3cr-1mo barkhausen noise
TRANSCRIPT
[๋ ผ๋ฌธ] ์ด์ฒ๋ฆฌ๊ณตํํ์ง, ์ 21๊ถ ์ 4ํธ(2008)J. of the Korean Society for Heat Treatment, Vol. 21, No. 4, (2008) pp. 199~204
์ด์ฒ๋ฆฌ์ ๋ฐ๋ฅธ 3Cr-1Mo๊ฐ์ Barkhausen noise ํน์ฑ
๋จ ์ ํโ
ํ๊ธฐ์๋
Barkhausen Noise Characteristics of 3Cr-1Mo Steel with Heat-treatment
Young-Hyun Namโ
Hagisonic CO., LTD. Yongsan-dong 535, Yuseong-gu, Daejeon 305-500, Korea
Abstract The destructive method is reliable and widely used for evaluating the properties of material but it is
time-consuming and difficult to prepare specimens from in-service industrial facilities. In the present research,
Barkhausen Noise (BN) has been used to evaluate changes of mechanical properties due to heat treatment con-
dition. The BN voltage (rms voltage) was measured with grain size. The rms voltage of BN increased with the
heat treatment temperature (870~1000oC) because the grain size increased with the temperature. The rms volt-
age of BN decreased with various heat treatment processes, such as quenched, tempered and PWHT. The BN
can be used for the nondestructive evaluation of the forged reactor vessels. and moreover, it may be effectively
used in the field application.
(Received June 29, 2008; Revised June 9, 2008; accepted July 19, 2008)
Key word: Barkhausen Noise(BN), Grain size, 3Cr-1Mo, Heat-treatment
1. ์ ๋ก
์๊ธฐ์ธก์ ๋ฒ์ ์ฌ๋ฃ์ ์๊ธฐ์ ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด๋ B-H
๊ณก์ ์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ฌผ์ฑ๋ณํ๋ฅผ ํ๊ฐํ๋ ๋นํ๊ดด๋ฒ์ผ๋ก,
ํ๋ฒ ์ธก์ ์ผ๋ก ๋ง์ ๋ณ์๋ค์ ์ป์ ์ ์๋ค๋ ์ฅ์
์ด ์๋ค. ์ฌ๋ฃ์ ๊ณ ์ ๋ฌผ์ฑ์ ํ๋จํ๋ ์๊ธฐ์ ๋ณ์๋ก
๋ ์๋ฅ์๊ธฐ, ๋ณด์๋ ฅ, ํฌํ์๊ธฐ์ ๋, ํฌ์์จ ๋ฑ์ด ์
์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ ์ฌ๋ฃ์ ๊ฒฐ์ ์ ๋, ์๋ ฅ, ์์ฑ๋ณํ, ์์ถ๋ฌผ
๋ฑ๊ณผ ๋ฐ์ ํ ๊ด๊ณ๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ, ํ์ฌ ๋ง์ ๋ถ์ผ์์ ํ
๋ฐํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์งํ๋๊ณ ์๋ค[1-4].
