KR102043517B1 - 수소지연파괴 평가방법 - Google Patents

수소지연파괴 평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법은 모시편에 예비 가공을 수행하는 예변형단계, 예비 가공된 모시편에서 자시편을 채취하는 샘플채취단계, 상기 자시편에 응력을 부여하는 응력부여단계 및 응력이 부여된 자시편을 수소이온을 포함하는 산용액에 침지시키는 수소가속단계를 포함할 수 있다.

Description

수소지연파괴 평가방법{Hydrogen delayed fracture testing method}
본 발명은 수소지연파괴 평가방법에 관한 것이다.
근래에는 철강재료의 고강도 및 경량화가 요구되어 짐에 따라 인장강도가 1GPa급 이상인 기가급 강재에 대한 수요가 급증하고 있다.
이러한 기가급 강재는 수소취성에 대한 내구성이 요구되고 있다. 여기서, 수소취성이란 강재 내의 수소가 응력집중부로 이동하여 소재의 강도를 저하시켜 조기 파단을 일으키는 현상으로 기가급 강재에서 쉽게 발생한다.
한편 수소는 직접적인 관찰이 힘들기 때문에, 수소 취성 현상을 분석하기 위해 최근까지 다양한 기법들이 적용되어 오고 있다.
특히 종전의 기법들은 원재인 철강소재의 강판을 시편으로 사용하였으며, 이를 토대로 하여 수소 취성을 평가하였다.
그런데, 종전의 기법에 의해서 평가된 강판에 대하여 자동차 등의 부품으로 제조하여 사용하는 동안에 예상치 못한 수소 취성에 의한 수소지연파괴가 발생하는 문제가 다수 발생하였다.
즉, 종전의 기법에 의해서 수소 취성 파괴가 평가된 강판을 이용하여 제품으로 제조하여 사용하였으나, 상기 평가에도 불구하고 예상치 못한 수소 취성에 의한 지연파괴의 문제가 발생하였던 것이다.
따라서 전술한 문제를 해결하기 위한 수소지연파괴 평가방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.
일본 출원 번호 제2015-232168호
본 발명은 수소 취성에 의한 지연 파괴 평가의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 수소지연파괴 평가방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법은 모시편에 예비 가공을 수행하는 예변형단계, 예비 가공된 모시편에서 자시편을 채취하는 샘플채취단계, 상기 자시편에 응력을 부여하는 응력부여단계 및 응력이 부여된 자시편을 수소이온을 포함하는 산용액에 침지시키는 수소가속단계를 포함하며, 상기 예변형단계는, 하부관통홀이 형성된 하부바인더에 상기 모시편의 하면이 접하게 제공하는 안착단계, 상부관통홀이 형성된 상부바인더가 상기 모시편의 상면을 가압하여 상기 모시편을 고정시키는 고정단계 및 펀치부재가 상기 상부관통홀과 하부관통홀에 삽입되어 상기 상부바인더와 하부바인더 사이에 고정된 상기 모시편을 인장시키며 성형하는 가공단계를 포함하고, 상기 예변형단계는, 상기 안착단계에서 상기 모시편이 상기 하부관통홀을 모두 덮도록 상기 하부바인더에 안착되되 상기 고정단계에서 상기 상부관통홀이 상기 하부관통홀에 대응되게 배치되면서 상기 모시편을 고정하게 상기 상부바인더로 상기 모시편을 고정하여, 상기 모시편을 평면상의 횡방향(x) 및 종방향(y) 모두를 구속하고, 상기 가공단계에서 상기 모시편을 횡방향(x) 및 종방향(y)으로 인장하는 제1모드, 상기 안착단계에서 상기 모시편이 상기 하부관통홀의 일측에 치후쳐 배치되도록 상기 하부바인더에 안착되되 상기 고정단계에서 상기 상부관통홀이 상기 하부관통홀에 대응되게 배치되면서 상기 모시편을 고정하게 상기 상부바인더로 상기 모시편을 고정하여, 상기 모시편을 평면상의 횡방향(x)의 플러스 방향(+x), 횡방향(x)의 마이너스 방향(-x) 및 종방향(y)의 플러스 방향(+y), 종방향(y)의 마이너스 방향(-y) 중 어느 하나의 방향을 자유단으로 제공하고, 나머지 방향은 구속하고, 상기 가공단계에서 상기 모시편을 구속된 방향으로 인장하는 제2모드 및 상기 안착단계에서 상기 모시편이 상기 하부관통홀의 중앙부에 배치되도록 상기 하부바인더에 안착되되 상기 고정단계에서 상기 상부관통홀이 상기 하부관통홀에 대응되게 배치되면서 상기 모시편을 고정하게 상기 상부바인더로 상기 모시편을 고정하여, 상기 모시편을 평면상의 횡방향(x) 및 종방향(y) 중 어느 하나의 방향만을 구속하고, 상기 가공단계에서 상기 모시편이 구속된 방향으로 인장하는 제3모드 중 어느 하나의 모드로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 예변형단계는, 인장강도가 적어도 1GPa인 강판을 모시편으로 하여 예비 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 샘플채취단계는, 상기 펀치부재의 전단면과 접하며 인장되어 성형된 상기 모시편의 상면부에서 자시편을 채취하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 응력부여단계는, 상기 자시편의 항복강도 이내에서 응력을 부여하는 것을 특징으로 할 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 수소가속단계는, 상기 모시편과 동일한 재질의 기준설정시편을 상기 산용액에 침지시키고, 일정 간격의 침지시간마다 산용액에서 꺼내어 상기 기준설정시편에 침습한 수소량을 측정하여, 상기 산용액에서의 