[논문]LNG 저장탱크용 멤브레인재(STS 304강)의 강도 및 파괴인성에 미치는 저온효과

김정규; 김철수; 조동혁; 김도식; 윤인수

doi:10.22634/ksme-a.2000.24.3.710

LNG 저장탱크용 멤브레인재(STS 304강)의 강도 및 파괴인성에 미치는 저온효과
Low Temperature Effects on the Strength and Fracture Toughness of Membrane for LNG Storage Tank 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.24 no.3 = no.174, 2000년, pp.710 - 717

김정규 , 김철수 , 조동혁 , 김도식 , 윤인수

Abstract ▼ AI-Helper

Tensile and fracture toughness tests of the cold-rolled STS 304 steel plate for membrane material of LNG storage tank were performed at wide range of temperatures, 11 IK(boiling point of LNG), 153K , 193K and 293K(room temperature). Tensile strength significantly increases with a decrease in temperature, but the yield strength is relatively insensitive to temperature. Elongation at 193K abruptly decreases by 50% of that at 293K, and then decreases slightly in the temperature range of 193K to 111K. Strain hardening exponents at low temperatures are about four times as high as that at 293K. Elastic-plastic fracture toughness($J_c$) and tearing modulus($T_{mat}$) tend to decrease with a decrease in temperature. The $J_c$ values are inversely related to effective yield strength in the temperature range of 111K to 293K. These phenomena result from a significant increase in the amount of transformed martensite in low temperature regions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 LNG 저장탱크용 멤브레인에 사용될 STS 304강의 실용화를 위한 기본적 설계자료를 얻기 위하여 상온 및 저온 환경 하에서 기계적 특성 및 파괴인성을 평가하였다. 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
이러한 관점에서 LNG 저장탱크용 멤브레인의 건전성과 안전성을 확보하기 위하여 온도변화에 따른 강도 및 파괴인성의 평가가 중요하다. 본 연구에서는 포항제철(POSCO)에서 생산된 냉간 압연 오스테나이트계 스테인리스강(STS 304)의 멤브레인 재료로서의 타당성을 검토하기 위하여 상온 및 저온 환경 하에서 인장 및 파괴인성 시험을 수행하였다.

제안 방법

된다. 그러나 본 실험에 사용된 시험편의 두께는 ASTM E1737⑺에서 추천된 시험편 크기조건을 만족하지 못할 뿐만 아니라 八적분의 상한값의 범위를 만족하지 않으므로 入로 평가하여 파괴인성을 검토하였다.
6에 이를 때까지 상온에서 삽입되었다. 또한 피로 예비균열을 삽입하는 동안 부하된 최대하중은 ASTM E1737⑺에서 정의된 허용 예비균열 하중 (Pm)보다 작도록 하였다.
인장시험은 온도에 따른 기계적 특성의 변화를 검토하기 위하여 293K(20℃), 193K(-80r), 153K (-120℃) 및 111K(-162℃)의 4가지 온도에서 수행하였다. 시험편은 Fig.
저온실험은 자체 제작한 저온용 챔버를 유압서어보식 피로시험기에 설치한 후 액체 질소의 주입량을 조절함으로써 저온상태에서 실험을 수행하였다. 챔버 내에 유입된 액체질소는 용기 내에서 기화되면서 온도를 저하시키고, 동시에 순환장치에 의하여 순환된 후 배출된다.
S) 이의 대표적인 것으로 Reed와 Tobler°는 Fe-18Cr-8Ni 합금들에 대하여 응력-변형률선도가 초저온에서 상온과는 다른 3단계의 소성변형을 나타낸다고 보고하였고, Guntner와 Reed®는 스테인리스 304강과 304L강의 저온에서의 기계적 특성이 마르텐사이트 변태와 밀접한 관계가 있음을 밝혔다. 탄소성 파괴거동에 있어서 Tobler와 Reec伊는 가공성을 높이고 용접성을 개선하기 위해 망간이 첨가된 AISI 304LN 재료에 대하여 4K에서 시험을 수행하였다. 그리고 Shimada 등(1)은 스테인리스 304강의 탄소성 파괴인성 값에 미치는 측면홈(side-groove), 피로 예비균열, 시험편의 크기의 영향을 고찰하였다.
12에서와 같이온도가 저하할수록 직선적으로 감소하는 경향을 보이고 있다. 파괴인성 저하의 원인을 강도 측면에서 살펴보면, 앞서 언급한 바와 같이 온도 저하에 따른 가공경화의 증가에 의한 인장강도의 현저한 상승과 관계된다고 할 수 있으므로 파괴인성(人) 을 유효항복강도”时)에 대하여 검토하였다.

