316L강에 질소를 첨가한 경우의 동적변형시효의 영향을 조사하기 위하여 질소량을 0.011~0.151%까지 변화시킨 시편을 1$\times$$10^{-2}$/sec, 2$\times$$10^{-3}$/sec, 2$\times$$10^{-4}$/sec의 변형속도로 상온~1023 K의 범위에서 인장시험을 수행하였다. 질소를 첨가하면 동적변형시효가 발생되는 구간이 고온쪽으로 이동하였다. 변형속도가 2$\times$$10^{-3}$/sec일때 동적변형시효가 발생되는 임계변형은 773 K에서는 질소량에 따라서 증가하는 경향을 나타내었다. 873 K에서는 임계변형은 질소량에 따라 거의 일정한 값을 나타내었지만 B형태에서 A형태로 전이되는 변형량은 질소량이 0.1%까지는 증가하다가 그 이후로는 거의 일정하게 되었다. 동적변형시효를 위한 활성화에너지를 구해본 결과 저온영역에서는 23.4~26.24 kcal/mol이고 고온영역에서는 65~76.6 kcal/mol이었다. 이 값을 여러 연구자들의 결과와 비교해 볼때 동적변형시효를 일으키는 원소는 공공과 Cr이고, 질소를 첨가하면 질소가 Cr과 상호작용을 하여 Cr의 이동을 느리게 함으로써 동적변형시효를 지연시켰다.
원자력용 316L강에 질소를 첨가한 경우의 고온 인장성질을 조사하였다. 온도가 증가하면 인장강도는 감소하다가 온도범위가 30$0^{\circ}C$~50$0^{\circ}C$에서는 일정한 값을 나타낸 후 급격한 감소를 나타내었고 연신율은 감소하다가 40$0^{\circ}C$에서 최소값을 나타낸 후 다시 증가하는 경향을 나타내었다. 질소를 첨가하면 인장강도증가와 함께 연신율도 증가하였다. 동적변형시효 온도구간에서 변형속도변화에 따른 인장강도 및 연신율의 변화는 매우 작다. 동적변형시효를 위한 활성화에너지를 구해본 결과 동적변형시효를 일으키는 원소는 Cr이다. 질소를 첨가하면 동적변형시효가 발생되는 온도가 고온 쪽으로 이동되었는데 이것은 질소가 Cr과의 상호작용에 의해 Cr의 확산속도를 낮추기 때문이다. 가공경화지수는 동적변형시효와 회복의 영향으로 40$0^{\circ}C$에서 최대값을 나타내었으며 이 온도는 연신율이 최소값을 나타내는 온도와 인장강도가 일정하게되는 온도와 일치하므로 강도강화기구는 동적변형시효로 판명되었다.
본 연구에서는 탄소강 배관 재료의 동적변형시효 거동에 미치는 노치에 의한 응력과 변형 집중 효과를 파악하기 위해서, 표준 시편과 노치 시편을 이용하여 다양한 온도와 시험 속도에서 인장시험을 수행하였다. 또한, 시편의 형상에 따른 응력과 변형률 상태의 차이를 파악하기 위해서, 각 시편에 대한 유한요소 시뮬레이션을 수행하였다. 노치 시편을 이용한 인장시험 결과에서도 표준 시편에서 관찰된 것과 같은 동적변형시효의 증거인 serration과 인장강도의 증가 현상이 관찰되었다. 동일한 시험 속도에서 인장시험이 수행된 경우에 표준 시편에 비해 노치 시편에서 동적변형시효 현상이 고온에서 나타났다. 유한요소 해석 결과에 의하면 표준 시편에 비해 노치 시편에서 동적변형시효가 고온에서 나타나는 것은 노치부에서 응력과 변형의 집중으로 인한 높은 변형률 속도에 기인하는 것으로 확인되었다.
질소의 함량을 0.04%~0.15% 까지 변화시킨 316L 스테인레스 강으로 공기 중에서 저주기 피로시험을 수행하였다. 전체변형범위 1%, 변형속도 2$\times$$10^3$/sec, 삼각파로 상온 ~$600^{\circ}C$ 온도범위에서 시험을 수행하였다. 상온에서는 사이클이 진행됨에 따라서 연화가 계속해서 발생하지만 온도가 증가하면 초기에 경화가 발생한다. 피로시험 초기에 경화되는 정도와 saturation 응력은 온도가 증가하면 증가한다. 이러한 경화현상은 동적변형시효에 의해서 발생되는 것으로 판명되었다. 질소를 첨가하면 강도는 증가하지만 경화는 감소되었다. 질소에 의한 경화의 감소는 질소가 동적변형시효를 억제하기 때문이다.
