바닷물의 티타늄 대 스테인레스강: 부식 및 비용

해수 적용을 위한 금속 재료를 선택할 때 엔지니어와 구매 전문가는 종종 다음과 같은 고전적인 질문에 직면합니다.티타늄과 스테인레스 스틸 중에서 어떻게 선택해야 합니까?

대답은 간단하지 않습니다.

해수는 염화물 이온을 함유한 복합 전해질로, 염화물 농도가 약 19,000ppm-으로 염화물 농도가 일반적으로 훨씬 낮은 일반 담수의 농도보다 훨씬 높습니다. 바닷물에는 용존 산소, 부유 퇴적물, 미생물 및 유기물도 포함되어 있습니다. 이러한 요인들이 함께 작용하여 공식(pitting) 부식, 틈새 부식 및 응력 부식 균열(SCC)에 기여할 수 있습니다.m해수 장비의 경우 재료 선택이 특히 중요합니다.

부식의 영향은 표면 손상 그 이상입니다. 해안 발전소와 해수 담수화 시스템의 경우 부식-관련 유지 관리 및 장비 가동 중지 시간은 운영 비용에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 재료 선택은 초기 구매 가격만을 기준으로 해서는 안 됩니다. 서비스 수명, 유지 관리 요구 사항 및 장기적인-운영 안정성도 고려해야 합니다.

티타늄과 스테인리스강은 모두 널리 사용되는 내식성 엔지니어링 재료이지만 단순히 두 가지 고정 재료 범주로 취급할 수는 없습니다. "스테인리스강"에는 304, 316L, 듀플렉스 스테인레스강, S31254(254 SMO) 등 다양한 등급이 포함되며 해수에서의 성능은 크게 다를 수 있습니다. 티타늄은 또한 다양한 서비스 조건에 맞게 설계된 다양한 등급의 재료군입니다.

이 두 재료 계열의 부식 메커니즘을 이해하면 해수 응용 분야에서 내식성, 비용 및 예상 사용 수명을 더 잘 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다.

바닷물은 복잡한 부식성 환경입니다. 여러 요인이 해양 및 해수 시스템에서 티타늄과 스테인리스강의 부식 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

염화물 농도:

바닷물에는 약 19,000ppm의 염화물이 포함되어 있습니다. 염화물 농도가 높으면 공식 및 틈새 부식의 위험이 증가할 수 있으며, 특히 부식 방지를 위해 부동태 피막에 의존하는 금속의 경우 더욱 그렇습니다.

온도:

온도가 높을수록 일반적으로 전기화학 반응과 부식 과정이 가속화됩니다. 해수 온도가 상승하면 재료의 부식 거동이 크게 변할 수 있습니다.

산소 가용성:

용존 산소는 패시브 필름의 안정성과 거동에 영향을 미칠 수 있으며 국지적인 전기화학적 조건의 차이에 기여할 수 있습니다.

바닷물 흐름 속도:

유속이 높을수록 침식{0}}부식 위험이 증가할 수 있으며, 특히 엘보우, 밸브 및 국지적 흐름 교란이 있는 기타 영역 주변에서 더욱 그렇습니다.

고인 바닷물:

낮은-유량 또는 정체된 영역은 산소 농도와 국지적 화학적 성질에 차이를 만들어 구멍과 틈새 부식의 위험을 증가시킬 수 있습니다.

틈새 및 퇴적물:

플랜지, 개스킷, 패스너 연결 및 침전물은 국부적인 부식 환경을 조성할 수 있습니다. 이러한 영역은 바닷물에서 스테인레스강의 내식성을 평가할 때 특히 중요합니다.

해양 생물 부착:

미생물막과 생물학적 침전물은 특정 조건에서 국부적인 부식을 일으킬 수 있습니다.

갈바니 부식:

서로 다른 금속이 전도성 해수에 직접 또는 간접적으로 연결되면 전기화학적 전위의 차이로 인해 갈바니 쌍이 생성되어 활성이 더 높은 금속의 부식이 가속화될 수 있습니다.

이러한 이유로 해수용 재료를 평가하려면 단순히 두 금속의 공칭 내식성을 비교하는 것 이상이 필요합니다.

바닷물에서 티타늄과 스테인리스강의 가장 중요한 차이점 중 하나는 부동태 피막의 거동입니다.

티타늄 패시브 필름

티타늄의 내식성은 표면에 자연적으로 형성되는 얇은 이산화티타늄(TiO2) 부동태막에서 비롯됩니다. 필름의 두께는 수 나노미터에 불과하지만 매우 안정적이고 내화학성이 뛰어납니다.

손상되면 패시브 필름은 물과 산소가 있는 상태에서 빠르게 재형성되어 기본 금속을 계속 보호할 수 있습니다.

이러한 안정적인 수동적 행동은 주요 원인 중 하나입니다.티타늄은 천연해수에서 내식성이 우수합니다..

스테인레스 스틸 패시브 필름

스테인레스강은 부식에 저항하기 위해 크롬-이 풍부한 산화물 부동태 피막을 사용합니다. 이 부동태 피막이 안정적으로 유지되면 스테인레스강은 우수한 내식성을 제공할 수 있습니다.

그러나 해수를 함유한 염화물-에서 염화물 이온은 특히 틈과 퇴적물 아래에서 수동 상태의 국부적인 분해를 촉진할 수 있습니다. 이는 구멍 및 틈새 부식의 위험을 증가시킵니다.

따라서 스테인리스강의 해수 성능은 특정 등급. 316L에 따라 크게 달라지며 S31254(254 SMO)와 같은 더 높은-합금 등급은 내식성이 크게 다를 수 있습니다.

