ASTM G31 침지부식 시험의 주요 요구사항과 판정 기준

ASTM G31은 금속과 합금의 실험실 침지부식시험을 계획하고 수행할 때 고려해야 할 시험편, 용액, 장치, 노출조건, 세척과 부식률 계산의 일반 지침입니다. 특정 제품의 합격기준을 정하는 규격이 아니라 재현성 있는 비교시험을 만드는 실무 표준입니다.

침지시험 결과는 사용한 용액, 온도, 산소, 유동, 용액량, 시험시간과 표면상태에 종속됩니다. 시험명을 “ASTM G31”이라고만 적고 이 조건을 생략하면 다른 실험실의 결과와 비교하기 어렵습니다.

시험 전에 정의할 목적

• 후보 재질의 상대적 일반부식률 비교
• 온도·농도·pH 변화의 영향 확인
• 부식억제제의 성능 스크리닝
• 공정유체와 재질의 적합성 평가
• 부식생성물과 손상형태 관찰
• 후속 전기화학·파일럿 시험의 조건 선정

목적에 따라 완전 침지, 부분 침지, 기액계면 노출과 증기상 노출의 구성이 달라집니다. 한 시험편에 여러 환경을 동시에 만들면 위치별 공격은 볼 수 있지만 평균 질량감소의 의미가 불명확해질 수 있습니다.

1. 시험편 재질과 채취

시험편은 평가할 제품의 합금, 열처리, 냉간가공, 용접과 표면상태를 대표해야 합니다. 판재 방향, 표면·중심부, 용접금속과 HAZ에 따라 부식거동이 달라질 수 있습니다. 히트번호와 채취위치를 추적 가능하게 기록합니다.

시험편 변수	결과 영향	관리
합금·히트	조성·개재물 차이	성적서와 식별
열처리	조직·석출·수동성	실제 제품 상태 재현
냉간가공	잔류응력·경도	가공률과 방향 기록
용접부	희석·HAZ·갈바닉	용접절차와 위치 명시
표면마감	개시점·실제 면적	모든 시험편 동일 준비

2. 표면 준비와 초기 측정

절단 버와 열영향을 제거하고 정해진 연마·세척으로 표면을 통일합니다. 시험편 치수와 노출면적을 측정하고 완전히 건조한 뒤 충분한 분해능의 저울로 초기 질량을 잽니다. 식별 각인과 매달기 구멍이 부식기점이 되지 않도록 위치를 정합니다.

1. 치수와 전 노출면적을 계산합니다.
2. 표면마감과 가장자리를 동일하게 준비합니다.
3. 탈지 후 세척 잔류물을 제거합니다.
4. 건조·냉각 후 초기 질량을 측정합니다.
5. 초기 표면 사진과 결함을 기록합니다.

3. 시험용액 준비

합성용액은 시약 등급, 물 품질과 조제순서를 명시하고 실제 공정시료는 채취시각, 보관, 상분리와 노화를 관리합니다. 휘발성 성분, CO₂·H₂S와 산소는 시료취급 중 빠르게 변할 수 있으므로 밀폐·가스조절과 현장조건 재현을 계획합니다.

용액 변수	부식 영향	기록 항목
농도·pH	금속용해·피막 안정성	초기·종료값
용존산소	음극반응과 국부전지	탈기·폭기 방법
온도	반응·용해도·스케일	시간별 실제 온도
가스분위기	CO₂·H₂S 분압	유량·압력·조성
고형물	침전·마모·MIC	농도·입도·교반

4. 용액량과 시험편 면적의 비

용액량이 너무 적으면 용해된 금속이온, pH와 산화제가 빠르게 변해 실제 대용량 공정과 다른 환경이 됩니다. 시험편 노출면적당 충분한 용액량을 사용하고 비교시험에서는 같은 비를 유지합니다. 용액 교환 또는 연속흐름 여부도 시험 목적에 맞게 정합니다.

5. 시험편 지지와 전기적 절연

시험편이 용기 벽이나 다른 시험편과 접촉하면 틈새·갈바닉 부식과 차폐가 생깁니다. 화학적으로 안정한 비금속 지지재로 매달고 모든 면이 용액에 균일하게 노출되게 합니다. 지지점 자체의 틈새공격을 평가에서 어떻게 처리할지 미리 정합니다.

6. 온도·교반·유속

정적 침지와 교반시험은 금속표면의 물질전달이 다릅니다. 교반기의 위치, 회전속도와 용기 형상은 유동을 불균일하게 만들 수 있습니다. 실제 설비가 고유속·침식환경이라면 단순 정적 침지만으로 충분하지 않으며 회전전극, 루프 또는 파일럿 시험을 검토합니다.

