KR20160009589A - 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법 - Google Patents

후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법 Download PDF

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Abstract

후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을 소형 시험으로 평가하는 간이한 수법을 제공한다. 　소형 시험으로서, 채취 위치가 판두께 중심부 위치이고, 프레스 노치가 취성 균열의 전파 방향으로 도입된 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험편에 의한 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험을 행하고, 상기 샤르피 충격 시험에서 구한 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도 (℃) : pT40J 에 기초하여 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가한다.

Description

후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법{METHOD FOR EVALUATING BRITTLE FRACTURE PROPAGATION ARRESTABILITY OF THICK STEEL PLATE}
본 발명은 선박, 해양 구조물, 저온 저장 탱크 및 건축·토목 구조물 등의 대형 구조물에 사용되는 후강판, 특히 판두께가 50 ㎜ 이상인 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법에 관한 것이다.
선박, 해양 구조물, 저온 저장 탱크 및 건축·토목 구조물 등의 대형 구조물에 있어서는, 취성 파괴에 수반되는 사고가 경제나 환경에 미치는 영향이 커서 안전성의 향상이 항상 요구된다. 그리고, 사용되는 강재에 대해서는 사용 온도에 있어서의 인성이나 취성 파괴 전파 정지 성능을 가질 것이 요구되고 있다.
취성 파괴 전파 정지 성능의 평가는 ESSO 시험이나 이중 인장 시험으로 대표되는 대형 시험에 의해서 행해지는 것이 통례이다. 그러나, 이들 시험은 대형이기 때문에, 시험을 행하기 위해서 많은 일수나 비용을 필요로 하게 되어 간편하게 행하기 어려운 점이 문제이다.
그 때문에, WES3003-1995 에 V 노치 샤르피 시험의 파면 천이 온도 vTrs 로부터 취성 파괴 전파 정지 성능을 예측하는 수법이 제정되어 있다. 그러나, 최근의 판두께 50 ㎜ 를 초과하는 재료에 대해서는 예측 정밀도가 나빠, 간편하게 평가하기 어려운 상황에 있다.
이 문제를 해결하기 위해서, 대형 시험 대신에, 시험편 형상을 연구한 샤르피 충격 시험이나 낙중 시험 등 비교적 소형이고 간이한 평가 방법이 개발되어 있다. 낙중 시험에 대해서는, 보다 안정적으로 취성 파면으로부터 시험이 진행되도록, 시험편의 판두께 방향으로 압축 변형을 준 후, 프레스 노치에 의해서 시험편을 제작하는 방법이 특허문헌 1 에 제안되어 있다.
샤르피 충격 시험에 대해서는, 샤르피 충격 시험편 대신에, 보다 효율적으로 취성 파면에서 시험을 진행시키는 방법으로서, 샤르피 충격 시험편의 노치에 상당하는 부분에 용접 비드를 쌓아 올린 후, 깊이 2 ㎜ 이하의 소 (saw) 노치를 형성한 시험편을 사용하는 것이 특허문헌 2 에 제안되어 있다.
비특허문헌 1 에는, 판두께 위치에 따라 인성에 분포가 있는 것에 기인하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을 나타내는, ESSO 시험에 의해서 구해지는 Kca 값은 저인성 영역의 영향을 강하게 받는다고 하여, 각 판두께 위치에 있어서의 인성값을 그 강판의 면적 평균을 취한 값에, 추가로 판두께 중앙부의 값을 가중하여 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것이 기재되어 있다.
그 밖에, 판두께 효과를 고려한, 취성 파괴 전파 정지 성능의 간이 평가법으로서, 판두께 중심부와 표층부에서 채취한 시험편으로 3 점 굽힘 시험을 행하여 얻어진 결과로부터 Kca 값을 예측하는 방법이 특허문헌 3 에 제안되어 있다. 또, 특허문헌 4 에는, 특수 형상을 갖는 변형 샤르피 충격 시험편을 사용하여 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 기술이 제안되어 있다.
특허문헌 5 에는, 프레스 노치 샤르피 충격 시험편을 사용하여 판두께가 50 ㎜ 이상인 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 기술이 개시되어 있다. 그곳에는 판두께가 50 ㎜ 이상인 후강판의 판두께 중심부 및 표면으로부터 판두께의 1/4 위치에서 채취하고, 프레스 노치를 도입한 샤르피 충격 시험편을 사용하여 샤르피 충격 시험을 행하고, 시험편마다의 샤르피 충격 시험에서 얻어진 파면 천이 온도 vTrs* 에 기초하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법이 기재되어 있다.
