[논문]소성가공에 따른 STS 304L 재료의 기계적 특성 및 피로평가

심현보; 김영균; 서창민

doi:10.3795/ksme-a.2017.41.7.635

초록
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STS 304L 강재의 냉간압연율의 증가에 따라 t가 1.5 mm에서 1.1 mm까지 감소하면 인장강도, 항복강도, 경도치 및 UFT피로시험의 피로한도는 선형적으로 증가하였다. t=1.5 mm, t=1.4 mm, t=1.3 mm 및 t=1.1 mm인 4가지 시험편의 UFT피로시험(R= -1)결과, 회전굽힘피로시험(R= -1)의 결과처럼 $10^6$ 영역에서 S-N곡선의 피로한도가 절점(knee point)을 형성하였고, 기가사이클 피로에서 생기는 현상인 피로한도가 추가로 감소하지않았다. 또 t=1.1 mm인 경우 가장 높은 피로한도 345 MPa로 되었고, 원소재(t=1.5 mm)에 대하여 64.3 % 증가하였다. 냉간압연율에 따른 UFT피로시험결과 많은 작은 표면균열이 티어링(tearing)하면서 발생, 성장, 서로 합체하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to investigate the influence of the cold reduction rate and an ultrasonic fatigue test (UFT) on the fatigue behaviors of STS 304L. The tensile strength, yield strength, hardness value and fatigue limit in the UFT fatigue test linearly increased as thickness decreased fro...

The purpose of this study is to investigate the influence of the cold reduction rate and an ultrasonic fatigue test (UFT) on the fatigue behaviors of STS 304L. The tensile strength, yield strength, hardness value and fatigue limit in the UFT fatigue test linearly increased as thickness decreased from 1.5 mm to 1.1 mm, as the cold reduction rate of STS 304L increased. As a result of the UFT fatigue test (R = -1) of four specimens, the fatigue limit of the S-N curve formed a knee point in the region of $10^6$, and the 2nd fatigue limit caused by giga cycle fatigue did not appeared. In the case of t = 1.1 mm, the highest fatigue limit was 345 MPa, which was 64.3% higher than the original material (t = 1.5 mm). As a result of the UFT fatigue test of STS 304L, many small surface cracks occurred, grown, coalesced while tearing.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 LNG 선박의 경량화와 안전성 확보를 위해서는 이의 핵심요소인 멤브레인 소재의 STS 304L에 대한 주름성형에 의해 발생된 소성변형의 영향을 평가하기 위하여 멤브레인 성형공정의 실험 및 해석을 통해 파악된 주요부위의 두께를 바탕으로 멤브레인 소재에 이와 비슷한 정도의 소성변형량을 압연으로 가한 뒤 상온에서의 기계적 특성 및 피로특성을 평가하고자 한다.

제안 방법

비커스 경도시험은 하중 1 Kg으로 각각 8회씩 측정하여 높고 낮은 값을 버리고 나머지 5개 값과 그 평균값을 Table 4와 같이 정리하였다. 또 각 두께에 따른 평균경도치의 변화를 그림으로 도시한 것이 Fig.

대상 데이터

Fig. 4는 본 연구에 사용된 STS 304L 강재의 초음파피로시험(UFT, ultrasonic fatigue test) 용의 시험편의 치수, 형상[Fig. 4(a)]과 Fig. 4(b)에서 UFT피로시험기(Mbrosia, Korea)를 각각 나타내었다. 이 UFT피로시험기(R= -1)는 20 KHz로 작동하므로 장수명의 피로수명을 단시간에 평가 가능한 새로운 피로시험기이며, 냉각노즐로 시험편의 온도를 냉각시켰다.

성능/효과

(1) STS 304L 강재의 압연율에 따른 시험결과에서 원소재(t=1.5 mm)에 대하여 냉간압연율의 증가에 따라 t가 1.1 mm 까지 감소하면 인장강도, 항복강도, 경도치 및 UFT피로시험의 피로한도는 선형적으로 증가하였다.
(2) STS 304L 강재의 냉간압연율에 따른 t=1.5mm, t=1.4 mm, t=1.3 mm 및 t=1.1 mm인 4가지 시험편의 UFT피로시험(R= -1)결과, 회전굽힘피로시험(R= -1)의 결과처럼 10⁶ 영역에서 S-N곡선의 피로한도가 절점(knee point)을 형성한 후 기가사이클 피로에서 생기는 2차 피로한도는 나타나지 않았다. 또 t=1.
(3) STS 304L 강재의 냉간압연율에 따른 UFT 피로시험결과 RFT피로시험의 피로균열의 성장과정에 형성되는 연성 줄무늬(ductile striation)을 관찰할 수 있었고, 많은 작은 표면균열이 티어링(tearing)하면서 발생, 성장, 서로 합체함을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LNG 운반선을 구분하시오	LNG 운반선은 크게 독립탱크형과 멤브레인형(membrane type)으로 크게 나누며, 이중에서 최근 멤브레인형이 주종을 이룬다. LNG 선박용 내조 시스템의 사용 환경을 살펴보면, LNG 선박용의 화물창은 LNG의 운송을 위한 loading과 unloading의 반복으로 111K(-162°C)에서 반복하중을 받게 된다.
	Membrane에 주름을 설치하는 이유는 무엇인가	또한, LNG의 액압과 파도에 따른 움직임으로 sloshing(요동)이라는 유체유동의 효과에 의한 동적압력 하중하에서 운전된다. 요동현상과 고압의 복합작용에 의해 Membrane의 파손을 방지하기 위해 Membrane에 주름을 설치하는데 이 주름은 평판소재로부터 소성가공으로 성형된다.(1~3)
	LNG 운반선의 내조 시스템 사용 환경은 어떠한가	LNG 운반선은 크게 독립탱크형과 멤브레인형(membrane type)으로 크게 나누며, 이중에서 최근 멤브레인형이 주종을 이룬다. LNG 선박용 내조 시스템의 사용 환경을 살펴보면, LNG 선박용의 화물창은 LNG의 운송을 위한 loading과 unloading의 반복으로 111K(-162°C)에서 반복하중을 받게 된다. 또한, LNG의 액압과 파도에 따른 움직임으로 sloshing(요동)이라는 유체유동의 효과에 의한 동적압력 하중하에서 운전된다. 요동현상과 고압의 복합작용에 의해 Membrane의 파손을 방지하기 위해 Membrane에 주름을 설치하는데 이 주름은 평판소재로부터 소성가공으로 성형된다.

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