๊ฐ์์ฑ ์ฌ๋ฃ์ ์์ฅ์ ์ธ๊ฐํ๋ฉด ์ฌ๋ฃ ๋ด์ ๊ฒฐํจ,
๊ฒฐ์ ๋ฆฝ๊ณ, ์ ์, ๋น์์ฑ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ ๋ฑ์ ์ํ์ฌ ์๊ตฌ๋ฒฝ
(Domain wall)์ ๋ถ์ฐ์์ ์ธ ์ด๋์ ํ๊ฒ ๋๋ค. ์ด
๋ฌํ ๋ถ์ฐ์์ ์ธ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋๊ณผ์ ์ ํ์ง์ฝ์ผ
(Pick-up coil)๋ก ์ธก์ ํ๋๋ฐ, ์ด๋ฅผ Barkhausen
noise(BN)๋ผ๊ณ ํ๋ค. BN์ ๊ฐ์์ฑ ์ฌ๋ฃ์ ๋ณํํ๋
์๊ธฐ์ฅ์ ๊ฐํ๋ฉด ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์ ์ํด ์๊ธฐ์ฅ ๋ฐฉํฅ
์ ์๊ตฌ๊ฐ ์ปค์ง๊ณ ๋ค๋ฅธ ๋ฐฉํฅ์ ์๊ตฌ๋ ์์์ง๋ฉด์
์๊ธฐํ ๋๋๋ฐ, ์ด๋ BN์ด ๋ฐ์ํ๊ฒ ๋๊ณ ์๊ธฐ์ด๋ ฅ
๊ณก์ ์์ ๋ณด์๋ ฅ ๋ถ๊ทผ์ dB/dH๊ฐ ๊ฐ์ฅ ํฐ ๊ณณ์์
๊ฐ์ฅ ๊ฐํ๊ฒ ์ผ์ด๋๋ค. BN์ ํน์ฑ์ ๊ฐ์์ฑ์ฒด์ ์ฃผ
๋ก ๋ฐ์ํ๋ฉฐ, ์ด๋ฅผ ์ํ์ฌ ์ธก์ ์ฅ๋น๊ฐ ๊ฐํธํ๊ณ ๋น
๋ฅธ ์ธก์ ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ฏ๋ก, ๋ค๋ฅธ ์๊ธฐ์ ๋นํ๊ดดํ๊ฐ๋ฐฉ๋ฒ
์ ๋นํด ๋์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ํ๋ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ค์ํ ์ฐ์
์์ฐ ๋ถ์ผ์์ ์ด์ฉ๋๊ณ ์๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ BN๋ฒ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ค์ง์ ๋ถํด
(Heavy oil refining) ๋ฐ ํํฉ์ฉ(Hydro desulphuri-
zation) ์๋ ฅ์ฉ๊ธฐ ์์ฌ์ธ 3Cr-1Mo๊ฐ์ ๋ํ์ฌ ์ด์ฒ
๋ฆฌ ์จ๋(870~1000oC) ๋ฐ ์กฐ๊ฑด(๋ด๊ธ์ง, ํ ํผ๋ง,
PWHT)์ ๋ฐ๋ฅธ BN์ ํน์ฑ๋ณํ๋ฅผ ์กฐ์ฌํ์๋ค. ๋ํ
์ถฉ๊ฒฉ์ํ์ ํตํ์ฌ ์ป์ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋(appearance
transition temperature: FATT)์ BN๊ณผ์ ์๊ด๊ด
๊ณ์ ๋ํด์๋ ๊ณ ์ฐฐํ์๋ค.
2. Barkhausen noise
BN์ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์ด ๊ฒฐํจ, ๋น์์ฑ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ ๋ฑ์
์ํ์ฌ ๋ฐฉํด๋ฅผ ๋ฐ์ ๋ ๊ฐ์ํ๋ฉฐ, ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ฌ๋ฌผ
์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ํฌ๊ธฐ์ ๋น์ทํ ๊ฒฝ์ฐ์ ๊ฐ์ฅ ํจ
๊ณผ์ ์ผ๋ก ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์ ๋ฐฉํดํ ์ ์๋ค๊ณ ์๋ ค์ ธ
โ E-mail : [email protected]
200 ๋จ ์ ํ
์๋ค. ์ด๋ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ์ด spike ์๊ตฌ๋ฅผ ํ์ฑ์์ผ ์๊ตฌ๋ฒฝ
์ ์ ์๊ธฐ์๋์ง๋ฅผ ๊ฐ์์ํค๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ์๊ตฌ๋ฒฝ์
ํฌ๊ธฐ๋ ์ฒ ์ ๊ฒฝ์ฐ 0.05~0.1 ยตm ์ ๋์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์
๋ ค์ ธ ์๋ค[5-8]. ๊ฐ์์ฑ ์ฌ๋ฃ๊ฐ ์ํ๋ ๋ ์๊ตฌ๋ฒฝ์
๋ถ์ฐ์์ ์ธ ๋ณํ๋ฅผ ํตํด ๋ํ๋๋ BN์ Faraday's
law๋ก๋ถํฐ ์ (1)๊ณผ ๊ฐ์ด ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์๋์ ์ํด
๊ฒฐ์ ๋๋ค. ์ด๋ฌํ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์๋๋ ์ธ๋ถ์์ ๊ฐ
ํด ์ฃผ๋ ๊ตฌ๋๋ ฅ(driving force)๊ณผ ์ฌ๋ฃ ๋ด๋ถ์ ๋ฏธ์ธ
์กฐ์ง์ ์ํ pinning ํจ๊ณผ๋ก๋ถํฐ ๋ํ๋๋ ์ต์ ๋ ฅ
(retarding force)๊ณผ์ ๊ด๊ณ๋ก๋ถํฐ ํ์๋์๋ค[9-12].
