내후성 강재(영문 weathering steel, 중국에서는 GB/T 4171-2008로 규격화되는 대기 부식 내력 구조용 강)는 구리·크롬·니켈을 첨가하고 인과 규소를 관리하여 사용 중 표면에 치밀하고 부착력이 강한 안정화 녹층을 형성함으로써 대기 부식속도를 시간에 따라 낮추는 저합금 강이다. 무도장으로 쓸 수 있는지는 홍보 문구가 아니라 실측된 환경 조건의 문제다.
핵심 요약
- 무도장은 부식하지 않음이 아니다. 안정화된 녹이 속도를 낮출 뿐이며, 판단 기준은 강종명이 아니라 염화물 침적량과 장기 부식속도의 조합이다.
- 공개된 설계 지침은 일반 내후성 강재의 무도장 상한을 염화물 침적 6~12 mg/(m2·d), 장기 부식속도 6 µm/년 이하로 제시한다.
- 해양 환경에서는 강종 차이가 확대된다. 말레(Cl- 432,3 mg/(m2·d))에서 20년 예측 속도는 일반 강종 69,28 µm/년, 니켈 3 % 강 18,23 µm/년으로 모두 한계를 크게 넘는다.
- 녹의 품질은 습윤 시간에 좌우된다. 표면이 젖어 있는 시간이 20 % 이하이면 수개월 내에 보호성 녹이 나타나지만, 물이 고이는 곳·맞닿음면·건조가 느린 영역에서는 녹이 벗겨지고 보호 기능이 사라진다.
- 도장이 남을 수밖에 없는 경우: 폐쇄 단면 내부와 이음매, 제빙 염, SO2가 많은 산업 대기, 비말대, 스테인리스·알루미늄과 다른 금속 접촉 부재, 그리고 부식 여유량이 실측 손실을 감당하지 못하는 부재다.
- 판단은 검증 가능하게 하라: ISO 9223 / GB/T 19292.1-2018로 현장을 등급화하고, 최소 1년간 실물 노출시험을 하며, GB/T 41756-2022로 장기 손실을 외삽한 뒤 무도장·축소 도장·ISO 12944 전면 규격·용사 가운데 하나를 선택한다.
주요 데이터와 합격 기준
| 항목 | 값과 단위 | 출전과 용도 |
|---|---|---|
| 탄소강의 첫해 두께 손실에 따른 부식도 등급 | C1 <=1,3；C2 >1,3-25；C3 >25-50；C4 >50-80；C5 >80-200；CX >200 µm | ISO 9223:2012(중국 대응 GB/T 19292.1-2018). 무도장 검토의 출발점. |
| 일반 강종의 무도장 염분 상한 | 6-12 mg/(m2·d) | 1993년 일본 측 지침. 정상 상태 부식속도 5~6 µm/년에 해당. |
| 무도장에서 허용되는 부식속도 | <=6 µm/년 | 리뷰 문헌에 인용되는 판정치. 초과하면 도장을 유지한다. |
| 고염화물 환경에서 보호성 상실 | 속도 약 6배 | 미국 교량 녹층 연구: 녹 중 염소가 약 1.5 질량 %이면 보호성 녹층이 형성되지 않는다. |
| Q355GNH의 화학조성과 기계적 성질 | C <=0,12 %, Si 0,20-0,75 %, Mn <=1,00 %, P 0,07-0,15 %, S <=0,020 %, Cu 0,25-0,55 %, Cr 0,30-1,25 %, Ni <=0,65 %；두께 <=16 mm에서 ReL >=355 MPa, Rm 490-630 MPa, A >=22 % | GB/T 4171-2008. GNH 계열은 인을 높여 녹 안정화를 확보하므로 두꺼운 구속 용접은 절차 자격이 필요하다. |
| 촉진 안정화 처리(특허 예) | 침지 0,5 h；25 ± 3 ℃·상대습도 60-70 %에서 습건 12 h 사이클을 하루 2회, 3일간；이후 80 µm 수준의 반투막 도료를 도포하고 상온 24 h 건조 | 중국 특허 CN202211055590.9(교량용 내후성 강). |
| 도장으로 갈 경우 표준 도막두께 | C4 고내구성 2회 / 240 µm；C5 초고내구성 3회 / 320 µm | EN ISO 12944-5 부속서 B의 신규 탄소강 최소 규격(제3자 요약이므로 입찰 전 정식 문헌으로 확인할 것). |
