최성균님의 글
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안녕하십니까.요번에 회사에 갓 입사한 신입사원입니다.
step cooling시험을 하는데 하는법은 ASME코드집에 나와있는데 열처리책을봐도 인터넷을 뒤져도 왜 Step cooling을 하여 충격시험을 하는지는 알 수 없었습니다. 너무궁금하여서 이렇게 질문을 올립니다.
왜 step cooling을 하는지 아시는분은 답변부탁드립니다.



----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까..

오랬만에 듣는 용어라서 반갑습니다.
Step Cooling Test는 원래 오랜기간 사용하는 기기를 구성하는 금속(특히 저합금강 류)의 파괴특성치의 상태를 예측하기 위하여 하는 것입니다.

이 열처리 방법은 temper embrittlement의 원인과 매우 밀접한 관계가 있으며, 따라서 Temper Embrittlement 에 대하여 검색하여 보시면 관련자료를 얻으실 수 있으실 것입니다.


왜 이러한 방법을 사용하는지 생각해보시면 그리 어렵지 않습니다.

저합금강 혹은 고크롬계 합금강의 경우 고온에서 장시간 사용에 의하여 탄화물의 성장이나 입계편석 등이 나타나게 되는데 step cooling test 방법은 여기에 그 초점이 맞추어져 있습니다.

탄화물의 생성 및 성장 속도, 그리고 편석에 관한 이론적인 접근을 생각해 본다면, 통상적으로 과냉도 및 온도에 대한 함수로 나타나게 됩니다. 이러한 연유로 CCT 혹은 TTT 곡선에서 Knee 가 나타나게 되는 것(C 커브)이죠. 즉, 특정온도에서 가장 빠른 변태 속도를 보이게 되는 것입니다.

1. 높은 온도에서는
- 불순물의 확산속도 (Kinetics)가 커지는 반면 모재로의 용해도가 커지기 때문에 불순물의 편석정도는 낮아지겠죠. 따라서 embrittlement 는 급격하게 발생하지만, 그 양은 작게 됩니다.

2. 낮은 온도에서는
- 불순물의 편석 경향은 높아지는 반면 확산 kinetics는 최대 embrittlement에 미칠만큼 충분하지 않기 때문에

3. thermodynamics과 kinetics의 적절한 조합(optimum combination)은 어느 중간온도에서 나타나게 됩니다.

일반적인 가속실험에서는 통상적으로 아레니우스 방정식을 사용하여 온도를 올려서 실험하게 되지만, Nose 부근에서의 변태 속도가 가장 빠르기 때문에 이러한 아레니우스 방정식을 사용하는 것은 현실과는 좀 동떨어진 결과를 얻을 수도 있습니다.

따라서 개발된 방법이 Step Cooling testing 방법입니다.


다음의 원문을 참고하시기 바랍니다.

Step Cooling Treatments are designed to combine the favorable kinetics of embrittlement at high temperatures with the favorable thermodynamics of segregation at lower temperature. These generally results in {Delta}FATT values comparable to those obtained isothermally at the knee of the C-curve in about 10,000 to 20,000 hr in the case of rotor steels.


2.25Cr-1Mo 강에 대하여 Step cooling embrittlement으로 측정된 Delta FATT 값[SCE]과 Isothermal embrittlement에 의한 Delta FATT 값[I(t)]의 비교식은

I(t) = 0.67 [log t - 0.91] SCE

이며, 1회 SCE 는 약 10년의 isothermal embrittlement 에 해당하는 값을 얻을 수 있다고 합니다.


ASTM STP 499, Temper Embrittlement of Alloy Steel 에서 D.L. Newhouse et al.의 논문 "Temper Embrittlement Study of NiCrMoV Steels-Impurity Effects, Part I"을 읽어보시기 바랍니다.

도움이 되셨기를 바랍니다.

I believe you got the best answers from Dr. CH Chun.

Here is some additional information.

- The step cooling (screening) test is normally required for P. No 5A materials.
- The segregation will greatly reduce the toughness. (Find the attachment)
- See API RP934 (Materials and Fabrication Requirements for 2 1/4Cr-1Mo and 3Cr-1Mo Steel Heavy Wall Pressure Vessels for High Temperature, High Pressure Hydrogen Service)


Other references:

http://www.technonet.co.kr/qa/view.html?id=9148&code=1300&start=210

If you cannot open the attachment, please email me.

thomaseun@hanmail.net

CaseStudyofCr-Mo.pdf

고민을 많이 했는데 이렇게 성심성의껏 답변해주시니
정말 많은 도움이 되었습니다.감사드립니다.

답변 정말 감사드립니다.