이에 비해 티타늄은 매우 안정적인 부동태 피막을 유지하고 천연 해수 및 많은 고염화물 환경에서 공식, 틈새 부식, 응력 부식 균열(SCC)에 대한 탁월한 저항성을 제공합니다.

따라서 티타늄은 장기간의 해수 서비스와 신뢰성이 중요한 애플리케이션에 특히 매력적입니다.-

스테인레스 스틸은 단일 소재가 아닌 "가족"입니다. 다양한 스테인레스강 등급은 해양 및 해수 환경에서 매우 다른 수준의 내식성을 가질 수 있습니다.

PREN이란 무엇입니까?

PREN(피팅 저항 등가수)은 일반적으로 국부적인 피팅 부식에 대한 저항성을 비교하는 지표로 사용됩니다.

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

일반적으로 PREN이 높을수록 국부적인 공식 부식에 대한 저항성이 더 크다는 것을 나타냅니다.

그러나 PREN은 해수 서비스에 대한 독립형 자격이 아닌 비교 지표로 사용해야 합니다. 실제 성능은 온도, 염화물 농도, 산소 가용성, 표면 상태, 흐름, 틈새 형상, 용접 및 기타 설계 요소에 따라 달라집니다.

중요한 점은 316L이 스테인리스강 제품군 중 하나일 뿐이라는 것입니다. 해양용으로 고려되는 가장 일반적인 스테인레스강 등급 중 하나이지만 모든 스테인레스강의 성능을 나타내지는 않습니다.

해안이나 바닷물 환경에서 작업하는 경우 PREN만을 기반으로 한 스테인리스강 등급을 선택하지 마십시오. 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강과 같은 더 높은-PREN 등급은 국부 부식에 대한 저항력이 훨씬 더 뛰어나지만 실제 서비스 조건과 시스템 설계는 여전히 평가해야 합니다.

대부분의 스테인리스강과 달리 티타늄은 천연 해수에서 매우 안정적인 부동태 상태를 유지합니다. 결과적으로 장기적으로-균일한 부식 속도는 일반적으로 매우 낮습니다. 특정 부식 환경 및 설계 요구 사항에 맞게 다양한 티타늄 등급이 합금화되었습니다.

2등급 티타늄(상업적으로 순수 티타늄): 표준 해수 환경을 위한 주요 선택

• 해수 부식률: < 0.0001–0.0005mm/년
• 임계 틈새 부식 온도: 82도
• 천연해수에서는 공식이나 틈새 부식이 관찰되지 않습니다.
• 밀도: 4.51g/cm3(스테인리스강의 약 56%)
• 적합 대상: 해수 배관, 열교환기, 응축기 및 담수화 장비

7학년 및 12학년: 더욱 까다로운 작동 조건을 위한 선택

해수 시스템에 더 높은 온도, 틈새, 퇴적물 또는 복잡한 화학 환경이 포함되는 경우 특정 작동 조건에 따라 내식성이 향상된 티타늄 등급을 고려할 수 있습니다.

• 7학년: 상업적으로 순수한 티타늄에 팔라듐을 소량 첨가한 것입니다. 특정 공격적인 부식성 매체의 내식성을 향상시키는 데 주로 사용됩니다.
• 12학년: 몰리브덴과 니켈을 첨가하여 특정 환경에서의 내식성이 향상되어 고온-또는 복잡한 부식 조건에서 이점을 제공합니다.

7등급과 12등급은 일반 해수 적용을 위한 단순히 2등급의 "업그레이드 버전"이 아니라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 재료 선택은 여전히 ​​온도, 해수 유속, 틈새 형상, 오염 물질 및 특정 화학 성분과 같은 요소를 기반으로 해야 합니다.

이는 티타늄과 스테인레스강을 비교할 때 중요한 차이점을 강조합니다. 2등급 자체는 많은 해수 환경에서 상당한 내식성을 제공하는 반면, 스테인레스강을 선택하려면 316L, 2205, 254 SMO 및 2507과 같은 특정 등급 중에서 선택해야 합니다.

다음 표는 다양한 해수 조건에서 티타늄과 스테인리스강을 비교하기 위한 일반적인 출발점을 제공합니다.

초기 재료비보다 해수부식성과 장기{0}}신뢰성이 더 중요한 경우,2등급 티타늄은 매우 매력적인 대안이 될 수 있습니다..

스테인레스강은 304 및 316L부터 이중 및 초오스테나이트 스테인레스강까지-다양한 내식성을 지닌 다양한 재료군입니다.-

316L은 해양 응용 분야의 가장 일반적인 시작점 중 하나이지만 해수에 대한 적합성은 온도, 흐름 조건, 틈새 형상 및 기타 요인에 따라 크게 달라집니다. 254 SMO와 같은 높은-성능 등급도 틈새와 정체된 해수에서 부식 위험에 직면할 수 있습니다.

티타늄은 기존의 많은 엔지니어링 금속에 비해 바닷물에서 매우 높은 내식성을 제공합니다. 초기 재료비가 316L보다 높지만 부식률이 매우 낮고 서비스 수명이 길며 부식{2}} 관련 유지 관리 요구 사항이 낮기 때문에 총 수명 주기 비용을 고려할 때 경제적으로 매력적입니다.

Zecheng Metal은 티타늄 제품 제조를 전문으로 합니다. 귀하의 응용 분야에 어떤 티타늄 등급이나 제품이 적합한지 확실하지 않은 경우 당사 팀에 문의하십시오.info@zctitanium.com.