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구리-니켈 플랜지의 부식 저항 데이터는 특정 합금 등급(예: Cu-Ni 90/10, 70/30), 부식 매체 유형, 농도, 온도 및 응력 조건과 함께 고려해야 합니다. 다음은 일반적인 작동 조건을 기반으로 측정된 데이터 및 산업 표준 참조입니다.
1. 해수 및 염수 분무 환경에서의 부식 저항 데이터
1. 정적 해수 침지 부식 속도
Cu-Ni 90/10 합금: 3.5% 염화나트륨(모의 해수)에서 25°C에서의 부식 속도는 <0.005 mm/year입니다. 200ppm의 황화물을 함유한 해수에서는 부식 속도가 0.01–0.02 mm/year로 증가합니다(데이터 출처: ASTM G48 표준 테스트).
Cu-Ni 70/30 합금: 동일한 조건에서 부식 속도가 더 낮으며, 25°C에서 정적 해수 부식 속도는 <0.003 mm/year이며, 90/10 합금보다 우수한 피팅 저항성을 보입니다(니켈 함량이 높기 때문).
비교를 위해, 316L 스테인리스강은 정적 해수에서 약 0.01–0.03 mm/year의 부식 속도를 가지지만, 흐르는 해수(유속 >3 m/s)에서는 침식 부식에 취약합니다. 반면 구리-니켈 합금은 5 m/s의 유속에서도 <0.05 mm/year의 부식 속도를 유지합니다.
2. 해양 대기 염수 분무 부식
5% NaCl 염수 분무 테스트(GB/T 10125 표준, 35°C, 연속 분무)에서 1,000시간 테스트 후 Cu-Ni 70/30 합금의 표면 산화막 두께는 <5 μm, and the weight loss rate was <0.1 gm², which outperforms carbon steel (weight 10–20 m²) ordinary brass5–10 m²).
II. 산성 매체에서의 부식 저항
1. 희석 황산 환경
Cu-Ni 90/10 합금: 10% 황산 용액에서 25°C에서의 부식 속도는 약 0.1–0.2 mm/year입니다. 온도가 60°C로 상승하면 부식 속도가 급격히 0.5–1.0 mm/year로 증가합니다. 황산 농도가 20%를 초과하면 부식 속도가 1.5 mm/year를 초과합니다(데이터 출처: NACE TM0187 부식 테스트).
비교: Hastelloy C-276은 60°C에서 10% 황산에서 <0.05 mm/year의 부식 속도를 나타내며, Cu-Ni 합금보다 훨씬 우수합니다.
2. 염산 환경
구리-니켈 합금은 염산에서 부식 저항성이 낮습니다. 5% 염산 및 25°C에서 Cu-Ni 70/30의 부식 속도는 약 0.5–1.0 mm/year이며, 염화물 이온 농도가 증가함에 따라 피팅 부식의 위험이 증가합니다. 온도가 50°C를 초과하면 부식 속도가 2.0 mm/year를 초과할 수 있으므로 염산 매체 파이프라인에서는 사용이 엄격히 금지됩니다.
III. 알칼리성 매체 및 특수 환경
1. 수산화나트륨(NaOH) 용액
25°C에서 10% NaOH 용액에서 Cu-Ni 90/10의 부식 속도는 <0.01 mm/year로 우수한 알칼리 저항성을 보여줍니다. 그러나 농도가 30%를 초과하거나 온도가 80°C를 초과하면 부식 속도가 0.1–0.2 mm/year로 증가하고 응력 부식 균열(SCC)이 발생할 수 있습니다.
비교: 티타늄 합금은 모든 농도의 NaOH 용액에서 부식이 없으며 강알칼리성 조건에 더 적합합니다.
2. 암모니아(NH₃) 매체
구리-니켈 합금은 암모니아 함유 환경에서 부식 저항성이 매우 낮습니다. 암모니아 농도가 50 ppm을 초과하고 온도가 20°C를 초과하면 응력이 없어도 SCC가 발생할 수 있습니다. 전형적인 예는 몇 달 안에 암모니아 합성 공장에서 구리-니켈 플랜지가 균열되는 것입니다(데이터 출처: ASME BPVC Section VIII-3 응력 부식 지침).
4. 국부 부식 저항 데이터
1. 피팅 전위(E_b)
동적 전위 분극 테스트를 통해 3.5% NaCl 용액에서 Cu-Ni 70/30의 피팅 전위는 약 +0.2V(vs. SCE)로, 304 스테인리스강(-0.1V)보다 높지만 316L 스테인리스강(+0.3V)보다 낮아 피팅 부식에 대한 저항성이 일반 스테인리스강보다 우수함을 나타냅니다. 그러나 염화물 함유 환경에서는 표면 마감 처리를 제어해야 합니다(거칠기 Ra < 1.6 μm은 피팅 부식의 위험을 줄일 수 있습니다).
2. 틈새 부식 임계 온도(CCT)
3.5% NaCl 용액에서 Cu-Ni 90/10의 CCT는 약 40°C입니다. 즉, 온도가 40°C를 초과하고 틈새(플랜지 개스킷 접촉 영역 등)가 있는 경우 틈새 부식이 발생할 수 있으며 부식 속도가 0.5 mm/year를 초과합니다. 반면 듀플렉스강 2205의 CCT는 >70°C로 틈새 부식에 대한 우수한 저항성을 보여줍니다.
5. 고온 산화 및 장기 부식 저항 데이터
건조 공기에서 300°C에서 Cu-Ni 70/30의 산화 속도는 약 0.02 mm/year이며, 표면에 조밀한 CuO-NiO 복합 산화층이 형성됩니다. 온도가 400°C로 상승하면 산화 속도가 0.1 mm/year로 증가하고 산화층이 벗겨지기 시작합니다. 310S 스테인리스강(800°C에서 산화 속도 0.05 mm/year)과 비교하여 구리-니켈 합금의 고온 산화 저항성은 현저히 부족합니다.
데이터 적용 참고 사항
데이터 편차 요인: 실제 부식 속도는 매체 유속, 용존 산소 함량, 미생물(예: SRB 박테리아) 및 표면 오염과 같은 요인의 영향을 받습니다. 예를 들어, 황산염 환원 박테리아를 함유한 해수에서 구리-니켈 합금의 부식 속도는 2–3배 증가할 수 있습니다.
표준 참조: 위의 데이터는 실험실 정적 테스트를 기반으로 합니다. 엔지니어링 적용의 경우 NACE MR0175(석유 및 가스 산업) 및 ASTM B151(구리-니켈 합금 표준)과 같은 표준에 따라 동적 작동 조건 평가를 수행해야 합니다.
안전 여유 권장 사항: 해수 및 약산성 매체에서 구리-니켈 플랜지의 설계 부식 허용치는 일반적으로 0.5-1.0 mm입니다(20년 수명으로 계산). 암모니아 또는 고온이 존재할 수 있는 환경에서는 구리-니켈 재료를 피해야 합니다.

특정 데이터에서 알 수 있듯이 구리-니켈 플랜지는 해수, 중성 염 용액 및 약알칼리성 환경에서 우수한 성능을 발휘합니다. 그러나 강산, 암모니아 및 고온 시나리오에서는 부식 저항성에 상당한 단점을 보입니다. 재료를 선택할 때는 공정 매개변수를 재료 부식 데이터와 정확하게 일치시키는 것이 필수적입니다.