초록 ▼

(1) 1차년도
① 개발목표
Ø 1,000mm 이하 소면적 고강도 해상 풍력용 R ing Flange 개발.
◦ 적용 부품 : 해상용 Ring Flange 부품
◦ 적용 Ring Flange 직경 : Ø1,000mm 이하
◦ 적용 Ring Flange 내·외직경 : L100mm 이하
◦ Tensile Strength ; 470 ~630MPa
◦ Yield Strength ; Min. 355MPa
◦ Impacted Test ; 21J 이상(-20℃), V-notch
◦ Distorti

(1) 1차년도
① 개발목표
Ø 1,000mm 이하 소면적 고강도 해상 풍력용 R ing Flange 개발.
◦ 적용 부품 : 해상용 Ring Flange 부품
◦ 적용 Ring Flange 직경 : Ø1,000mm 이하
◦ 적용 Ring Flange 내·외직경 : L100mm 이하
◦ Tensile Strength ; 470 ~630MPa
◦ Yield Strength ; Min. 355MPa
◦ Impacted Test ; 21J 이상(-20℃), V-notch
◦ Distortion Degree ; 2/1,000mm 이하
◦ Frequency & Power ; 500 ~ 5kHz, 500 ~ 2,500kW
◦ Thermal Efficiency ;　90% 이상
◦ Capacity ; 1ton/hr 이상
② 개발내용 및 개발범위(시스템 구성도, 구조 등은 그림으로 표현)
1. Ring Flange 기초 자료 및 문헌 조사
• 직경에 따른 제품 분석 ; Ø1,000 × L100mm 이하
• 기계적 성질 사전 검토 ; Hardness, Tensile Strength, Yield Strength, Impacted Test, Straight Degree 등
• 문헌 조사 : Ring Flange에 관련된 해외 규격 인증 검토
유도 가열 및 냉각 방법에 따른 고강도 및 인성 확보 방안 개발
유도 가열 방법, 코일 설계 및 제작 등
2. 고효율 균일 급속 Heating 방식의 고강도 Ring Flange 개발
2-1. 고강도를 확보하는 열처리 방법 개발
• Heating Source ; 고효율 Continuous Induction Hardening (Inductor)
• Heating Method ; 균일 급가열, 직가열 방식의 고효율 유도 가열
• Mechanical Strength ; 직접 가열과 급냉에 의한 Ring Flange 강도 향상
• Mechanical Toughness ; 균일 급가열에 따른 Grain Refining에 인성 확보

Abstract ▼

○ Development of small area High strength & toughness Ring Flange under 1,000mm diameter using induction heating furnace for heat treatment
○ Development of intermediate area High strength & toughness Ring Flange under 2,000mm diameter using induction heating furnace for heat treatmen
○ Develo

○ Development of small area High strength & toughness Ring Flange under 1,000mm diameter using induction heating furnace for heat treatment
○ Development of intermediate area High strength & toughness Ring Flange under 2,000mm diameter using induction heating furnace for heat treatmen
○ Development of large area High strength & toughness Ring Flange under 3,000mm diameter using induction heating furnace for heat treatmen

