[논문]미세조직 분석을 통한 잠수함 탈출트렁크 해치 스프링 파손에 관한 연구

이영석; 최우석; 김병호; 윤지수

doi:10.5762/kais.2021.22.1.305

미세조직 분석을 통한 잠수함 탈출트렁크 해치 스프링 파손에 관한 연구
A Study on the Breakage of the Hatch Spring of the Submarine Escape Trunk through Microstructure Analysis 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.1, 2021년, pp.305 - 312

이영석 (국방기술품질원) , 최우석 (국방기술품질원) , 김병호 (국방기술품질원) , 윤지수 (국방기술품질원)

초록
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본 연구는 미세조직 분석을 통한 잠수함 탈출 트렁크 해치 스프링 파손부 개선에 관한 내용으로 잠수함 건조 중 발생한 탈출 트렁크 파손에 대한 발생원인 및 개선방안에 대해서 검토 하였다. 탈출 트렁크 스프링 파괴에 대한 원인 규명을 위해서 파손된 제품에서 시편을 채취하여 형광분석기를 이용한 재질의 화학성분을 비교 분석 하였고, 기계적 특성 변화를 검토하기 위해 파손부 주위로 비커스 경도를 측정 하였다. 특히, 스프링 파손부는 광학현미경 및 주사전자현미경을 이용하여 파면을 심층적으로 관찰하여 균열의 시작점 및 전파 경로를 확인하여 파괴에 대한 원인을 규명하고자 하였다. 최종적으로는 스프링 파손 원인 규명을 통한 스프링 형상 설계 방안을 제시하였고, 추가적으로 내부식성 및 내마모성이 우수한 나일론 도장을 도포하여 신규로 개선된 스프링을 제작 하였다. 실제 건조중인 잠수함 트렁크 해치에 부착하여 시험한 결과 기존 제품에 비해 해치 여닫음 시 스프링 간 접촉에 의한 도장 벗겨짐 현상이 감소하여 개선의 효과를 확인 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study examines the damage to the submarine's escape trunk hatch spring through microstructure analysis. The cause of the escape trunk's damage during the submarine's construction and its improvement measures were reviewed. To determine the cause of breakage of the escape trunk spring, samples were taken from the damaged product and analyzed for chemical composition, hardness, and microstructure. In particular, the breakage part of the spring was analyzed in-depth by using a scanning electron microscope to determine the cause of corrosion destruction. Finally, a spring shape design method was proposed through the investigation of the cause of spring breakage. In addition, a newly improved spring was produced by applying a nylon coating with excellent corrosion resistance and abrasion resistance. Applying to an actual submarine trunk hatch revealed that the coating peeling phenomenon due to the contact between the springs is significantly improved when the hatch is opened or closed compared to the existing products.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Escape trunk schematic
그림 Fig. 2. Escape trunk hatch spring breakage: (a) Escape trunk hatch, (b) upper spring, (c) lower spring
그림 Fig. 3. The Procedure chart for improving spring breakage
그림 Fig. 5. Upper surface damaged area (S3) collection site and specimen
그림 Fig. 6. Vickers hardness measurement position
그림 Fig. 4. Damaged part (S1) sampling site and specimen
표 Table 1. Chemical Composition
표 Table 2. Vickers Hardness(Hv10) of Specimens
그림 Fig. 7. Surface shape of base material part (S3): (a) surface damaged part, (b) surface undamaged part
그림 Fig. 8. Optical micrograph of the surface damaged part of S1 (200X)
$Fig. 9. SEM fractographs of S1$ 그림 Fig. 9. SEM fractographs of S1
그림 Fig. 10. Macroscopic picture of damaged part of S1
그림 Fig. 11. Spring design plan
그림 Fig. 12. Escape trunk spring: (a) before the end improvement (powder coating), (b) after the end improvement (nylon coating)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 잠수함 건조 중에 발생한 탈출 트렁크 해치 스프링 부식파괴(Corrosion Fracture)에 대해 미세조직을 분석을 통한 원인을 규명하고 해결방안에 대한 내용을 고찰 하고자 한다.
체계개발을 위한 탐색개발 과정에서 탈출 트렁크에 대한 설계기준이 제시 되었기에 이를 벗어나지 않은 범위내에서 개선 하고자 하였다. Fig.

