KR100226929B1 - Strength measuring apparatus to prevent internal crack in high temperature casting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연주주편의 내부크랙발생의 한계인장변형률 및 내부크랙 불안정 성장의 임계 인장변형률을 측정하는 장치에 관한 것으로, 인장시험기(14)에 의해 하중을 받도록 된 시편(3)의 하부면을 지지하기 위한 지지롤(16)에 음파검지기(5)를 장착함으로서, 음파검출기(5)의 출력신호의 변화에 의해 시편(3)의 크랙발생, 전파등을 측정하도록 함을 특징으로 하여 시편의 파단없이 간단하고 용이하게 연주주편의 내부크랙한계 인장변형률, 크랙성장 저항도 및 불안정 성장의 임계인장변형률을 측정할 수 있는 연속주조시의 내부크랙방지를 위한 연주주편의 고온강도측정장치를 제공한다.The present invention relates to an apparatus for measuring the limit tensile strain of internal crack generation and critical tensile strain of internal crack unstable growth of the cast steel, and supports the lower surface of the specimen (3) subjected to the load by the tensile tester (14) The sound wave detector 5 is mounted on the support roll 16 to measure the crack generation, the propagation, etc. of the test piece 3 by the change of the output signal of the sound wave detector 5. The present invention provides a high temperature strength measuring apparatus of a cast steel for preventing internal cracks during continuous casting, which can measure the tensile strain, crack growth resistance, and critical tensile strain of unstable growth simply and easily.
Description
제1도는 본 발명에 따른 연주주편의 고온강도 측정장치를 도시한 개략구성도.1 is a schematic configuration diagram showing a high temperature strength measuring apparatus of a cast steel according to the present invention.
제2도는 본 발명의 음파검지신호를 처리하는 것을 보이는 신호처리도.2 is a signal processing diagram showing processing of the sound wave detection signal of the present invention.
제3도는 본 발명에 의해 시편의 크랙발생을 검지하는 것을 보이는 실험 그래프드.Figure 3 is an experimental graph showing the detection of cracking of the specimen by the present invention.
제4도는 본 발명에 의해 시편의 변형량을 증가시킬때의 크랙전파상황등을 보이는 실험 그래프드이다.4 is an experimental graph showing the crack propagation situation and the like when increasing the amount of deformation of the specimen by the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
2 : 유도코일 3 : 시편2: induction coil 3: specimen
5 : 음파검지기 7 : 로드셀5: sound wave detector 7: load cell
9 : 검지기 홀더 10 : 열전대9: probe holder 10: thermocouple
12 : 필터 11, 13 : 증폭기12: filter 11, 13: amplifier
15 : 출력장치15: output device
본 발명은 금속 및 무기재료의 파괴시점 및 크랙(crack) 전파거동을 음파방출(Acoustic emission)을 이용하여 각각 정량적으로 정밀하게 측정함으로서 광범위하게는 재료의 파괴강도 및 파괴인성을 측정할 수 있고, 연속주조시의 내부크랙 거동을 정량적으로 측정하기 위한 연주주편의 고온강도 측정장치에 관한 것이다.The present invention can measure the fracture strength and fracture toughness of a wide range of materials by quantitatively and precisely measuring breakdown time and crack propagation behavior of metal and inorganic materials using acoustic emission, respectively. The present invention relates to an apparatus for measuring high temperature strength of cast steel for quantitatively measuring internal cracking behavior during continuous casting.
종래의, 연주주편 내부크랙의 한계 인장변형률(strain)측정방법은 두가지로 대별된다.Conventionally, the method of measuring the limit tensile strain of cracks inside the cast steel is roughly divided into two methods.
