KR20220093558A - 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법 - Google Patents

강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대형 취성 파괴 시험을 소형화하여 대체할 수 있는 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법에 관한 것으로서, 길이 방향으로 길게 막대 형상으로 형성되고, 일면에 노치부를 포함하는 돌출부가 길게 연장되게 형성되는 시편을 준비하는 시편 준비 단계 및 상기 시편을 소정의 온도로 냉각한 후, 소정의 낙하 에너지로 충격력을 가하여, 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인하는 시편 시험 단계를 포함하고, 상기 시편 시험 단계는, 상기 시편을 소정의 냉각 온도로 냉각시키는 시편 냉각 단계와, 상기 시편에 소정의 낙하 에너지로 충격력을 가하는 시편 충격 단계와, 상기 충격력이 가해진 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인하는 시편 파괴 확인 단계 및 서로 다른 냉각 온도 조건으로 상기 시편을 냉각시키는 복수의 상기 시편 냉각 단계들과 서로 다른 낙하 에너지 조건으로 상기 시편에 충격력을 가하는 복수의 상기 시편 충격 단계들 간의 조합으로 복수회 시험을 실시하여, 각 조건 조합의 상기 시편 파괴 확인 단계의 결과를 토대로 각 냉각 온도 조건에서 상기 시편이 취성 파괴되는 에너지를 산출하고, 이를 아레니우스조사구(Arrhenius plot)로 산출하는 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계를 포함할 수 있다.

Description

강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법{Brittle-fracturearrest property test method of steel}
본 발명은 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법에 관한 것으로서, 대형 취성 파괴 시험을 소형화하여 대체할 수 있는 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법에 관한 것이다.
해상 운송에 의한 물동량이 증가하면서 대형 컨테이너선의 건조가 증가되고 있으며, 컨테이너선의 대형화로 선체 상부의 해치 입구 주위에 설치된 격벽인 해치 코밍(Hatch coaming)에 적용되는 강재는 고강도화 및 후물화되고 있다. 고강도의 후물재를 사용함에 따라 취성 파괴에 대한 연구가 진행되어 선체의 해치 코밍부에 생성되는 취성 파괴는 강재를 따라 완전 파괴가 될 수 있다는 결론으로 이어졌으며, 이에 따라, 선급은 취성 파괴 정지 능력을 가지는 강재를 해치 코밍에 적용하도록 선급 규격을 개정하였으며, 선체 설계와 강재에 적용되고 있다.
이러한, 취성 파괴 정지 능력을 가지는 강재(BCA 보증강, Brittle Crack Arrest)를 생산 및 공급하기 위해, 매 생산제품마다 BCA특성을 평가하도록 선급을 규격화하였으며, 일반적으로, 강재의 취성 파괴 정지특성을 평가하기 위한 시험법으로 에쏘(ESSO) 시험법이 이용되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 에쏘 시험법을 이용한 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법은, 3,000톤 이상의 대형 인장 설비와 함께 대형(500X500X전두께)의 시편을 필요로 하는 시험법으로, 1회 시험에 소요되는 비용과 시간의 소모가 많아 강재의 생산 공장에서 매 생산제품 마다 시험하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 소형의 장비로 강재의 취성 파괴 정지특성을 신뢰성 있게 시험할 수 있는 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법이 제공된다. 상기 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법은, 길이 방향으로 길게 막대 형상으로 형성되고, 일면에 노치부를 포함하는 돌출부가 길게 연장되게 형성되는 시편을 준비하는 시편 준비 단계; 및 상기 시편을 소정의 온도로 냉각한 후, 소정의 낙하 에너지로 충격력을 가하여, 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인하는 시편 시험 단계;를 포함하고, 상기 시편 시험 단계는, 상기 시편을 소정의 냉각 온도로 냉각시키는 시편 냉각 단계; 상기 시편에 소정의 낙하 에너지로 충격력을 가하는 시편 충격 단계; 상기 충격력이 가해진 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인하는 시편 파괴 확인 단계; 및 서로 다른 냉각 온도 조건으로 상기 시편을 냉각시키는 복수의 상기 시편 냉각 단계들과 서로 다른 