[논문]내화강재의 고온특성 데이터베이스 구축 연구

권인규

doi:10.7731/kifse.2013.27.5.1

내화강재의 고온특성 데이터베이스 구축 연구
Experimental Study on Making Databases for Fire Resistant Steel at High Temperature 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.27 no.5, 2013년, pp.1 - 7

초록
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가연물의 증가는 건축물 화재의 발생 위험성과 재해발생 규모를 점차적으로 증대시키는 요인이 되고 있다. 따라서 강구조 건축물의 화재에 대비한 기술개발이 요구되었으며, 이 결과로 내화강재가 개발되었다. 본 연구에서는 FR 490강재의 고온 시 기계적, 열적 특성을 실험적으로 평가하고, 이 결과를 상온 시 구조적 내력이 동일한 용접구조용 강재인 SM 490과 상호 비교함으로써 고온 시의 내력유지 성능이 우수함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Fire at building can occur enormous damages to life, properties, and environment and the risk of fire breakout is going up higher because of application of combustible materials than before. Therefore, the steel industries are trying to develop fire resistant steel in order to sustain the load bearing capacity of steel structures during fire situation. In this paper, to give the basis data-bases for evaluation of structural stability of steel structures applied fire resistant steel, FR 490, the tests of mechanical and thermal properties at high temperature were conducted and the comparisons are done with the SM 490 that has the same mechanical one.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 고온 시 내력 유지성능이 우수한 내화강재를 대상으로 고온 시의 기계적 특성과 열적 특성을 실험적으로 평가하고, 이를 일반 구조용 강재와 비교, 평가함으로써 화재 시 내력 유지성능을 확인하고자 한다.

제안 방법

고온 시 내력 저감특성을 완화시킨 특성을 가진 FR 490 내화강재의 고온 시 특성을 확인하기 위하여 상온에서의 기계적 특성 기준이 동일한 SM 490강재의 고온 기계적 특성과 열적 특성을 비교, 분석하였다.
또한 고온에서 이차 응력을 유발할 수 있는 선팽창계수과 강재온도 계산을 위한 비열과 열전도율을 도출한다. 그리고 내화강재의 고온 시각 특성을 용접 구조용 강재인 SM 490강재와 비교함으로 고온 시 내력 유지 능력의 평가를 그 범위로 한다.
본 연구에서는 문헌 등을 통하여 내화강재의 일반적 특성을 고찰하고, 용접구조용 강재인 SM 490의 고온 시 능력을 향상시킨 FR 490 내화강재를 대상으로 각 온도 영역의 항복강도와 탄성계수를 도출하고, 향후 고온 시 내력평가를 목적으로 실험식을 제안한다. 또한 고온에서 이차 응력을 유발할 수 있는 선팽창계수과 강재온도 계산을 위한 비열과 열전도율을 도출한다. 그리고 내화강재의 고온 시각 특성을 용접 구조용 강재인 SM 490강재와 비교함으로 고온 시 내력 유지 능력의 평가를 그 범위로 한다.
본 연구에서는 문헌 등을 통하여 내화강재의 일반적 특성을 고찰하고, 용접구조용 강재인 SM 490의 고온 시 능력을 향상시킨 FR 490 내화강재를 대상으로 각 온도 영역의 항복강도와 탄성계수를 도출하고, 향후 고온 시 내력평가를 목적으로 실험식을 제안한다. 또한 고온에서 이차 응력을 유발할 수 있는 선팽창계수과 강재온도 계산을 위한 비열과 열전도율을 도출한다.

대상 데이터

고온 특성을 평가하기 위한 시험편은 내화강재의 원소재 끝부분에서 최소 10 cm 이격된 곳에서 채취하였으며, 열영향부를 최소화하기 위해서 각 시편은 최소 5 cm 이상 거리를 확보하였고, 축방향으로 채취하였다.
구조용 강재의 기계적 특성은 강재 개발에 소요된 구성 성분과 제조 조건에 따라서 달라지므로, 우리 나라에서 개발된 내화강재의 고온 특성은 또 다른 특성을 가질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 우리 나라에서 개발된 FR 490의 내화강재를 대상으로 연구를 진행하였다.

이론/모형

고온 인장시험은 KS D 0026(철강재료 및 내열합금의 고온 인장시험방법)을 적용하였으며, 상온과 동일한 항목을 측정하였다. 항복점이 나타나지 않는 부분은 영구 변형율을 적용한 0.
1~400 W/mK 범위를 측정할 수 있는 Sinku-Riko사의 TC 7000를 사용하였다. 열전도율의 측정은 열확산계수와 비열을 Laser Flash법에 의해 직접 측정한 뒤 다음 식(2)를 이용하여 계산하였다.

성능/효과

1. FR 490 내화강재의 항복강도와 탄성계수의 실험식과 열팽창계수와 열전도율의 측정값을 각각 제시하였다.
2. 고온 시의 항복강도와 탄성계수를 SM 490강재와 비교한 결과, FR 490강재가 SM 490강재보다 우수하게 나타남을 확인하였고, 강재의 허용온도의 경우, FR 490강재는 약 630 ℃ 수준으로 SM 490강재보다 높게 나타나 고온에서 내력유지 성능이 향상될 것으로 판단되었다.
3. 고온 시의 열적 특성의 비교결과, FR 490강재가 SM 490보다 낮은 열전도율을 보이고 있으며, 또한 대부분의 온도구간에서 거의 동일한 선팽창율을 보이고 있으나 고온(700~800 ℃) 영역에서 보다 낮은 선팽창율을 보이므로, 화재와 같은 고열환경에서 FR 490강재를 적용한 구조물의 내력유지 능력이 SM 490보다 우수할 것으로 판단되었다.
4. 내화강재에 제조된 첨가되는 고온 내력 향상 원소에 따라 허용온도가 달라짐을 확인하였으며, 고온 시 내화강재의 정확한 내력 평가를 위해서는 해당 원소가 포함된 내화강재의 고온 시 데이터베이스가 필요하다고 판단되었다.

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