즉, 첫번째로 실험실적으로 연속주조에 대한 연주공정을 모사하여 연주주편인 시편에 인장력을 가하는 실험방법[La Revue de Metallurgie(1992년, p627-633) 및 일본 문헌 CAMP-ISIJ(1995년, P150]을 채택하는 것으로서 이는 장치의 규모가 크고 데이타값이 일관성을 가지지 못하는 정도로 넓게 분포한다는 단점을 가지는 것이고, 두번째로 고온인장 시험기를 이용하여 측정하는 방법 ISIJ(1995년, P723-729, 1986년, P540-546), CAMP-ISIJ(1993년, P1132, 1134) 및 일본 단행본 '철강의 응고'(1977년, p193, 일본철강협회)을 채택하는 것으로, 상기한 두 방법은 모두 응력 -변형률 곡선이나 시편이 파단된 후 크랙을 관찰함에 의해서 한계 인장변형을 측정하는 것이기 때문에 내부 크랙 발생지점 및 위치를 정확하게 파악할 수 없으러 뿐만 아니라, 크랙성장 거동을 추적하는 것이 불가능하다. 따라서, 연주주편내의 내부크랙 성장 저항도를 알 수 없고, 불안정 성장에 의해 내부 크랙이 급격하게 성장하는 임계 인장 변형률도 측정함이 불가능한 문제를 가지는 것이었다.In other words, the experimental method of applying a tensile force to a specimen, which is a test piece, by first experimentally simulating the process of continuous casting [La Revue de Metallurgie (1992, p627-633) and the Japanese document CAMP-ISIJ (1995, P150). ], Which has the disadvantage of being large in size and widely distributed in inconsistent data values, and the second method of measurement using a high temperature tensile tester ISIJ (1995, P723-729, 1986, P540-546), CAMP-ISIJ (1993, P1132, 1134) and the Japanese book `` Steel Solidification '' (1977, p193, Japan Iron and Steel Institute). Because the ultimate tensile strain is measured by observing the crack after the specimen is broken, it is not only possible to pinpoint the location and location of internal cracks, but also to track crack growth behavior. Therefore, there was a problem that the internal crack growth resistance in the cast steel was not known, and the critical tensile strain in which the internal crack rapidly grew due to unstable growth could not be measured.
본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 음파검지기를 이용하여 연주주편 내부크랙 발생시의 한계 인장 변형률을 측정하고, 연속주조시 연주주편의 변형이 측정된 한계 인장변형률을 초과하지 않도록 조업변수를 조절하여 내부 크랙을 방지하며, 이렇게 측정된 음파신호를 기초로 하여 크랙성장거동 및 불안정 성장의 임계 인장변형률 값을 측정하고, 이 값 이하로 연속주조를 수행하도록 하여 이미 발생한 내부크랙의 과도한 성장을 억제할 수 있도록 된 연속주조시의 내부크랙 방지를 위한 연주주편의 고온강도 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, by using a sonic detector to measure the limit tensile strain at the occurrence of the inner crack of the playing piece, and operation so that the deformation of the playing piece during continuous casting does not exceed the measured limit tensile strain Adjust the parameters to prevent internal cracks, measure the value of critical tensile strain of crack growth behavior and unstable growth based on the sonic signal measured above, and perform continuous casting below this value so that excessive cracking of internal cracks It is an object of the present invention to provide an apparatus for measuring the high temperature strength of cast steel for preventing internal cracking during continuous casting, which can suppress growth.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 인장시험기에 의해 하중을 받도록 된 시편의 하부변 중앙부를 지지하기 위한 지지롤에 음파검지기를 장착함으로서, 음파검지기의 출력신호의 변화에 의해 시편의 크랙발생과 전파상황을 측정하는 고온강도 측정장치에 있어서, 상기 음파검지기는 상부면에 삼각형 형상의 돌출부를 갖추어 상기 지지롤을 상부에 장착한 검지기홀더의 하부면에 면접촉된 상태로 설치되고, 상기 인장시험기에 설치된 복수개의 지지롤에 의해 지지되는 상기 시편의 상부면 중앙부에는 가열용 유도코일과 온도측정용 열전대를 설치함을 특징으로 하는 연속주조시의 내부크랙방지를 위한 연주주편의 고온강도 측정장치를 마련함에 의한다.As a technical configuration for achieving the above object, the present invention, by mounting the sound wave detector to the support roll for supporting the center of the lower side of the specimen subjected to the load by the tensile tester, by changing the output signal of the sound wave detector In the high temperature strength measuring device for measuring the occurrence of cracks and the propagation state of the specimen, the sound wave detector has a triangular projection on the upper surface and is installed in surface contact with the lower surface of the detector holder mounted on the upper support roll And a heating induction coil and a thermocouple for measuring temperature are installed at the center of the upper surface of the specimen supported by the plurality of support rolls installed in the tensile tester. By providing a high temperature strength measuring device.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제 1 도는 본 발명에 따른 고온강도측정장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 시편(3)의 2점에 접촉하여 그 시편(3)을 지지하도록 된 지지롤(22)을 갖춘 인장시험기(20)가 보이며, 상기 지지롤(22)사이에는 유도코일(2)을 설치하여 시편(3)상단 중앙부에 열을 가할 수 있도록 하고, 상기 시편(3)의 중앙부에는 열전대(10)가 장착되어 유도코일(2)의 가열에 의한 시편(3)의 온도를 측정할 수 있게 된다.1 is a schematic view showing a high temperature strength measuring apparatus according to the present invention, in which a tensile tester 20 having a support roll 22 in contact with two points of a specimen 3 to support the specimen 3. ), The induction coil (2) is installed between the support rolls (22) to apply heat to the upper center of the specimen (3), the thermocouple (10) is mounted in the center of the specimen (3) guide The temperature of the test piece 3 by the heating of the coil 2 can be measured.