| 전생애 비용 차이 | 11 %~21 % 절감(평가 기간 100 / 150 / 200년) | Wang Chunsheng 등, Journal of Traffic and Transportation Engineering 2024, 24(3): 69-81, DOI 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.03.004. |
녹이 보호하는 이유와 그렇지 않게 되는 조건
이중 구조의 안정화 녹
장기 노출된 강에서는 비정질 스피넬형 철산화물과 고에타이트(alpha-FeOOH)로 구성된 치밀한 내부층 위에, 레피도크로카이트(gamma-FeOOH) 위주의 느슨한 외부층이 얹힌다. 구리·크롬·니켈·인은 내부층의 치밀화를 촉진하고 alpha/gamma 비를 높이며 녹의 전기화학적 활성을 낮춘다. 그 결과 연간 부식속도가 경년 감소한다.
습윤 시간은 숨겨진 스위치
공개된 야외 노출시험은 경험적 한계를 제시한다. 표면 습윤이 시간의 20 % 미만이면 수개월 내에 보호성이 나타나고 10년에 걸쳐 치밀화가 진행되며, 물가·안개가 많은 곳·배수가 불량한 부위에서는 마그헤마이트가 늘고 나노 고에타이트가 줄어 녹이 박리된다. 같은 부재라도 방향에 따라 거동이 완전히 달라진다.
염화물이 구조를 무너뜨리는 경로
염화물 이온은 녹층을 투과해 강 기재 계면에 집적되어 국부 pH를 낮추고 전기화학적으로 활성인 아카가네이트(beta-FeOOH)를 만든다. 일반 강종의 니켈량은 통상 0,4 % 미만으로 억제력이 약하다. 니켈 3 % 강은 녹의 이온 선택성을 바꿔 염소를 바깥으로 밀어내며, 79 mg/(m2·d) 해양에서 9년 노출한 사례는 일반 내후성 강 대비 약 20배의 내식성을 보였다. 다만 이것은 상대 차이일 뿐, 중한 해양 환경에서 무도장이 가능해짐을 뜻하지 않는다.
무도장이 성립하는 한계
| Cl- 침적 mg/(m2·d) | 일반 강종: 1년차 µm / 20년 예측 µm/년 | Ni 3 % 강: 1년차 µm / 20년 예측 µm/년 | 권장 노선 |
|---|---|---|---|
| <=6(농촌·건조한 도시) | 대체로 6 µm/년 이하 | 자료 없음 | 무도장 가능. 단 배수와 틈 회피가 전제 |
| 약 18(약한 해양) | 13,78 / 7,57 | 19,66 / 4,44 | 일반 강종은 이미 한계 초과. 축소 도장 또는 니켈강 재평가 필요 |
| 약 30(중간 해양) | 35,56 / 7,49 | 28,53 / 3,83 | 일반 강종은 도장. 니켈강도 세부 설계를 엄격히 할 때만 무도장 검토 가능 |
| 약 75(중한 해양) | 54,78 / 11,54 | 42,58 / 5,72 | 무도장 범위 밖: ISO 12944의 C5 규격 또는 아연·알루미늄 용사 |
| 432,3(열대 해양, 말레) | 74 / 69,28 | 49 / 18,23 | 도장 필수. 무도장은 용인할 수 없는 위험 |
강종 대응 관계
| GB/T 4171-2008 | P 함량 | EN 10025-5 | JIS | ASTM | 위치 |
|---|---|---|---|---|---|
| Q355GNH | 0,07-0,15 % | S355J0WP / S355J2WP | SPA-H(G3125) | A242 Type 1 | 고내후 계열. 녹 안정화에 우수하며 후물판 구속 용접은 주의 |
| Q355NH | <=0,030 % | S355J0W / J2W / K2W | SMA490AW/BW/CW(G3114) | A588M(예: Gr. K) | 용접 내후 계열. 교량 주부재용 |
| Q295GNH | 0,07-0,12 % | - | - | - | 경량 구조물；ReL >=295 MPa, Rm 430-560 MPa(두께 <=16 mm) |
대응관계는 GB/T 4171-2008 부속서에 제시된 강종의 유사성이며, 품질 세부등급의 동등성을 의미하지 않는다. 수입 프로젝트는 EN, JIS, ASTM 원문으로 검사한다.