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계를 도출하는 기준설정단계, 상기 산용액에 상기 응력부여단계에서 응력이 부여된 자시편을 침지시키는 침지단계, 상기 자시편이 상기 산용액에 침지된 후 파단이 발생할 때까지의 시간인 파단시간을 측정하는 시간측정단계 및 상기 자시편의 파단시간을 상기 침지시간에 대응시켜, 상기 기준설정단계에서 도출된 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계를 기준으로 상기 자시편의 파단시간에 따른 침습한 수소량을 예측하는 평가단계를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 기준설정단계는, 상기 기준설정시편을 100 ~ 200℃의 고온 환경에 제공하여, 상기 기준설정시편에서 방출되는 침습된 수소량을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 수소지연파괴 평가방법은 수소 취성에 의한 지연 파괴 평가의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
다시 말해, 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 변형량을 부여한 후 자시편을 채취하여 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 응력, 동일한 수소환경 하에서의 수소지연파괴 특성을 평가하게 되므로, 수소지연파괴 평가의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 것이다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 수소지연파괴 평가방법의 기본 개념을 포함하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 수소지연파괴 평가방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 예변형단계의 구체적 단계를 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 수소가속단계의 구체적 단계를 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 예변형단계의 수행을 위한 성형기를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 예변형단계의 예변형 모드를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 응력부여단계의 수행을 위한 밴딩기를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호 또는 유사한 방식으로 부여된 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
본 발명은 수소지연파괴 평가방법에 관한 것으로, 수소 취성에 의한 지연 파괴 평가의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 즉, 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 변형량을 부여한 후 자시편(2)을 채취하여 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 응력, 동일한 수소환경 하에서의 수소지연파괴 특성을 평가하게 되므로, 수소지연파괴 평가의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 것이다.
구체적으로 도면을 참조하여 설명하면, 도 1은 본 발명의 수소지연파괴 평가방법의 기본 개념을 포함하는 그래프이고, 도 2는 본 발명의 수소지연파괴 평가방법을 도시한 순서도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법은 모시편(1)에 예비 가공을 수행하는 예변형단계, 예비 가공된 모시편(1)에서 자시편(2)을 채취하는 샘플채취단계, 상기 자시편(2)에 응력을 부여하는 응력부여단계 및 응력이 부여된 자시편(2)을 수소이온을 포함하는 산용액에 침지시키는 수소가속단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 수소지연파괴 평가방법은 상기 예변형단계를 먼저 수행함으로써, 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 변형량을 부여할 수 있게 되어, 이후에 샘플채취단계에서 자시편(2)을 채취한 후에 응력부여단계에서 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 응력을 부여하고, 또한 수소가속단계에서 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 수소환경 하에서 수소지연파괴 특성을 평가하여 그 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
다시 말해, 본 발명의 수소지연파괴 평가방법은 도 1에서 제시한 바와 같이, 모시편(1)에 대한 예비 가공의 가공 정도(P), 이와 같이 예비 가공된 모시편(1)에서 채취한 자시편(2)에 대하여 응력집중부를 형성하는 부여 응력의 정도(S) 및 응력집중부로 수소가 이동되는 침습 수소량의 정도(H)에 따른 수소취성 파괴영역(E)을 평가할 수 있는 것이다.
