온도변화에 따른 강재의 성질 변화

개념 정의

강재는 온도가 변하면 성질이 바뀐다.

고온에서는 항복강도와 탄성계수가 떨어진다.

저온에서는 인성이 떨어져 취성 파괴가 발생한다.

그래서 고온과 저온을 나눠서 살펴본다.

고온에서의 성질 변화

고온에서는 강재의 항복강도가 온도 상승과 함께 줄어든다.

탄성계수도 감소하므로 변형 판단과 강도 판단을 따로 해야 한다.

항복강도 저하 기준으로 임계온도를 판정하는 데 활용한다.

임계온도는 부재가 하중을 안전하게 지지할 수 없게 되는 온도다.

저온에서의 취성 파괴

저온에서는 강재의 인성이 떨어져 취성 파괴가 생긴다.

연성-취성 천이온도 이하에서 재료는 취성 파괴를 보이기 시작한다.

소성변형이 줄어 흡수 에너지가 작아지고, 충격과 응력집중이 있으면 갑작스럽게 깨진다.

한랭지 교량에서는 용접부 결함과 충격하중을 함께 검토한다.

고온과 저온 비교

고온과 저온은 성질이 바뀌는 방향이 달라서 표로 나눠 비교한다.

고온에서는 과도한 변형 후 좌굴이나 붕괴로 이어진다.

저온에서는 소성변형 없이 갑자기 파단이 일어난다.

기준 온도는 고온이 임계온도, 저온이 천이온도다.

대응 방법

온도 영향에 대한 대응은 원인에 따라 달라진다.

열팽창은 신축이음과 슬라이딩 지지로 열응력을 해소한다.

고온은 내화피복과 내화설계로 강도 저하를 늦춘다.

저온은 전이온도가 낮은 강종을 고르고 용접부 인성을 검토한다.

정리와 직접 풀기

지금까지 내용을 정리한다.

고온은 항복강도와 탄성계수가 줄고, 저온은 천이온도 이하에서 취성 파괴가 난다.

직접 풀어 보자. 흡수 에너지가 작아지는 상황을 떠올린다.