강재 연성·취성파괴

연성과 취성

강재의 파괴는 연성파괴와 취성파괴로 나뉜다.

연성은 재료가 끊어지기 전에 상당한 소성변형을 견디는 성질이다.

취성은 탄성한계 이상의 힘을 받아도 영구변형이 거의 없이 파괴되는 성질이다.

두 파괴의 비교

두 파괴는 소성변형, 전파 속도, 파면 형상으로 구분한다.

연성파괴는 큰 소성변형 후 컵-콘 모양 파면을 남기고, 변형으로 예고된다.

취성파괴는 소성변형이 거의 없이 빠르게 진행해 파면이 평탄하다.

온도와 천이온도

같은 강재도 온도에 따라 파괴 형태가 바뀐다.

샤르피 충격시험에서 흡수 에너지가 급격히 줄어드는 온도가 천이온도다.

천이온도 아래에서는 취성파괴가, 위에서는 연성파괴가 지배한다.

천이온도는 탄소 함량과 결정립 크기에 따라 달라진다.

흡수 에너지 비 예제

-20℃에서 흡수 에너지는 8J, 상온에서는 120J이다.

흡수 에너지 비는 상온 값을 저온 값으로 나눠 구한다.

직접 구해 보자.

비는 15이다. 저온에서 흡수 에너지가 상온의 1/15 수준이라 취성 거동이 뚜렷하다.

헷갈리는 점

첫째, 연성과 강도를 혼동하면 감점된다.

연성은 파괴 전 소성변형 능력이고, 강도는 응력의 크기다.

취성 위험은 저온, 노치, 충격 하중, 두꺼운 판, 용접 결함에서 커진다.

방지 대책과 정리

취성을 줄이려면 재료, 조직, 용접, 설계 단계에서 대책을 세운다.

강종은 사용 온도에 맞는 샤르피 흡수 에너지를 확보하도록 고르고, 용접 결함은 비파괴검사로 관리한다.

사용 최저온도는 천이온도보다 높게 두어야 한다.