대상 데이터

본연구에서 사용된 시험편은 실제 멤브레인의 제작상황을 고려한 두께 2mni의 얇은 판재로 가공된 CT 시험편이므로, 면외 변위 (out-of-plane displacement)를 방지하기 위하여 좌굴방지장치를 부착하였다.
사용한 재료는 한국가스공사에서 멤브레인 제작에 사용될 예정인 두께 2mm인 냉간 압연된 STS 304 강판이며, 이의 화학적 성분과 기계적 특성은 Table 1 및 Table 2와 같다.
시험편은 Fig. 2와 같이 ASTM E8M-97®의규정에 따라 압연방향(L)으로 제작되었다. 시험속도는 마르텐사이트 변태에 영향을 주게되므로, 이의 영향을 최소화하기에 충분히 낮은 속도로 생각되는 0.
실험은 293K(20℃), 193K(-80C), 153K(-120℃) 및 111K(-162℃)의 분위기에서 100kN용 유압서보식 피로시험기와 이에 연결된 마이크로컴퓨터로 시험시스템을 구성하고, 균열개구변위(COD)의 측정은 상온 및 저온에서 사용할 수 있는 클립-온 게이지 (-269P~+65C)를 사용하였다.
콤팩트 인장(CT) 시험편은 L-T 방향으로 채취하였으며, 이의 형상은 Fig. 3과 같다. 피로 예비균열은 응력 비, 心 = 0.

이론/모형

적분은 하중-변위곡선을 기초로 한 ASTM E1737”의 제하 컴플라이언스법(unloading compliance method)에 준하여 평가하였다.

성능/효과

감소하였다. (3) 유효항복강도(°儿")와 파괴인성(丄) 사이에는 다음과 같은 관계가 있으며, 유효항복강도가 증가할수록 파괴인성 값은 저하하는 양상을 나타내었다.
(1) 저온(193K, 153K, 111K)에서의 인장강도는 상온에 비하여 약 1.6~2.0배 증가하였으나 연신율은 약 50% 저하하였고, 항복강도는 완만한 증가를 보였다. 또한 저온 환경 하에서의 가공경화지수는 거의 일정한 값을 나타내었지만, 이들의 값은 상온의 경우보다 현저하게 증가하였다.
(2) 저온 환경하에서의 파괴인성 및 균열성장에 대한 저항값은 상온에 비하여 현저히 감소하였다. (3) 유효항복강도(°儿")와 파괴인성(丄) 사이에는 다음과 같은 관계가 있으며, 유효항복강도가 증가할수록 파괴인성 값은 저하하는 양상을 나타내었다.
8은 온도변화에 따른 마르텐사이트 변태량을 나타낸 것으로 변태량은 동일한 변형률에 있어서도 온도가 저하할수록 증가하며, 또한 저온 일수록 마르텐사이트 변태량의 변형률 의존성이 큼을 보이고 있다.(3) 따라서 STS 304강의 온도저하에 따른 연성의 저하와 가공경화지수의 증가에 따른 인장강도의 상승은 마르텐사이트 변태량과 밀접한 관계가 있다고 할 수 있다.
(4) 파면해석을 통하여 얻어진 소성둔화의 한계값은 저온에서의 값이 상온에 비하여 저하되었으며, 이는 /-적분에 의한 파괴인성의 변화와 대응되었다.
이것은 균열이 둔화되고 진전되는 과정에서 안정적으로 성장하였음을 의미한다. 따라서 본 연구에 있어서 상온 및 저온에서의 균열성장은 벽개파괴에 의한 불안정 성장이 아니라 미소공동 합체에 의하여 안정 성장하였음을 예측할 수 있다.
0배 증가하였으나 연신율은 약 50% 저하하였고, 항복강도는 완만한 증가를 보였다. 또한 저온 환경 하에서의 가공경화지수는 거의 일정한 값을 나타내었지만, 이들의 값은 상온의 경우보다 현저하게 증가하였다. 저온에서의 기계적 특성의 변화는 온도가 낮을수록 마르텐사이트 변태량의 변형률 의존성이 크기 때문이라고 할수 있다.
온도가 감소함에 따라 항복강도는 조금 증가하는 경향을 보이나 인장강도는 현저히 상승하였다. 또한 연신율은 111K의 경우 상온보다 약 50%정도급격히 감소하였으나 연성파괴거동을 보였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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