낙하 에너지 조건으로 상기 시편에 충격력을 가하는 복수의 상기 시편 충격 단계들 간의 조합으로 복수회 시험을 실시하여, 각 조건 조합의 상기 시편 파괴 확인 단계의 결과를 토대로 각 냉각 온도 조건에서 상기 시편이 취성 파괴되는 에너지를 산출하고, 이를 아레니우스조사구(Arrhenius plot)로 산출하는 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시편 냉각 단계는, 상기 시편을 제 1 온도로 냉각시키는 제 1 냉각 단계; 및 상기 시편을 상기 제 1 온도와 다른 제 2 온도로 냉각시키는 제 2 냉각 단계;를 포함하고, 상기 시편 충격 단계는, 상기 시편에 제 1 에너지로 충격력을 가하는 제 1 충격 단계; 및 상기 시편에 상기 제 1 에너지와 다른 제 2 에너지로 충격력을 가하는 제 2 충격 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시편 파괴 확인 단계는, 상기 제 1 냉각 단계 및 상기 제 2 냉각 단계와, 상기 제 1 충격 단계 및 상기 제 2 충격 단계 간의 조합별로 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시편 냉각 단계는, 상기 시편을 상기 1 온도 및 상기 제 2 온도와 다른 제 3 온도로 냉각시키는 제 3 냉각 단계;를 더 포함하고, 상기 시편 충격 단계는, 상기 시편에 상기 제 1 에너지 및 상기 제 2 에너지와 다른 제 3 에너지로 충격력을 가하는 제 3 충격 단계;를 더 포함하고, 상기 시편 파괴 확인 단계는, 상기 제 1 냉각 단계 내지 상기 제 3 냉각 단계와, 상기 제 1 충격 단계 내지 상기 제 3 충격 단계 간의 조합별로 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시편 준비 단계는, 시험 대상 강재에서 서로 다른 두께를 가지는 복수개의 시편을 채취하고, 상기 시편 시험 단계는, 두께가 다른 상기 복수개의 시편별로 복수의 상기 시편 냉각 단계와 복수의 상기 시편 충격 단계의 조합들의 시험을 반복적으로 실시하고, 각 조합별로 상기 시편 파괴 확인 단계를 복수회 실시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계는, 복수의 상기 시편 파괴 확인 단계의 결과를 토대로 서로 다른 두께의 상기 시편에 대해 각 냉각 온도 조건에서 상기 시편이 취성 파괴되는 에너지와의 관계에 의거하여, 이를 종축(Y축)을 취성 파괴 정지 능력의 대수로 하고, 횡축(X축)을 냉각 온도의 역수로 채용한 직선관계의 선도를 가지는 상기 아레니우스조사구로 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시편 시험 단계에서, 상기 시편 충격 단계는, 상기 돌출부가 하방을 향하도록 상기 시편의 길이 방향의 양단부를 안착부에 안착시키는 안착 단계; 및 소정 중량의 충격체를 상기 시편의 상방에서 소정의 높이로 자유 낙하시켜 상기 시편에 충격력을 가하는 타격 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시편 준비 단계는, 시험 대상 강재에서 상기 시편을 채취하는 시편 채취 단계; 상기 시편의 일면에 상기 시편의 길이 방향으로 길게 연장되게 형성되는 상기 돌출부를 형성하는 돌출부 형성 단계; 및 상기 돌출부에 상기 돌출부의 길이 방향과 수직한 방향으로 상기 노치부를 형성하는 노치 형성 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시편 채취 단계는, 상기 시험 대상 강재의 두께 방향을 기준으로 상기 시험 대상 강재의 중간부에서 상기 시편을 채취할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 돌출부 형성 단계에서, 상기 돌출부는, 상기 시편의 상기 시험 대상 강재의 상기 두께 방향과 평행한 일면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 돌출부 형성 단계에서, 상기 돌출부는, 상기 시편의 일면을 상기 시편의 길이 방향을 따라 용접하여 생긴 비드(Bead)에 의해 형성되고, 상기 노치 형성 단계에서, 상기 노치부는, 상기 비드의 적어도 일부분을 상기 비드의 길이 방향과 수직한 방향으로 “V”자 형상의 단면으로 오목하게 절삭 가공하여 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 BCA특성을 평가하기 위해 수행해야했던 대형 취성 파괴 시험을 통하지 않고, 소형의 장비로 강재의 취성 파괴 정지특성을 간소하고 신뢰성있게 시험할 수 있다. 이와 같이, 소형화 및 간소화된 시험법을 통해 종래의 대형 취성 파괴 시험과 비교하여 동일한 시간 내에 다양한 강재에 대해 평가를 진행할 수 있으며, 생산 제품에 대한 BCA특성 평가를 보다 손쉽게 수행할 수 있는 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 시편 준비 단계의 각 공정을 개략적으로 나타내는 개략도들이다.