• 항온조와 시험용액의 실제 온도 차이
• 교반속도·방향과 시험편 위치
• 기포 충돌과 가스 유량
• 증발에 따른 농도 변화
• 침전물의 부유·퇴적 상태

7. 시험시간

노출시간이 너무 짧으면 초기 표면 반응과 취급오차가 평균 부식률을 지배하고, 너무 길면 용액이 소모·오염되거나 보호성 스케일이 성장합니다. 여러 기간의 시험편을 독립적으로 준비하면 속도의 시간의존성을 확인할 수 있습니다. 한 시험편을 반복 꺼내 세척·재투입하는 방식은 표면을 교란합니다.

8. 시험 종료와 생성물 관찰

세척 전에 용액 색, 침전, 시험편 생성물, 피트와 기액계면을 사진으로 기록합니다. 필요하면 용액의 최종 pH, 금속이온과 생성물 시료를 분석합니다. 부식생성물을 제거한 뒤에는 원래 형태를 되돌릴 수 없으므로 관찰 순서를 표준화합니다.

9. 부식생성물 제거

재질별 적합한 화학·기계 세척법으로 생성물을 제거하고 세척-건조-질량측정을 반복해 안정된 값을 얻습니다. 세척액이 건전 금속까지 녹이면 질량감소가 과대평가됩니다. 미노출 블랭크 시험편을 같은 방식으로 세척해 기재 손실을 보정할 수 있습니다.

10. 평균 부식률 계산

질량감소를 재료밀도, 노출면적과 시간으로 나누고 단위 환산상수를 적용해 평균 침투속도를 계산합니다.

부식률 = K × W ÷ (A × T × D)

W: 질량감소, A: 면적, T: 시간, D: 밀도, K: 단위 환산상수

K는 mg, g, cm², 시간과 mm/y 또는 mpy 등 선택 단위에 따라 달라집니다. 단위체계를 계산서에 명확히 표시하고 프로그램의 기본 상수를 검증합니다.

11. 국부부식 평가

평균 질량감소가 작아도 깊은 피트나 틈새공격이 있으면 설비에는 위험할 수 있습니다. 표면 전체를 검사해 최대 피트 깊이, 밀도, 위치와 형태를 기록하고 필요하면 단면 관찰을 수행합니다. 평균 부식률과 국부부식 결과를 별도 항목으로 보고합니다.

평가항목	제공 정보	한계
질량감소	평균 금속손실	작은 깊은 피트 희석
최대 피트 깊이	국부 관통 위험	측정·샘플 면적 영향
피트 밀도	손상 분포	정의·배율 통일 필요
단면 분석	피트·스케일 형상	파괴검사·국부 표본
용액 분석	용출량·환경 변화	침전·벽 흡착 영향

합격 판정 기준

ASTM G31 자체는 모든 재질에 공통인 합격 부식률을 정하지 않습니다. 설비의 최소두께, 설계수명, 오염 허용량, 국부부식 민감도와 서비스 환경에 맞춰 프로젝트 또는 제품규격이 허용값을 정합니다.

1. 평균 부식률의 최대 허용값과 단위를 정합니다.
2. 피트·틈새부식 허용 여부와 깊이 기준을 정합니다.
3. 반복 시험편 수와 통계 처리방법을 명시합니다.
4. 시험액 변화 허용범위와 유효성 기준을 정합니다.
5. 실험실 결과를 실제 설계에 적용할 안전계수를 검토합니다.

자주 하는 시험 오류

• 시험편 면적 대비 용액량을 기록하지 않습니다.
• 용존산소·가스와 증발을 통제하지 않습니다.
• 서로 다른 표면마감의 시험편을 직접 비교합니다.
• 세척 중 건전 금속손실을 보정하지 않습니다.
• 평균 부식률만 보고 피트 깊이를 평가하지 않습니다.
• 정적 침지 결과를 고유속·다상 실설비에 그대로 적용합니다.

핵심 정리

• ASTM G31은 실험실 침지시험의 계획·수행·해석을 위한 일반 지침입니다.
• 재질, 표면, 용액량, 산소, 온도, 교반과 시간을 모두 기록합니다.
• 시험 후 생성물 관찰과 재질별 세척을 표준화합니다.
• 평균 질량감소와 최대 피트·틈새공격을 함께 평가합니다.
• 합격기준은 실제 설계수명과 서비스에 맞춰 별도 사양에서 정합니다.

자주 묻는 질문

ASTM G31에 표준 합격 부식률이 있나요?

시험방법 지침이며 허용 부식률은 제품·프로젝트와 실제 서비스 요구에서 정합니다.

시험시간이 길수록 결과가 정확한가요?

취급오차는 줄 수 있지만 용액소모와 보호스케일 성장으로 다른 환경이 될 수 있어 목적에 맞춰 정합니다.

질량감소가 거의 없으면 피팅도 없나요?

작은 면적의 깊은 피트는 평균 질량에 거의 나타나지 않을 수 있어 표면·깊이 평가가 필요합니다.

실험실 부식률로 잔존수명을 바로 계산할 수 있나요?

실설비의 유동, 상변화, 침전과 운전변동이 달라 현장 데이터와 안전계수로 검증해야 합니다.