이러한 시편(3)의 하단 중앙부는 검지기 홀더(9)의 상단 중앙부에 설치된 지지롤(24)에 의해 지지될 수 있게 하고,상기 검지기홀더(9)는 시편(3)으로 부터 발생되는 음파를 압력에 의하여 감지할 수 있도록 된 음파검지기(5)를 하측에 장착하며, 이때 상기 음파검지기(5)의 상부면은 중앙부가 뾰족하게 형성되어 검지기홀더(9)에 접촉함으로써 시편(3)으로 부터 발생되는 신호를 민감하게 감지할 수 있게 한다.The lower center portion of the specimen 3 may be supported by a support roll 24 installed at the upper center portion of the detector holder 9, and the detector holder 9 presses sound waves generated from the specimen 3. Mounted on the lower side of the sonic detector (5) that can be detected by this, the upper surface of the sonic detector (5) is formed from the specimen (3) by contacting the detector holder (9) with a sharp point in the center Sensitive signals can be detected.
상기 검지기 홀더(9)는 로드셀(7)에 얹혀져 장착되고, 상기 로드셀(7)은 지지대(8)상에 놓여지며, 본 장치는 인장시험기(20)를 제어하기 위한 인장시험기 연결선(1), 음파검지기(5)로 부터 수신된 신호를 제 2 도에 도시한 바와 같이 증폭기(11)에 전송하도록 된 음파검지기 연결선(4), 및 로드셀(7)로 부터 발생된 하중값을 전송하기 위한 챠트레코더(Chart Recorder)연결선(6)을 가진다. 그리고, 상기 증폭기(11)는 필터(12), 주증폭기(13) RMS미터(meter)(14) 및 출력장치(15)와 연결되도록 구성한다.The probe holder 9 is mounted on the load cell 7, the load cell 7 is placed on the support 8, and the apparatus includes a tensile tester connecting line 1 for controlling the tensile tester 20, Chart for transmitting the signal received from the sound wave detector 5, the sound wave connection connecting line 4 is adapted to transmit to the amplifier 11, and the load value generated from the load cell 7 as shown in FIG. It has a recorder connecting line 6. The amplifier 11 is configured to be connected to a filter 12, a main amplifier 13, an RMS meter 14, and an output device 15.
상기한 구성으로 가열대(유도코일)(2)를 설치하고 시편(3)상부면 중앙에 고, 액 공존구역을 형성시킴에 의해 연속주조시 수지상 결정(dendrite)에 수직인 응력에 의해 발생되는 내부 크랙킹(cracking)을 모사하고 크랙발생시의 한계 인장변형률 또는 한계용력을 정확하게 측정하는 방법에 관한 것이며, 연속주조시 연주주편의 변형이 측정된 한계 인장변형률을 초과하지 않도록 2차 냉각수량, 연속주조에 대한 속도 및 기타 조업변수를 조절하여 내부크랙을 방지한다.In the above-described configuration, a heating table (induction coil) 2 is installed, and a liquid coexisting zone is formed at the center of the upper surface of the specimen 3 so that the inner part generated by stress perpendicular to the dendrite during continuous casting. The present invention relates to a method of simulating cracking and accurately measuring the limit tensile strain or the limiting capacity at the time of cracking, and in order to ensure that the deformation of the cast slab does not exceed the measured limit tensile strain during continuous casting, Speed and other operating parameters to prevent internal cracking.
