KR101144062B1 - 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균열과 유사한 수준의 예리한 절단홈을 형성하여 균열과의 상호작용에 따른 취성파괴 현상을 반영할 수 있고, 절단홈의 중심부에 테이퍼 형태의 균열 열림 쐐기를 도입하여 강제 열림을 유도함으로써 수소손상의 가속화나 균열성장 거동에 관한 역학시험기술을 제공할 수 있는 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편에 관한 것이다.

침식성 가스, 수소, 균열, 가속화, 균열성장, 절단홈

Description

침식성 가스 손상가속화 충격 시험편{Impact testing specimen for accelerating corrosive gas-induced damages}

본 발명은 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균열과 유사한 수준의 예리한 절단홈을 형성하여 균열과의 상호작용에 따른 취성파괴 현상을 반영할 수 있고, 절단홈의 중심부에 테이퍼 형태의 균열 열림 쐐기를 도입하여 강제 열림을 유도함으로써 수소손상의 가속화나 균열성장 거동에 관한 역학시험기술을 제공할 수 있는 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편에 관한 것이다.

고압수소나 액체수소에 노출된 금속소재는 수소의 금속 내 침투 및 게재물이나 불순물과의 반응에 수반되는 기포발생 등으로 금속조직의 손상을 입게 된다. 손상정도의 직접적인 측정을 위해서는 수소 분위기 내에서 소재역학시험을 수행하는 방법이 일반적이다.

즉 고압으로 충전된 수소용기 내에 시험편을 도입하고, 완전 기밀형태의 하중전달축(push-pull rod)을 이용하여 시험편에 역학적 부하를 인가함으로써 변형 혹은 파괴를 유발하는 방법이다. 특히 종래 빈번히 활용되어온 전기화학적 수소충 전 및 역학시험 기술의 경우 수소로 인한 비가역적인 시험편 손상의 측정은 가능하나 수소이온 충전환경에서 벗어날 경우 시험편 외부로의 급속한 수소확산 누출에 따라 가역적 손상의 회복이 발생할 가능성이 크다.

따라서, 최신 수소재료 시험기술의 경우 in situ 환경에서 지속적으로 수소와 시험편 소재 간의 상호작용을 유발하는 방법이나 수소확산 및 이탈로 인한 가역적 손상의 회복 전에 충격하중 등의 방법으로 수소취화 역학물성을 획득하는 방법으로 발전하고 있다. 특히 외부 부하가 인가된 상태에서 부식 등에 의한 손상가속화 및 수소에 따른 저속균열성장에 대한 관심이 증가하고 있다.

본 발명은 종래의 노치 대신 균열과 유사한 수준의 예리한 절단홈을 형성하여 균열과의 상호작용에 따른 취성파괴 현상을 반영할 수 있는 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편을 제공하고자 한다.

본 발명은 수소손상의 가속화를 유도하기 위해 시험편 모재의 절단홈에 균열 열림 구멍을 형성하고, 균열 열림 구멍에 균열 열림 쐐기를 끼워 넣어 균열면의 응력유도 수소 취화 거동을 측정할 수 있는 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편을 제공하고자 한다.

본 발명은 중앙부에 예리한 선폭 t의 절단홈(111)이 일측면으로부터 타측면 방향으로 형성되고, 상기 절단홈(111) 중앙부에 상기 일측면으로부터 상기 타측면 방향으로 상기 절단홈(111)과 겹쳐지는 균열 열림 구멍(113)이 형성되는 사각 막대 형상의 시험편 모재(110); 상기 절단홈(111)을 중심으로 양측으로 벌어지는 힘이 작용하여 침식성 가스로 인한 손상이 가속화되도록, 상기 균열 열림 구멍(113)에 끼워지는 균열 열림 쐐기(120); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 선폭 t는 100 ㎛ 이하일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 균열 열림 구멍(113) 및 상기 균열 열림 쐐기(120)는 각각 테이퍼 형태일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 균열 열림 구멍(113)은 암나사이고, 상기 균열 열림 쐐기(120)는 수나사일 수 있다.

본 발명은 충격 시험편에 균열과 유사한 예리한 절단홈을 도입하여 균열과의 상호작용에 따른 취성파괴 현상을 반영할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 절단홈의 중심부에 테이퍼 형태의 균열 열림 쐐기를 도입하여 강제 열림을 유도함으로써 수소손상의 가속화나 균열성장 거동에 관한 역학시험기술을 제공할 수 있는 장점이 있다.

이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시예의 분해 사시도를, 도2는 도1의 주요부의 단면 사시도를, 도3은 본 발명의 일실시예의 절단홈의 열림 정도 또는 열림 응력의 크기 측정 상태도를 나타낸다.

도1을 참조하면 본 발명의 일실시예는 시험편 모재(110)를 가진다. 시험편 모재(110)는 고압수소 등과 같은 침식성 가스에 노출된 측정 대상 금속소재와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 시험편 모재(110)는 사각 막대 형상일 수 있다.

도1을 참조하면 시험편 모재(110)에는 절단홈(111)이 형성된다. 절단홈(111)은 시험편 모재(110)의 일측면으로부터 타측면 방향으로 소정 깊이에 이르도록 형성된다. 절단홈(111)은 일정한 선폭을 갖도록 형성되는데, 절단홈(111)의 선폭 t는 100 ㎛ 이하일 수 있다. 절단홈(111)은 충격 시험시 높은 응력집중을 유발함으로써 적절한 범위의 충격치를 확보하도록 하기 위한 것이다. 한편, 절단홈(111)의 절단 깊이 H는 5mm일 수 있고, 절단홈(111)은 시험편 모재(110)의 중앙부에 형성될 수 있다.

