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연강(Mild Steel)의 극저온 파괴 거동에 대한 실험적 연구
Study on Fracture Behavior of Mild Steel Under Cryogenic Condition 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.19 no.6, 2015년, pp.62 - 66  

최성웅 (한국기계연구원 극한기계연구본부) ,  이우일 (서울대학교 기계항공공학부)

초록
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LNG선이나 해양플랜트 같은 설비나 구조물은 작동 조건을 고려할 때, 특히 부재마다 가지는 고유한 연성 취성천이온도(Ductile to Brittle Transition Temperature, DBTT)를 고려하여 설계되어야 한다. 본 연구에서는 해양플랜트 및 LNG선에 hull plate로 쓰이는 A-grade 연강(mild steel)에 대해 DBTT를 샤르피 V-노치(CVN) 실험을 통해 알아보았고 파괴형상을 통한 파괴거동을 살펴보았다. 그 결과 온도가 감소함에 따라 충격 흡수에너지는 감소함을 보였다. Upper shelf energy region과 lower shelf energy region이 나타나고 그 사이 구간의 천이점을 통해 DBTT가 결정되었다. 파괴형상에서는 upper shelf energy region에서 수많은 딤플이 연성파괴 형상으로 관찰되고 lower shelf energy region에서는 전형적인 취성파단형상이 관찰되었다. 이를 통해 BCC 구조를 가지는 A-grade 연강은 upper shelf energy 구역과 lower shelf energy구역을 보이고 그 사이 구간의 천이점에서 급격하게 온도가 떨어지는 DBTT구간을 뚜렷하게 보이는 특성을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Considering for plants and structure under extreme conditions is required for the successful design, especially temperature and pressure. The ductile-brittle transition temperature (DBTT) for the materials under extreme condition needs to be considered. In this study, A-grade mild steel for the LNG ...

주제어

#A-grade mild steel   #CVN   #DBTT   #Ductile fracture   #Brittle fracture  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 해양플랜트 및 LNG선에 hull plate 로 쓰이는 A-grade 연강에 대해 DBTT를 알아보고 파괴형상을 통한 파괴거동을 알아보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
금속의 인성 값을 알아내는 방법에는 어떤 것들이 있는가? 금속의 인성(Toughness)이란 인장응력을 받을 경우 소성변형 없이 취성파괴에 저항하는 재료의 고유한 성질이다. 재료에 대한 인성의 값을 알아내는 방법에는 평면변형률 파괴 인성법(Plane strain fracture toughness), CTOD(Crack tip opening displacement, CTOD), J적분(J-integral) 등의 방법 등이 있다. 그 중에 시험 평가의 간편성과 소요 시간 등을 고려한 가장 일반적으로 수행하는 방법이 샤르피 충격시험(Charpy impact test)법이다[5-7]. 특히 용접부와 같이 모재 부위와 열영향부 등의 부위별 인성을 평가하는데 주로 샤르피 충격시험이 주로 사용되었고 본 저자의 경우, 용접 인성을 표현하는 데에 샤르피 충격시험을 사용 하여 각 부재별 인성 특성을 평가하여 발표한 바 있다[8].
금속의 인성이란 무엇인가? 금속의 인성(Toughness)이란 인장응력을 받을 경우 소성변형 없이 취성파괴에 저항하는 재료의 고유한 성질이다. 재료에 대한 인성의 값을 알아내는 방법에는 평면변형률 파괴 인성법(Plane strain fracture toughness), CTOD(Crack tip opening displacement, CTOD), J적분(J-integral) 등의 방법 등이 있다.
BCC 구조체는 어떤 특성을 보이는가? 대부분의 금속은 넓은 범위에 걸쳐 DBTT를 보이고 이러한 변이구간을 밝히고자 많은 연구들이 진행되었다[4]. 하지만 BCC 구조체의 경우, 특정 온도에서 급격하게 떨어지는 DBTT 구간의 특성을 보이며 이는 특정 온도에서 뚜렷한 연성-취성 천이 영역을 가진다.
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참고문헌 (12)

  1. Kumar, S., Kwon, H.T., Choi, K.H., Cho, J.H., Lim, W.S. and Moon, I, "Current status and future projections of LNG demand and supplies: A global prospective", Energy Policy, 39-7, 4097-4104, (2011) 

    상세보기 crossref

  2. Kim, I. P., Heo, Y., Park, Y. S., Yoon, T. Y., "Introduction of Bridge Design Specification, 2008 Interim ", Harmany of the Nature and Civilization / v.56 no.10, pp.59-66, (2008) 

  3. Manahan, M., "Determination of Charpy transition temperature of ferritic steels using miniaturized specimens." Journal of Materials Science, 25(8): 3429-3438, (1990) 

    상세보기 crossref

  4. Tanguy, B., Bensson, J., Piques, R., Pineau, A., "Ductile to Brittle Transition of an A508 Steel Characteristics by Charpy Impact Test Part: I Experimental Result", Engineering Fracture Mechanics, 72(1): 49-72, (2005) 

    상세보기 crossref

  5. Kumar, A.S., Louden, B.S., Garner, F.A., and Hamilton, M.L., "Small specimen test techniques." ASTM STP 1204, 47, p47, (1993) 

  6. Mitra, G., and Boyer, S.E., "Energy balance and deformation mechanisms of duplexes." Journal of Structural Geology 8(3): 291-304. (1986) 

    상세보기 crossref

  7. Lee, C.H., Shin, S.H., Park, K.T., and Yang, S.H., "Evaluation of the applicability of structural steels to cold regions by the Charpy impact test", Journal of Korean Society of Steel Construction, 23(4): 483-491, (2011) 

  8. Kim, J.H., Choi, S.W., Park, D.H,, Lee, J.M., "Cryogenic Charpy Impact Test based on GTAW Method of AISI 304 Stainless Steel for LNG Pipeline", Journal of Welding and Joining, Vol.32, No.3, pp37-42, (2014) 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. KS B 0810, Method of impact test for metallic materials, Korean Standards, (2003) 

  10. Benedetti, M., Heidemann, J., et al., "Influence of sharp microstructural gradients on the fatigue crack growth resistance of ${\alpha}$ + ${\beta}$ and near ${\alpha}$ titanium alloys." Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 28(10): 909-922, (2005) 

    상세보기 crossref

  11. Gere, J.M., Goodno, B.J., "Mechanics of Materials." 7th Edition, Cengage Learning, Toronto, (2009) 

  12. Commentary and worked examples to EN 1993-1-10 "Material toughness and through thickness properties" and other toughness oriented rules in EN 1993 

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