선박의 탈황장비용 듀플렉스 스테인리스강의 내부변색이 내식특성에 미치는 영향 평가

Abstract

현대 경제의 급속한 발전과 함께 환경오염 문제, 특히 대기오염 문제가 더욱 심각해지고 있다. 여기서 대기오염으로 인한 피해는 전세계 국가와 국제사회에 널리 우려가 되고 있다. 이에 따라 2016년 유엔(United Nations, UN)산하의 국제해사기구(The International Maritime Organization, IMO)에서는 대기오염물질의 지속적인 증가 및 사회 경제적 비용의 증가도 의식하여 2020년 이후 선박연료유의 황 함유량을 현행 3.5%에서 0.5%로 제한하는 조치를 취하였다. 선박을 운용하는 해운선사들은 이에 따른 대응으로 첫 번째로, 저유황유를 사용하는 방법, 두 번째로 LNG와 같은 대체 연료를 사용하는 방안, 그리고 마지막으로 탈황장비와 같은 후처리 장비를 사용하는 방안으로 선별-강구하게 되었다. 글로벌 주요 해운선사들은 저유황유와 고유황유의 톤당 가격차이가 300불만 되더라도 탈황장비 설치비용을 3~4년만에 회수할 수 있기 때문에 탈황장비의 사용이 경제적이면서 효율적인 방법으로 분석하고 활발히 탈황장비를 설치하고 있는 추세이다. 한편, 탈황장비를 운용하는 과정 중 장비 내 설치 된 스테인리스 강재에서 원인을 알 수 없는 변색이 집중적으로 발생 되고 있어서 운영 관련한 해운회사들은 이런 현상을 부식이라고 지적하며 해명을 요구하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 실제 선박의 탈황장비내 스테인리스 강 중, 변색된 충진재와 변색되지 않은 충진재를 채취하여 재료표면 분석을 함은 물론 각종 내식시험을 실시하여 스테인리스 강 변색유무별 재료특성과 내식특성 평가결과 간의 상관관계를 분석-검토하였다. 즉, 본 연구에서는 1년 이상 탈황장비를 운용한 선박에 승선하여 듀플렉스 스테인리스 강(UNS S32205) 재질의 변색된 충진재와 변색이 되지 않은 충진재를 채취하였다. 충진재는 또한 이 재질에 대하여 변색된 얼룩과 변색되지 않은 표면의 미세구조와 원소 성분분포를 분석하였다. 그리고 이 재질의 변색이 내식특성에 미치는 영향을 비교/검토하기 위해 침지-자연전위측정, 동전위양극분극시험, 임계공식온도시험 및 여기서 미세조직 및 원소조성에 대한 갈바닉 셀 부식시험을 실시하였다. 재료특성 분석한 결과에 의하면, 정상부와 변색부의 미세조직은 전형적인 듀플렉스 스테인리스 강으로 확인되었다. 또한 여기서 정상부는 듀플렉스 스테인리스 강의 성분과 유사하게 나타난 반면 변색부는 염소(Cl), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)이 확인되었음은 물론 추가로 탄소(C)와 산소(O)가 월등히 높은 것으로 검출 되었다. 또한 이들 재질에 대한 정상부와 변색부 간의 입계부식 예민화를 정량적으로 평가한 시험에서는 재료의 입계부식 저항성이 거의 동일하였고, 오히려 평균부식속도가 0.2075mm/year으로 매우 우수한 조건을 가지고 있는 것으로 나타났다. 그리고 이들에 대한 전기화학적 자연전위 측정과 동전위양극분극 시험 및 임계공식온도 시험을 통해 내식특성을 평가한 결과에 의하면, 정상부와 변색부간의 내식특성이 거의 유사한 수준으로 나타났고, 여기서도 오히려 변색부의 내식특성이 약간 더 높은 것으로 나타났다. 마지막으로 이들 재질의 변색부가 정상부에 미치는 영향을 평가하기 위해 갈바닉 부식 시험한 결과에 의하면, 정상부가 오히려 양극작용을 하는 것이 확인되어 정상부가 먼저 부식이 되는 것처럼 보이나 변색부의 영역이 정상부 대비 상대적으로 매우 작아 두 영역간에 부식이 발생 될 소지는 매우 작은 것으로 추정되었다 이상의 시험결과에 의거하여 재료특성과 내식특성 간의 상관관계를 종합하고, 탈황장비의 내부 변색에 대해 해명-정리할 수 있었다,. 즉, 어떤 시험에서도 변색부가 정상부보다 내식특성이 낮게 측정된 결과는 나타나지 않았다. 여기서 변색부는 탈황장비 내 환경 중 성분의 영향에 의해 반응된 표면의 산화물로써 보호막의 기능을 하며 부식진행에 영향을 주지 않는 것으로 사료된다. 그러나 장기적인 관점에서 이 재질의 변색은 그 정도에 따른 미소하나마 주변 정상부와의 전위차를 유발할 수 있으므로 주기적으로 관찰-관리가 되어야 할 것으로 사료된다.