도 6은 도 1의 시편 시험 단계의 시편 충격 단계를 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 시편 충격 단계의 각 공정을 개략적으로 나타내는 개략도들이다.
도 10 및 도 11은 도 1의 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법에서 복수의 시편과 복수의 시편 냉각 단계 및 복수의 시편 충격 단계를 조합한 실험예들을 나타내는 조합도들이다.
도 12는 도 10의 실험예들로 산출된 평가 결과를 나타내는 그래프 및 표이다.
도 13은 도 12의 평가 결과를 아레니우스조사구로 산출하여 선도로 나타낸 그래프이다.
도 14는 종래의 대형 취성 파괴 시험 결과를 선도로 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법을 순서대로 나타내는 순서도이고, 도 2 내지 도 5는 도 1의 시편 준비 단계(S100)의 각 공정을 개략적으로 나타내는 개략도들이다. 또한, 도 6은 도 1의 시편 시험 단계(S200)의 시편 충격 단계(S220)를 순서대로 나타내는 순서도이고, 도 7 내지 도 9는 도 6의 시편 충격 단계(S220)의 각 공정을 개략적으로 나타내는 개략도들이다. 그리고, 도 10 및 도 11은 도 1의 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법에서 복수의 시편과 복수의 시편 냉각 단계 및 복수의 시편 충격 단계를 조합한 실험예들을 나타내는 조합도들이고, 도 12는 도 10의 실험예들로 산출된 평가 결과를 나타내는 그래프 및 표이며, 도 13은 도 12의 평가 결과를 아레니우스조사구로 산출하여 선도로 나타낸 그래프이다. 또한, 도 14는 종래의 대형 취성 파괴 시험 결과를 선도로 나타낸 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법은, 크게, 시편 준비 단계(S100) 및 시편 시험 단계(S200)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시편 준비 단계(S100)는, 길이 방향으로 길게 막대 형상으로 형성되고, 일면에 노치부(N)를 포함하는 돌출부(110)가 길게 연장되게 형성되는 시편(100)을 준비하는 단계로서, 시편 채취 단계(S110)와, 돌출부 형성 단계(S120) 및 노치 형성 단계(S130) 순으로 진행될 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 시편 채취 단계(S110)에서, 대형의 시험 대상 강재(S)로부터 시편(100)을 채취할 수 있다. 더욱 구체적으로, 시편 채취 단계(S110)는, 시험 대상 강재(S)의 두께 방향(T)을 기준으로 시험 대상 강재(S)의 중간부에서 시편(100)을 채취할 수 있다.