(1)
์ฌ๊ธฐ์ V(t)๋ BN(rms voltage)์ ๋ํ๋ด๋ฉฐ, N์ ๋จ
์๊ธธ์ด ๋น ์ฝ์ผ์ ๊ฐ์ ์, C๋ ์์, 2Is๋ 180o
์๊ตฌ๋ฒฝ์ ๋ณํ์ ์ํ ์ํ๋์ ๋ณํ, u๋ ์ํ๋ ์
๊ตฌ๋ฒฝ์ ๋ถํผ, ฮธ๋ ์๊ธฐ์ ์๊ณผ ํ์ง์ฝ์ผ์ฌ์ด์ ๊ฐ๋,
A๋ ์ด๋ํ๋ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ๋จ๋ฉด์ , v(x)๋ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋
์๋, H๋ ์ธ๊ฐ ์ํ๋, Fr(x)๋ ์ต์ ๋ ฅ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
์ง๊ธ๊น์ง์ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์๊ธฐ์ ๊ฐ์ด ์ต์ ๋ ฅ[Fr(x)]
๋ฅผ ๋จ์ํ ์ ์ฑ์ ์ธ ์ฒ๋๋ก๋ง ์ธ๊ธํ์๋๋ฐ, ์ด๋ฌํ
์ฐ๊ตฌ ์ค ๊ฐ์ฅ ๋ํ์ ์ธ ๊ฒ์ด ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ ํฌ๊ธฐ์์ ์ฐ๊ด
์ฑ์ด๋ค. ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ๊ณ๋ ์๊ตฌ๋ฒฝ ์ด๋์ pinning ํจ๊ณผ์
์ญํ ์ ํ๋ฏ๋ก ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์ ๋ฐฉํดํ์ฌ ์ด๋์๋๋ฅผ
๋๋ฆฌ๊ฒ ํ๋ฉฐ, ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก BN์ ๊ฐ์์ํค๋ ์์ธ์ด
๋๊ณ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์์์ง์๋ก ๋ง
์ pinning ํจ๊ณผ๋ก ์ธํด BN์ ์์์ง๊ฒ ๋๋ค.
๊ฐ์์ฑ์ฒด์ ์๊ธฐ์ ํน์ฑ์ค ํ๋์ธ ๋ณด์๋ ฅ(coercive
force: Hc)์ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์์ง์ด๋๋ฐ ํ์ํ ์๊ธฐ์ฅ์
์ธ๊ธฐ์ด๋ฉฐ, ๋น๊ฐ์ญ์ ์ธ ์ํ ๊ณผ์ ์์ ๋ํ๋๋ 180o
์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์ ์ํด ๊ฒฐ์ ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ด ๊ฒฐ
ํจ(๊ฐ์ฌ๋ฌผ, ์์ถ๋ฌผ, void, ์ ์), ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง, ์๋ ฅ ๋ฑ์
์ํ์ฌ pinning๋ ๋ ๋ณด์๋ ฅ์ ์ฆ๊ฐํ๊ฒ ๋๊ณ BN๊ณผ
๋ ๋ฐ์ ํ ๊ด๊ณ์ ์๋ค.
