용접방향에 따른 오스트나이트계 스테인리스강(STS304L) 용착금속파단 용접접합부의 내력에 관한 실험적 연구

김태수,이후창,황보경,조태준 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.1

Austenitic stainless steels have excellent corrosion resistance, durability and fire resistance. Especially, since STS304L among austenitic types is a low-carbon variation of STS304 and has excellent intergranular corrosion resistance, it can often be used under the welded condition without heat treatment after field welding. This paper investigated ultimate behaviors such as ultimate strength and weld metal fracture mechanism of STS304L fillet-welded connections with TIG(tungsten inert gas) welding through test results. Main variables of specimens are weld length and welding direction against loading. Fracture of specimens are classified into three modes(tensile fracture, shear fracture and block shear fracture). Ultimate strengths were compared according to the welding direction and weld length and TFW series with transverse fillet weld had the highest strength compared with other types(LFW series with longitudinal fillet weld and FW series with all round weld). It is known that current design specifications such as KBC 2016 and AISC2010 underestimated the strength of TFW and LFW specimens and provided unconservative estimates for FW specimens. Finally, strength equations were proposed considering material properties of STS 304L material. 오스테나이트계 스테인리스강은 우수한 내식성, 내구성 및 내화성을 지닌다. 특히, 오스테나이트계 스테인리스강중의 대표인 STS304에 비해 저탄소를 함유하고 있는 STS304L은 현장용접 후 별도의 열처리 없이 높은 내입계부식성능을 지니고 있어 용접후 내입계 부식이 우려되는 부재 접합에 적용할 수 있다. 본 연구에서는 티그(TIG)용접으로 필릿 용접된 STS304L 용접접합부의 용접재(용착금속부) 내력과 파단 메카니즘을 조사하고자 한다. 주요변수인 하중방향에 대한 용접선의 배치에 따라 TFW(하중직각방향 용접), LFW(하중방향용접), FW(하중방향용접과 하중직각방향 용접조합)시리즈의 실험체를 제작하여 인장실험을 실시하였고, 각각 인장파단,전단파단, 블록전단파단(인장파단과 전단파단의 조합)이 발생하였다. 동일 용접길이에 대해 TFW 시리즈의 접합부가 가장 높은 내력을 나타났으며, 현행기준식( KBC2016/AISC2010)과 기존 연구자의 식에 의한 예측내력과 비교한 결과, TFW와 LFW접합부는 과소평가되었고 FW실험체는 과대평가되었다 .실제 파단 위험단면과 블록전단파단 메카니즘을 고려한 내력식을 제안하였다.

사용자지정 재료 서브루틴을 활용한 LNG선박 단열시스템 멤브레인의 수치해석

김정현,김슬기,김명수,이제명,Kim, Jeong-Hyeon,Kim, Seul-Kee,Kim, Myung-Soo,Lee, Jae-Myung 한국전산구조공학회 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.4

304L 스테인리스강판은 멤브레인타입 LNG선 단열시스템의 1차 방벽으로 이용된다. 304L 스테인리스강은 변태유기소성(TRIP)강으로 복잡한 재료거동을 보이는데, 이는 소성변형이 발생하는 동안 상변태를 경험하기 때문이다. 본 연구에서는 304L 스테인리스 강의 비선형 기계적 거동분석을 위한 온도의존 일축인장시험을 수행하였으며 재료의 파단이나 비선형 거동을 예측하기 위한 점소성모델을 제안하였다. 수치해석의 결과와 시험 결과를 비교 분석하여 유효성을 검증하였으며 LNG 멤브레인에 대한 적용성을 검토하기 멤브레인 구조시편을 제작하여 구조해석 및 유한요소해석을 수행하였다. 재료모델은 개발 서브루틴을 이용하였으며 ABAQUS 사용자지정 재료 서브루틴을 탑재한 유한요소해석 결과와 극저온 구조인장시험을 수행한 결과를 비교하여 구조적용성을 검증하였다. 304L stainless steel sheets are used as a primary barrier for the insulation of membrane-type liquefied natural gas(LNG) carrier cargo containment system. 304L stainless steel is a transformation-induced-plasticity(TRIP) steel that exhibits complex material behavior, because it undergoes phase transformation during plastic deformation. Since the TRIP behavior is very important mechanical characteristics in a low-temperature environment, significant amounts of data are available in the literature. In the present study, a uniaxial tensile test for 304L stainless steel was performed to investigate nonlinear mechanical characteristics. In addition, a viscoplastic model and damage model is proposed to predict material fractures under arbitrary loads. The verification was conducted not only by a material-based comparative study involving experimental investigations, but also by a structural application to the LNG membrane of a Mark-III-type cargo containment system.