이러한, 시편(100)의 채취는, 시험 대상 강재(S)를 절삭 가공과 같은 기계적 가공을 통해서 이루어질 수 있으며, 이때, 시편(100)은, 직육면체 형상으로 형성되는 대형의 시험 대상 강재(S)의 두께 방향(T)을 기준으로 일면과 그와 대향되는 타면, 즉, 시험 대상 강재(S)의 상면과 하면의 중간지점을 포함하도록 채취될 수 있다. 상술한 바와 같이, 채취되는 시편(100) 또한 시험 대상 강재(S)와 같은 직육면체 형상일 수 있다.
일반적으로, 시험 대상 강재(S)로 쓰이는 압연 강재는, 그 가장자리부에 비해 내부가, 즉 두께 방향(T)의 중간부분이 압연력의 영향을 적게 받거나, 보다 느리게 냉각되는 등으로 인해 덜 단련되어 인성이 상대적으로 취약할 수 있다. 취성 파괴는 인성이 클수록 적게 발생되므로 상술한 바와 같이 인성이 상대적으로 약한 시험 대상 강재(S)의 중간부분에서 시편(100)을 채취하여 충격력을 가하면 취성 파괴가 보다 작은 에너지로 개시될 수 있어, 시험 대상 강재(S) 자체를, 즉, 시험 대상 강재(S)의 전 두께에 걸쳐 인장력을 작용시키지 않고도, 보다 소형의 설비로 강재의 취성 파괴 정지특성에 관한 데이터를 보다 용이하고 신뢰성있게 획득할 수 있다.
이와 같이, 시편(100)이 시험 대상 강재(S)의 두께 방향(T)을 기준으로 시험 대상 강재(S)의 중간부에서 채취됨으로써, 시험 대상 강재(S)를 종래의 대형 취성 파괴 시험으로 시험하는 것과 유사한 조건을 가지도록 할 수 있다. 이때, 시편(100)은, 시험 대상 강재(S)의 길이 방향(L) 및 폭 방향(W) 기준으로도 중간부에서 채취되는 것이 가장 바람직할 수 있으나, 시험 대상 강재(S)의 두께 방향(T)을 기준으로 중간부에서 채취하는 조건에만 만족한다면, 길이 방향(L) 및 폭 방향(W) 기준으로의 채취 위치는 무방할 수 있다.
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 돌출부 형성 단계(S120)에서, 시편(100)의 일면에 시편(100)의 길이 방향(l)으로 길게 연장되게 형성되는 돌출부(110)를 형성할 수 있다.
예컨대, 돌출부 형성 단계(S120)에서, 돌출부(110)는, 시편(100)의 시험 대상 강재(S)의 두께 방향(T)과 평행한 일면에 형성될 수 있다. 또한, 돌출부(110)는, 시편(100)의 일면을 시편(100)의 길이 방향(l)을 따라 용접하여 생긴 비드(Bead)에 의해 형성할 수 있다.
그러나, 돌출부(110)의 형성 방법은 반드시 도 3에 국한되지 않고, 돌출부(110)를 별도로 시험 대상 강재(S)로부터 채취하여 시편(100)의 일면에 용접으로 접합하거나, 시편(100)의 채취 시 돌출부(110)의 높이를 감안한 크기로 채취하여 시편(100)의 일면을 절삭 가공함으로써 형성할 수도 있다.
이어서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 노치 형성 단계(S130)에서 시편(100)의 돌출부(110)에 돌출부(110)의 길이 방향과 수직한 방향으로 노치부(N)를 형성할 수 있다.
예컨대, 노치 형성 단계(S130)에서, 노치부(N)는, 돌출부(110)의 적어도 일부분을 돌출부(110)의 길이 방향과 수직한 방향으로 “V”자 형상의 단면으로 오목하게 절삭 가공하여 형성될 수 있다.
이러한, 돌출부 형성 단계(S120) 및 노치 형성 단계(S130)를 통해 형성되는 돌출부(110)는, 직육면체 형상을 가지는 시편(100)의 일면에서 시편(100)의 길이 방향(l) 및 시편(100)의 폭 방향(w)을 기준으로 중간부분에 위치할 수 있으며, 노치부(N)는, 돌출부(110)의 길이 방향을 기준으로 돌출부(110)에 중간부분에 형성될 수 있다.