또한, 크랙성장에 따라 발생하는 음파신호를 추적, 기록하여 크랙성장 거동을 밝혀냄에 의해, 연속주조시 이미 발생된 내부크랙의 과도한 성장을 억제한다. 즉, 내부크랙이 변형인장의 증가에 따라 안정성장(stable growth)하다가 어떤 임계 변형치에서 급격하게 성장하는 불안정성장(unstable growth)이 일어난다. 이러한 불안정 성장이 발생하는 경우 음파신호가 급격하게 증가하기 때문에, 본 발명의 측정장치에 의해 불안정성장시의 인장변형률 또는 응력값을 정확하게 측정하고 연속주조시 조업변수를 조절하여 연주주편의 변형이 이러한 불안정성장의 임계인장변형률 이하로 되도록 하여, 이미 존재하는 내부크랙의 과도한 성장을 방지함으로서, 연속주조후 공정에서의 치명적인 결함으로 발전하는 것을 방지하는데 이용된다.In addition, by tracking and recording sound wave signals generated by crack growth to reveal crack growth behavior, excessive growth of internal cracks generated during continuous casting is suppressed. That is, unstable growth occurs in which an internal crack grows stably as the strain tensile increases, but rapidly grows at a critical strain value. When such unstable growth occurs, the sound wave signal increases rapidly, so that the strain of the playing piece is determined by accurately measuring the tensile strain or stress value during unstable growth by adjusting the operating variables during continuous casting by the measuring apparatus of the present invention. It is used to prevent the development of fatal defects in the process after continuous casting by preventing the excessive growth of existing internal cracks by being below the critical tensile strain of growth.
상술하면, 대상 연주주편, 즉 시편(3)에 인장시험기(20)를 이용하여 일정한 속도로 하중을 가한다. 이때 시편(3)에 대한 상부면의 2점과, 하부면의 1점이 지지롤(22)(24)에 의해 지지됨으로써, 시편(3)이 인장시험기(20)의 램과 선접촉을 하여 그램을 중심으로 균형을 이룰 수 있도록 하였으며, 하중을 가할 때 시편(3)에서 나오는 신호를 검지하기 위한 음파검지기(5)의 경우 압전현상(piozoelectricity)의 원리를 이용한 것으로, 이는 격자진동(Lattice Vibration)에 의한 압력을 전기적인 신호로 변환시킨다.In detail, a load is applied to the target playing piece, that is, the specimen 3 at a constant speed by using the tensile tester 20. At this time, two points on the upper surface and one point on the lower surface of the test piece 3 are supported by the support rolls 22 and 24, so that the test piece 3 is in line contact with the ram of the tensile tester 20, and thus the The sound wave detector (5), which detects the signal from the specimen (3) when applying a load, uses the principle of piezoelectricity (lattice vibration). To convert the pressure into an electrical signal.
한편, 음파신호는 일반적으로 소성변형, 크랙발생 및 성장과 관련하여 발생되나, 연주주편의 경우 내부크랙 발생 온도영역에서의 고온 연성(Ductility)이 매우 작기 때문에 대부분의 음파신호는 내부크랙 발생과 성장에 따라 발생한다.On the other hand, sound wave signals are generally generated in relation to plastic deformation, crack generation and growth. However, in case of cast steel, most sound wave signals generate and grow internal cracks because the high temperature ductility in the internal crack generation temperature range is very small. Occurs upon
상기한 시편(3)에 계속적인 하중이 가해지면, 그 시편(3)은 유도코일(2)에 의해 용융되는 상부면 중앙부의 시편(3) 고체 계면에서 크랙이 발생하고, 이 크랙은 음파 검지기(5)에 포착되어, 증폭기 등을 통해 출력장치(15)로 출력될 수 있으며, 동시에 로드셀(7)을 이용하여 변형-응력 곡선을 얻을수 있고, 이로부터 연주주편의 내부크랙의 한계 인장변형률과 불안정성장의 임계인장변형률을 측정한다.When a continuous load is applied to the specimen 3, the specimen 3 cracks at the solid interface of the specimen 3 at the center of the upper surface melted by the induction coil 2, and the crack is a sound wave detector. Captured by (5) and output to the output device 15 through an amplifier or the like, and at the same time, a strain-stress curve can be obtained using the load cell 7, from which the limit tensile strain of the inner crack of the cast piece The critical tensile strain of unstable growth is measured.
인장시험기의 크로스 헤드 스피드(Cross Head Speed)를 조절하여 연주주편 수지상결정 부근에서의 변형속도가 10-4-10-10가 되도록 조정한다. 검지기의 진동범위(frequency range)는 100-300㎑, 문턱수준(thresh hold level)은 40-60db로서, 온도에 따른 자연방사소음(Back ground noise)수준으로 조절한다. 수지상 결정부분에 삽입된 열전대에 의해 온도를 측정하며 음파신호 측정과 동시에 인장시험기의 로드셀에 의해 변형-응력곡선을 얻는다. 내부크랙 발생시 상당히 큰 음파방출신호가 발생하며, 크랙성장에 따라 점진적인 음파방출 신호의 증가가 관찰되고 크랙의 불안정성장에 의해 급격하게 음파방출신호가 증가한다.The cross head speed of the tensile tester is adjusted so that the strain rate in the vicinity of the dendritic crystal of the cast steel becomes 10 -4 -10 -10 . The frequency range of the detector is 100-300 Hz and the threshold hold level is 40-60db, which is adjusted to the level of back ground noise according to temperature. The temperature is measured by a thermocouple inserted in the dendritic crystal part, and the strain-stress curve is obtained by the load cell of the tensile tester simultaneously with the measurement of the acoustic wave signal. When an internal crack occurs, a large sound wave emission signal is generated. As the crack grows, a gradual increase in the sound wave emission signal is observed, and the sound wave emission signal rapidly increases due to an unstable growth of the crack.