๋ฐ๋ผ์ ์(1)์์์ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ๊ณ์ ์ํ ์ต์ ๋ ฅ๊ณผ ๋ณด
์๋ ฅ๊ณผ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ์๊ฐํ ์ ์๋๋ฐ, ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ
(D)์ ๋ณด์๋ ฅ๊ณผ์ ์๊ด๊ด๊ณ๋ฅผ ์ (2)๊ณผ ๊ฐ์ด ํ์ํ
์ ์๋ค[13].
(2)
์ฌ๊ธฐ์ ฮณw๋ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์๋์ง, M
s๋ ํฌํ ์ํ๋์ด
๊ณ , ฮณw๋ ์ (3)๊ณผ ๊ฐ์ด ํ์ํ ์ ์๋ค.
(3)
๋ฐ๋ผ์ ๋ณด์๋ ฅ๊ณผ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ ํฌ๊ธฐ์์ ์๊ด๊ด๊ณ๋ ์
(4)๊ณผ ๊ฐ์ด ํ์ํ ์ ์๋ค[14].
(4)
์ฌ๊ธฐ์ K๋ Boltzmann์์, K1์ ์๊ธฐ๊ฒฐ์ ์ด๋ฐฉ์ฑ,
Tc๋ Curie ์จ๋, a๋ ๊ฒฉ์์์์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ
ํฌ๊ธฐ์ ์ํ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์๋๋ ์ (5)๊ณผ ํ์ํ
์ ์๋ค.
(5)
์ด์ ๊ฐ์ด ์ฌ๋ฃ ๋ด๋ถ์ pinning site๋ก์์ ์ํฅ์ด
๊ฒฐ์ ๋ฆฝ๊ณ์ ์ํด์๋ง ๊ฒฐ์ ๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ฉด, ์๊ตฌ๋ฒฝ์
์ด๋์๋๋ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ ํฌ๊ธฐ์ ๋น๋กํ๋ค. ์ฆ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ
๊ธฐ๊ฐ ์ปค์ง์ ๋ฐ๋ผ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋์๋๋ ๋นจ๋ผ์ง๊ณ ,
BN์ ์ฆ๊ฐํ๊ฒ ๋๋ค.
3. ์คํ๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉ๋ ์ฌ๋ฃ๋ ์๋ ฅ์ฉ๊ธฐ ์์ฌ์ธ 3Cr-
1Mo๊ฐ์ผ๋ก์ ํํ์ ์ฑ๋ถ ๋ฐ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ Table
1์ ๋ํ๋ ๋ฐ์ ๊ฐ๋ค. ๋ค์ํ ๊ฒฐ์ ์ ๋๋ฅผ ๊ฐ์ง ์ํ
V t( ) 2NCIs
du
dt-------โ โ
โ โ ฮธcos 2NCISAv x( ) ฮธcos= =
v x( ) 2HIs
ฮธcos Frx( )โ=[ ]
Hc
3ฮณw
Ms
------------
1
D----ร=
ฮณw
kTcK
1
a------------------=
Hc
3kT
cK
1aโ
Ms
-------------------------
1
D----ร=
v x( ) 2Is
ฮธcos H Hc
โ( )=
2Is
ฮธcos H 3kT
cK
1aโ
Ms
-------------------------
1
D----รโ
โ โ โ โโ โ
=
Table 1. chemical composition and tensile properties ofthe test material