상기 예변형단계는 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 변형량을 부여하는 단계로 수행된다. 이를 위해서, 상기 예변형단계는 모시편(1)에 예비 가공을 수행하게 되며, 상기 예비 가공은 가공의 스트레칭 모드(stretching mode)인 제1모드, 플레인 스트레인 모드(plane strain mode)인 제2모드 또는 드로잉 모드(drawing mode)인 제3모드로 수행된다. 이러한 세가지 모드의 수행만으로 어떠한 형태의 제품 형상이라도 모두 모사가 가능하게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 도 6을 참조하여 후술한다.
그리고, 상기 예변형단계에서 예비 가공되는 모시편(1)은 인장강도가 1GPa 이상의 기가급 강재로 수행될 수 있는데, 이는 이러한 기가급 강재의 경우에 수소 취성에 의한 지연 파괴가 비교적 더 쉽게 발생하기 때문이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 예변형단계는, 인장강도가 적어도 1GPa인 강판을 모시편(1)으로 하여 예비 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 상기 예변형단계의 구체적 단계는 안착단계, 고정단계, 가공단계를 포함할 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 3 및 도 5를 참조하여 후술한다.
상기 샘플채취단계는 상기 예변형단계에서 예비 가공이 수행된 모시편(1)에서 자시편(2)을 채취하는 단계이다. 즉, 상기 예변형단계는 모든 형태의 제품에 대한 모사가 필요하며 이러한 모사를 위한 예비 가공에서는 목적된 변형 가공이 발생된 부분을 채취하여야 하므로, 상기 모시편(1)에서 목적된 변형 가공이 된 부분을 자시편(2)으로 채취하여 이후의 응력부여단계, 수소가속단계를 수행하게 하는 것이다.
이러한 샘플채취단계에서는 상기 예변형단계에 사용되는 성형기의 펀치부재(3)의 전단면(3a)과 접하게 가공되는 모시편(1)의 상면부(1a)가 자시편(2)으로 채취되는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 3 및 도 5를 참조하여 후술한다.
상기 응력부여단계는 상기 샘플채취단계에서 자시편(2)을 채취하면 이러한 자시편(2)에 대하여 수소 취성에 의한 지연 파괴를 모사할 수 있는 응력을 부여하는 단계이다.
이와 같이 상기 응력부여단계에서 자시편(2)에 수소 취성에 의한 지연 파괴를 모사하기 위해 응력을 부여하는 방법은 콘스탄트 로드 테스트(Constant Load Test: CLT), 밴딩 테스트(Bending Test), 슬로우 스트레인 레이트 텐실 테스트(Slow Strain Rate Tensile Test: SSRT) 등이 수행될 수 있다.
여기서, 상기 자시편(2)의 채취 형태가 판재 형태인 경우에는 상기 밴딩 테스트로 상기 응력부여단계를 수행할 수 있다. 이와 같은 밴딩기(6)에 의한 응력부여단계는 도 7을 참조하여 후술한다.
상기 수소가속단계는 상기 자시편(2)에 대하여 상기 응력부여단계에서 모사 응력을 부여하면, 이를 다시 수소환경으로 모사하기 위한 단계이다. 더하여 상기 수소가속단계는 수소환경에서의 빠른 테스트를 위해서 수소 가속 환경을 제공하게 되고, 이에 따라 실재 수소환경을 모사하여 평가하게 된다.