이하, 본 발명의 효과를 실시예를 통하여 설명한다.Hereinafter, the effects of the present invention will be described through examples.
[실시예 1]Example 1
검지기의 진동범위(frequency range)는 100-300㎑, 문턱수준(thresh hold level)은 40db로 조정한다. 제 3 도에 나타난 것처럼 시간에 따라 변형이 증가하다가 약 175초 후에 한계 인장변형률에 도달하여 급격한 신호가 감지되고, 이후 내부크랙이 안정성장을 하면서 일정한 속도로 음파방출신호가 발생한다. 급격한 신호발생이 감지되었을때의 수지상결정부위의 인장변형률이 연주주편 내부크랙 발생에 필요한 한계 인장변형률이다.The frequency range of the detector is set to 100-300Hz, and the threshold hold level is set to 40db. As shown in FIG. 3, the strain increases with time, and after about 175 seconds, the limit tensile strain is reached and a sudden signal is detected, and then an acoustic wave signal is generated at a constant speed while the internal crack is stable. Tensile strain at the dendrite site when sudden signal generation is detected is the limit tensile strain required for crack generation in cast steel.
[실시예 2]Example 2
제 4 도는 변형속도를 증가시킨 경우로서, 약 50초 후에 한계 인장변형률에 도달하여 급격한 음파 신호가 감지되고, 내부크랙의 안정성장에 따라 일정속도로 음파방출신호가 발생한다. 약 110초 후에 내부크랙의 불안정성장에 대응하여 음파방출 신호가 다시 급격하게 발생하여 이때의 수지상 결정부위의 인장변형률이 연주주편에 이미 발생된 내부크랙의 불안정성장에 필요한 임계 인장변형률이다.4 is a case where the strain rate is increased, and after about 50 seconds, the limit tensile strain is reached and a sudden sound wave signal is detected, and the sound wave emission signal is generated at a constant speed according to the stability field of the internal crack. After approximately 110 seconds, in response to the unstable growth of the internal crack, the sound wave emission signal is suddenly generated again, and the tensile strain at the dendritic crystal portion at this time is the critical tensile strain required for the unstable growth of the internal crack already generated in the cast steel.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연속주조시의 내부크랙방지를 위한 연주주편의 고온강도측정장치에 의하면, 시편의 파괴강도 및 파괴인성 등을 종래와 같이 시편을 파단시킨 후 조직과 내부크랙을 관찰하여 그 크랙의 발생위치와 발생시점을 추정하는 번거로움 없이 시편으로 부터 발생되는 음파방출신호를 감지하여 측정함으로서, 간단하고 신뢰도가 높은 측정을 수행할 수 있고, 따라서 시편의 파괴없이 연주주편의 내부크랙한계 인장변형률, 크랙 성장저항도 및 불안정성장의 임계 인장변형률을 간편하고 정확하게 측정할 수 있는 효과를 가진다.As described above, according to the apparatus for measuring high temperature strength of a playing piece for preventing internal cracking during continuous casting according to the present invention, the fracture strength and fracture toughness of the specimen are broken as in the prior art, and the structure and the internal crack are observed. By detecting and measuring the sound emission signals generated from the specimens without the hassle of estimating the location and time of occurrence of the cracks, it is possible to carry out simple and reliable measurement, and thus without destroying the specimens. Crack Limit Tensile strain, crack growth resistance and critical tensile strain of unstable growth can be measured easily and accurately.
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US4700577A (en) * | 1984-06-11 | 1987-10-20 | Shell Oil Company | Quality control for sucker rods |
-
1995
- 1995-12-29 KR KR1019950066240A patent/KR100226929B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4700577A (en) * | 1984-06-11 | 1987-10-20 | Shell Oil Company | Quality control for sucker rods |
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| Publication number | Publication date |
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| KR970048354A (en) | 1997-07-29 |
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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