(wt. %)
C Si Mn P S Ni
0.14 0.08 0.44 0.007 0.003 0.1
Cr Mo V Ti B
2.95 0.97 0.29 0.029 0.002
0.2% Yield stress (MPa)
Tensile stress (MPa)
Elongation (%)
Reduction Area (%)
Hardness (HB)
500 630 28 78 197
์ด์ฒ๋ฆฌ์ ๋ฐ๋ฅธ 3Cr-1Mo๊ฐ์ Barkhausen noise ํน์ฑ 201
ํธ์ ์ป๊ธฐ ์ํ์ฌ Table 2์ ๊ฐ์ด ์ํํธ๋ค์ ๋ด๊ธ
์ง ์จ๋๋ฅผ 870~1000oC๊น์ง ๋ณํ ์ํค๋ฉด์ ์ด์ฒ๋ฆฌ
๋ฅผ ์ค์ํ์๊ณ , ์ด์ฒ๋ฆฌ ํ ๋๊ฐ์๋๋ 12oC/min๋ก
์ผ์ ํ๊ฒ ํ์๋ค. ๋ด๊ธ์งํ ์ํํธ์์๋ ํํ๋ฌผ์ด
์์ถ๋์ง ์์์ ๊ฒฐ์ ์ ๋๋ฅผ ์ธก์ ํ ์ ์์์ผ๋ฉฐ, ํ
๊ท ์ ์ธ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ๋ ASTM-E112-88์ ์ํด ์ธก
์ ํ์๊ณ , ํ ํผ๋ง๊ณผ PWHTํ ์ํํธ์ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ ํฌ๊ธฐ
๋ ๊ฑฐ์ ๋น์ทํ์๋ค[15]. ์ด์ฒ๋ฆฌ ์จ๋ ๋ฐ ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ
๋ฅธ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋์ ๋ณํ๋ฅผ ๊ตฌํ๊ธฐ ์ํ์ฌ Charpy
V-notch ์ถฉ๊ฒฉ์ฒ์ด๊ณก์ ์ ASTM A370์ ์ํด ์ป์
๊ณ , ์ํํธ์ ํฌ๊ธฐ๋ 10 ร 10 ร 55 mm์ด๋ค[16].
Fig. 1์ BN ์ธก์ ์์คํ ์ ๊ฐ๋ต๋๋ฅผ ๋ํ๋ด๊ณ ์
๋ค. ํจ์๋ฐ์๊ธฐ๋ก 0.5 Hz์ ์ ํํ๋ฅผ ๋ฐ์์ํจ ํ,
์ ๋ ฅ์ฆํญ๊ธฐ๋ก ์ฆํญํ์ฌ U๋ชจ์์ ferrite core์ ์ง๊ฒฝ
1 mm ์ฝ์ผ์ 500๋ฒ ๊ฐ์ ์๊ธฐ์ฅ์ ๋ฐ์์์ผฐ๋ค. ์
๊ธฐ๊ฐ์ ์ธ๊ธฐ๋ gauss meter๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ธก์ ํ์์ผ
๋ฉฐ, ์ ๋๋ ์์๋ฐ๋๋ ์ํํธ ์ฃผ์์ 1000๋ฒ ๊ฐ์
์ง๊ฒฝ 0.2 mm ํ์ง์ฝ์ผ์ ์ ๋๋ ์ ์์ ์์๊ณ๋ก
๊ตฌํ์๋ค. ์์๊ณ์์ ๋์จ ์ ํธ๋ Digital oscillos-
cope์ ํตํ์ฌ ์ธก์ ํ์์ผ๋ฉฐ, oscilloscope๋ GPIB
๋ณด๋๋ฅผ ํตํ์ฌ ์ปดํจํฐ์ ์ฐ๊ฒฐํ์๋ค.
BN์ ํ์ง์ฝ์ผ์ ์ ๋๋ ์ ์์ ํธ๋ฅผ pre-amplifier
๋ก 40 dB๋ก ์ฆํญํ์์ผ๋ฉฐ, band pass filter๋ฅผ ๊ฑฐ์ณ
oscilloscope๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ ํธ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. BN์
ํ๊ท ํ์ฒ๋ฆฌ ํ ์คํจ์น ์ ์(root mean square
voltage)์ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ์ธก์ ํ์๋ 60ํ์ด๋ค.