또, 특허문헌 6 에는, 판두께 50 ㎜ 이상의 후강판 전체의 어레스트 성능과, 후강판에서 채취한 소형 시험편을 사용한 시험 결과의 상관 관계를 고정밀도로 구하는 방법이 개시되어 있다. 그곳에는 소형 시험편을 판두께 방향을 따라서 복수 개 채취하고, 채취 위치에 따른 최적의 방법, 즉, 강판 표층은 낙중 시험, 강판 내부는 취성 파면율이나 흡수 에너지를 측정하는 방법으로 소형 시험을 행하고, 시험 결과를 적절히 조합하여 조합 결과로부터 대형 시험에서 얻어지는 Kca 값을 추정하는 것이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 소63-67544호 일본 공개특허공보 소62-274258호 일본 공개특허공보 2008-46106호 일본 공개특허공보 2009-47462호 일본 공개특허공보 2011-33457호 일본 특허공보 4795487호
용접 학회 전국 대회 강연 개요 제49집 P.108 (1991) 취성 균열 어레스트 설계 지침 재단 법인 일본 해사 협회 (2009)
그러나, 특허문헌 1 ∼ 3 의 시험편의 채취 방법은 시험편의 크기나, 용접을 행한 후에 다시 가공하는 것 등, 시험편의 제작이 번잡하여 그다지 간편한 방법이라고는 말하기 어렵다. 특허문헌 4 의 기술은 시험편 형상이 특수하기 때문에 범용성이 부족하다. 또, 비특허문헌 1 에 기재되어 있는, 판두께 위치의 인성값을 고려하여 구한 Kca 값에 의해서 대형 시험 결과를 추정하는 방법에서는, 확실히 양자에 어느 정도의 상관은 인정된다. 그러나, 전체적으로는 편차가 커서, 대형 시험 대신에 채용할 수 있을 정도로는 일치하지 않는 것이 현상황이다.
특허문헌 5 나 특허문헌 6 의 기술은, 후강판의 판두께 방향의 복수 위치로부터 시험편을 채취하여 시험을 행하는 것이 필요하기 때문에, 시험편의 채취가 번잡하여 그다지 간편한 방법이라고는 말하기 어렵다.
그래서, 본 발명은 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을 소형 시험으로 평가하는 간단한 수법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 특허문헌 5 에 기재된 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법을 사용하여, 판두께가 50 ㎜ 이상인 후육재의 ESSO 시험에 의한 취성 파괴 전파 정지 성능과 프레스 노치를 도입한 프레스 노치 샤르피 시험편 혹은 변형 샤르피 시험편 (이하, 변형 프레스 노치 샤르피 시험편으로 한다.) 에 의한 샤르피 충격 시험 결과의 상관에 대해서 더욱 검토하여, 이하의 지견을 새롭게 얻었다. 도 4 에, 검토에 사용한 판두께가 50 ㎜ 이상인 후육재의 ESSO 시험편 파면의 모식도를 나타낸다. 취성 균열은 판두께 방향 단면에서 전파 거동이 상이하고, 판두께 중앙부의 취성 균열 길이가 표면부 근방의 취성 균열 길이보다 짧고, 판두께 중앙부가 패인 오목부를 형성하고 있다. 또한, 판두께가 50 ㎜ 이상인 후육재의 ESSO 시험편 파면에는, 도 5 에 나타내는 바와 같이 판두께 중앙부는 볼록부이고, 판두께 중앙부를 사이에 둔 상하의 영역이 오목부를 형성하는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에 있어서 이것들은 대상으로 하지 않는다.
1. 취성 균열의 판두께 방향 단면에 있어서의 전파 거동이 상이한 경우 (도 4 에 나타내는, 판두께 중앙부에 비해서 표면부의 취성 균열이 길게 전파되는 경우) 여도, 판두께 중앙부의 취성 균열이 전파 정지하면 역학적으로 표면 부분의 동적 응력 확대 계수 (Dynamic stress intensity factor) 는 저하되고, 전파 정지되기 쉬운 상황이 되기 때문에, 판두께 중앙부의 취성 균열 전파 정지 성능이 강판 전체의 취성 균열 전파 정지 성능을 대표한다.
2. 강판의 판두께 중앙부 위치에서 채취한 시험편으로 행한 프레스 노치 샤르피 충격 시험에 있어서, 흡수 에너지가 20 J 내지 100 J (바람직하게는 25 J 내지 60 J) 를 나타내는 온도는 당해 강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 값과 양호한 상관을 나타낸다. 특히, 40 J 를 나타내는 온도 (℃) : pT40J 는 당해 강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 값과 매우 양호한 상관을 나타낸다.
3. 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 취성 파면율에는 상관이 있어, 2. 에 있어서 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 20 J 내지 100 J 를 나타내는 경우에는 취성 파면율이 50 ％ 내지 90 ％, 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 25 J 내지 60 J 를 나타내는 경우에는 취성 파면율이 60 ％ 내지 90 ％ 가 된다. 특히 40 J 를 나타내는 경우, 취성 파면율은 63 ％ 가 된다. 프레스 노치 샤르피 시험편의 취성 파면율이 50 ％ 내지 90 ％ 를 나타내는 온도 (℃) 는, 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 마찬가지로 취성 파괴 전파 정지 성능의 값과 양호한 상관을 나타낸다. 특히, 프레스 노치 샤르피 시험편의 취성 파면율이 63 ％ 를 나타내는 온도 (℃) : 63 ％ BATT (Brittle area transition temperature) 는 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 마찬가지로 취성 파괴 전파 정지 성능의 값과 매우 양호한 상관을 나타낸다.
