유효역학물성에미치는 인장시험인자영향 한국표준과학연구원 이윤희 6년 1월 13일
Contents 참조표준용역학시험표준화의필요성국내외금속인장시험표준규격분석광범위인장속도조절시험최적강도평가위한속도조건확인결언
참조표준의정의 - NIT 의 RD 나 NIM 의재료기반정보스테이션 (MIT 는 7~8 년대부터지속적으로산업체수요가높은참조데이터의수집 / 평가 / 표준화체계를개발, 상업적인 DB 의수정 / 확대 / 축적을꾸준히꾀하고있는반면국내에서는일부기업, 연구소에의한산발적인 DB 화시도만존재 NIT: RD (materials properties NIM: 재료기반정보스테이션 3
- 국내발전설비부문은연평균 45조원의시장규모를형성하고있으며, 관련된내열강의표준물성 DB의필요성절실 ( 경제성높은분야에선택과집중필요하며, 점차타산업분야, 고차원물성정보로의확대가불가피 - 표준 5MW급석탄화력발전소건설총공사비의 1% 가보일러 / 터빈의내열강자재비 (3년기준약 1,87억원수준이며국내수급은 3% 이내 - 남부발전 (6개발전소운용 은자재및설비명의표준화통해 1억원이상의재고비용절감효과거둠 ( 미활용 / 중복데이터를 98만건에서 4만건으로정리 보일러용오스테나이트계내열강 ( 유사한조성, 다양한자재명 4
- 발전소운전성능및효율의향상을목적으로점차고온 / 고압하에서안전하게사용할수있는고부가가치의내열재개발이미 / 불 / 영 / 일을중심으로활기를띔 - 경제적 / 기술적측면에서국산내열강개발의필요성이급증하고있으나발전소건설시자재선정의보수성으로인해국산개발소재의적용이저조함 - 국산개발재의불신감해소는다양한역학특성데이터베이스를축적하고, 참조표준으로등록하여역학적물성에신뢰성을부가하는방법이타당 - 또한유효한역학물성평가기준에기반하여개발소재가외산재료에비해비교우위를점하고있음을확인하는것이필요 - 우리나라발전소다수가 년이상운전한노후형이며, 이들의경우소재정보가없는경우가다수존재 ( 안전성진단을위한독립적역학시험필요 - 따라서국내산업체의자체개발소재의신뢰성인증이나신설비의기획 / 제작 / 품질검사에이르는생산전반에유효한물성정보를제공하기위한국가차원의항구적인참조표준제정및 DB 축적이필요하여, 이를위하여견고하고체계적인 참조데이터평가시스템의개발 / 구축필요 ( 금속소재역학특성데이터센터구축 5
참조표준구축업무의시작 ( 구성 / 절차 데이터센터구성 경영대리인 금속역학특성데이터센터장 운영위원회 - 현재데이터센터평가 - 7년데이터센터출범 - 내열강역학물성 DB 구축 - DB 분야의지속적확장 협력기관 연구원 연구원 연구조원 - 협력기관의지속발굴 참조데이터생산 / 수집 생산 / 수집절차서 ( 가공 / 편집 검사기준서 생산 / 수집계획서 생산 / 수집 검사 참조데이터 6
세부평가기준 참조데이터 자체평가 기술위원회심의요청 등급인증 (certified 검증 (validated 유효 (qalified 상용 (commercial 전형 (typical 연구 (research 미평가 (nevalated 설명참조표준, 각뱃치의구체적물성상호관계모델로확인된값기본승인평가기준에만족특정소재생산업체의데이터공칭의유사재의물성값연구진행중예비값이외의모든데이터 7
등급 설명 인증 (certified 참조표준, 각뱃치의구체적물성 검증 (validated 상호관계모델로확인된값 유효 (qalified 기본승인평가기준에만족 상용 (commercial 특정소재생산업체의데이터 전형 (typical 공칭의유사재의물성값 연구 (research 연구진행중예비값 미평가 (nevalated 이외의모든데이터 8
국내외표준규격분석 Up to ½R p. (or ¼R m Upper Yield trength (R eh tandard Elastic Modls (E Rate train Rate tress Rate tress Rate Corresponding train Rate (GPa - (s -1 (MPa s -1 (s -1 K B 8 (3 7 Convenient peed - - 3~3 3 1.5 1-5 ~ 1.5 1-4 4.3 1-4 ATM A37 7 Convenient peed 1. 1-4 ~ 1. 1-3 (1 (1.15~11.5 (5.8 1-6 ~ 5.8 1-5 (1.6 1-5 ~ 1.6 1-4 ATM E 8M 7 Convenient peed - 1.15~11.5 5.8 1-6 ~ 5.8 1-5 1.6 1-5 ~ 1.6 1-4 IO 689 & EN 1-1 15 <15.5 1-4 ~.5 1-3 ( 6~6 (3 ~ (3 3. 1-5 ~ 3. 1-4 (3.9 1-5 ~.9 1-4 (3 (1 Corresponding stress rate: ~ MPa/s for E= GPa and 7 ~ 7 MPa/s for E=7 GPa ( Corresponding stress rate: 5 ~ 5 MPa/s for E 15 GPa and 17.5 ~ 175 MPa/s for E<15 GPa (3 Determination of R eh only (4 ± % and Range 1 is preferred 9
tandard. % proof strength (R p. Elastic Range tress Rate Plastic Range Lower Yield trength (R el Ultimate Tensile trength (R m train Rate tress Rate Corresponding train Rate train Rate train Rate train Rate (s -1 (MPa s -1 (s -1 (s -1 (s -1 (s -1 K B 8 (3 - - 3~3 3 1.5 1-5 ~ 1.5 1-4 4.3 1-4 - - Identical to the cond. for R p. 3.3 1-3 ~ 1.3 1-1.3 1 - ATM A37 1. 1-4 ~ 1. 1-3 (1.15~11.5 (5.8 1-6 ~ 5.8 1-5 (1.6 1-5 ~ 1.6 1-4 1. 1-4 ~ 1. 1-3 1. 1-4 ~ 1. 1-3 8.3 1-4 ~ 8.3 1-3 ATM E 8M - 1.15~11.5 5.8 1-6 ~ 5.8 1-5 1.6 1-5 ~ 1.6 1-4 5.8 1-6 ~ 5.8 1-5 1.6 1-5 ~ 1.6 1-4 Identical to the cond. for R p. 8.3 1-4 ~ 8.3 1-3 IO 689 & EN 1-1 - - 6~6 ~ 3. 1-5 ~ 3. 1-4.9 1-5 ~.9 1-4.5 1-3 Identical to the cond. for R p. 8. 1-3 1