Table 3์ BN ์ธก์ ์์คํ ์ ํตํด ์ป์ BN ์ ์
๊ณผ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๋ฅผ ์ ๋ฆฌํ ๊ฒ์ด๋ค.
4. ์คํ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
Fig. 2๋ ์ํํธ P1, P2, P3, P4, P5์ ์กฐ์ง์ฌ์ง
Table 2. Heat treatment conditions and averageaustenite grain sizes of the test specimens
Specimen no.
Heat treatment conditionsAverage
austenite grain size (ยตm)
N 1020oC/5h Normalized โ
Q1 Nโ 870oC/5 h
Quenched
โ
Q2 Nโ 900oC/5 h โ
Q3 Nโ 935oC/5 h โ
Q4 Nโ 970oC/5 h โ
Q5 Nโ 1000oC/5 h โ
T1 Q1
Tempered675oC/5 h
19.6
T2 Q2 26.0
T3 Q3 30.5
T4 Q4 57.5
T5 Q5 75.8
P1 T1
PWHT*690oC/24 h
21.8
P2 T2 24.2
P3 T3 32.6
P4 T4 54.0
P5 T5 76.0
*: Simulated post weld heat treatment
Fig. 1. Block diagram of Barkhausen noise measure-ment equipment.
Table 3. Average root mean square voltage ofBarkhausen noise and FATT to the test specimens
Specimen no. Barkhausen noise (mV) FATT (oC)
Q1 โ 141
Q2 โ 137
Q3 โ 132
Q4 โ 156
Q5 โ 169
T1 145.3 9
T2 138.3 22
T3 151.3 33
T4 229.7 59
T5 264.3 80
P1 126 โ29
P2 154.3 โ29
P3 154.6 โ21
P4 230 โ0.6
P5 290 0
202 ๋จ ์ ํ
์ด๋ฉฐ, ๊ฒฐ์ ์ ๋๋ ๊ฐ๊ฐ 21.8, 24.2, 32.6, 54.0,
76.0 ยตm์ด๋ค.
Fig 3๊ณผ 4๋ austenitizing ์จ๋์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์งํ์
๋ฐ๋ฅธ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ํญ๋ณต๊ฐ๋์ ๋ณํ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค.
์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ ํญ๋ณต๊ฐ๋ ๋ชจ๋ ๋ด๊ธ์งํ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๊ฐ์ฅ
๋์์ผ๋ฉฐ, ํ ํผ๋ง, PWHT๊ฐ ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ๋ฎ์์ง๊ณ
์์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ austenitizing ์จ๋ ๋ณํ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ
์ฅ๊ฐ๋์ ํญ๋ณต๊ฐ๋์๋ ํฐ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์๋ค. ์ด๋ ์ด์ฒ
๋ฆฌ(quenchedโ temperedโ PWHT)๊ฐ ์งํ๋ ์๋ก
์ฌ๋ฃ ๋ด์ ์กด์ฌํ๋ ๋ด๋ถ์๋ ฅ(์ด์๋ ฅ, ๋ณํ์๋ ฅ), ์
์, ๊ธฐ๊ณต ๋ฑ์ด ์ ๊ฑฐ๋๊ณ , ์์ถ๋ ํํ๋ฌผ์ด ์์ ํ ์
ํ๋ก ํ๋ณต๋๋ฉฐ, ์ ์๊ฐ ์ ๊ณ๋ก ์ด๋ํ์ฌ ์๋ฉธ๋๋ฏ๋ก
[17] ๊ฐ๋๋ ์ ํ๋์๋ค๊ณ ์๊ฐ๋๋ค.
Fig. 5๋ 3์ข ๋ฅ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ํํธ(Q5, T5, P5)์์
์ป์ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๋ก ๋ด๊ธ์ง(Q5)ํ ๊ฒฝ์ฐ๋ 169oC,
ํ ํผ๋ง(T5)ํ ๊ฒฝ์ฐ๋ 80oC, PWHT(P5)ํ ๊ฒฝ์ฐ๋
0oC์ด์๋ค. Austenitizing ์จ๋๋ฅผ ๋ค๋ฅด๊ฒ ๋ด๊ธ์งํ
์ํํธ๋ค์ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๋ 141~169oC, ํ ํผ๋งํ
Fig. 2. Photomicrographs of PWHT specimens.