4. 또, 후강판의 판두께 중앙부에서 채취한, 길이에 대해서 직각 방향이 되는 단면적을 통상적인 시험편보다 크게 100 ㎟ 초과로 한 변형 프레스 노치 샤르피 시험편에 있어서도, 파면 형태는 취성 파괴로부터 연성 파괴로 천이하고 있어, 취성 균열 전파 정지가 시험편 내에서 재현된다. 한편, 후강판의 표면 근방에서 채취한 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 파면 형태는 연성 파괴로부터 취성 파괴로 천이하는 것이 많이 존재하여, 취성 균열 전파 정지를 시험편 내에서 재현할 수 없다.
그리고 동일하게 강판의 판두께 중앙부 위치에서 채취한 시험판으로 행한 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험에 있어서도, 흡수 에너지가 20 J 내지 225 J 를 나타내는 온도는 당해 강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 값과 양호한 상관을 나타낸다. 그리고 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험에 있어서 흡수 에너지가 20 J 내지 225 J 를 나타내는 경우에는, 취성 파면율이 50 ％ 내지 90 ％ 가 된다.
5. 후강판의 판두께 중앙부 위치에서 채취한, 길이에 대해서 직각 방향이 되는 단면적 (사각형 단면적) 이 100 ㎟ 초과로 한 시험판으로 행한 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험에 있어서, 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 길이 직각 방향 단면이 가로세로 15 ㎜ 인 경우에는 흡수 에너지가 100 J 가 되는 온도 (pT100J 라고 한다), 가로세로 13 ㎜ 인 경우에는 68 J 를 나타내는 온도 (pT68J 라고 한다) 가 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 (℃) 가 되어, 당해 강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 값과 양호한 상관을 나타낸다.
6. 사각형 단면적이 100 ㎟ 초과로 한 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 경우, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 취성 파면율에는 상관이 있고, 길이 방향 직각 단면이 가로세로 15 ㎜ 인 경우의 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 100 J, 길이 방향 직각 단면이 가로세로 13 ㎜ 인 경우의 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 68 J 를 나타내는 경우의, 양방의 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 취성 파면율은 63 ％ 를 나타낸다. 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 취성 파면율이 63 ％ 를 나타내는 온도 (℃) : 63 ％ 파면 천이 온도 BATT 는, 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 마찬가지로 취성 파괴 전파 정지 성능의 값과 양호한 상관을 나타내기 때문에, 샤르피 흡수 에너지의 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 : pTE 대신에, 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가에 사용할 수 있다.
본 발명은 상기한 지견에 기초하여 더욱 검토하여 이루어진 것으로서, 그 요지는 다음과 같다.
[1] 50 ㎜ 이상의 후강판에 대해서, 그 판두께의 중심부 위치 (판두께의 40 ％ ∼ 60 ％ 위치) 에서 채취하고, 프레스 노치를 도입한 프레스 노치 샤르피 충격 시험편을 사용하여 프레스 노치 샤르피 충격 시험을 행하고, 시험편마다의 샤르피 충격 시험에서 얻어진 20 J ∼ 100 J 에너지 천이 온도 pTE 에 기초하여, 혹은 50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 BATT 에 기초하여 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
[2] 상기 에너지 천이 온도 pTE 혹은 파면 천이 온도 BATT 에 기초하여, 하기 식 (1-1) 에 따라서 산출되는 Tk 를 갖고, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 이 어느 값이 되는 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 [1] 에 기재된 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
Tk = a × (pTE or BATT) ＋ b … (1-1)
단, pTE : 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지의 20 ∼ 100 J 에너지 천이 온도 (℃). BATT : 50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 (℃). a, b 는 계수.
[3] 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을 소형 시험으로부터 추정하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법으로서, 상기 소형 시험은 채취 위치가 판두께 중심부 위치이고, 프레스 노치가 취성 균열의 전파 방향으로 도입된 프레스 노치 샤르피 충격 시험편에 의한 프레스 노치 샤르피 충격 시험으로, 상기 샤르피 충격 시험에서 구한 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도 (℃) : pT40J 에 기초하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
[4] 상기 pT40J 에 기초하여, 식 (1-2) 에 따라서 산출되는 Tk 를, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도로 하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 [3] 에 기재된 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
Tk = a × pT40J ＋ b … (1-2)
단, pT40J : 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도. a, b 는 계수.