지르칼로이 -4 피복관에 대해서 3가지 변형 속도로(1.2$\times$10E-7/s, 2.0$\times$10E-6/s, 3.2$\times$10E -5/s), 553-873K의 온도 구간에서 구리 맨드렐 팽창 시험법을 공기와 진공(5$\times$10E-5 torr) 분위기에서 수행했고, 변형 속도의 변화는 시편의 가열 속도를 조절함으로써 얻을 수 있었다. 각각의 변형 속도에서 항복 응력 피크와 변형 속도 감도 최저값 그리고 활성화 부피 극대값이 나타나는 이유는 동적변형시효 현상 때문이라고 설명된다. 항복 응력 피크가 나타나는 온도와 변형속도로부터 얻어진 동적변형시효의 활성화 에너지는 196(KJ/mol)이었고 이 값은 $\alpha$-지르코니움과 지르칼로이-2에서 활성화 에너지(207-220 KJ/mol)값과 잘 일치한다. 그러므로 573-673K의 온도 구간에서 나타나는 동적변형시효 현상은 산소원자 때문이라고 생각된다. 산화에 의한 항복 응력의 증가는 공기중 실험과 진공 실험으로 얻어진 항복 응력값을 비교함으로서 얻었고, 그것은 항복 응력의 증가 분율로 표시했다. 결과는 변형속도가 느릴 수록 증가 분율은 더욱 더 커짐을 알 수 있었다. 그리고 산소 침투량과 항복 응력 증가 사이의 관계가 직선적이라는 가정하에 공기와 수중에서의 산화 속도를 비교하여 수중에서의 항복 응력 값을 계산해 보았다.
This study investigates the effects of temperatures and strain rates on the strength and ductility of Gr.91 (ASME Grade 91) steel which is widely being used as a heat-resistant material in Generation IV nuclear and super critical thermal power plants. The tensile behavior of modified 9Cr-1Mo (Gr.91) steel was studied for the three strain rates of 6.67×10-5/s, 6.67×10-4/s and 6.67×10-3/s over the temperature range from room temperature (RT) to 650℃. Experimental results showed that at specific combinations of temperatures (300~400℃) and strain rates, serrations appeared in the stress-strain curves. Concurrently, abnormal behaviors such as a plateau in yield strength and tensile strength, a minimum in ductility and negative strain rate sensitivity were observed. These phenomena were analyzed as significant characteristics of dynamic strain aging (DSA). Since this abnormal behavior in Gr.91 steel affects the material strength, it is judged that a correlation analysis between DSA and material strength should be crucial in the design and integrity evaluation of Gr. 91 steel pressure vessel and piping subjected to high-temperature loading.
This paper is concerned with the thermo-mechanical behavior of steel sheet for an auto-body including temperature dependent strain rate sensitivity. In order to identify the temperature-dependent strain rate sensitivity of SPRC35R, SPRC45E and TRIP60, uniaxial tensile tests are performed with the variation of the strain rates from 0.001/sec to 200/sec and the variation of environmental temperatures from $-40^{\circ}C$ to $200^{\circ}C$. The thermo-mechanical response at the quasi-static state is obtained from the static tensile test and that at the intermediate strain rate is obtained from the high speed tensile test. Experimental results show that the variation of the flow stress and fracture elongation becomes sensitive to the temperature as the strain rate increases. It is observed that the dynamic strain aging occurs with TRIP60 at the temperature above $150^{\circ}C$. Results also indicate that the flow stress and tincture elongation of SPRC35R are more dependent on the changes of strain rates and temperature than those of SPRC45E and TRIP60.
Tensile and LCF(low cycle fatigue) tests were carried out in air at wide temperature range 20$^{\circ}C$-750$^{\circ}C$ and strain rates of 1${\times}$10$\^$-4//s-1${\times}$10$\^$-2/ to ascertain the influence of strain rate on tensile and LCF properties of prior cold worked 316L stainless steel, especially focused on the DSA(dynamic strain aging) regime. Dynamic strain aging induced the change of tensile properties such as strength and ductility in the temperature region 250$^{\circ}C$-600$^{\circ}C$ and this temperature region well coincided with the negative strain rate sensitivity regime. Cyclic stress response at all test conditions was characterized by the initial hardening during a few cycles, followed by gradual softening until final failure. Temperature and strain rate dependence on cyclic softening behavior appears to result from the change of the cyclic plastic deformation mechanism and DSA effect. The DSA regimes between tensile and LCF loading conditions in terms of the negative strain rate sensitivity were well consistent with each other. The drastic reduction in fatigue resistance at elevated temperature was observed, and it was attributed to the effects of oxidation, creep and dynamic strain aging or interactions among them. Especially, in the DSA regime, dynamic strain aging accelerated the reduction of fatigue resistance by enhancing crack initiation and propagation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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