문제는 강보다 세부에서 발생한다
- 물 고임과 틈: 폐쇄 단면 내부의 다이아프램, 보강리 뿌리,받침판은 젖은 채로 남아 전체 등급이 시사하는 이상으로 두께를 상실한다.
- 방향 차이: 풍상측은 염분을 모으고 음지측은 건조가 느리다. 점검은 면 단위로 기록한다.
- 녹물 유출: 초기 1~3년은 녹물이 콘크리트와 포장을 오염시킨다. 유도를 설치하거나 먼저 안정화 처리를 한다.
- 스테인리스·알루미늄과 직접 접촉하면 절연 또는 도장 분리 없이 국부 부식이 빨라진다.
- 용접부, 절단 모서리, 교정부는 단단한 밀스케일 때문에 녹이 고르지 않다. 선행 연마나 샌드블라스팅을 권고하는 보고가 있다.
그래도 도장이 필수인 조건
- 염화물 침적이 대략 30 mg/(m2·d)를 넘는 해양 환경, 비말대, 제빙 염이 흩날리는 부위.
- SO2가 많은 산업 대기, 화학 플랜트, 암모니아와 고습이 겹치는 축사·비료 설비.
- 건조할 수 없는 내부 공동, 이중벽, 보온재 아래.
- 색의 균일이 요구되거나 녹물 유출이 허용되지 않는 건축 표현.
- 부식 여유량이 설계 수명 중 실측 손실을 감당하지 못하는 구조 부재.
| 조건 | 하도 처리 | 규격(회수 × 표준 두께) | 비고 |
|---|---|---|---|
| 내륙 C3, 장기 무유지 | Sa 2 1/2, 조도 ISO 8503 기준 중~조 | 에폭시 + 우레탄, 2회 160-200 µm | 내후성 강이어도 하도 요구는 완화되지 않는다 |
| 연안 C4, 해안에서 1-3 km | Sa 2 1/2 + 모서리 사전 도포 | 아연 부에폭시 + 운모철 에폭시 + PU, 3회 240 µm | 용접부와 모서리는 ISO 8501-3으로 처리 |
| 장수명 교량 규격 예(비용 연구) | Sa 2 1/2 | EP 고아연 80 µm + 운모철 40 µm + 상도 60-70 µm | 상도는 알키드, 우레탄, 불소 가운데 선정 |
| 해양 C5／비말대 | Sa 2 1/2 또는 Sa 3 | Zn-Al 용사 + 실러 + 상도(듀플렉스) | 금속층의 음극 방식, 실러의 차단 |
| 무도장 경년 후 도장 전환 | 불리한 녹을 제거해 St 3 / Sa 2 1/2, 수용성 염 확인 | 전환 처리 또는 차단 에폭시 + 상도 체계 | 잔류 염소는 조기 부풀음을 유발한다 |
마찰면과 고력 볼트
안정화 처리에 관한 중국 공개 연구에서는 용접부·교정부·절단면의 녹 생성이 느리고 고르지 않으며, 처리 전에는 고력 볼트 이음의 미끄럼 저항 계수가 요구에 미달하는 사례가 보고되고, 처리 후에는 성능이 개선된다고 서술한다. 미끄럼 저항은 구조 안전 지표이므로 설계 규범에 근거한 시험으로 확인해야 하며 경험치로 대체할 수 없다.