저온용 스테인리스강에 미치는 예비변형률 효과

김정현,이창훈,이제명 한국해양환경·에너지학회 2012 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

Corrugated 304L stainless sheet steels are adopted as a membrane panel of liquefied natural gas (LNG) containment system in order to withstand frequent changes in the thermal conditions during operation. 304L stainless steel is transformation induced plasticity (TRIP) steel that exhibits nonlinear material behavior, because it undergoes phase transformation during plastic deformation. Since the TRIP behavior is a very important mechanical characteristic in a low-temperature environment, significant amounts of data are available in the literature. However, quantitative data on the effect of pre-straining on low-temperature mechanical behavior of stainless steel is not available, although corrugated sheets are subjected to significant amounts of pre-strain during operation. In this study, tensile tests on pre-strained 304L stainless steel have been carried out in a cryogenic environment in order to analyze the effect of pre-straining on the strength and ductility of the material. The strain hardening rate of 304L stainless steel at low temperatures, which is the most important characteristic, is also quantitatively evaluated.

소성가공에 따른 STS 304L 재료의 기계적 특성 및 피로평가

심현보(Hyun-Bo Shim),김영균(Young-Kyun Kim),서창민(Chang-Min Suh) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.7

STS 304L 강재의 냉간압연율의 증가에 따라 t가 1.5 mm에서 1.1 mm까지 감소하면 인장강도, 항복 강도, 경도치 및 UFT피로시험의 피로한도는 선형적으로 증가하였다. t=1.5 mm, t=1.4 mm, t=1.3 mm 및 t=1.1 mm인 4가지 시험편의 UFT피로시험(R= 1)결과, 회전굽힘피로시험(R= 1)의 결과처럼 106 영역에서 S-N곡선의 피로한도가 절점(knee point)을 형성하였고, 기가사이클 피로에서 생기는 현상인 피로한도가 추가로 감소하지않았다. 또 t=1.1 mm인 경우 가장 높은 피로한도 345 MPa로 되었고, 원소재(t=1.5 mm)에 대하여 64.3 % 증가하였다. 냉간압연율에 따른 UFT피로시험결과 많은 작은 표면균열이 티어링(tearing)하면서 발생, 성장, 서로 합체하였다. The purpose of this study is to investigate the influence of the cold reduction rate and an ultrasonic fatigue test (UFT) on the fatigue behaviors of STS 304L. The tensile strength, yield strength, hardness value and fatigue limit in the UFT fatigue test linearly increased as thickness decreased from 1.5 mm to 1.1 mm, as the cold reduction rate of STS 304L increased. As a result of the UFT fatigue test (R = -1) of four specimens, the fatigue limit of the S-N curve formed a knee point in the region of 106, and the 2nd fatigue limit caused by giga cycle fatigue did not appeared. In the case of t = 1.1 mm, the highest fatigue limit was 345 MPa, which was 64.3% higher than the original material (t = 1.5 mm). As a result of the UFT fatigue test of STS 304L, many small surface cracks occurred, grown, coalesced while tearing.

수소취화된 스테인리스강 304의 VHCF(Very High Cycle Fatigue) 피로특성과 UNSM처리 효과에 관한 연구

남승훈(Seung-Hoon Nahm),백운봉(Un-Bong Baek),서창민(Chang-Min Suh),편영식(Young-Sik Pyun) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.6

실온에서 미처리재와 UNSM 처리재, 수소취화재(10 MPa, 300 ℃, 120 h) 및 이 수소취화재의 UNSM 처리재의 스테인리스강 304 시험편의 재료특성파악을 위한 실험에서 수소취화재는 기존의 미처리재의 S-N곡선보다 피로강도가 거의 비숫한 경향을 나타내었으며, 수소취화효과는 미미하였다. 미처리재와 수소취화재의 피로한도는 400 ㎫로 같았고, 약 8.1배의 많은 수소를 함유함에도 수소취화영향은 거의 없었다. 미처리재에 비해서 UNSM처리재의 피로한도는 약 50 % 상승하였고, 수소취화재의 UNSM처리재는 수소취화재보다 약 50 % 상승하는 경향을 나타내었다. EBSD에 의한 IQ, IPF, KAM 및 phase diagram map에서 UNSM처리 후, 이 처리의 영향을 받는 나노 입자 표면층의 두께는 약 112 ㎛이다. This study is to investigate the influence of hydrogen attack and UNSM on fatigue behaviors of STS 304. Fatigue endurance limit of untreated material and hydrogen treated one was the same at 400 ㎫, and hydrogen embrittlement had little influence even though it contained about 8.1 times more hydrogen. Thus the sensitivity of hydrogen gas of this STS 304 material is very low. The fatigue endurance limit of the UNSM treated material rose by about 50 % compared with the untreated material and showed a tendency to increase by about 50 % as compared with the hydrogen treated material. After the UNSM treatment with IQ, IPF, KAM and phase diagram map by EBSD, the thickness of the nanoparticle surface layer affected by this treatment is about 112 ㎛.