[5] pT40J 대신에, 프레스 노치 샤르피 시험편의 취성 파면율이 63 ％ 를 나타내는 온도 : 63 ％ BATT 를 사용하는 것을 특징으로 하는 [3] 또는 [4] 에 기재된 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
[6] 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을 소형 시험으로부터 추정하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법으로서, 상기 소형 시험은 채취 위치가 판두께 중심부 위치이고, 프레스 노치가 취성 균열의 전파 방향으로 도입되고, 사각형 단면적이 100 ㎟ 초과의 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험편에 의한 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험으로, 상기 샤르피 충격 시험에서 구한 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지의 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 : pTE (℃) 에 기초하여, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
[7] 상기 pTE (℃) 에 기초하여, 식 (3) 에 따라서 산출되는 Tk (℃) 를, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 이 목표치가 되는 정지 온도로 하고, 상기 정지 온도와 상기 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 의 목표치가 설정된 설정 온도를 비교하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 [6] 에 기재된 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
Tk = a × pTE ＋ b … (3)
단, pTE : 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지의 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 (℃). a, b 는 계수.
[8] pTE (℃) 대신에, 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험편의 취성 파면율이 50 ∼ 90 ％ 인 파면 천이를 나타내는 50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 BATT (℃) 를 사용하는 것을 특징으로 하는 [6] 또는 [7] 에 기재된 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
본 발명에 의하면, 판두께 50 ㎜ 이상의 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을, ESSO 시험 등 대형의 취성 균열 전파 시험을 행하지 않고도, 통상적인 샤르피 충격 시험과 동일한 사이즈의 시험편을 사용하여, 판두께 채취 지점이 1 개 지점이고 간편하고 또한 양호한 정밀도로 평가할 수 있기 때문에 산업상 매우 유용하다.
도 1 은 프레스 노치 샤르피 시험편 혹은 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 채취 위치 (판두께가 50 ％ 의 예) 를 나타내는 도면이다.
도 2 의 (a) 는 프레스 노치 샤르피 시험편을 나타내는 도면이고, (b) 는 변형 프레스 노치 샤르피 시험편을 나타내는 도면이다.
도 3 은 사각형 단면적이 100 ㎟ 초과로 한 변형 프레스 노치 샤르피 시험편에 의한 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험으로서, 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지 (J) 와 취성 파면율 (％) 의 관계를 나타내는 도면이다 (변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 길이 직각 방향 단면이 가로세로 13 ㎜, 가로세로 15 ㎜ 인 경우).
도 4 는 판두께가 50 ㎜ 이상인 후육재의 ESSO 시험편 파면의 모식도이다.
도 5 는 판두께가 50 ㎜ 이상인 후육재의 ESSO 시험편의 다른 파면의 모식도이다.
도 6 은 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 취성 파면율의 관계를 나타내는 도면이다.
본 발명은 판두께가 50 ㎜ 이상이고, ESSO 시험편 파면이 도 4 의 모식도에 나타내는 형상이 되는 후강판을 대상으로 하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을, 프레스 노치 샤르피 시험 결과 혹은 변형 프레스 노치 샤르피 시험 결과를 사용하여 추정하는 평가 방법이다.
샤르피 시험은 채취 위치가 판두께 중심부 위치이고, 프레스 노치가 취성 균열의 전파 방향으로 도입된 프레스 노치 샤르피 시험편 혹은 변형 프레스 노치 샤르피 시험편을 사용하여 행하는 충격 시험으로 한다. 또한, 길이 직각 방향 단면적 (사각형 단면적) 이 100 ㎟ 초과인 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 경우, 100 ㎟ ∼ 225 ㎟ 의 시험편으로 한다. 채취 위치가 판두께 중심부 위치라는 것은, 프레스 노치 샤르피 시험 혹은 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 시험편 폭 중심이 강판 판두께의 40 ％ ∼ 60 ％ 위치에 맞추어 채취하는 것을 가리킨다. 도 1 은 판두께의 50 ％ 위치에 맞추어 채취한 경우의 모식도이다.
절결에 의한 노치가 아니고, 프레스에 의한 노치를 도입한 샤르피 시험편을 사용한 경우에, 샤르피 시험 결과가 취성 균열 전파 성능 시험의 결과와 양호한 상관을 나타내기 때문에 프레스 노치 샤르피 시험편으로 한다.
프레스 노치는 아래와 같이 도입하는 것이 바람직하다. 시험편 방향을 고려한 후, 시험편을 채취해야 할 소재를 분할·절단하고, 또한 외형 마무리 가공을 실시하여 얻어진 직방체상의 소(小) 강편에 대하여 절결부를 칼날형으로 압입한다. 본 발명은, 도 2 의 (a) 에 나타내는 바와 같이 본체의 치수를, 길이 방향을 55 ㎜, 길이 직각 방향 단면의 치수를 10 × 10 ㎜, 또는, 도 2 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 본체의 치수를, 길이 방향을 50 ∼ 60 ㎜, 길이 직각 방향 단면의 치수를 (10 ∼ 15) × (10 ∼ 15) ㎜ 로 한, 깊이 2 ㎜, 각도 45 도의 2 ㎜ V 절결이 되는 프레스 노치 샤르피 시험편 혹은 변형 프레스 노치 샤르피 시험편을 사용한다.