.5/s./min.8/min.5/min.5/min 붉은점선영역이공통변형률속도영역 11
광범위인장속도조절시험 Alloy C i Mn P Ni.5Cr-1Mo.13..49.7.3.19 Normalizing( Tempering( Qenching ( Tempering ( 9 69 9 7 Cr-Mo 내열강블록서 3 개봉상인장시험편 (sbsize specimen 채취 그립간격 4 mm, 표점거리 5 mm, 표점부직경 6 mm 1
Rate 1 Rate tress 항복점 최대하중 test#1 Rate 1 (/s.43 Rate (/s.67 test#.1.13333 1% test#3.5.6 train test#4.15.46 - 속도 1 과 조합 6 종 단속도시험 test#5.5.67 - 속도변화점 (switch point: 변형률 1% test#6.13.13333 - 조건당 5 개의인장시험후물성평가 test#7.4.6 - 하중 1 kn 유압시험기 (MT 81 - 표점 5 mm 신장계 (MT 63.11C test#8.18.46 13
Rate 1 (/s Rate (/s Rate 1 (/s Rate (/s test#9.3.5 test#18..13333 test#1.16.333333 test#19.9.6 test#11.6.67 test#.4.46 test#1.16.13333 test#1.58.5 test#13.6.6 test#.3.333333 test#14.1.46 test#3.8.67 test#15.5.5 test#4..13333 test#16.5.333333 test#5.1.6 test#17.7.67 test#6.7.46 본연구를통해준정적인장시험의최대속도한계를결정하고자함. 14
오류데이터의분석배제 -preload 와 necking 오류 15
Elastic modls (GPa 1 1 8 6 +1 % deviation average -1 % deviation Entire modls: 9.5 +.8 GPa..1..3 train rate #1 (/s 16
Yield trength (MPa 45 435 4 45 acceptable range <.1 (/s.5 (standard range +1 % deviation average +1 % deviation yield stress: 48.9+6.5 MPa..1..3 train rate #1 (/s 17
Tensile strength (MPa 59 58 57 56 55 acceptable range.133 (standard range +1 % deviation average -1 % deviation 54..1..3.4.5 train rate # (1/s Tensile strength: 564.7+7.6 MPa 18
결언 소재역학시험데이터의인증 (certification 필요성이대형설비특히발전설비등에있어서점차증가하고있으며, 관련데이터센터의출범이임박함. 따라서데이터의평가 / 인증에필요한다양한세부평가기준에는소재, 시험자, 부대환경은물론시험기, 절차, 분석방법등포괄적시험조건이포함됨. 본연구에서는 Cr-Mo 강괴에서동일형상의인장시편 15개이상을채취하여항복이전및소성변형영역속도 1, 에대해 6가지조합조건으로인장시험을진행함. 평가된탄성계수, 항복 / 인장강도조건에서내열강의유효한인장데이터생성을위한조건을평가함. 평가결과항복점을포함하는탄성영역의경우.1 /s 이하의속도로진행하고, 소성영역에서는.133 /s 이내의조건에서유효한데이터가발생함을확인함. 특히인장강도의경우 단속도증가에따라빠른데이터의발산이발생함을확인함. 현재불균일항복영역의속도, 불확도, 축정렬등에대한연구가진행되고있음. 19
( ( ( ( L m L m m L E E E E c + + = Combined ncertainty in proof strength ( ( 1 (. F F R p p c p c + = ε ε Combined ncertainty in Elastic Modls Combined ncertainty of R m ( ( 1 ( F F R m m c m c + = Uncertainty of R eh ( ( 1 ( F F R eh eh c eh c + = Uncertainty of R el ( ( 1 ( F F R el el c el c + = 불확도계산
축정렬셀개발 Material for alignment cell - sfficient high elastic working range - elastic modls within the range (-5GPa - high degree of metallrgical stability copled with freedom from appreciable residal stress in order to ensre dimensional stability - d : 7-1 mm - D : to fit specimen grips - lp : d to 4d - r > d (d < r 4d for most materials 1
감사합니다.