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논문 상세정보

Abstract

Austenitic stainless steels(SUS 304, SUS 316), which are used for safety control valve of LNG carrier, are occasionally exposed in the cryogenic environment. In this regards, it is required to evaluate the mechanical characteristics under the low temperature environment. In this study, a series of uniaxial tensile test was carried out varying temperature for austenitic stainless steel. The phenomena of the strain-induced plasticity have been observed on the all temperature ranges. The critical value for threshold of 2nd hardening due to the phase transformation induced plasticity as well as the increase of hardening have been reported. The summarized experimental results would be used for the validation of numerical techniques applicable for the nonlinear hardening behavior of austenitic stainless steel under the cryogenic temperature environment.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
300계열 오스테나이계 스테인레스강
300계열 오스테나이계 스테인레스강의 장점은?
극저온에서도 저온취성 현상이 발생하지 않고, 저온에서도 우수한 재료물성치를 가진다고 알려져 있다(Kim et al. 2000). 이들 재료는 저온에서의 마르텐사이트 변태에 의하여 내부 균열성장이 저지되는 특성이 있어 피로관점에서도 문제가 없음이 알려져 있다(Lee et al. 1999).

기존의 연구결과에 따르면 300계열 오스테나이계 스테인레스강은 극저온에서도 저온취성 현상이 발생하지 않고, 저온에서도 우수한 재료물성치를 가진다고 알려져 있다(Kim et al. 2000). 이들 재료는 저온에서의 마르텐사이트 변태에 의하여 내부 균열성장이 저지되는 특성이 있어 피로관점에서도 문제가 없음이 알려져 있다(Lee et al. 1999). 이러한 재료특성에 기인하여 오스테나이트계 스테인레스 강은 저온용 용기의 구조재료로 이미 널리 활용되고 있다.

기술종속
국내 LNG 운반선 건조 분야 기술종속을 벗어나 원천기술을 독자적으로 보유하기 위해 필요한 것은?
방열시스템의 개발

이것은 로열티로 연결이 되며, 지금도 국내 조선소는 상당액의 로열티를 지급하면서 LNG 운반선을 건조하고 있다. 이러한 기술종속을 벗어나 원천기술을 독자적으로 보유하기 위해서는 이를 대체할 수 있는 방열시스템의 개발이 필요하며, 국내에서도 다수의 연구자들에 의해 LNG 방열시스템에 대한 연구(Nam et al. 1993, Noh, 2005, Lee et al.

오스테나이트 강의 저온 영역 거동특성을 분석
본 연구에서는 오스테나이트 강의 저온 영역 거동특성을 분석하기 위하여 온도별 재료 인장실험을 수행하였는데 이를 통해 얻어진 저온 거동 특성은?
• SUS 304보다 SUS 316이 보다 더 강한 온도 의존 경향을 보인다. 즉, 온도가 낮을수록 SUS 316 인장응력의 증가량이 크다.• 온도별 항복응력의 경우, SUS 304는 SUS 316과 비슷한 범위를 보이지만, 최대 인장응력은 SUS 304가 SUS 316 보다 높은 값을 가진다.• 두 재료 모두 전반적으로 저온이 될수록 연신율이 감소하는 경향이 확인되었다.• 2차 경화거동 특성 발생 측면에서, 두 재료 모두 항복점 이후 응력이 완만하게 증가하다가 약 10%~20% 이내의 변형률 범위에서 인장응력까지 응력이 현저하게 증가하는 저온 인장 특성을 확인할 수 있다.• 두 재료 모두 2차 경화가 시작되는 뚜렷한 임계변형률(threshold strain, εcr)을 지니고 있으며, 그 크기는 저온으로 갈수록 작아지는 경향이 있다• 2차 경화거동 완료 측면에서, 두 재료 모두 온도가 낮아질수록 초기 항복응력 대비 최대 인장 응력의 크기는 증가한다.