도1 및 도2를 참조하면 시험편 모재(110)에는 균열 열림 구멍(113)이 형성된다. 균열 열림 구멍(113)은 절단홈(111)과 겹쳐지도록 형성되는데, 테이퍼 형태의 암나사일 수 있다. 즉, 균열 열림 구멍(113)은 균열 열림 구멍(113)의 바닥부로 가면서 지름이 감소하는 암나사일 수 있다. 균열 열림 구멍(113)의 깊이는 절단홈(111)의 절단 깊이와 동일할 수 있으며, 균열 열림 구멍(113)은 절단홈(111)의 중앙부에 형성될 수 있다.

도1 및 도3을 참조하면 균열 열림 구멍(113)에는 균열 열림 쐐기(120)가 끼워진다. 균열 열림 구멍(113)이 암나사인 경우 균열 열림 쐐기(120)는 테이퍼 형태의 수나사이다. 균열 열림 구멍(113)에 균열 열림 쐐기(120)가 끼워짐으로써 시험편 모재(110)에 벌림 응력이 작용하게 된다. 벌림 응력이란 시험편 모재(110)에 가해지는 응력으로서, 시험편 모재(110)를 절단홈(111)을 중심으로 양측으로 벌리려는 응력을 말한다.

도3을 참조하면 균열 열림 구멍(113) 및 균열 열림 쐐기(120)의 도입으로 인한 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편(100) 절단홈(113)의 열림 정도 혹은 열림 응력의 크기는 시험편 모재(110)의 배면으로의 휘어짐(꺽어짐) 변위를 접촉 혹은 비접촉식 프로파일러(300)를 이용하여 측정할 수 있다.

수소 등의 침식성 가스를 포함하는 신에너지용 설비부재로는 스테인리스강과 같은 고인성 소재를 다수 활용하기 때문에 사각봉 형태의 중심부에 노치가 도입된 종래의 충격시험편(10*10*55 mm)에서 측정되는 고인성 범위에서는 수소 등의 침식성 가스로 인한 취성파괴의 분별이 쉽지 않다.

그러나, 본 발명의 일실시예는 대면각도 45ㅀ와 가공깊이 2 mm를 갖는 종래의 노치 대신에 충격 시험편(100)의 중심에 5 mm의 절단 깊이를 갖는 선폭 100 μm 이하의 절단홈(111)을 도입하여 높은 응력집중을 유발함으로써 적절한 범위의 충격치를 확보할 수 있는 장점이 있다. 즉, 수소와 같은 침식성 가스의 경우 균열과의 상호작용에 따른 취성파괴가 큰 문제로 대두되고 있는데, 본 발명의 일실시예는 종래의 노치 대신 균열과 유사한 수준의 예리한 절단홈(111)을 형성하여 균열과의 상호작용에 따른 취성파괴 현상이 반영되도록 하였다.

또한, 본 발명에 따른 일실시예는 균열 형태에 가까운 절단홈(111) 중심부에 직경 4 mm의 테이퍼 형태의 균열 열림 구멍(113)을 형성하고, 균열 열림 쐐기(120)를 강제로 끼워넣음으로써 절단홈(111) 부분에 열림 응력이 인가되도록 하였다. 따라서, 본 발명의 일실시예는 외부 부하가 인가된 상태에서 침식성 가스의 부식 등에 의한 손상 가속화 현상을 반영할 수 있게 된다.

균열 열림 쐐기(120)를 체결하거나 체결하지 않은 충격 시험편(100)은 선행 특허(출원번호 10-2008-0108974, 환경손상 시험편 제조용 수소를 포함하는 침식성 가스 충전 장치)에서 개발된 고압 수소 충전용 카트리지인 시험편 제조 용기에 장입하여 장시간 유지한 이후 꺼내어 충격시험을 행함으로써 수소손상에 따른 충격치 변화를 확인할 수 있다.

본 발명에 따르면 다양한 소재에 대해 수소 노출시간, 테이퍼 형태의 균열 열림 쐐기에 의한 열림 정도를 조절하여 측정 대상 부재의 균열부의 수소 손상 가속화 거동 및 수소 취화 민감도를 측정할 수 있다.

도1은 본 발명의 일실시예의 분해 사시도.

도2는 도1의 주요부의 단면 사시도.

도3은 본 발명의 일실시예의 절단홈의 열림 정도 또는 열림 응력의 크기 측정 상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:충격 시험편 110:시험편 모재

111:절단홈 113:균열 열림 구멍

120:균열 열림 쐐기

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 중앙부에 예리한 선폭 t의 절단홈(111)이 일측면으로부터 타측면 방향으로 형성되고, 상기 절단홈(111) 중앙부에 상기 일측면으로부터 상기 타측면 방향으로 상기 절단홈(111)과 겹쳐지는 균열 열림 구멍(113)이 형성되는 사각 막대 형상의 시험편 모재(110);

   상기 절단홈(111)을 중심으로 양측으로 벌어지는 힘이 작용하여 침식성 가스로 인한 손상이 가속화되도록, 상기 균열 열림 구멍(113)에 끼워지는 균열 열림 쐐기(120);를 포함하여 구성되고,

   상기 균열 열림 구멍(113) 및 상기 균열 열림 쐐기(120)는 테이퍼 형태인 것을 특징으로 하는 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편.
4. 제3항에 있어서,

   상기 균열 열림 구멍(113)은 암나사이고,

   상기 균열 열림 쐐기(120)는 수나사인 것을 특징으로 하는 침식성 가스 손상가속화 충격 시험편.

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