3축 제어 초음파 비파괴 검사 장비 구축을 통한 API-X80 강재의 수소유기균열 연구 :Study on the Hydrogen Induced Cracking(HIC) of API-X80 Steels by Using 3-Axis Controlled Ultrasonic Inspection Unit

김마로

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김마로 (단국대학교, 단국대학교 대학원)

발행연도: 2016

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2016

3축-초음파 비파괴 검사 장비를 이용한 API-X80 강재의 수소유기 균열 개시 연구

김마로 , 백열 , 최용 한국표면공학회 학술발표회 초록집 2016.11 학술대회자료

3축 제어 초음파 비파괴 검사 장비 구축을 통한 API-X80 강재의 수소유기균열 연구

김마로 신소재공학과 2016.01 학위논문

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현재 개발중인 API X-80강재의 수소유기균열(HIC)현상을 비파괴적으로 평가하는 장치를 구축하고 금상학적 평가를 수행하였다. 시편은 열간 압연된 API X-80강재이며 평균입도는 약 1.76 ? 1.99 ㎛ 이었다. 압연재의 금상학적 집합조직은 (110)극점은 ND방향에 평행, (100)극점은 TD방향으로 약 30°, TD방향으로부터 RD방향으로 약 45° 기울어져 있으며, (211)면은 RD방향에 수직인 면으로부터 TD방향으로 약 35° 기울어져서 있었다. Pin-on-disk형 마모시험기를 이용한 상온 평균 마찰계수는 0.745였으며 마모손실은 0.0196 mm/min이었다. 마이크로 비커스 경도는 202.7 [Hv] 이었다. 3축 제어 초음파 비파괴 검사 장비는 표면으로부터 약 3mm 깊이의 1 mm 크기의 모의 균열을 탐촉자가 10 mm 접근하면 검출이 가능하였다. HIC시험분위기(NACE-standard TM 0248)에 1일 이상 장입하면 초음파비파괴검사장비로 측정될 수 있는 마이크로미터크기의 균열을 측정할 수 있었다. HIC생성은 초기 소성 변형량에 영향을 받았다. HIC분위기에 4일간 장입된 API X-80강재의 HIC는 초기소성변형이 4% 이하인 경우에는 크게 변화가 없었으나 그 이상에서는 균열이 급격히 증가하였다. HIC의 평균 균열 성장 속도는 약 45 ㎛/min. 이지만 초기소성변형 되면 55 ㎛/min. 로 증가하였다. 초기 경도가 202.7 [Hv]인 API X-80강은 HIC 분위기에 1-일 장입후 202-233 [Hv]로 급격히 증가하였다. 나노인덴터로 측정한 초기경도가 247.89 [GPa]인 API X-80강재의 경도는 HIC 분위기에 장입시간이 24시간에서 72시간으로 증가하면 경도는 258.84 에서 266.21 [GPa]로 증가하였다. 25°C, 5%NaCl-0.5%CH3COOH 수용액에서 부동태는 관찰되지 않았으며 부식 전위와 부식속도는 ?729.2 mVSHE 와 0.266 A/cm2 이었고, HIC분위기에 노출된 후에는 부식전위와 부식속도는 ?793.1 mVSHE와 0.173 A/cm2 로 감소되었다. 투과전자현미경으로 관찰한 나노크기의 균열은 (Ti, Nb)xC 석출물과 모재의 계면에서도 관찰되었으나 조대한 HIC로 전파되진 않았다. HIC파단면에는 조대한 (>50μm) Al과 Si의 개재물이 관찰되었기 때문에 HIC 개시 및 전파는 주로 조대한 Al과 Si개재물과 관계 있는 것으로 사료된다.

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 이론적 배경 2
2.1. 석유수송용강관 2
2.2. 수소 유기 균열 4
2.3. X-80강재의 열처리에 따른 석출물의 조성 및 HIC의 영향 7
2.4. 수소가 포집되는 강재 내부의 석출물 8
2.5. 수소 침투(Permeation) 시험 13
2.6. 수소 포집에 따른 표면에너지 변화 16
2.7. HIC 크기 측정 원리 및 방법 19
2.8. 초음파 탐사에서의 파장 및 결함의 검출 21
2.9. 재료의 특성과 초음파의 속도의 상관관계 23
2.10.초음파의 감쇠 24
2.11.나노 압침법 25
2.12.나노압침법 경도와 비커스 경도 관계 28
Ⅲ. 실험 방법 29
3.1. HIC 시편준비 29
3.2. 미세조직 관찰 29
3.3. 집합조직 분석 30
3.4. 기계적 특성 평가 30
3.4.1. 경도시험 30
3.4.2. 마모시험 30
3.4.3. 나노압침시험 30
3.5. 부식 거동 분석 31
3.6. 강재 내부 확산 수소량 측정 31
3.7. 수소 유기 균열 거동 평가 31
3.7.1. 초음파를 이용한 모의 결함 평가 31
3.7.2. 초음파를 이용한 HIC 균열 평가 32
3.8. 수소 유기 균열 파단면 관찰 33
3.9. 투과전자현미경을 이용한 미시적 HIC 발생 위치 관찰 33
Ⅳ. 결과 및 고찰 34
4.1. 미세조직관찰 및 상분석 34
4.2. 집합조직 분석 36
4.3. 기계적 특성 평가 41
4.3.1. 경도시험 41
4.3.2. 마모시험 42
4.3.3. 나노압침시험 43
4.4. 부식거동 평가 47
4.5. 초음파를 이용한 내부 결함 평가 52
4.5.1. 초음파를 이용한 모의 결함 평가 52
4.5.2. X-80강재의 수소 유기 균열 평가 54
4.6. 수소유기균열 파단면 관찰 57
4.7. 투과전자현미경을 이용한 미시적 HIC 발생 위치 관찰 62
Ⅴ. 결론 64
Ⅵ. 참고문헌 66
영문요약 70

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