이를 위해서, 상기 수소가속단계는 기준설정단계, 침지단계, 시간측정단계, 평가단계로 수행될 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
도 3은 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 예변형단계의 구체적 단계를 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 예변형단계의 수행을 위한 성형기를 도시한 단면도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 예변형단계는, 하부관통홀(4a)이 형성된 하부바인더(4)에 상기 모시편(1)의 하면이 접하게 제공하는 안착단계, 상부관통홀(5a)이 형성된 상부바인더(5)가 상기 모시편(1)의 상면을 가압하여 상기 모시편(1)을 고정시키는 고정단계 및 펀치부재(3)가 상기 상부관통홀(5a)과 하부관통홀(4a)에 삽입되어 상기 상부바인더(5)와 하부바인더(4) 사이에 고정된 상기 모시편(1)을 인장시키며 성형하는 가공단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 상기 예변형단계의 구체적 단계는 안착단계, 고정단계, 가공단계를 포함할 수 있고, 이에 의해서 상기 예변형단계는 실재 부품화되어 사용되는 소재의 경우와 동일한 변형량을 부여할 수 있게 모사하게 된다.
상기 안착단계는 상기 모시편(1)을 예비 가공을 위한 하부바인더(4)에 안착하는 단계이고, 상기 고정단계는 상기 하부바인더(4)에 안착된 모시편(1)의 상면부(1a)에 상부바인더(5)를 밀착시켜서 상기 모시편(1)을 고정하는 단계이다.
상기 가공단계는 상기 상부바인더(5)와 하부바인더(4) 사이에 안착된 모시편(1)은 상기 하부바인더(4)에 형성된 하부관통홀(4a) 및 상기 상부바인더(5)에 형성된 상부관통홀(5a)을 통하여 펀치부재(3)를 관통시킴으로써, 상기 하부관통홀(4a) 및 상부관통홀(5a)에 위치하는 모시편(1)을 인장시켜 예비 가공을 수행하는 단계이다.
이러한 상기 예변형단계의 가공단계는 앞서 설명한 도 1에서의 모시편(1)에 대한 예비 가공의 가공 정도(P)를 도출하게 되는 단계이다.
여기서, 상기 예변형단계는 상기 하부관통홀(4a) 및 상부관통홀(5a)에 위치하는 모시편(1)의 부분 및 모시편(1)의 크기 및 형태를 조정하여 예비 가공의 형태를 제1모드 내지 제3모드로 수행할 수 있다. 이러한 세가지 모드에 의한 예비 가공은 실재 부품화되어 사용되는 소재의 모든 가공 형태를 모두 모사할 수 있게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 도 6을 참조하여 후술한다.
그리고, 상기 펀치부재(3)에 의해서 모시편(1)의 평면상 횡방향(x) 및 종방향(y)으로 의도된 예비 가공이 수행된 부분은 상기 펀치부재(3)의 전단면(3a)과 접하는 상기 모시편(1)의 상면부(1a)이다. 따라서 상기 예변형단계 이후에 모시편(1)에서 자시편(2)을 채취하는 샘플채취단계는 상기 모시편(1)의 상면부(1a)에서 자시편(2)을 채취하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 샘플채취단계는, 상기 펀치부재(3)의 전단면(3a)과 접하며 인장되어 성형된 상기 모시편(1)의 상면부(1a)에서 자시편(2)을 채취하는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 수소가속단계의 구체적 단계를 도시한 순서도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 수소가속단계는, 상기 모시편(1)과 동일한 재질의 기준설정시편을 상기 산용액에 침지시키고, 일정 간격의 침지시간마다 산용액에서 꺼내어 상기 기준설정시편에 침습한 수소량을 측정하여, 상기 산용액에서의 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계를 도출하는 기준설정단계, 상기 산용액에 상기 응력부여단계에서 응력이 부여된 자시편(2)을 침지시키는 침지단계, 상기 자시편(2)이 상기 산용액에 침지된 후 파단이 발생할 때까지의 시간인 파단시간을 측정하는 시간측정단계 및 상기 자시편(2)의 파단시간을 상기 침지시간에 대응시켜, 상기 기준설정단계에서 도출된 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계를 기준으로 상기 자시편(2)의 파단시간에 따른 침습한 수소량을 예측하는 평가단계를 포함할 수 있다.
