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저온 기계 재료용 TP 304, TP 316 소재의 저온거동 특성 평가
Mechanical Characteristics of Stainless Steel TP 304, TP 316 under Low Temperature Environment 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.10, 2017년, pp.125 - 130  

조승현 (한국기계전기전자시험연구원)

초록
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자동차용 금속재료와 플랜트 모듈을 구성하는 소재가 동유럽, 러시아 북부, 캐나다 등과 같은 극한 지역(겨울 평균 기온 $-20^{\circ}C$ 이하)에서 운용되는 장비에서는 관련 부품의 결빙 등에 대한 대비가 필요하다. 또한 극한지 자원 에너지 개발, 각종 파이프라인 지하시공 증가 등으로 고온 및 저온의 내환경성이 우수한 기계 재료의 사용이 요구되고 있다. 하지만, 현재까지 초저온용 재료에 대한 고속 인장 실험의 경우에는 상온에서의 영향에 대한 연구만 일부 수행 되었을 뿐, 저온에서의 영향은 고속 저속에서의 차이가 있다는 정도만 확인이 되고 있다. 본 논문에서는 보편적 재료인 TP304, TP316소재의 상온 및 저온에서의 기계적 특성에 대한 비교 시험을 실시하여 두 재료의 저온 특성에 대하여 알아보았다. 인장시편은 KS B 0801의 표준 시험편을 사용하였으며, 실험장치는 특수 제작된 저온 인장 시험기를 사용하였다. 그 결과 TP304는 저온 영역에서 2차 경화 현상이 발생하였다. TP316은 저온 영역에서 연신율이 감소하였으며, 최대인장강도가 상온보다 증가하는 것을 확인하였다. 온도 의존성은 최대인장강도와 연신율은 TP304가 높았고, 항복강도는 TP316재료가 높게 나타난 것을 확인 할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Automotive materials and plant modules need to be prepared for freezing parts to operate in extreme areas such as Eastern Europe, Russia, and Canada. However, the only thing that has been done for ultra-qualifying materials for extremely low operating materials is that only the effects at low temper...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • LNG 저장용기의 재료 특성 실험의 연구가 있지만[4],현재까지 자동차 및 플랜트 금속재료에 대해서는 저온 및 고온에서의 변형률 속도를 고려한 고속 인장 실험이 일부 수행되어 왔으나, 극저온용 재료에 대한 고속 인장실험의 경우에는 상온에서의 영향에 대한 연구만 일부 수행 되었을 뿐, 저온에서의 영향은 고속 저속에서의 차이가 있다는 정도만 확인이 되고 있다[5]. 따라서 본 논문에서는 가장 보편적으로 사용되고 있는 오스테나이트 계의 스테인레스 강인 TP 304, TP 316 소재의 저온에서의 기계적 특성에 대한 실험적 고찰을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 TP 304와 TP 316에 대해 상온과 저온에 대해 재료 인장 실험을 실시하였다. 온도별로 측정된 실험결과는 Table 3에 나타내었다.
  • 본 연구에서는, 기계 금속 소재로 사용되는 재료에 대한 저온환경에서 온도 변화에 따른 거동 특성을 실험하여 분석하고 정리하였다. 본 연구의 결과들은 활용도가 높은 저온용 재료에 대해서, 각 재료를 사용한 자동차 재료의 안전성을 평가하기 위한 재료물성치 자료로서 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
주행환경이 극한지역으로 분류되는 곳은 어디인가? 배기 매니폴드와 같은 부품은 엔진에서 나오는 배기가스에 가장 먼저 영향을 받고 이로 인해 배기 매니폴드가 냉각과 가열이 반복되는 현상이 나타난다[1]. 따라서 주행환경이 동유럽과 러시아 북부, 캐나다 등과 같이 극한 지역(겨울 평균 –20도 이하)에서는 관련 부품의 결빙 등에 대한 대비가 필요하다. 또한 극한지 자원 에너지 개발, 각종 파이프라인 지하시공 증가 등으로 고온 및 저온의 내환경성이 우수한 재료의 사용이 요구 되어 진다[2-3].
고온 및 저온의 내환경성이 우수한 재료의 사용이 요구되는 이유는? 따라서 주행환경이 동유럽과 러시아 북부, 캐나다 등과 같이 극한 지역(겨울 평균 –20도 이하)에서는 관련 부품의 결빙 등에 대한 대비가 필요하다. 또한 극한지 자원 에너지 개발, 각종 파이프라인 지하시공 증가 등으로 고온 및 저온의 내환경성이 우수한 재료의 사용이 요구 되어 진다[2-3].
주행환경이 극한지역일 때, 부품의 결빙 등에 대한 대피가 필요한 건 배기 매니폴드의 어떤 현상 때문인가? 최근 자동차 산업은 배기 가스 규제와 고유가에 의한 연비 향상을 위해 많은 관심을 가지고 있다. 배기 매니폴드와 같은 부품은 엔진에서 나오는 배기가스에 가장 먼저 영향을 받고 이로 인해 배기 매니폴드가 냉각과 가열이 반복되는 현상이 나타난다[1]. 따라서 주행환경이 동유럽과 러시아 북부, 캐나다 등과 같이 극한 지역(겨울 평균 –20도 이하)에서는 관련 부품의 결빙 등에 대한 대비가 필요하다.
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참고문헌 (11)

