[가스기술사 2023] 129회 3교시 - 6. 수소유기균열(HIC; Hydrogen Induced Cracking) 발생 메커니즘(Mechanism), 특징 및 방지대책에 대하여 설명하시오.

문제 6. 수소유기균열(HIC; Hydrogen Induced Cracking) 발생 메커니즘(Mechanism), 특징 및 방지대책에 대하여 설명하시오.

 

 

• 수소 손상(Hydrogen Damage)은 수소 침투, 수소와의 반응 등에 따라 금속에 기계적 손상을 주는 것을 의미하며, 수소유기균열(HIC, Hydrogen Induced Cracking), 수소침식(Hydrogen Attack) 등이 있다.
• 이 중 수소유기균열은 수소원자가 금속에 침투하여 균열을 일으키는 것을 의미하며, 황화수소(H2S)가 다량 존재하는 유전의 배관이나 수첨탈황설비(HDS, Hydro De-Sulfurization Unit) 등에서 발생한다.

 

 

1. 발생 메커니즘

• 수소이온 생성 : 유전에 존재하는 황화수소(H2S)가 분해되어 수소이온이 생성된다.
• 수소원자 생성 : 수소이온이 강재에 노출되면서 철에서 나온 전자에 의해 원자화된다.
• 수소원자 흡착/확산 : 수소원자가 강재 표면에 흡착되고 내부로 확산된다.
• 수소원자 침투/축적 : 수소원자들이 금속 내부로 침투하여 에너지적으로 안정한 비금속 게재물(주로 MnS) 주변으로 모인다.
• 수소분자 생성 : 집적된 수소원자들이 서로 결합하여 수소분자가 생성되면서 내부압력이 상승한다.
• 균열 발생/전파 : 내부압력이 지속 커지면서 임계점을 넘게 되면 균열이 발생하고 주변으로 전파된다.

 

2. 특징

• 발생 환경/재료 : 주로 –100 ~ 100℃에서 일어나며, 고장력강이나 내부응력이 높은 금속에서 발생한다.
• 균열형태 : 여러개의 균열들이 계단식으로 연결되어 하나의 균열군을 이루기도 한다. (Stepwise Cracking)
• 부풀림 현상 : 강재 표면 가까이에서 균열이 발생할 경우, 표면이 국부적으로 부풀어 오르는 블리스터링(Blistering) 현상이 일어나기도 한다.

 

3. 방지대책

 

1) 원인제거

• 황화수소(H2S) 등 수소 발생원을 제거한다.

 

2) 재질변경

• 킬드강 등 내부 조성이 균일한 재료를 사용한다.
• 니켈합금 등 수소 확산이 적은 재료를 사용한다.
• SUS 321 또는 SUS 347 재질을 사용한다.

 

3) 억제제

• 음극 억제제(Inhibitor)를 첨가한다.

 

4) 피복

• 페인트, 카드뮴 등으로 코팅한다.

 

 

 

 

 

* 생산기술연구원 - 용접강관의 수소유기균열 발생기구 및 특성 참고

용접강관의 수소유기균열 발생기구 및 특성.pdf

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