Fig. 3. Variation of tensile strength with heat treatmentconditions.
Fig. 4. Variation of yield strength with heat treatmentconditions.
์ด์ฒ๋ฆฌ์ ๋ฐ๋ฅธ 3Cr-1Mo๊ฐ์ Barkhausen noise ํน์ฑ 203
์ํํธ๋ค์ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๋ 9~80oC, PWHTํ ์
ํํธ๋ค์ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๋ โ29~0oC ๋ฒ์์ ์์๋ค.
์ด์ฒ๋ฆฌ๊ฐ ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๊ฐ ๊ฐ์
ํ๊ณ ์์๋๋ฐ, ์ด๋ 3Cr-1Mo๊ฐ์ ์ธ์ฑ์ด ํฅ์๋๊ณ
์์์ ์๋ฏธํ๋ค.
Fig. 6์ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ์ BN๊ณผ์ ์๊ด๊ด๊ณ๋ฅผ ๋
ํ๋ธ ๊ฒ์ผ๋ก, ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ด ์ปค์ง์ ๋ฐ๋ผ BN์ด ์ ํ์ ์ผ
๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ์ ์ ์๋ค. ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ๊ณ๋ ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋
์ ๋ฐฉํดํ๋ ์ญํ ์ ํ๋ฉฐ, ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ๊ณ์๋ ์์ถ๋ฌผ, ๊ฐ
์ฌ๋ฌผ, ์ ์์ ๊ฐ์ pinning site๊ฐ ์กด์ฌํ๋ค. ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ
์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ฆ๊ฐ๋จ์ ๋ฐ๋ผ pinning site ์ฌ์ด์ ๊ฑฐ๋ฆฌ
๋ ๋ฉ์ด์ง๊ณ , ์ด๋ก ์ธํด ์๊ตฌ๋ฒฝ์ ์ด๋๊ฑฐ๋ฆฌ ๋ํ ์ปค
์ง๋ฏ๋ก BN ์ ํธ๋ ์ฆ๊ฐ๋์๋ค๊ณ ์๊ฐ๋๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ
๋ก ๊ฐ์์ฑ ์ฌ๋ฃ์ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ์๋ง์ ์๊ตฌ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด
์์ผ๋ฉฐ, ์๊ตฌ์ ์๋ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ์ ๋น๋กํ๋ ๊ฒ์ผ
๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค.
Fig. 7์ austenitizing ์จ๋๊ฐ ๋์์ง์ ๋ฐ๋ผ BN
์ด ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ด๊ณ ์๋ค. Austenitizing ์จ
๋๊ฐ ์์นํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ๋ 20~76 ยตm ๋ฒ
์์์ ์ ์ฐจ ์ฆ๊ฐํ์๊ณ , BN ์ ์ ๋ํ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์
ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ด์ฒ๋ฆฌ์ ์งํ
(Tempered, PWHT)์ ๋ฐ๋ฅธ BN ์ ์์๋ ํฐ ์ฐจ์ด
๊ฐ ์์๋ค.
Fig 8์ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ์ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋์์ ์๊ด
๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค. ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ
๋ผ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๋ ์ ํ์ ์ผ๋ก ๋น๋กํ๊ณ ์์๋๋ฐ,
์ด๋ ์ด์ฒ๋ฆฌ๊ฐ ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ์๋ ฅ์ฉ๊ธฐ๊ฐ์ ์ธ์ฑ์ด
ํฅ์๋๊ณ ์์์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค.
Fig 9๋ BN๊ณผ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋์์ ์๊ด๊ด๊ณ๋ฅผ ๋
ํ๋ธ ๊ฒ์ผ๋ก, BN์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๋
Fig. 5. Fracture appearance transition temperature(FATT) change with heat treatment conditions.