프레스 노치 샤르피 시험 혹은 변형 프레스 노치 샤르피 시험에서는, 얻어지는 시험 결과로부터 취성 파괴 발생 특성의 영향을 배제할 필요가 있다. 이를 위해서 시험 후의 프레스 노치 샤르피 시험 혹은 변형 프레스 노치 샤르피 시험편을 관찰하여, 취성 균열로부터 파괴가 발생되지 않은 시험편은 취성 균열 전파 정지 성능을 평가하지 않는다고 간주하여 시험 결과로부터 삭제한다. 취성 균열로부터 파괴가 발생된 시험편만으로 정리한 충격 시험 결과는, 취성 파괴 발생 특성의 영향을 배제하고, 취성 파괴 전파 정지 성능만을 반영한 것이 된다.
본 발명에서는 프레스 노치 샤르피 시험에서 얻어진 흡수 에너지가 20 J 내지 100 J 가 되는 20 J ∼ 100 J 에너지 천이 온도 (℃) : pTE 에 기초하여 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가한다. 특히 본 발명에서는 프레스 노치 샤르피 시험에서 얻어진 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도 : pT40J 에 기초하여 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가한다. 이하에, 취성 파괴 전파 정지 성능 Kca 값이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도의 추정으로 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 경우에 대해서 설명한다.
판두께 75 ㎜ 이하인 강판의 경우, -10 ℃ 에 있어서의 Kca 값이 6000 N/㎜1.5 이상이면, -10 ℃ 에 있어서 취성 균열이 정지된다 (비특허문헌 2). 프레스 노치 샤르피 시험을 행하여 얻어진 흡수 에너지가 20 J 내지 100 J 가 되는 20 J ∼ 100 J 에너지 천이 온도 : pTE (℃), 또는, 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 40 J 에너지 천이 온도 pT40J 로부터, Kca 값이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도를 구하고, 당해 온도가 -10 ℃ 보다 높은지 낮은지에 따라서 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가한다.
STEP 1
판두께가 50 ㎜ 이상인 후강판에 대하여, 그 판두께의 중심부 위치로부터 프레스 노치 샤르피 충격 시험편을 채취하고, 프레스 노치를 도입하고 나서, 여러 시험 온도에서 샤르피 충격 시험을 행한다. 프레스 노치의 도입 방향은, 균열이 전파되는 방향으로 채취해야 하기 때문에, ESSO 시험에 있어서의 노치 방향에 맞추어, 구체적으로는 압연 방향 혹은 압연 폭 방향으로 넣는다.
STEP 2
프레스 노치 샤르피 충격 시험의 결과로부터, 흡수 에너지가 20 J ∼ 100 J 가 되는 온도를 pTE, 또는, 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도를 pT40J 로 하고, 그 값을 (1-1) 식 또는 (1-2) 식에 대입하여 Tk* 를 구한다. 여기서 구해지는 Tk* 는, ESSO 시험에 의해서 측정되는, 취성 파괴 전파 정지 성능 Kca 값이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도 : Tk(6000) 와 매우 양호한 상관을 나타낸다. 상기와 같이 산출한 Tk* 로, 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가가 가능해진다.
Tk = a × (pTE or BATT) ＋ b … (1-1)
단, pTE : 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지의 20 ∼ 100 J 에너지 천이 온도 (℃). BATT : 50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 (℃). a, b 는 계수.
Tk = a × pT40J ＋ b … (1-2)
단, pT40J : 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도. a, b 는 계수.
취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하고자 하는 강판의 항복 강도가 360 ㎫ 클래스 이상인 경우, 0.4 ＜ a ＜ 1.5, 0 ＜ b ＜ 40 인 범위에서 양호한 상관이 얻어진다.
식 (1-2) 는 여러 시험편에 대해서 판두께 중심부의 pT40J 를 측정함과 함께, 이들 시험편과 공통되는 시험체에 대해서 ESSO 시험을 행하여 온도 : Tk(6000) 를 구하고, 이들 측정 결과를 정리하여, 판두께 중심부의 pT40J 와 온도 : Tk(6000) 의 상관을 구한 실험식이다.
프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 취성 파면율은 상관이 있는 것이 알려져 있다. 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 20 J 내지 100 J 를 나타내는 경우에는 취성 파면율이 50 ％ 내지 90 ％, 흡수 에너지가 25 J 내지 60 J 를 나타내는 경우에는 취성 파면율이 60 ％ 내지 90 ％ 가 된다. 특히, 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도에서는, 프레스 노치로부터 발생된 취성 균열이 강판의 특성에 의해서 정지되었다고 인식할 수 있는 파면율 (본 발명에서는 취성 파면율이 63 ％) 이 얻어진다.
도 6 에 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 취성 파면율의 관계를 나타낸다. 즉, 식 (1-1) 의 pTE (℃) 를 50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 BATT (℃) 로 치환해도 온도 : Tk(6000) (℃) 와 양호한 상관이 얻어진다.
취성 파면율이 63 ％ 를 나타내는 온도를 63 ％ BATT 로 규정할 경우, 63 ％ BATT 와 pT40J 는 대략 동일한 온도이다.