다시 말해, 상기 수소가속단계는 예비 가공 및 응력 부여에 의한 실재 부품화되어 사용되는 소재의 변형량 및 응력이 모사되면, 이를 수소환경으로 가속하여 모사하고, 수소 취성 지연 파괴를 평가하기 위해서, 기준설정단계, 침지단계, 시간측정단계, 평가단계를 포함하는 것이다.
우선, 상기 기준설정단계를 수행하여 평가하기 위한 기본 데이터를 수집하게 된다. 즉, 수소 가속 환경에 침지된 침지시간과 침습된 수소량의 상관 관계를 도출하기 위해서 상기 기준설정단계를 수행하게 되는 것이다.
이를 위해서, 상기 기준설정단계는 상기 모시편(1)과 동일한 재질의 기준설정시편을 상기 산용액에 침지시키고, 일정 간격의 침지시간마다 산용액에서 꺼내어 상기 기준설정시편에 침습한 수소량을 측정하여, 상기 산용액에서의 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계를 도출하게 된다.
그리고, 여기서 기준설정시편에 침습한 수소량의 측정은 글리세린 치환법, 수소 투과 시험, 온도 탈착 분석법(Thermal Desorption Analysis: TDA)가 적용될 수 있다.
일례로 상기 온도 탈착 분석법에 의해서 본원의 기준설정단계의 침습 수소량을 측정할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 기준설정단계는, 상기 기준설정시편을 100 ~ 200℃의 고온 환경에 제공하여, 상기 기준설정시편에서 방출되는 침습된 수소량을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이와 같은 100 ~ 200℃의 고온 환경에서는 응력집중부로 이동되어 수소 취성에 의한 파괴를 유발하는 확산성 수소의 량을 측정하게 되며, 이에 따라 직접적으로 수소 취성에 의한 파괴를 유발하는 수소량을 측정하게 된다.
상기 침지단계, 시간측정단계는 상기 응력부여단계에 의해서 응력이 부여된 자시편(2)에 대하여 상기 기준설정단계에서 도출된 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계에 적용할 자시편(2)의 데이터를 도출하기 위한 단계이다.
즉, 상기 침지단계는 상기 응력부여단계를 거친 자시편(2)을 수소이온을 포함하는 산용액에 침지시키는 단계이고, 상기 시간측정단계는 상기 산용액에 침지된 자시편(2)에서 수소 취성에 의한 파단이 발생하는 사간을 측정하는 단계이다.
상기 평가단계는 상기 기준설정단계에서 도출된 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계의 기준 데이터와 상기 침지단계 및 시간측정단계에서 도출된 자시편(2)에 대한 실험 데이터를 비교하여 수소 취성에 의한 지연 파괴를 평가하는 단계이다.
즉, 상기 시간측정단계에서 측정된 상기 자시편(2)의 산용액에 침지 후의 파단이 발생한 파단시간을 상기 기준설정단계에서 도출된 침지시간에 적용하여 상기 자시편(2)이 수소 취성에 의해서 파단이 발생했을 때의 침습한 수소량을 평가하게 되는 것이다.
이는 앞서 설명한 도 1에서의 응력집중부로 수소가 이동되는 침습 수소량의 정도(H)에 따른 수소취성 파괴영역(E)을 평가할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 예변형단계의 예변형 모드를 도시한 평면도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 예변형단계는, 상기 모시편(1)을 평면상의 횡방향(x) 및 종방향(y) 모두를 구속하고, 상기 모시편(1)을 횡방향(x) 및 종방향(y)으로 인장하는 제1모드, 상기 모시편(1)을 평면상의 횡방향(x)의 플러스 방향(+x), 횡방향(x)의 마이너스 방향(-x) 및 종방향(y)의 플러스 방향(+y), 종방향(y)의 마이너스 방향(-y) 중 어느 하나의 방향을 자유단으로 제공하고, 나머지 방향은 구속하고, 상기 모시편(1)을 구속된 방향으로 인장하는 제2모드 및 상기 모시편(1)을 평면상의 횡방향(x) 및 종방향(y) 중 어느 하나의 방향만을 구속하고, 구속된 방향으로 인장하는 제3모드 중 어느 하나의 모드로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 예변형단계는 모시편(1)에 예비 가공을 수행할 때 실재 부품화되어 사용되는 소재의 모든 변형 형태를 모사할 수 있는 기본 변형 형태로 스트레칭 모드(stretching mode)인 제1모드, 플레인 스트레인 모드(plane strain mode)인 제2모드 또는 드로잉 모드(drawing mode)인 제3모드 중 어느 하나로 수행될 수 있는 것이다.
