초록 ▼

본 연구의 최종목표는 본 대학에서 특허 등록한 미소시험편(10mm×10mm×0.5mm)을 적용한 소형펀치-크리프(SP-Creep) 시험을 이용하여 현재 국내의 초임계압 발전설비의 보일러 헤더 재료로 사용되는 X20CrMoV121강의 as-received 용접부 및 인공시효 열처리된 용접부 그리고 장시간 사용이력을 갖는 실기 용접부의 국부조직 즉, F.L+CGHAZ, FGHAZ, ICHAZ, W.M, 그리고 B.M을 대상으로 다양한 크리프 시험조건에서 실험 데이터를 확보하고 이를 D/B화 및 체계화함으로서 발전설비의 용접부에 대한 정

본 연구의 최종목표는 본 대학에서 특허 등록한 미소시험편(10mm×10mm×0.5mm)을 적용한 소형펀치-크리프(SP-Creep) 시험을 이용하여 현재 국내의 초임계압 발전설비의 보일러 헤더 재료로 사용되는 X20CrMoV121강의 as-received 용접부 및 인공시효 열처리된 용접부 그리고 장시간 사용이력을 갖는 실기 용접부의 국부조직 즉, F.L+CGHAZ, FGHAZ, ICHAZ, W.M, 그리고 B.M을 대상으로 다양한 크리프 시험조건에서 실험 데이터를 확보하고 이를 D/B화 및 체계화함으로서 발전설비의 용접부에 대한 정량적 크리프 손상 평가를 위한 핵심 요소기술을 개발하는데 있다. 또한 실기부재의 비파괴적인 상태진단에 그 적용이 매우 용이한 경도법(hardness method)을 이용하여 소형펀치-크리프 시험의 신뢰성 검증 및 비파괴 크리프 손상 평가기술과 프로그램을 개발하고자 한다.
1. 미소시험편을 이용한 소형펀치-크리프 시험의 핵심요소 기술 개발
2. 용접부 국부조직에 대한 정량적 크리프 기계물성 D/B 구축
3. 유한요소 해석에 의한 용접부의 크리프 Stress와 Strain의 해석
4. L.M.P 방법에 의한 크리프 파단곡선(creep rupture curve) 구축
5. 경도법을 이용한 비파괴시험 평가기술 개발과 신뢰성 검증
6. 현장 적용용 크리프 손상 평가 프로그램 개발
본 연구를 통해 얻어진 결과를 정리하면 다음과 같다
1. X20CrMoV121 강 용접부 신재의 W.M과 F.L에 이웃한 CGHAZ 부의 경도는 모재에 비해 매우 높은 값을 보였으며, FGHAZ 부근에서는 모재보다 경도 값이 낮은 연화층을 확인할 수 있었다. 그러나, 시효시간의 증가에 따라 W.M 및 CGHAZ는 경도값이 크게 저하함을 보여 경도분포가 미세조직과 탄화물의 거동에 의존함을 알 수 있었다.
2. 미소 시험편을 이용한 SP-Creep 곡선은 전형적인 3단계의 크리프 거동을 보였으며, 시험온도, 작용하중, 조직 및 시효시간에 따라 뚜렷한 차이를 보였다.
3. 용접부의 각 조직은 정상상태 크리프 변형률 속도 및 파단시간의 부하하중에 의존성을 나타내는 power law 관계를 뚜렷이 나타냈으며, 연화의 거동을 보인 FGHAZ가 타조직에 비해 크리프 속도가 가장 빨라 용접부에서 가장 취약한 부위임을 알 수 있었다.
4. SP-Creep 시험에서 얻어진 크리프 속도와 파단시간은 시험온도에 따라 유한요소해 석으로 구한 $\sigma_{eq· max}$ 에 대해 뚜렷한 의존성과 상관성을 보였으며, 단축 크리프 시험에서의 거동과 동일하게 시험온도가 증가함에 따라 응력지수 값이 감소하는 경향을 나타내었다.
5. 기존의 인장-크리프 시험 방법으로는 평가하기 어려운 용접부 각 조직별 LMP 관계를 SP-Creep 시험을 통해 얻을 수가 있었으며, 시효시간이 증가함에 따라 LMP가 감소하는 거동을 보여, SP-Creep 시험을 이용한 열화재의 크리프 손상 평가가 가능함을 알 수 있었다.
6. SP-Creep 시험 후 파단부의 경도값은 LMP가 증가함에 따라 감소하는 거동을 보였으며, 이로부터 SP-Creep 시험을 통한 경도결과와 LMP사이의 정량적인 관계식을 얻을 수 있었다. 또한 이러한 결과 식을 이용하여 “경도법을 이용한 크리프 손상 평가 프로그램”을 개발하였다.

Abstract ▼

The final aim of this research is to develop the core technique for evaluating quantitative creep damage of various microstructures such as F.L+CGHAZ, FGHAZ, ICHAZ, W.M, and B.M in weldments by small punch-creep(SP-Creep) test using miniaturized specimen(10x10x0.5mm) which has got a patent by this u

The final aim of this research is to develop the core technique for evaluating quantitative creep damage of various microstructures such as F.L+CGHAZ, FGHAZ, ICHAZ, W.M, and B.M in weldments by small punch-creep(SP-Creep) test using miniaturized specimen(10x10x0.5mm) which has got a patent by this university. In this research, hardness method is also carried out to verify the reliability of SP-Creep test and to develop software to evaluate non-destructively creep damage. The software is expected to easily apply for in-service components in the manner of non-destructive detection.
1. Core technique development by SP-Creep test using miaturiezed specimen.
2. Construction of D/B for quantitative creep properties of local structure of weldmment
3. Analysis of stress and strain for local structure of weldment by finite element method.
4. Construction of creep rupture curve by Larson-Miller parameter.
5. Development of non-destructive technique and verification of relibility of SP-Creep test by hardness method.
6. Development of software to evaluate creep damage for in-service component.
The results obtained from this study is summarized as follows.
1. W.M and CGHAZ structures of X20CrMoV121 steel weldment had much higher hardness compare to B.M structure, and the softening region which had lower hardness than B.M structure was observed in the vicinity of FGHAZ structure. However the hardness of W.M and CGHAZ was very largely decreased with increasing aging time. So it can be known that the hardness distribution depends on microstructure and carbide behavior.
2. SP-Creep curve using miniaturized specimen showed 3 stages of typical creep curve.
The SP-Creep curves were definitely different according to creep test temperature, applied load, microstructures, and aging time.
3. Each microstructure of weldment showed obviously power-law relationship in terms of steady-state creep rate and rupture time. In addition, It was shown that the FGHAZ, which showed softening behavior, was the weakest region in the weldment because creep rate of the structure was fastest than the others.
4. The creep rate and rupture time obtained from SP-Creep test depended on maximum equivalent stress calculated from FEM, definitely. The stress exponent decreased with increasing test temperature similar to that in tensile-creep test.
5. LMP relationship for each microstructure of weldment could be obtained by SP-Creep test, which was difficult to obtain by tensile-creep test. Because the LMP was decreased as aging time increase, it could be known that SP-Creep test was an effective test method to evaluate creep damage for degraded weldment.
6. Hardness of deformation region in SP-Creep specimen decreased with increasing LMP, and the relationship between the hardness and LMP could be obtained. Using these relationship, the evaluating software, “The Program to Evaluate Creep Damage by Hardness Method”, was developed.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...9
• 3. 결과 및 고찰...13
• 4. 결론...19
• 5. 인용문헌...21