이에 따라, 후술될 시편 시험 단계(S200)에서 시편(100)에 충격력이 가해지면 노치부(N)를 중심으로 균열이 발생된 후, 시편(100)의 폭 방향(w) 및 두께 방향(t)으로 전파되도록 유도할 수 있다. 따라서, 시편(100)의 시험 시, 임의의 위치에서 균열이 발생되거나, 임의의 형태로 균열이 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 같이, 시편(100)에 돌출부(110)와 노치부(N)를 형성함으로써, 시편(100)의 중간부분을 기준으로 균열이 일정한 위치에 발생하고, 시편(100)의 폭 방향(w)으로 대칭되게 균열의 전파가 이루어지게 되므로, 매시험 마다 시편(100)의 서로 다른 위치에서 균열이 발생되거나, 서로 다른 형태로 균열이 전파되는 것을 방지하여, 취성 파괴 정지특성 시험의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 돌출부(110)가 시험 대상 강재(S)의 두께 방향(T)과 평행한 시편(100)의 일면에 형성됨으로써, 시편(100)에서 시험 대상 강재(S)의 두께 방향(T)과 평행한 방향으로 균열이 전파되도록 유도되어, 개시된 균열의 전파를 정지시키기 위한 시험 대상 강재(S)의 저항(Arrest) 인성에 대한 데이터를 더욱 신뢰성있게 획득할 수 있다.
이와 같이, 시편 준비 단계(S100)를 통해 시편(100)의 준비가 완료되면, 도 1에 도시된 바와 같이, 시편 시험 단계(S200)를 통해, 시편(100)을 소정의 온도로 냉각한 후, 소정의 낙하 에너지로 충격력을 가하여, 시편(100)의 취성 파괴 여부를 확인할 수 있다.
이러한, 시편 시험 단계(S200)는, 크게, 시편 냉각 단계(S210)와, 시편 충격 단계(S220) 및 시편 파괴 확인 단계(S230) 순으로 진행될 수 있다.
먼저, 시편 시험 단계(S200)는, 시편 냉각 단계(S210)에서, 시편(100)을 소정의 냉각 온도로 냉각시킬 수 있다. 예컨대, 시편 냉각 단계(S210)를 통해, 시편 준비 단계(S100)에서 준비된 시편(100)을 소정의 냉각 온도로 냉각시킬 수 있다. 시편 냉각 단계(S210)는, 액체질소에 의해 소정의 냉각 온도로 분위기가 형성된 챔버의 내부에 시편(100)을 인입시키고, 이를 소정 시간 동안 유지함으로써, 시편(100)을 소정의 냉각 온도로 냉각시킬 수 있다.
이어서, 시편 충격 단계(S220)에서 시편(100)에 소정의 낙하 에너지로 충격력을 가한 후, 시편 파괴 확인 단계(S230)에서 충격력이 가해진 시편(100)의 취성 파괴 여부를 확인할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 시편 충격 단계(S220)은, 안착 단계(S221) 및 타격 단계(S222)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 안착 단계(S221)에서, 충격 시험 장치(200)의 안착부(210)에 시편(100)을 안착시킬 수 있다. 이때, 시편(100)은, 돌출부(110)가 하방을 향하도록 시편(100)의 길이 방향의 양단부를 안착부(210)의 상면에 안착시킬 수 있다. 또한, 시편(100)에 충격력을 가할 수 있도록 소정 중량의 충격체(220)를 시편(100)의 상방에서 소정의 높이(h)로 위치시킬 수 있다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 타격 단계(S222)에서 소정 중량의 충격체(220)를 시편(100)의 상방에서 소정의 높이(h)로 자유 낙하시켜 충격체(220)가 시편(100)과 충돌되도록 함으로써, 시편(100)에 충격력을 가할 수 있다. 이때, 충격체(220)의 중간 부분에 충격 집중부(230)가 돌출되도록 형성되어, 충격 집중부(230)가 시편(100)의 노치부(N)가 형성된 위치와 대응된 위치를 타격함으로써, 충격체(220)가 가하는 충격력이 시편(100)의 노치부(N)가 형성된 위치와 대응된 위치로 집중되도록 유도할 수 있다.