다시 말해, 실재 부품화되어 사용되는 소재의 모든 변형 형태는 상기 세가지 모드의 조합에 의해서 모두 포함되는 변형 형태이므로 기본이 되는 상기 세가지 모드에 대하여만 예변형단계를 수행하여 평가하게 제시한 것이다.
여기서, 스트레칭 모드(stretching mode)인 제1모드는 모시편(1)의 평면상 횡방향(x) 및 종방향(y) 모두를 구속하고, 횡방향(x) 및 종방향(y)으로 모두 인장시킨 변형 형태로써, 도 6의 (a)를 참조할 수 있다.
그리고, 플레인 스트레인 모드(plane strain mode)인 제2모드는 모시편(1)의 평면상의 횡방향(x)의 플러스 방향(+x), 횡방향(x)의 마이너스 방향(-x) 및 종방향(y)의 플러스 방향(+y), 종방향(y)의 마이너스 방향(-y) 중 어느 하나의 방향의 방향을 제외한 나머지 방향만을 구속하여 구속된 방향으로 인장시켜 변형한 것이고, 구속되지 않은 자유단의 방향으로는 인장 변형이 수행되지 않게 되는데, 이는 도 6의 (b)를 참조할 수 있다.
마지막으로 드로잉 모드(drawing mode)인 제3모드는 상기 모시편(1)의 평면상의 횡방향(x) 및 종방향(y) 중 어느 하나의 방향만을 구속하고, 구속된 방향으로 인장하여 변형하는 형태로써, 구속되지 않은 횡방향(x) 또는 종방향(y)으로는 인장 방향으로 소재가 이동하여 수축 변형이 수행되는데, 이는 도 6의 (c)를 참조할 수 있다.
도 7은 본 발명의 수소지연파괴 평가방법에서 응력부여단계의 수행을 위한 밴딩기(6)를 도시한 단면도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소지연파괴 평가방법의 상기 응력부여단계는, 상기 자시편(2)의 항복강도 이내에서 응력을 부여하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 응력부여단계는 상기 자시편(2)에 대하여 상기 밴딩기(6)로 응력을 부여하게 되는데, 이때 상기 자시편(2)에 부여되는 응력은 항복강도 이내의 응력만이 부여되는 것이다. 이는 응력집중부로 수소가 이동되어 수소 집중에 의한 취성 파괴를 판단하기 위한 것이므로 항복간도 이내에서의 응력만을 부여하게 되는 것이다.
이러한 상기 응력부여단계는 앞서 설명한 도 1에서의 예비 가공된 모시편(1)에서 채취한 자시편(2)에 대하여 응력집중부를 형성하는 부여 응력의 정도(S)를 설정하기 위한 것이다. 즉, 항복강도 내에서 순차적으로 응력을 증가시키게 부여하면서 각각의 응력 부여 정도에 따른 실험을 수행하게 되는 것이다.