STEP 3
온도 : Tk(6000) 가 -10 ℃ 보다 낮을 경우, 취성 파괴 전파 정지 성능이 우수하다고 판정한다.
본 발명은, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 이 4000 N/㎜1.5 이나 8000 N/㎜1.5 등, 6000 N/㎜1.5 이외의 값을 취하는 경우에 대해서도 적용 가능하고, 각각 실험 결과로부터 상관 식을 유도함으로써 상기와 동일한 평가가 가능해진다.
취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하고자 하는 동일 강종의 후강판이 복수 장 있을 경우, 그 중의 한 장에 대하여 예비적으로 본 발명을 실시하여 당해 강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가해 두고, 다른 강판에 대해서는 시험 온도 pT40J 에 있어서의 프레스 노치 샤르피의 흡수 에너지 (J) 를 구하고, 다음 식에 의해서 -10 ℃ 에 있어서의 취성 균열 전파 정지 성능을 판정할 수 있다. (2) 식을 만족하는 강판의 경우, 취성 균열 전파 정지 성능이 우수하다.
pE ≥ 40 (J) … (2)
pE : 프레스 노치 샤르피의 흡수 에너지 (J)
다음으로, 본 발명에서는, 사각형 단면적이 100 ㎟ 초과로 한 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 경우, 변형 프레스 노치 샤르피 시험에서 얻어진 흡수 에너지가 20 ∼ 225 J 가 되는 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 (℃) : pTE 에 기초하여 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가한다. 이하에, 취성 파괴 전파 정지 성능 Kca 값이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도의 추정으로 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 경우에 대해서 설명한다.
판두께 75 ㎜ 이하인 강판의 경우, -10 ℃ 에 있어서의 Kca 값이 6000 N/㎜1.5 이상이면, -10 ℃ 에 있어서 취성 균열이 정지된다 (비특허문헌 2). 변형 프레스 노치 샤르피 시험편을 사용한 샤르피 시험을 행하여 얻어지는 흡수 에너지가 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 : pTE (℃) 를 사용하여, Kca 값이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도를 구하고, 당해 온도가 -10 ℃ 보다 높은지 낮은지에 따라서 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가한다.
STEP 1 :
판두께가 50 ㎜ 이상인 후강판에 대하여 그 판두께의 중심부 위치로부터 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험편을 채취하고, 프레스 노치를 도입하고 나서, 여러 시험 온도에서 샤르피 충격 시험을 행한다. 프레스 노치의 도입 방향은 균열이 전파되는 방향으로 채취해야 하기 때문에, ESSO 시험에 있어서의 노치 방향에 맞추어, 구체적으로는 압연 방향 혹은 압연 폭 방향으로 넣는다.
STEP 2
샤르피 충격 시험의 결과로부터, 흡수 에너지가 20 ∼ 225 J 가 되는 온도를 구하고, 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 : pTE (℃) 로 하고, 그 값을 (3) 식에 대입하여 Tk (℃) 를 구한다. 여기서 구해지는 Tk (℃) 는, ESSO 시험에 의해서 측정되는, 취성 파괴 전파 정지 성능 Kca 값이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도 : Tk(6000) (℃) 와 매우 양호한 상관을 나타낸다. 상기와 같이 산출한 Tk (℃) 로 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가가 가능해진다.
Tk = a × pTE ＋ b … (3)
단, pTE : 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 (변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 가로세로 15 ㎜ 인 경우에는 100 J, 가로세로 13 ㎜ 인 경우에는 68 J 를 나타내는 온도), a, b 는 계수.
취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하고자 하는 강판의 항복 강도가 360 ㎫ 클래스 이상인 경우, 0.4 ＜ a ＜ 1.5, 0 ＜ b ＜ 40 의 범위에서 양호한 상관이 얻어진다.
식 (3) 은, 여러 시험편에 대해서 판두께 중심부의 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 가로세로 15 ㎜ 인 경우에는 100 J, 가로세로 13 ㎜ 인 경우에는 68 J 를 나타내는 경우의 pTE (℃) 를 측정함과 함께, 이들 시험편과 공통되는 시험체에 대해서 ESSO 시험을 행하여 온도 : Tk(6000) (℃) 를 구하고, 이들 측정 결과를 정리하여, pTE (℃) 와 온도 : Tk(6000) (℃) 의 상관을 구한 실험식이다.
변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지와 취성 파면율은 상관이 있는 것이 알려져 있다. 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 가로세로 15 ㎜ 인 경우에는 100 J, 가로세로 13 ㎜ 인 경우에는 68 J 를 나타내는 온도에서는, 프레스 노치로부터 발생된 취성 균열이, 강판의 특성에 의해서 정지되었다고 인식할 수 있는 파면율 (본 발명에서는 취성 파면율이 63 ％) 이 얻어진다. 취성 파면율이 63 ％ 를 나타내는 온도를 63 ％ BATT (℃) 로 규정했을 경우, 63 ％ BATT (℃) 와, 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 가로세로 15 ㎜ 인 경우에는 100 J, 가로세로 13 ㎜ 인 경우에는 68 J 를 나타내는 온도는 대략 동일한 온도이고, 식 (3) 의 pTE (℃) 를 63 ％ BATT (50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 BATT) (℃) 로 치환해도 온도 : Tk(6000) (℃) 와 양호한 상관이 얻어진다.