상술한 시편 충격 단계(S220)를 실시한 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 시편 파괴 확인 단계(S230)를 통해, 충격력이 가해진 시편(100)의 취성 파괴 여부를 확인할 수 있다.
이러한, 시편 파괴 확인 단계(S230)에서, 시편(100)의 서로 다른 냉각 온도 별로 서로 다른 낙하 에너지로 충격력을 가하면서 시편(100)의 취성 파괴 여부를 확인할 수 있도록, 서로 다른 냉각 온도로 시편(100)을 냉각시키는 복수의 시편 냉각 단계(S210)와 서로 다른 낙하 에너지로 시편(100)에 충격력을 가하는 복수의 시편 충격 단계(S220)의 조합별로 시편(100)의 취성 파괴 여부를 확인할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 시편 준비 단계(S100)에서, 시험 대상 강재(S)로부터 서로 다른 두께를 가지는 복수개의 시편(100)을 채취하고, 시편 시험 단계(S200)에서, 두께가 다른 복수개의 시편(100)별로 시편 냉각 단계(S210)와 시편 충격 단계(S220)의 조합을 반복적으로 실시하고, 각 조합별로 상기 시편 파괴 확인 단계(S230)를 실시할 수 있다.
이러한, 시험의 조합은 후술될 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계(S240)에서 아레니우스조사구(Arrhenius plot)를 산출할 수 있도록 적어도 3개의 시편(100)에 대해 적어도 3가지의 냉각 온도 조건과 적어도 3가지의 충격력 조건을 조합하여 이루어질 수 있다.
예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 시편 준비 단계(S100)에서 서로 두께가 다른 제 1 시편과 제 2 시편 및 제 3 시편을 각각 복수개 준비하고, 시편 시험 단계(S200)는, 각각의 두께가 다른 상기 제 1 시편과 상기 제 2 시편 및 상기 제 3 시편에 대해, 시편(100)을 제 1 온도로 냉각시키는 제 1 냉각 단계와, 시편(100)을 상기 제 1 온도와 다른 제 2 온도로 냉각시키는 제 2 냉각 단계 및 시편(100)을 상기 1 온도 및 상기 제 2 온도와 다른 제 3 온도로 냉각시키는 제 3 냉각 단계를 포함하는 시편 냉각 단계(S210)와, 시편(100)에 제 1 에너지로 충격력을 가하는 제 1 충격 단계와, 시편(100)에 상기 제 1 에너지와 다른 제 2 에너지로 충격력을 가하는 제 2 충격 단계 및 시편(100)에 상기 제 1 에너지 및 상기 제 2 에너지와 다른 제 3 에너지로 충격력을 가하는 제 3 충격 단계를 포함하는 시편 충격 단계(S220)의 조합으로 복수회 이루어질 수 있다.
상술한 조합과 같은 시험을 통해, 시편 파괴 확인 단계(S230)에서, 상기 제 1 냉각 단계 내지 상기 제 3 냉각 단계와, 상기 제 1 충격 단계 내지 상기 제 3 충격 단계 간의 조합별로 상기 시편(100)의 취성 파괴 여부를 확인할 수 있다.
이러한, 시험의 조합은 각각 3가지 조건의 시편 냉각 단계(S210)와 시편 충격 단계(S220)의 조합으로 이루어지는 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 도 11에 도시된 바와 같이, 적어도 3개 이상인 n가지 조건의 시편 냉각 단계(S210)와 시편 충격 단계(S220)의 조합으로 이루어질 수도 있다.
