Study on Fracture Behavior of Mild Steel Under Cryogenic Condition

Considering for plants and structure under extreme conditions is required for the successful design, especially temperature and pressure. The ductile-brittle transition temperature (DBTT) for the materials under extreme condition needs to be considered. In this study, A-grade mild steel for the LNG carrier and offshore plant was examined by performing low-temperature Charpy V-notch (CVN) impact tests to investigate DBTT and the fracture toughness. The absorbed energy decreased gradually with the experimental temperature, which showed an upper-shelf energy region, lower shelf energy region, and transition temperature indicating DBTT. In addition, the fracture surface morphologies of the mild steels indicated ductile fractures at the upper-shelf energy level, with wide and large-sized dimples, whereas a brittle fracture surface, where was observed at the lower-shelf energy level, with both large and small cleavage facets. Based on the experimental results, ductile brittle transition temperature was estimated in about $-60^{\circ}C$.

연강(Mild Steel)의 극저온 파괴 거동에 대한 실험적 연구

LNG선이나 해양플랜트 같은 설비나 구조물은 작동 조건을 고려할 때, 특히 부재마다 가지는 고유한 연성 취성천이온도(Ductile to Brittle Transition Temperature, DBTT)를 고려하여 설계되어야 한다. 본 연구에서는 해양플랜트 및 LNG선에 hull plate로 쓰이는 A-grade 연강(mild steel)에 대해 DBTT를 샤르피 V-노치(CVN) 실험을 통해 알아보았고 파괴형상을 통한 파괴거동을 살펴보았다. 그 결과 온도가 감소함에 따라 충격 흡수에너지는 감소함을 보였다. Upper shelf energy region과 lower shelf energy region이 나타나고 그 사이 구간의 천이점을 통해 DBTT가 결정되었다. 파괴형상에서는 upper shelf energy region에서 수많은 딤플이 연성파괴 형상으로 관찰되고 lower shelf energy region에서는 전형적인 취성파단형상이 관찰되었다. 이를 통해 BCC 구조를 가지는 A-grade 연강은 upper shelf energy 구역과 lower shelf energy구역을 보이고 그 사이 구간의 천이점에서 급격하게 온도가 떨어지는 DBTT구간을 뚜렷하게 보이는 특성을 알 수 있었다.