강재의 온도별 강도

개념 정의

강재는 온도에 따라 강도와 인성이 함께 바뀌는 재료다.

고온에서는 강도가 저하되고, 저온에서는 취성 파괴 위험이 커진다.

그래서 구조 안전성을 판단하려면 온도별 강도 변화를 알아야 한다.

고온에서의 변화

고온에서는 원자 확산과 전위 이동이 쉬워진다.

그 결과 항복강도와 인장강도가 함께 낮아진다.

항복강도는 상온 값에 온도별 저감계수를 곱해 구한다.

탄성계수도 줄어 처짐과 좌굴 검토에 반영해야 한다.

저온에서의 변화

저온에서는 전위 이동이 어려워져 강도가 오른다.

하지만 연성이 줄어 충격 흡수 능력이 떨어진다.

천이온도 이하에서는 충격에너지가 급격히 줄어 취성 파괴가 일어난다.

천이온도는 샤르피 충격시험으로 구하며, 성분과 열처리에 따라 달라진다.

두 구간 비교

고온과 저온의 변화를 항목별로 나누어 비교한다.

항복강도와 인장강도는 고온에서 낮아지고 저온에서 높아진다.

탄성계수는 고온에서 감소하고, 저온에서 증가한다.

두 구간을 한 문장으로 묶으면 감점 요인이 된다.

설계 반영

화재 시 강재 강도 평가는 다섯 단계로 진행한다.

먼저 부재별 최고온도를 구하고, 온도별 저감계수를 상온 값에 곱한다.

저감된 내력이 부족하면 내화피복 두께를 정하고 온도를 다시 산정한다.

그러므로 상온 설계강도를 고온에 그대로 쓰면 안 된다.

정리와 확인

마지막으로 핵심을 정리한다.

온도가 올라가면 강도와 탄성계수가 함께 낮아진다.

온도가 내려가면 강도는 오르지만 인성이 줄어 취성 파괴 위험이 커진다.

직접 풀어 보자. 저온에서 인성이 급감하는 구간을 고른다.

정답은 천이온도 이하다.