수소손상의 종류

종류 항목	수소취성 (Hydrogen Embrittlement)	수소공격 & 표면탈탄 Hydrogen attack & Surface decarburization	SSC (Sulfide Stress Cracking)	HIC (Blistering&Stepwise Cracking)	SOHIC (Stress Oriented HIC)
주요발생재료	탄소강, 저합금강, Ni합금, 준안정스텐레스강, Ti합금	탄소강, 저합금강	주철, 탄소강, 저합금강, 스텐레스강, Ni alloy	탄소강(dirty steel에서)의 관재	탄소강
수소원천과 발전	●부식반응에서 발생기 수소 생성, 확산/음극반응 (H+ + e → H) ●강의제조시(Melting등) ●기자재 제작시(열간가공, 용접) ●수소환경(분위기, 물, 도금, 산세)	●주로 hydorgen Service에서 발생기 수소생성, 확산 C(Steel내)+4H→CH4 [물의경우:3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2] : 모두 비가역 반응임	●Wet sour service(≥50ppmw dissolved H2S) ●HF acid 존재시 시너지효과 및 수소취성, HIC, SOHIC등도 동반한다.	●H2S 해리(부식)과정에서 발생기 수소발생하여 압연시 납작하게 된 금속내 MnS 등의 편석개재물 또는 공공(Void)에 안착하여 H2 gas 됨	●H2S해리(부식)과정에서 발생기 수소발생하여 잔류응력이 높은 곳에 우선 확산 ●주로 HAZ none line을 따라 미세균열이 적충됨
주요발생압력 및 온도영역	●0～220℃(탄소강은 20～70℃에서가장심함) ●발생기구 불확실	●7㎏/㎠a 이상의 수소분압 ●200～595℃	●D.P>65psia에서 주로 발생 ●D.P<65psia에서도 발생 - FCC & Delayed Coker외 Overhead ●H2S partial pressure≥0.05psia	●0～65℃에서 주로 발생 ●Fe+H2S→FeS_2H°(원자상 수소) H°가 금속내 침투, H°+H°→H2↑ ●인장잔류응역없이도 발생	●0～65℃에서 주로 발생 ●Fe+H2S→FeS+2H°(원자상 수소) H°가 금속내 침투, H°+H°→H2↑ ●인장잔류응력 높은 곳에서 발생
초기 발생 지침 및 형태	●음극반응에 의해 Crack이 진행되므로 전파속도 바름 ●저합금강:120℃이내에서 발생 ●220℃이상에서는 발생기 수소가 거의 발생하지 않음 ●H2S, PH3, AsH3외 5가&6가의 여러 Hydrides에서 발생 ●지연균열도 많다	●표면(탈탄) ●내부(수소가스 침투에 의한 CH4형성․팽창) ●내부공공, 강도저하, 파괴	●탄소강, 저합금강 : HCR22 이상 ●단조재(A105): 187BHN이상 ●주조재: Gray, Austenitic, White C.I (Ferritic D.I 단, A395제외) ●용접 HAZ (고경도부)의 선을 따라 모재 두께방향으로 균열 전파 ●수소취성 분위기에서 잘 발생	●내부에 Stepwise Crack(일명 Cross tearing) 및 Blistering 발생 ●Crack으로 발전	●주로 HAZ 근처에서 작은 내부열들이 적층되어 나중 서로 연결되어 두께방향으로 관통함 ●큰누즐같이 심하게 구속된 용접부에서 잘 발견(Vessel, H/EX, Tank) ●쌍여진 Crack들 사이의 대열을 전단(sheaing)하므로 두께를 관통하는 균열됨
대책(부분 또는 복합적용)	일반적인 대책은 다음과 같다. ●탈수소처리(예열, 후열, 저수소계 용접봉사용, 건조) - Baking 처리 ●양극방식 ●Gas상(H2S를 용해할 수 있는 H2O)의 Dew Point를 Service 온도이하로 낮춤 ●고장력강 사용억제	●Killed Carbon Steel 사용 ●심한 곳에 Cr-Mo강 사용 ●개재물 없는 용접 ●표면 S.S-Cladding ●PWHT for Cr-Mo강 ●Fiber Elongation 5%이상 냉간가공 후 S.R 실시	●강도 조절 -탄소강과 저합금강은 저강도강 사용 T.S<70ksi ●모재에 Heat treatment 실시 ●Hard spots 이 생기지 않는 용접 절차서(WPS)확보 ●Service에 Amine, Cyanide가 존재하거나 심각한 SSC예상시 Preheat or/and PWHT 실시	●Clean강 사용(S. P 등 제한) ●Ca 첨가 (황화물을 구상화시킴) ●Killed&Fine Grain Practice ●HIC Test ●WFMT(형광습식자분) ●Nomalizing(효과↑) ●Q - T 열처리(효과↑↑) ●Coating 처리 및 부식억제제 사용	●PWHT or Normalizing ●Clean강 사용(S.P 동 제한)
관련 Code	적용한계가 규정화된 것은 용접사의 확산성 수소량 제한 외에는 아직 별다른 적용 규정이 없음	●API941(Nelson Curves)	●NAVE MR0175(Oil Field에만 적용) ●NACE RP 0472(용접과 경도) ●NACE TM 0177(SSC Lab. Test)	●NACE TM0284(Stepwise Crack 시험)
기타사항	●고온에서 수소가 고용된 강 내에서는 냉각시 과포화되는 수소에 의해 발생됨 ●용접후 냉각시 급냉온 수소의 방출기회를 차단하므로 수소취성 발생가능	●가능한 Seamless관 사용 ●적용온도는 25～50℉여유줌 ●최근 Heavy Oil Desulfurization Unit Sepeator의 Down Stream Pipe Line에서 다발	●Stainless steel은 강종별 max 22～36 HRC로 제한 ●Ni alloy는 재료별 max 22～40 HRC로 제한 ● Hydrogen Stress Crack의 한 종류	●Seamless 관, Casting, Forging 등에는 적용 않음 ●대부분의 Dry sour service 도 shut down 중에는 Wet sour로 변한다 ●HF acid의 경우, 수소취성, HIC, SOHIC 등도 동반한다.