이에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이, 시편 파괴 확인 단계(S230)에서, 시편 냉각 단계(S210)와 시편 충격 단계(S220)의 조합별로 상기 시편(100)의 취성 파괴 여부를 확인하여, 각 시편에 대해 각 냉각 온도에서 시편이 취성 파괴되는 에너지를 산출할 수 있다.
이어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계(S240)를 통해, 시편 파괴 확인 단계(S230)의 결과를 토대로 서로 다른 두께의 시편(100)에 대해 각각의 냉각 온도에서 시편(100)이 취성 파괴되는 에너지를 산출한 결과를 아레니우스조사구(Arrhenius plot)로 산출할 수 있다.
예컨대, 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계(S240)는, 두께가 다른 시편(100)별로 각 냉각 온도에서 시편(100)이 취성 파괴되는 에너지와의 관계에 의거하여, 아레니우스조사구로 종축(Y축)을 취성 파괴 정지 능력의 대수로 하고, 횡축(X축)을 온도의 역수로 채용한 직선관계의 선도(아레니우스 플롯도)를 산출할 수 있다.
이와 같이, 산출된 선도는, 도 14에 도시된, 종래의 대형 취성 파괴 시험인 에쏘(ESSO) 시험 결과와 동일한 경향의 선도를 보임으로서, 종래의 대형 취성 파괴 시험을 대신하여 그 신뢰성을 가질 수 있는 것으로 확인이 되었다.
따라서, 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계(S240)를 통해 취성 파괴 정지 능력-온도 선도를 강재의 생산 시 사전에 산출함으로써, 임의의 온도에서 강재의 취성 파괴 정지 능력을 용이하게 구할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법에 따르면, 종래의 BCA특성을 평가하기 위해 수행해야했던 대형 취성 파괴 시험을 통하지 않고, 소형의 장비로 강재의 취성 파괴 정지특성을 간소하고 신뢰성있게 시험할 수 있다. 따라서, 소형화 및 간소화된 시험법을 통해 종래의 대형 취성 파괴 시험과 비교하여 동일한 시간 내에 다양한 강재에 대해 평가를 진행할 수 있으며, 생산 제품에 대한 BCA특성 평가를 보다 손쉽게 수행할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 시편
110: 돌출부
200: 충격 시험 장치
210: 안착부
220: 충격체
230: 충격 집중부
N: 노치부
S: 시험 대상 강재

Claims (11)

  1. 길이 방향으로 길게 막대 형상으로 형성되고, 일면에 노치부를 포함하는 돌출부가 길게 연장되게 형성되는 시편을 준비하는 시편 준비 단계; 및
    상기 시편을 소정의 온도로 냉각한 후, 소정의 낙하 에너지로 충격력을 가하여, 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인하는 시편 시험 단계;를 포함하고,
    상기 시편 시험 단계는,
    상기 시편을 소정의 냉각 온도로 냉각시키는 시편 냉각 단계;
    상기 시편에 소정의 낙하 에너지로 충격력을 가하는 시편 충격 단계;
    상기 충격력이 가해진 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인하는 시편 파괴 확인 단계; 및
    서로 다른 냉각 온도 조건으로 상기 시편을 냉각시키는 복수의 상기 시편 냉각 단계들과 서로 다른 낙하 에너지 조건으로 상기 시편에 충격력을 가하는 복수의 상기 시편 충격 단계들 간의 조합으로 복수회 시험을 실시하여, 각 조건 조합의 상기 시편 파괴 확인 단계의 결과를 토대로 각 냉각 온도 조건에서 상기 시편이 취성 파괴되는 에너지를 산출하고, 이를 아레니우스조사구(Arrhenius plot)로 산출하는 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계;
    를 포함하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편 냉각 단계는,
    상기 시편을 제 1 온도로 냉각시키는 제 1 냉각 단계; 및
    상기 시편을 상기 제 1 온도와 다른 제 2 온도로 냉각시키는 제 2 냉각 단계;를 포함하고,