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 16
• 목차 ... 21
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 25
• 제 1 절 개발기술의 중요성 ... 31
• (1) 원가적 측면 ... 31
• (2) 사회환경적 측면 ... 31
• (3) 경제적 측면 ... 32
• 제 2 장 국내외 기술개발현황 ... 33
• 제 1 절 국외기술현황 ... 33
• 제 2 절 국내기술현황 ... 40
• 제 3 절 특허 현황 ... 44
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 45
• 제 1 절 Ø1,000mm 이하 소면적 고강도 해상 풍력용 Ring Flange 개발 ... 45
• 1. 고효율 균일 급속 Heating 방식의 고강도 Ring Flange 개발 ... 45
• 가. 고강도를 확보하는 열처리 방법 개발 ... 45
• 나. Ring Flange Rotation에 따른 가열 방법의 개발 ... 48
• 다. Ring Flange 와 주파수 유도자 최적 위치 결정 개발 ... 48
• 라. 균일 급속 가열에 따른 Microstructure 분석 ... 50
• (1) 합금 성분계 ... 50
• (2) 가열 및 냉각 시간별 조건 설정 ... 50
• (3) 열처리 시뮬레이션 결과 ... 53
• (4) 미세조직학적 특성 분석 ... 55
• 2. Ring Flange 직경에 따른 전자장 해석 (Ø1,000mm) ... 58
• 가. Ring Flange 소재에 대한 전자기적 물성치 분석 ... 58
• 2) Ring Flange 유도가열에 대한 해석 ... 67
• 3. 고강도 특성 제어를 위한 정밀 온도 제어 기술 개발 ... 77
• 4. 균일 급속 유도 가열에 의한 Ring Flange 최적 열처리 Parameters 설정 ... 78
• 5. 고효율 균일 급속 가열 열처리 System 기술 개발 ... 79
• 가. 전원장치 설계 ... 79
• 나. Turn Table 회전방식 설계 및 제작 ... 81
• 제 2 절 Ø2,000mm 이하 중면적 고강도 해상 풍력용 Ring Flange 개발 ... 82
• 1. Ring Flange 직경에 따른 냉각 방법 설정 ... 82
• 가. Ring Flange 직경에 따른 Mass Effect와 Cooling Velocity 관계 ... 82
• 나. Ring Flange 직경에 따른 Spray Pressure, Angle 및 Distance 설정 ... 84
• 2. 표면/심부 동시 균일 냉각 기술 개발 ... 86
• 3. Rapid Cooling에 따른 변형 제어 기술 ... 90
• 가. 표면 및 심부의 열편차 최소화를 위한 개발 과정 ... 90
• 나. 변형 제어를 위한 냉각부의 치구 및 지그 개발 ... 91
• 다. 냉매 온도가 변형에 미치는 영향 연구 ... 92
• 4. Ring Flange 직경에 따른 전자장 해석 연구 (Ø2,000mm) ... 92
• 가. Ring Flange 유도가열에 대한 해석 ... 94
• 5. 유도 가열 및 냉각시 소재 내부의 온도 변화 연구 ... 101
• 가. Doughnut형 Ring Flange용 강의 변형 제어 기술 ... 103
• 6. Mass Effect에 따른 균일 냉각 과정 연구 ... 105
• 가. Austenizing 및 Quenching ... 105
• 나. Tempering ... 107
• 7. Ring Flange 소재 강종에 따른 유도 가열 열처리 시뮬레이션 측정 ... 108
• 8. 냉각 조건에 따르는 최적 열처리 Parameters 설정 ... 114
• 9. 균일 냉각 System 개발 ... 119
• 제 3 절 Ø3,000mm 이하 대면적 고강도 해상 풍력용 Ring Flange 개발 ... 122
• 1. Ring Flange 강재 개발을 위한 강괴(Ingot)의 제조 ... 122
• 가. 고강도 고인성 강재를 위한 Alloy Design ... 122
• (1) 강의 성질에 미치는 합금원소 ... 122
• (2) A694F65 기준에 의한 Alloy Design ... 128
• 나. 강재 개발을 위한 소형 Ingot 제작 ... 129
• (1) 소형 Ingot 제작 및 Sampling ... 129
• (2) 소형 Ingot 화학성분 분석 ... 130
• (3) 소형 Ingot 미세조직 관찰 ... 131
• (4) 소형 Ingot 기계적 특성 ... 133
• (5) 소형 Ingot 제작 결과 ... 134
• 다. Ø3,000mm이상 Ring Flange 제작 ... 135
• (1) 6ton 대형 Ingot 제작 ... 135
• (2) Ø3,100mm Ring Flange 제작 ... 136
• 2. 고강도 고인성 확보를 위한 Ring Flange 열처리 System 기술 개발 ... 138
• 가. 강재개발을 위한 열처리 시뮬레이션＆Parameters 연구 ... 138
• (1) 이론적ㆍ실험적 접근 배경 ... 138
• (2) 고인성 확보를 위한 열처리 방법 연구 ... 140
• (3) 고인성 확보를 위한 열처리 소재의 미세조직 연구 ... 140
• 3. Ring Flange 직경에 따른 전자장 해석 연구 (Ø3,000mm) ... 168
• 4. Ring Flange의 열처리 및 기계적 특성 평가 시험 ... 179
• 가. Ring Flange 열처리 ... 179
• 나. Ring Flange 시험편 제작 ... 180
• 다. Ring Flange 시험편 화학성분 분석 ... 181
• 라. Ring Flange 시험편 기계적 특성 ... 181
• 마. Ring Flange 시험편 미세조직 관찰 ... 182
• 바. Ring Flange 시험편 강재 개발 결과 ... 183
• 5. Ring Flange Distortion Test ... 184
• 가. Distortion Test 진행 과정 ... 184
• 6. Ring Flange 소재별 용접성 Test ... 186
• 가. Ring Flange 용접 실험 절차 ... 186
• 나. 용접성 실험 Sampling ... 187
• 다. SAW(Submerged Arc Welding) ... 188
• 라. 용접부 인장 시험 결과 ... 188
• 제 4 장 결론 ... 190
• 제 1 절 순수 국내 유도 기술을 이용한 Ring Flange 전용 유도 가열 열처리 로 설치 및 운용기술 확보 ... 190
• 제 2 절 Ring Flange 전용 유도 가열 열처리 로의 성능 평가 및 신뢰성 확보 ... 190
• 제 5 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 192
• 제 1 절 목표달성도 ... 192
• 제 2 절 고용 창출 기여 ... 195
• 제 3 절 지적재산권 ... 196
• 제 6 장 참고 문헌 ... 197