 강한 부식성을 보여주고 있습니다

황산 10% 혼합물에서의 부식 발생 온도 비교(TP304L은 0도 이하 부식)

FGD 스크러버에서의 부식율 비교

강한 염산분위기에서는 대부분의 스테인리스는 부식에 취약합니다. 희석된 염산 분위기에서 슈퍼듀플렉스 강은 니켈강 Alloy 28이나 슈퍼 오스테나이트 계열의 강과 비슷한 부식 저항성을 가집니다. 3%의 희석된 염산분위기에서 슈퍼 오스테나이트 강 S32760은 80도 아래의 온도에서 부식 저항성을 지닙니다.

질산 분위기에서 크롬은 부식 저항성을 강화하는 반면에 몰리브덴의 함유는 강의 부식저항성을 취약하게 만듭니다. 2% 이내의 몰리브덴 함유가 권장되며, 린 듀플렉스 계열이 강한 부식저항성을 보입니다. 300계열의 기본 오스테나이트 강과 비슷한 부식저항성을 보이기 때문에 듀플렉스 강 사용을 권장하지 않습니다.

종이를 생산하는 크래프트 공정(Kraft Process) 등에서 사용하는 백액(white liquor)는 수산화나트륨과 황화나트륨을 주성분으로 하는 강알칼리성 용액입니다. 백액은 상당히 강한 부식성(caustic)을 가지고 있으며, 듀플렉스 강은 300계 오스테나이트 강 대비하여 백액에 매우 강한 부식 저항성을 보입니다. 따라서 듀플렉스 강은 초기 개발되었을 때부터 펄프 생산 공정에 매우 빈번하게 사용되었습니다. 이 외에도 가성소다 용액이 이용되는 식품 공정, 옷 제작 공정, 비누 및 클린저 제작 공정, 약품 제작 공정 등에 사용할 수 있습니다.

백액(White Liquor) 사용 시 부식율 비교

인산 자체는 부식성을 가지지 않지만 산업 전반의 공정에서 염화물이나 불화물 등의 물질과 섞이면서 부식성을 가지게 됩니다. 듀플렉스 강은 상기 혼합물 분위기에서 오스테나이트 계 강들 보다 강한 부식 저항성을 지닙니다.

Wet Phosphoric Acid + Chloride/Fluoride 에서 강종 별 부식 비교

스탠다드 듀플렉스 강과 슈퍼 듀플렉스 강은 유기산 혼합물에 큰 부식저항성을 보입니다. 특히 슈퍼 듀플렉스 강인 S32750은 가장 강한 유기산 중 하나인 아세트산과 포름산 혼합물의 끓는 점 온도에서도 완벽한 부식 저항성을 보입니다. 폴리에스테르와 PET 등의 수지제조에 사용되는 테레프탈산과 같은 유기산 제조 공정에 사용하기에 슈퍼 듀플렉스 강은 완벽하게 적합한 강입니다.

공식 부식은 금속 표면에 작은 구멍이 무작위로 생기는 국소적인 부식의 일종입니다. 과학자들은 합금에서 공식 부식을 방어하는 가장 중요한 요소가 크롬, 몰리브덴, 질소 라는 것을 실험적으로 발견했고, 이를 수식화 하여 설계 시에 공식 부식을 방지할 수 있는 가이드라인을 제시했습니다. 이 수식을 PRE(Pitting Resistance Equivalents) 라고 부르며 이 식은 하기와 같이 산출할 수 있습니다.

PRE = %Cr + 3.3 x (%Mo + 0.5 x %W) + 16 x %N

듀플렉스 강은 공식과 마찬가지로 틈부식(Crevice Corrosion)에도 오스테나이트 계 강보다 강한 저항력을 가지고 있습니다. 듀플렉스와 오스테나이트 강이 선택지에 올랐을 때 비슷한 PRE를 가지고 있다면, 듀플렉스 강의 높은 강도와 경제성 때문에 듀플렉스 강을 사용하는 것이 바람직합니다. 예를 들어 슈퍼 듀플렉스 강과 슈퍼 오스테나이트 강의 사용을 고려한다면 분위기가 250도 이상의 고온에서 장시간 노출되거나, 50도 이하에서 저온 충격 강도에 저항성을 가지는 경우가 아니면 슈퍼 듀플렉스 강을 사용하는 것을 추천합니다.

오스테나이트 강과 듀플렉스 강의 PRE 비교

CCT(Critical Crevice Temperature)/CPT(Critical Pitting Temperature) 비교

듀플렉스 강은 염화물과 황화물 분위기의 환경에서 응력균열부식(SCC)에 강한 것으로 알려져 있습니다. 따라서 염화물과 황화물 분위기가 존재하는 화공산업과 석유정제산업 등에 꾸준히 사용되었습니다. 고온, 염화물의 농도가 높은 분위기, 수소유도균열(Hydrogen Induced Cracking) 등의 환경 조건으로 인해 응력부식균열이 발생할 수 있지만 일반적으로 오스테나이트 강보다 응력균열부식에 강합니다.