    상기 시편 충격 단계는,
    상기 시편에 제 1 에너지로 충격력을 가하는 제 1 충격 단계; 및
    상기 시편에 상기 제 1 에너지와 다른 제 2 에너지로 충격력을 가하는 제 2 충격 단계;를 포함하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시편 파괴 확인 단계는,
    상기 제 1 냉각 단계 및 상기 제 2 냉각 단계와, 상기 제 1 충격 단계 및 상기 제 2 충격 단계 간의 조합별로 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시편 냉각 단계는,
    상기 시편을 상기 1 온도 및 상기 제 2 온도와 다른 제 3 온도로 냉각시키는 제 3 냉각 단계;를 더 포함하고,
    상기 시편 충격 단계는,
    상기 시편에 상기 제 1 에너지 및 상기 제 2 에너지와 다른 제 3 에너지로 충격력을 가하는 제 3 충격 단계;를 더 포함하고,
    상기 시편 파괴 확인 단계는,
    상기 제 1 냉각 단계 내지 상기 제 3 냉각 단계와, 상기 제 1 충격 단계 내지 상기 제 3 충격 단계 간의 조합별로 상기 시편의 취성 파괴 여부를 확인하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시편 준비 단계는,
    시험 대상 강재에서 서로 다른 두께를 가지는 복수개의 시편을 채취하고,
    상기 시편 시험 단계는,
    두께가 다른 상기 복수개의 시편별로 복수의 상기 시편 냉각 단계와 복수의 상기 시편 충격 단계의 조합들의 시험을 반복적으로 실시하고, 각 조합별로 상기 시편 파괴 확인 단계를 복수회 실시하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 취성 파괴 정지능력 선도 도출 단계는,
    복수의 상기 시편 파괴 확인 단계의 결과를 토대로 서로 다른 두께의 상기 시편에 대해 각 냉각 온도 조건에서 상기 시편이 취성 파괴되는 에너지와의 관계에 의거하여, 이를 종축(Y축)을 취성 파괴 정지 능력의 대수로 하고, 횡축(X축)을 냉각 온도의 역수로 채용한 직선관계의 선도를 가지는 상기 아레니우스조사구로 산출하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편 시험 단계에서, 상기 시편 충격 단계는,
    상기 돌출부가 하방을 향하도록 상기 시편의 길이 방향의 양단부를 안착부에 안착시키는 안착 단계; 및
    소정 중량의 충격체를 상기 시편의 상방에서 소정의 높이로 자유 낙하시켜 상기 시편에 충격력을 가하는 타격 단계;
    를 포함하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편 준비 단계는,
    시험 대상 강재에서 상기 시편을 채취하는 시편 채취 단계;
    상기 시편의 일면에 상기 시편의 길이 방향으로 길게 연장되게 형성되는 상기 돌출부를 형성하는 돌출부 형성 단계; 및
    상기 돌출부에 상기 돌출부의 길이 방향과 수직한 방향으로 상기 노치부를 형성하는 노치 형성 단계;
    를 포함하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 시편 채취 단계는,
    상기 시험 대상 강재의 두께 방향을 기준으로 상기 시험 대상 강재의 중간부에서 상기 시편을 채취하는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 돌출부 형성 단계에서,
    상기 돌출부는, 상기 시편의 상기 시험 대상 강재의 상기 두께 방향과 평행한 일면에 형성되는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 돌출부 형성 단계에서,
    상기 돌출부는, 상기 시편의 일면을 상기 시편의 길이 방향을 따라 용접하여 생긴 비드(Bead)에 의해 형성되고,
    상기 노치 형성 단계에서,
    상기 노치부는, 상기 비드의 적어도 일부분을 상기 비드의 길이 방향과 수직한 방향으로 “V”자 형상의 단면으로 오목하게 절삭 가공하여 형성되는, 강재의 취성 파괴 정지특성 시험 방법.
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