취성파괴 방지

취성파괴의 정의

취성파괴는 강재가 늘어나지 않고 한 번에 쪼개지는 파괴 형태다.

소성변형 없이 탄성 영역에서 갑자기 일어나므로 경고가 없다.

연성파괴는 파단 전에 크게 늘어나 경고 신호를 준다.

발생 조건

취성파괴는 저온, 응력집중, 두꺼운 판과 고속 하중이 겹칠 때 생기기 쉽다.

저온에서는 천이온도 이하가 되어 재료의 인성이 크게 떨어진다.

용접 결함과 잔류 인장응력, 형상에 의한 응력집중은 균열의 출발점이 된다.

두꺼운 판은 구속이 커져 인성이 떨어지고, 고속 하중도 위험을 키운다.

응력확대계수와 균열 전파

균열 선단의 응력확대계수는 이 식으로 나타낸다.

여기서 응력확대계수는 균열 길이와 공칭응력으로 정해지고, Y는 형상계수다.

응력확대계수가 재료의 파괴인성보다 작으면 균열은 더 이상 자라지 않는다.

온도가 천이온도 아래로 내려가면 파괴인성이 급격히 떨어진다.

취성과 연성 비교

두 파괴를 비교하면 차이가 분명해진다.

취성파괴는 항복 전에 거의 변형이 없고 에너지 흡수가 낮다.

연성파괴는 큰 소성변형 뒤에 파단하므로 사전 징후를 볼 수 있다.

그래서 취성파괴는 파괴 전에 막는 설계가 우선이다.

방지 대책

취성파괴 방지는 재료 인성, 응력집중 저감, 결함 관리의 세 축으로 정리한다.

재료는 저온 인성이 확인된 강재를 쓰고 샤르피 흡수에너지로 확인한다.

설계는 응력집중부 상세를 완만하게 하여 노치 효과를 줄인다.

시공은 용접 품질을 검사하고 초음파나 자분탐상으로 균열성 결함을 찾는다.

정리

지금까지의 내용을 네 가지로 정리한다.

취성파괴는 탄성 영역에서 급작스럽게 파괴되어 에너지 흡수가 작다.

원인은 저온, 응력집중, 두꺼운 판과 고속 하중으로 정리된다.

대책은 인성 확보 강재, 응력집중 저감, 용접 품질 검사다.

PSC 구조도 긴장재와 철근 상세로 연성을 확보하도록 설계한다.