• SUS 304보다 SUS 316이 보다 더 강한 온도 의존 경향을 보인다. 즉, 온도가 낮을수록 SUS 316 인장응력의 증가량이 크다. • 온도별 항복응력의 경우, SUS 304는 SUS 316과 비슷한 범위를 보이지만, 최대 인장응력은 SUS 304가 SUS 316 보다 높은 값을 가진다. • 두 재료 모두 전반적으로 저온이 될수록 연신율이 감소하는 경향이 확인되었다. • 2차 경화거동 특성 발생 측면에서, 두 재료 모두 항복점 이후 응력이 완만하게 증가하다가 약 10%~20% 이내의 변형률 범위에서 인장응력까지 응력이 현저하게 증가하는 저온 인장 특성을 확인할 수 있다. • 두 재료 모두 2차 경화가 시작되는 뚜렷한 임계변형률(threshold strain, εcr)을 지니고 있으며, 그 크기는 저온으로 갈수록 작아지는 경향이 있다 • 2차 경화거동 완료 측면에서, 두 재료 모두 온도가 낮아질수록 초기 항복응력 대비 최대 인장 응력의 크기는 증가한다.

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참고문헌 (9)

  1. Cedric Garion, Blazej Skoczen, Stefano Sgobba, 2006, "Constitutive Modelling and Identification of Parameters of the Plastic Strain-induced Martensitic Transformation in 316 Lstainless Steel at Cryogenic Temperatures," International Journal of Plasticity, Vol. 22, pp. 1234–1264 
  2. Cho, C.C., Kang, S.B. and Jun, E.J., 1982 "The Effect of Nitrogen on the Low Temperature Mechanical Properties of Ni-free Austenitic Stainless Steel," Journal of the Korean Institute of Metals, Vol. 20, No. 10, pp. 927-935 
  3. Kim, J.K., Kim, C.S., Cho D.H., Kim, D.S. and Yoon, I.S., 2000, "Low Temperature Effects on the Strength and Fracture Toughness of Membrane Material for LNG Storage Tank," Journal of Mechanical Science and Technology, A Vol. 24, No. 3, pp. 710-717 
  4. Nam, Y.Y., Nho, I.S., and Lee H.S., 1993, "Structural Safety Assessment of Independent Spherical LNG Tank (3rd report)," Transactions of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 30, No. 4, pp. 83-92 
  5. Lee, J.H., Choi, W.C, Kim, M.H., Kim, W.S., Noh, B.J., Choe, I.H., and Lee, J.M., 2007, "Experimental Assessment of Dynamic Strenth of Membrane Type LNG Carrier Insulation System," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 44, No. 3, pp. 296-304 
  6. Lee, H.W., Shin, Y.T., Park, J.U., Lee, J.W. and Kang, C.Y., 1999, "A Study on Low Temperature Strength and Fatigue Strength of Austenitic Stainless Steel for Membrane Type LNG Tank," Journal of KWS., Vol. 17, No. 3, pp. 198-202 
  7. Lee, H.M., Nahm, S.H., Huh, Y.H., Lee J.J. and Bahng, G.W., 1990, "Construction of Cryogenic Testing System and Tensile Deformation Behavior of AISI 300 Series S tainless Steels at Cryogenic Temperatures," Journal of the Korean Inst. of Metals Vol. 28, No. 11, pp. 970-976 
  8. Noh, B.J., 2005, "Sloshing Load Analysis in Spherical Tank of LNG Carrier," Special Issue of the Society of Naval Architect of Korea, pp. 22-30 
  9. Tobler, R.L., Nishimura A. and Yamamoto, J. 1997, "Design-relevant Mechanical Properties of 316-type Steels for Superconducting Magnets," Cryogenics, Vol. 37, pp. 533-550 

이 논문을 인용한 문헌 (4)

  1. 정성엽, 이춘주, 조성락 2011. "극지운항용 빙해선박의 밸러스트 수 결빙방지 기법 연구" 大韓造船學會 論文集 = Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 48(1): 93~97 
  2. 민덕기, 심천식, 신동완, 조상래 2011. "빙해선박용 강재의 저온특성에 관한 연구" 大韓造船學會 論文集 = Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 48(2): 171~177 
  3. 박웅섭, 강기엽, 전민성, 이제명 2011. "선박 및 해양구조물용 극저온 재료의 기계적 거동 특성" 大韓造船學會 論文集 = Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 48(3): 189~199 
  4. 박웅섭, 김정현, 전민성, 이제명 2011. "선박 및 해양구조물용 극저온 재료의 온도 및 변형률 속도 의존 통합 구성방정식 개발" 大韓造船學會 論文集 = Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 48(3): 200~206 

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