STEP 3
온도 : Tk(6000) (℃) 가 -10 ℃ 보다 낮을 경우, 취성 파괴 전파 정지 성능이 우수하다고 판정한다.
본 발명은, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 이 4000 N/㎜1.5 이나 8000 N/㎜1.5 등, 6000 N/㎜1.5 이외의 값을 취하는 경우에 대해서도 적용 가능하고, 각각 실험 결과로부터 상관식을 유도함으로써 상기와 동일한 평가가 가능해진다.
취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하고자 하는 동일 강종의 후강판이 복수 장 있을 경우, 그 중의 한 장에 대하여 예비적으로 본 발명을 실시하고, 당해 강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가해 두고, 다른 강판에 대해서는 시험 온도 pTE 에 있어서의 변형 프레스 노치 샤르피 시험편의 흡수 에너지 (J) 를 구하고, 다음 식에 의해서 -10 ℃ 에 있어서의 취성 균열 전파 정지 성능을 판정하는 것이 가능하다. 가로세로 15 ㎜ 의 변형 프레스 노치 샤르피 시험편에서 시험 온도 pT100 (℃) 에서 (4) 식을 만족하는 강판의 경우, 취성 균열 전파 정지 성능이 우수하다.
pE ≥ 100 (J) … (4)
pE : 시험 온도 pTE (℃) 에 있어서의 변형 프레스 노치 샤르피의 흡수 에너지 (J)
실시예 1
판두께 50 ㎜ 이상의 후강판에 대해서, 판두께 중심부로부터 샤르피 충격 시험편 소재를 채취하고, 경강 (硬鋼) 으로 제작된 칼날형을 사용하여 그 시험편 소재에 변형 프레스 노치를 도입하고 샤르피 충격 시험에 제공하였다. 표 1 에 후강판의 성분 조성을, 표 2 에 제조 조건을 나타낸다. 또한, 프레스 노치 샤르피 충격 시험편의 사각형 단면적은 100 ㎟ (가로세로 10 ㎜) 로 하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
샤르피 충격 시험은 여러 온도에서 행하여 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도 : pT40J 를 구하였다. 프레스 노치 샤르피 충격 시험에서는, 시험 후에 프레스 노치 샤르피 충격 시험편을 관찰하여, 취성 균열로부터 파괴가 발생되지 않은 시험편은 취성 균열 전파 정지 성능을 평가하지 않은 것으로 간주하여 제외하고, 각 시험 온도에 있어서 취성 균열로부터 파괴가 발생된 시험편 5 개의 평균치를 취하였다. 그 후, 상기한 (1-2) 식에 pT40J 의 값을 대입하여 온도 Tk* 를 구하였다. 또 상기한 (1-2) 식에 pT40J 의 값 대신에 63 ％ BATT 를 대입하여 온도 Tk** 를 구하였다.
한편, 동일한 후강판에 대하여, 프레스 노치 샤르피 충격 시험과 아울러, 대형의 취성 균열 전파 시험으로서 ESSO 시험을 행하고, Kca 값이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도 : Tk 6000 을 구하였다. 표 3 에 Tk*, Tk** 및 Tk 6000 을 나타낸다. 비교예는 종래 예측에 사용되었던 V 노치 샤르피 시험편의 연성 취성 파면 천이 온도 vTrs 를 기초로 예측한 결과이다.
비교예에서는 예측 오차가 크고 오차가 30 ℃ 이상이다. 한편, 본 발명에서는 예측 오차가 모두 10 ℃ 이내로 정밀도가 매우 양호하여, 본 발명에 의한 취성 균열 전파 정지 성능의 평가 방법의 유용성이 확인되었다.
Figure pct00003
실시예 2
판두께 50 ㎜ 이상의 후강판에 대해서, 판두께 중심부로부터 샤르피 충격 시험편 소재를 채취하고, 경강으로 제작된 칼날형을 사용하여 그 시험편 소재에 변형 프레스 노치를 도입하고 샤르피 충격 시험에 제공하였다. 변형 프레스 노치 샤르피 시험편은 길이 방향 직각 단면이 가로세로 15 ㎜ 와 가로세로 13 ㎜ 를 제작하였다. 표 4 에 후강판의 성분 조성을, 표 5 에 제조 조건을 나타낸다.