무도장에서 도장으로 전환할 때의 세 가지 장애
- 치밀한 안정화 녹은 하도이자 발판으로 기능하지 않으며, 요구 등급까지 샌드블라스팅하는 비용은 신규 도장을 웃돈다.
- 녹 속에 남은 염소는 초기 부풀음 요인이므로 실러 선정 전 Bresle 법으로 수용성 염을 측정한다.
- 각강, 브레이스, 폐쇄 단면 내부 등 복잡한 형상에서는 모서리와 주변부의 사전 처리가 내구연한을 좌우한다.
의도적으로 안정화 녹을 만드는 방법
무도장 구조물은 첫 1~3년에 불만이 집중된다. 색이 고르지 않고, 녹 가루가 떨어지고, 녹물이 흐른다. 이를 단축하는 수단은 두 갈래다. 보급된 방식은 살수 또는 순환 침지로, alpha-FeOOH 생성을 앞당긴다. 위 특허 예는 감사 가능한 수치를 제공한다. 도시 시설물과 외장재에는 몰리브덴산 나트륨계 안정제와 수산화철을 배합한 수계 아크릴 도막에 관한 보고가 있으며, 투명 또는 반투명 탑코트 적용도 가능하지만 재시공 주기를 유지 계획에 명시해야 한다. 열화된 실러는 반점 형태로 나타난다.
시험과 합격 판정: 규격서에 담아야 할 것
- 현장 등급화: SO2와 염화물 침적량은 ISO 9225 / GB/T 19292.3, 첫해 부식속도는 ISO 9226 / GB/T 19292.4, 등급은 ISO 9223:2012 / GB/T 19292.1-2018을 따른다.
- 재료 확인: 화학조성과 기계적 성질은 GB/T 4171-2008. 상대 내식성은 GB/T 41756-2022 방법 2(Larabee-Coburn 기반 Legault-Leckie 식, Cu-Ni-Cr-Si-P 계에만 적용 가능). 장기 손실은 방법 1의 로그 멱함수 외삽으로, 데이터는 3점 이상이며 첫 데이터는 안정화 녹 형성 후 취득하고 공업·해양 대기에서는 노출 기간을 1년 이상으로 한다.
- 녹층 평가: 연마 단면을 SEM으로 관찰하고 XRD로 동정하여 내·외부 구조와 alpha/gamma 비를 확인한다. beta-FeOOH 증가는 염소 침투의 신호다.
- 도장품: 도막두께 통계는 ISO 19840 / ISO 2808, 부착강도는 ISO 4624, 열화 평가는 ISO 4628 계열.
- 운용 중 추적: 3년·5년·10년의 손실 측정 지점을 정하고, 판정치를 초과한 부재를 도장 유지 체계로 전환하는 조건을 기술 협정에 넣는다.
비용 대비 효과의 올바른 식
중국의 전생애 비용 연구는 무도장 내후성 강 교량 3개와 도장 교량 4개안을 100·150·200년 관점에서 비교하여 무도장안이 11 %~21 % 낮다고 결론지었다. 차이는 강재와 용접 재료, 녹층 점검, 도장 유지, 그리고 교통 통제에 따른 환경·이용자 비용으로 나뉜다. 민감도는 두 가지다. 세척을 6년 1회로부터 매년으로 바꾸면 그 차의 5 %~11 %를 소진하고, 도장해야 할 면적이 전체의 약 70 %에 도달하는 시점에서 무도장 교량은 도장 교량보다 비싸진다.
수출 프로젝트에서는 견적서와 기술 협정에 두 노선을 병기한다. 무도장 노선(현장 등급화·시험편 계획·점검 임계값 포함)과, EN ISO 12944-5 부속서 B의 최소 규격에 근거한 축소 또는 전면 도장 노선(C4 고내구성 240 µm, C5 초고내구성 320 µm)이다. 공급 조건은 EXW 또는 FOB이며 TDS, MSDS, 시공 자료서를 첨부한다.