수퍼 2상 스테인리스강의 부식 저항성에 관한 연구

강흥주(HEOUNG-JOO KANG),남기우(KI-WOO NAM),안석환(SEOK-HWAN AHN),강창룡(CHANG-YONG KANG),도재윤(JAE-YOON DO),박인덕(IN-DUCK PARK) 한국해양공학회 2003 韓國海洋工學會誌 Vol.17 No.2

The corrosion resistance of super duplex stainless steel on both its fibrous and dispersed phases was investigated. These structures consist of various volume fraction and distribution of austenite structure, which were obtained by changing the heat treatment temperature and cycle. The fibrous phase had higher austenite volume fraction than that of the dispersed phase at the same temperature. Corrosion resistance of super duplex stainless steel was evaluated through an immersion test and an impingement test, using 35% HCl and sea water, respectively. Super duplex stainless steel was compared with STS316L and STS304. The corrosion resistance of super duplex stainless steel was superior to STS316L and STS304. The dispersed phase of super duplex stainless steel was more stabilized than the fibrous phase in corrosion. The magnitude of corrosion rate was in order STS304, STS316L, fibrous phase of super duplex stainless steel and dispersed phase of super duplex stainless steel.

광기능성 재료 TiO₂ 피막에 의한 STS304강의 방식

이승연(SUNG-YEON LEE),남기우(KI-WOO NAM),안석환(SEOK-HWAN AHN),김종순(JONG-SOON KIM) 한국해양공학회 2003 韓國海洋工學會誌 Vol.17 No.3

This study investigates the photoelectrochemical behavior of STS304 steel with TiO2 thin films coating, applied by sol-gel method, for the purpose of cathodic photoprotection of the steel corrosion. One time TiO2-coated STS304 steel, adapted with two kinds of TiO2 sol solution, has the most dominant photopotential abilities, which was -200㎷ vs. SCE and -500㎷ vs. SCE under illumination with 40W fluorescent lamp, respectively. That had yielded more negative values than the corrosion potential of the bare metal(-130㎷ vs.SCE). The bleaching of TCE was confirmed on TiO2-coated STS304 steel under UV-illumination with 20W Black-light. This Study concluded that TiO2-coated STS304 exhibited both a cathodic photoprotection effect against corrosion and a photocatalytic self-cleaning effect.

세라믹강화제 첨가에 따른 주조 304스테인리스강의 인장 및 마모특성 변화에 대한 연구 (초)

이상훈,홍성모,한병선,박진주,이민구,이창규 대한금속재료학회 ( 구 대한금속학회 ) 2007 대한금속재료학회 학술대회 개요집 Vol.2007 No.1

304L 오스테나이트강 고출력 레이저를 이용한 녹 제거 및 기계적 성질 연구

유현종,김정오,박창규,최지연 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11

304L 스테인리스 강은 니켈과 크롬이 함유되어 있어 기계적 강도와 내식성이 강한 재료여서 LNG 탱크, 교량, 선박, 폐기물 소각기 배관, 열교환기 배관 등 고온 및 염화물 환경에서 사용이 된다. 하지만 430~800°C 사이의 온도에서는 크롬이온이 탄소와 결합하게 되며 크롬 고갈층이 발생하여 녹이 발생한다. 그리하여 본 연구는 기존의 녹 제거인 샌드블라스팅, 화학용액 녹 제거 방법 보다 더 빠르고 친환경적인 제거방법인 레이저 클리닝을 통하여 녹 제거 및 레이저 클리닝 후의 기계적 특성을 연구하고자 한다. 사용된 레이저는 1.2 kw Nd:YAG 레이저 이며, 클리닝 후 SEM, EPMA, XRD를 통하여 표면상의 녹제거 유무를 확인하였고, XRD, EBSD 분석을 통해서 재료의 상 변화 및 결정립 크기를 확인하였다. 경도와 인장시험으로부터 기계적 특성을 파악하였고, TEM, EELS를 통해서 전위, 미세 결정립 및 석출물을 파악하였다.

304 스테인리스강의 크리프 좌굴 수치 해석 모델 개발

박수연(Su Yeon Park),김준이(Jooniee Kim),조병남(Byeongnam Jo) 대한기계학회 2022 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2022 No.11