  1. C. H. Baek, C. Y. Park, J. J. Lee, S. H. Yoo, "A study on the estimation process for the fatigue life of the exhaust manifold," KSAE Fall Conference Proceedings, pp. 524-529, Nov. 2010. 

  2. W. S. Park, K. Y. Kang, M. S. Chun, J. M. Lee, "A comparative study on mechanical behavior of low temperature application materials for ships and offshore structures", Journal of the Society of Naval Architects of Korea, pp. 189-199, June, 2011. 

  3. S. J. Park, K. S. Lee, Y. S. Kim, J. S. Kim, "A Study on the Tensile Properties of Plastics used in Automotive Instrument Panel at High Strain Rates under High and Low Temperature Environments," KSAE 08-F0302, pp. 1930-1934, Nov. 2006. 

  4. H. S. Choi, J. H. Kim, S. H. Na, Y. H. Lee, S. H. Kim, Y. K. Kim, K. D. Kim, "Tensile and Fatigue Behavior of ASS304 for Cold Stretching Pressure Vessels at Cryogenic Temperature," Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers - A, pp. 429-435, May 2016 

  5. T. Y. Park, S. B. Jeon, M. S. Jeon, H. C. Song, K. O. Kim, S. C. Kim, "Study on high-speed tensile test in cryogenic environment considering strain rate effect," SNAK Conference, pp. 571-576, May 2012. 

  6. H. J. Choi, J. G. Kim, Y. D. Gwon, "Analysis on the Low-Temperature Characteristics of oil seal for reciprocating driving of automobile part", KSPE 11S380, pp. 1229-1230, June 2011. 

  7. J. H. Hong, D. M. Keum, D. S. Han, I. B. Park, M. S. Chun, K. W. Ko, J. M. Lee, "Mechanical Characteristics of Stainless Steel under Low Temperature Environment," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 45.5 pp. 530-537, Oct. 2008. 

  8. D. G. Ahn, K. J. Moon, J. S. Kim, G. Y. Han, C. G. Jung, D. Y. Yang, "Investigation into low-velocity impact characteristics of SUS304 sheet," Proceedings of the KSMPE Conference, pp. 111-116, Nov. 2006. 

  9. K. J. Lee, T. W. Kim, J. S. Yoo, S. W. Yoo, M. S. Chun, J. M. Lee, "Development of Temperature Dependent Damage Model for Evaluating Material Performance under Cryogenic Environment," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 45.5 pp. 538-546, Oct. 2008. 

  10. Y. K. Yoon, J. H. Kim, K. H. Baik, C. H. Park, "Assessment for Static and Fatigue Strength of the Aluminum Alloy for LNG Ship," KSME Fall Conference, pp. 136-141, Nov. 2011. 

  11. S. H. Cho, J. S. Oh, S. J. Won, G. O. Park, "Evaluation of Mechanical Properties of Low Temperature Space for Automotive Material Applications," KSAE Annual Spring Conference, pp. 1053-1053, May 2017. 

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