제안 방법

.2(b)와 (c)를 보듯이 상부 및 하부 동일한 양상이며 하부가 좀 더 심각하며 산화에 의한 표면 손상 외 물리적인 손상은 관찰되지 않았고 미세조직 분석을 위해 파면부(S1), 끝단부(S2), 상부표면 손상부(S3)로 구분하여 절단을 하였다.
12는 스프링 끝단부 개선전과 개선후 사진을 보여 주고 있다. 그림에서 보듯이 기존에는 끝단부가 2번째 스프링 몸체랑 일부 접촉이 되어 있어 스프링 강성에 의한 해치 여닫음시 접촉하여 도막이 손상될 확률이 있지만 개선 후에는 끝단부를 Smooth하게 가공하여 일부 접촉 부위도 줄이고 해치 여닫음 시 2번째 스프링 몸체 전체와 접촉하여 도막 손상을 최대로 줄일 수 있도록 설계 하였다.
또한, 부식방지 목적으로 한 분체 도장(Powder Coating) 에서 나일론 도장(Nylon Coating)으로 표면처리도 방안도 개선하였다. 기존 분체 도장에 비해 나일론 도장은 내마모성 및 내화학성이 우수하며 표면 마찰이 적으며 특히 해수(내부식성)에 강하다는 장점이 있다.
자유부상 시 승조원은 탈출복을 입고 탈출하기 때문에, 탈출복 부력에 의해 해치 개방 후 빠른 속도로 상승한다. 탈출복의 부상 속도와 해치 개방에 소요되는 시간을 감안하여 약 10초로 선정한다.

성능/효과

1. 탈출 트렁크 해치 스프링 부식 파괴는 화학조성 및 경도 확인 결과 모재의 건전성은 양호한 것으로 확인된다.
2. 스프링 부식파괴 OM 및 SEM을 이용한 파면부 확인 결과 심한 산화현상이 관찰 되었고 스프링 표면 부 도막파괴로 인한 모재부 노출로 해수분위기 하에서 급격한 부식으로 모재가 파손된 것을 확인 할 수 있었다.
3. 스프링을 개선하기 위해 설계측면에서는 끝단부를 Smooth 처리하여 2번째 스프링 몸체와의 접촉면을 최대화 하였고, 표면처리는 분체도장에서 내마모성 및 내부식성이 우수한 나일론도장으로 변경하여 개선품을 제작하여 실제 탈출 트렁크 해치에 적용하여 사용하였을 때 개선의 효과를 확인 할 수 있었다.
5~50 범위 안에 들기 때문에 경도 분포에서는 큰 차이가 발견되지 않았다. 즉 열처리에 대한 문제는 이상이 없다는 것을 간접적으로 확인할 수 있었다.
있었다. 즉 특수임무를 위한 잠수함 건조 중 발생한 사소한 문제에도 운용적인 측면 및 기술적인 검토를 통한 신뢰성이 향상된 개선품 적용으로 승조원의 안전에 더욱 기여 할 수 있었다.
최종적으로 실제 잠수함 탈출 트렁크 해치에 새로 개선한 스프링을 적용하여 해치 개폐시의 개선 효과를 확인 하였을 때에도 기존에 비해 스프링 끝단부 의 도막 벗겨짐 현상은 현저히 개선 된 것으로 확인 할 수 있었다. 즉 특수임무를 위한 잠수함 건조 중 발생한 사소한 문제에도 운용적인 측면 및 기술적인 검토를 통한 신뢰성이 향상된 개선품 적용으로 승조원의 안전에 더욱 기여 할 수 있었다.
) 이용하여 S3에 대한 화학성분을 분석한 표를 나타내고 있다. 표에서 보듯이 소재는 DIN 1.8159(51CrV4)으로 제조사 자재성적서(Mill Cert.)도 규격 대비 이상이 없으며, 실제 분석한 시편에서도 C 함량이 0.002~0.005로 초과하였지만 래들 상태가 아닌 제품 상태에서 분석을 하였기에 시험상 허용 가능한 오차로 판단되었다. 스프링 제품 규격에 경도에 대한 규격은 없으나 열처리 이후 경도의 분포상태를 확인하기 위해 ASTM E92-17 시험 방법에 따라 비커스 경도기(Vickers hardness Tester(HV-113)/ Temp.

후속연구

항상 유지관리가 되어야 한다. 이 연구를 통해 향후 장비 가동률 상승 및 운용 신뢰성 확보로 군 전투력이 향상될 것으로 예상되며, 유사함정의 품질문제 검토 시 탈출 트렁크 해치 신뢰성 확보를 위한 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (13)

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B. H. Kim, Microstructure and Their Properties of Heat Resistant Mg Alloys by Squeeze Casting, Ph.D dissertation, Pusan National University, Busan, Korea, pp 50-54, 2012.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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