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고강도강의 기가사이클 피로특성 평가

전문가 제언: ○ 피로(fatigue)란 동적인 변동응력을 받는 구조물에서 나타나는 파손의 일종으로 금속 파손의 약 90%는 피로파괴에 의하여 일어난다. 장시간에 걸쳐 응력과 변형 사이클이 반복된 후에 일어나는 피로파괴는 정적하중에 기초하는 항복강도나 인장강도보다 훨씬 낮은 응력상태에서 일어난다.

○ 철합금에서는 응력이 어느 한계 이하로 되면 사이클 수가 무한대로 되어도 파손이 일어나지 않는 피로한계가 나타난다. 그러나 인장강도가 1,200MPa를 초과하는 고강도강에서는 N=108 부근에서도 피로한계가 나타나지 않고 S-N곡선이 2단으로 변곡되는 현상이 나타난다. 이 현상은 「내부파괴」라는 새로운 파괴형태에 기인하는 것으로 설명되며, 강중에 존재하는 개재물이 내부파괴에 영향을 미치는 인자로 알려져 있다.

○ 고강도강의 내부파괴 특성을 평가하는 데에는 피로한계가 없기 때문에 적어도 N=109~1010의 기가사이클 영역까지 피로시험을 계속해야 하므로 속도가 빠른 100㎐의 피로시험에서도 3년의 시험기간이 필요하다. ㎑대의 초음파 피로시험은 이러한 문제를 해결할 수 있는 가속시험법이며 내부파괴가 생기는 조건에서는 그 유효성이 실증되고 있다.

○ 초음파 피로시험법은 피로특성의 평가뿐만 아니라 내부파괴를 유발하는 개재물의 크기와 형태 등을 평가하는 데에도 유력한 수단이 된다. 제강공정에서는 탈산이 불가피하므로 강중에는 Al2O3를 위시한 비금속개재물이 존재한다. 철강의 특성에 큰 영향을 미치는 개재물의 농도와 크기는 산성용액에 의한 슬라임(slime) 추출법으로 측정하여 왔으나 초음파 피로시험법에 의한 보다 정확하고 신속한 평가법의 활용이 기대된다.

○ 지금까지 피로기구는 표면파괴에 기초하여 이론적 체계가 정리되어 왔으나 초음파 피로시험에 의하여 내부파괴라는 새로운 파괴형태의 해석이 가능하게 되었다. 따라서 경험에 의존하던 종래의 피로기구에 개재물의 크기나 형태와 같은 재료과학적 요인이 접목됨으로써 피로 연구가 한 단계 발전하는 계기가 될 것으로 기대된다.

저자: Yoshiyuki Furuya
자료유형: 학술정보