Figure pct00004
Figure pct00005
샤르피 충격 시험은 여러 온도에서 행하고, 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 가로세로 15 ㎜ 는 100 J 를 나타내는 온도 : pT100 (℃), 가로세로 13 ㎜ 는 68 J 를 나타내는 온도 : pT68 (℃) 를 구하였다. 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험에서는, 시험 후에 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험편을 관찰하여, 취성 균열로부터 파괴가 발생되지 않은 시험편은 취성 균열 전파 정지 성능을 평가하지 않은 것으로 간주하여 제외하고, 각 시험 온도에 있어서 취성 균열로부터 파괴가 발생된 시험편 5 개의 평균치를 취하였다. 그 후, 상기한 (3) 식에 pT100 (℃) 또는 pT68 (℃) 의 값을 대입하여, 가로세로 15 ㎜ 와 가로세로 13 ㎜ 의 각각의 온도 Tk* (℃) 를 구하였다. 또, 취성 파면율로부터 구해지는 가로세로 15 ㎜ 와 가로세로 13 ㎜ 의 각각의 온도 Tk** 도 동일한 방법으로 구하였다.
한편, 동일한 후강판에 대하여, 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험과 아울러, 대형의 취성 균열 전파 시험으로서 ESSO 시험을 행하고, Kca 값이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도 : Tk 6000 (℃) 를 구하였다. 표 6, 7 에 Tk (℃) 및 Tk 6000 (℃) 를 나타낸다. 비교예는 종래 예측에 사용되었던 V 노치 샤르피 시험편의 연성 취성 파면 천이 온도 vTrs 를 기초로 예측한 결과이다.
비교예에서는 예측 오차가 크고 오차가 30 ℃ 이상이다. 한편, 본 발명에서는 예측 오차가 모두 10 ℃ 이내로 정밀도가 매우 양호하여, 본 발명에 의한 취성 균열 전파 정지 성능의 평가 방법의 유용성이 확인되었다.
Figure pct00006
Figure pct00007
1 : 프레스 노치 샤르피 시험편 혹은 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험편
2 : 2 ㎜ V 프레스 노치

Claims (8)

  1. 50 ㎜ 이상의 후강판에 대해서, 그 판두께의 중심부 위치 (판두께의 40 ％ ∼ 60 ％ 위치) 에서 채취하고, 프레스 노치를 도입한 프레스 노치 샤르피 충격 시험편을 사용하여 프레스 노치 샤르피 충격 시험을 행하고, 시험편마다의 샤르피 충격 시험에서 얻어진 20 J ∼ 100 J 에너지 천이 온도 pTE 에 기초하여, 혹은 50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 BATT 에 기초하여 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 천이 온도 pTE 혹은 파면 천이 온도 BATT 에 기초하여, 하기 식 (1-1) 에 따라서 산출되는 Tk 를 갖고, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 이 어느 값이 되는 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법:
    Tk = a × (pTE or BATT) ＋ b … (1-1)
    단, pTE : 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지의 20 ∼ 100 J 에너지 천이 온도 (℃); BATT : 50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 (℃); a, b 는 계수.
  3. 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을, 소형 시험으로부터 추정하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법으로서, 상기 소형 시험은 채취 위치가 판두께 중심부 위치이고, 프레스 노치가 취성 균열의 전파 방향으로 도입된 프레스 노치 샤르피 충격 시험편에 의한 프레스 노치 샤르피 충격 시험으로, 상기 샤르피 충격 시험에서 구한 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도 (℃) : pT40J 에 기초하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 pT40J 에 기초하여, 식 (1-2) 에 따라서 산출되는 Tk 를, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 이 6000 N/㎜1.5 가 되는 온도로 하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법:
    Tk = a × pT40J ＋ b … (1-2)
    단, pT40J : 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지가 40 J 를 나타내는 온도; a, b 는 계수.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    pT40J 대신에, 프레스 노치 샤르피 시험편의 취성 파면율이 63 ％ 를 나타내는 온도 : 63 ％ BATT 를 사용하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
  6. 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능을, 소형 시험으로부터 추정하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법으로서, 상기 소형 시험은 채취 위치가 판두께 중심부 위치이고, 프레스 노치가 취성 균열의 전파 방향으로 도입되고, 사각형 단면적이 100 ㎟ 초과의 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험편에 의한 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험으로, 상기 샤르피 충격 시험에서 구한 샤르피 흡수 에너지의 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 : pTE (℃) 에 기초하여, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 pTE (℃) 에 기초하여, 식 (3) 에 따라서 산출되는 Tk (℃) 를, 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 이 목표치가 되는 정지 온도로 하고, 상기 정지 온도와 상기 취성 파괴 전파 정지 성능 (Kca 값) 의 목표치가 설정된 설정 온도를 비교하여, 취성 파괴 전파 정지 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법:
    Tk = a × pTE ＋ b … (3)
    단, pTE : 변형 프레스 노치 샤르피 흡수 에너지의 20 ∼ 225 J 에너지 천이 온도 (℃); a, b 는 계수.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    pTE (℃) 대신에, 변형 프레스 노치 샤르피 충격 시험편의 취성 파면율이 50 ∼ 90 ％ 인 파면 천이를 나타내는 50 ∼ 90 ％ 의 파면 천이 온도 BATT (℃) 를 사용하는 것을 특징으로 하는 후강판의 취성 파괴 전파 정지 성능의 평가 방법.
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