이러한 응력부여단계에서 자시편(2)에 응력을 부여하기 위한 밴딩기(6)는 4개의 포인트에서 상기 자시편(2)을 지지하며 응력을 부여하게 되며, 이는 도 7에 도시된 밴딩기(6)를 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 모시편 2: 자시편
3: 펀치부재 4: 하부바인더
5: 상부바인더 6: 밴딩기

Claims (8)

  1. 모시편에 예비 가공을 수행하는 예변형단계;
    예비 가공된 모시편에서 자시편을 채취하는 샘플채취단계;
    상기 자시편에 응력을 부여하는 응력부여단계; 및
    응력이 부여된 자시편을 수소이온을 포함하는 산용액에 침지시키는 수소가속단계;
    를 포함하며,
    상기 예변형단계는,
    하부관통홀이 형성된 하부바인더에 상기 모시편의 하면이 접하게 제공하는 안착단계;
    상부관통홀이 형성된 상부바인더가 상기 모시편의 상면을 가압하여 상기 모시편을 고정시키는 고정단계; 및
    펀치부재가 상기 상부관통홀과 하부관통홀에 삽입되어 상기 상부바인더와 하부바인더 사이에 고정된 상기 모시편을 인장시키며 성형하는 가공단계;
    를 포함하고,
    상기 예변형단계는,
    상기 안착단계에서 상기 모시편이 상기 하부관통홀을 모두 덮도록 상기 하부바인더에 안착되되 상기 고정단계에서 상기 상부관통홀이 상기 하부관통홀에 대응되게 배치되면서 상기 모시편을 고정하게 상기 상부바인더로 상기 모시편을 고정하여, 상기 모시편을 평면상의 횡방향(x) 및 종방향(y) 모두를 구속하고, 상기 가공단계에서 상기 모시편을 횡방향(x) 및 종방향(y)으로 인장하는 제1모드;
    상기 안착단계에서 상기 모시편이 상기 하부관통홀의 일측에 치후쳐 배치되도록 상기 하부바인더에 안착되되 상기 고정단계에서 상기 상부관통홀이 상기 하부관통홀에 대응되게 배치되면서 상기 모시편을 고정하게 상기 상부바인더로 상기 모시편을 고정하여, 상기 모시편을 평면상의 횡방향(x)의 플러스 방향(+x), 횡방향(x)의 마이너스 방향(-x) 및 종방향(y)의 플러스 방향(+y), 종방향(y)의 마이너스 방향(-y) 중 어느 하나의 방향을 자유단으로 제공하고, 나머지 방향은 구속하고, 상기 가공단계에서 상기 모시편을 구속된 방향으로 인장하는 제2모드; 및
    상기 안착단계에서 상기 모시편이 상기 하부관통홀의 중앙부에 배치되도록 상기 하부바인더에 안착되되 상기 고정단계에서 상기 상부관통홀이 상기 하부관통홀에 대응되게 배치되면서 상기 모시편을 고정하게 상기 상부바인더로 상기 모시편을 고정하여, 상기 모시편을 평면상의 횡방향(x) 및 종방향(y) 중 어느 하나의 방향만을 구속하고, 상기 가공단계에서 상기 모시편이 구속된 방향으로 인장하는 제3모드;
    중 어느 하나의 모드로 수행되는 것을 특징으로 하는 수소지연파괴 평가방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예변형단계는, 인장강도가 적어도 1GPa인 강판을 모시편으로 하여 예비 가공하는 것을 특징으로 하는 수소지연파괴 평가방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 샘플채취단계는, 상기 펀치부재의 전단면과 접하며 인장되어 성형된 상기 모시편의 상면부에서 자시편을 채취하는 것을 특징으로 하는 수소지연파괴 평가방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 응력부여단계는, 상기 자시편의 항복강도 이내에서 응력을 부여하는 것을 특징으로 하는 수소지연파괴 평가방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수소가속단계는,
    상기 모시편과 동일한 재질의 기준설정시편을 상기 산용액에 침지시키고, 일정 간격의 침지시간마다 산용액에서 꺼내어 상기 기준설정시편에 침습한 수소량을 측정하여, 상기 산용액에서의 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계를 도출하는 기준설정단계;
    상기 산용액에 상기 응력부여단계에서 응력이 부여된 자시편을 침지시키는 침지단계;
    상기 자시편이 상기 산용액에 침지된 후 파단이 발생할 때까지의 시간인 파단시간을 측정하는 시간측정단계; 및
    상기 자시편의 파단시간을 상기 침지시간에 대응시켜, 상기 기준설정단계에서 도출된 침지시간과 침습한 수소량의 상관 관계를 기준으로 상기 자시편의 파단시간에 따른 침습한 수소량을 예측하는 평가단계;
    를 포함하는 수소지연파괴 평가방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기준설정단계는, 상기 기준설정시편을 100 ~ 200℃의 고온 환경에 제공하여, 상기 기준설정시편에서 방출되는 침습된 수소량을 측정하는 것을 특징으로 하는 수소지연파괴 평가방법.
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