자주 묻는 질문
Q1 내후성 강재도 일반 탄소강처럼 도장할 수 있는가
할 수 있고, 산업 용도에서는 도장이 표준이다. 밀스케일과 녹은 종전대로 Sa 2 1/2까지 제거하고 조도를 관리해야 하며, 내후라는 사실이 하도 요구를 완화하지 않는다.
Q2 해안에서 2 km 떨어진 현장인데 무도장이 가능한가
거리는 기준이 아니며 풍향·지형·음영이 지배한다. 염화물 침적량을 측정하라. 대략 12 mg/(m2·d)를 넘으면 일반 강종의 논거가 약해지고, 30 mg/(m2·d) 이상에서는 니켈강이면서 엄격한 세부 설계일 때만 검토할 수 있다.
Q3 조형물의 녹 색을 유지하면서 벽을 오염시키지 않으려면
공장에서 안정화 처리를 하고 투명 또는 반투명 실러를 도포하며, 녹물이 밝은 재질을 타고 흐르지 않도록 유도를 설계한다. 실러는 도료이며 경화되면 재시공이 필요하다.
Q4 무도장 구조물의 마찰면은 어떻게 다루는가
시험으로 확인한다. 처리 전에는 미끄럼 저항이 부족하고 처리 후에는 개선된다는 보고가 있다. 값과 재검사는 설계 규범을 따른다.
Q5 용융 아연도금이나 Zn-Al-Mg보다 싼가
동일한 틀 안에서만 비교할 수 있다. 세 경로는 손상 양상이 다르므로 같은 평가 기간·같은 부식도 등급에서 실측 속도로 비교해야 하며, Zn-Al-Mg는 암모니아 환경에 고유의 위험이 있음을유의해야 한다.
Q6 10년간 무도장이었던 부재도 재도장이 가능한가
가능하지만 공수가 늘어난다. 취약한 녹과 박리층을 요구 등급까지 제거하고 수용성 염을 확인한 뒤 전환 처리 또는 차단층을 거쳐 상도한다. 활성 녹에 직접 도장하면 대략 1~2회의 습건 사이클에서 부풀음이 발생한다.
Q7 발주 시 강종을 잘못 고르지 않으려면
규격 번호, 강종, 인 범위, 충격 세부등급, 납품 상태, 초음파 검사 요구를 기술 부속서에 명시한다. Q355GNH(P 0,07-0,15 %)와 Q355NH(P <=0,030 %)는 용접성과 녹 안정성에서 모두 다르다.
참고 문헌
- GB/T 4171-2008 내후성 구조용 강; GB/T 30790 계열(ISO 12944 동일 채택).
- GB/T 19292.1-2018(2018-05-14 발행·2019-02-01 시행, GB/T 19292.1-2003 대체); GB/T 19292.2 / .3 / .4-2018; ISO 9223:2012.
- GB/T 41756-2022 저합금강의 대기 부식 내력 평가 방법(2022-10-12 발행·2023-02-01 시행).
- EN ISO 12944-5:2020 / ISO 12944-5:2018 보호 도료 규격.
- Development and optimization of Ni-advanced weathering steel: a review, 2021(염분 상한, 6 µm/년 기준, 말레와 스페인 노출 데이터).
- Wang Chunsheng 등, Journal of Traffic and Transportation Engineering 2024, 24(3): 69-81, DOI 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.03.004.
- 중국 특허 CN202211055590.9 교량용 내후성 강 녹층 반투막 안정화 처리.
- Modern Paints and Coatings 2025, 28(12): 69-72 안정화 녹층 처리 연구(용접부, 절단 모서리, 볼트 이음).
수치는 공개된 규격 문면, 학술 논문, 특허 문서에 근거한다. 제3자 요약으로으로 표시한 항목은 계약 전 정식 판본으로 확인하기 바란다.
최종 갱신: 2026-10-23｜Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. 기술부가 정리하였으며, 산업용 중방식 도료의 규격 제안과 EXW 또는 FOB 공급 조건에 대한 TDS, MSDS, 시공 자료를 제공한다.