Fig. 6. Relation between grain size and BN voltage.
Fig. 7. Relation between austenitizing temperature andBN voltage.
Fig. 8. Relation between grain size and FATT.
204 ๋จ ์ ํ
์ ํ์ ์ผ๋ก ๋น๋กํ๊ณ ์์์ ์ ์ ์๋ค.
์์ ํํ ์๋ ฅ์ฉ๊ธฐ ์์ฌ์ธ 3Cr-1Mo๊ฐ์ ๊ธฐ๊ณ์
์ฑ์ง(์ธ์ฅ๊ฐ๋, ํญ๋ณต๊ฐ๋, ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋)์ BN๋ฒ์
์ด์ฉํ์ฌ ์์ธกํ๊ธฐ ์ํด์๋ ์ ๋ขฐ์ฑ ์๋ ๋ฐ์ดํ ๋ฒ
์ด์ค ๊ตฌ์ถ์ด ํ์์ ์ด๋ค. ์ด์ฒ๋ฆฌ(quenchedโ
temperedโ PWHT)์ ์งํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง๊ณผ
BN ์ ์๊ณผ์ ์๊ด๊ด๊ณ์์ ๊ทผ์ฌ์์ ๊ตฌํ ํ, ์ญ์ผ
๋ก BN ์ ์์ ์ธก์ ํ์ฌ ๊ด์ฐฐํ๋ฏ๋ก ๊ฐ์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ
์ง ๋ณํ์ ๋ํ ์ ์ตํ ์ ๋ณด๋ฅผ ์์ธกํ ์ ์์ ๊ฒ
์ผ๋ก ๊ธฐ๋๋๋ค.
5. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ 3Cr-1Mo๊ฐ์ ๋์์ผ๋ก ์ด์ฒ๋ฆฌ ์จ
๋(870~1000oC) ๋ฐ ์กฐ๊ฑด(๋ด๊ธ์ง, ํ ํผ๋ง, PWHT)
์ ๋ฐ๋ฅธ BN ์ ์์ ๋ณํ๋ฅผ ๊ณ ์ฐฐํ ๊ฒฐ๊ณผ, ๋ค์๊ณผ ๊ฐ
์ ๊ฒฐ๋ก ์ ์ป์๋ค.
1. ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ๋ austenitizing ์จ๋๊ฐ ๋์์๋ก
์ฝ 20~76 ยตm๋ก ์ฆ๊ฐํ์๊ณ , ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ์ BN
์ ์์ ์ข์ ๋น๋ก๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ณด์๋ค.
2. ์ฐ์ทจ์ฑ์ฒ์ด์จ๋๋ PWHTํ ์ํํธ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ฒฐ
์ ๋ฆฝ์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฝ โ29~0oC ๋ฒ์์
์ ์ ํ์ ์ผ๋ก ๋น๋กํ์์ผ๋ฉฐ, ์ด์ฒ๋ฆฌ(๋ด๊ธ์ง โ ํ ํผ
๋ง โ PWHT)๊ฐ ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ 3Cr-1Mo๊ฐ์ ์ธ์ฑ
์ ํฅ์๋๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ํ๋ด์๋ค.
์ฐธ๊ณ ๋ฌธํ
1. K. O. Chang, T. S. Kim, C. M. Sim, S. H. Chi and C.
O. Kim : Journal of The Korean Magnetics Society.,
8 (1998) 249.
2. K. O. Chang, S. H. Chi, S. S. Park, B. C. Kim, and C.
O. Kim : Korean Journal of Materials Research., 9
(1998) 1020.
3. J. H. Kim, E. P. Yoon, J. G. Moon, D. G. Park and J.
H. Hong : Journal of the Korean Society for
Nondestructive testing., 18 (1998) 292.
4. C. I. Ok, J. W. Kim, D. G. Park, J. H. Hong and J. K.
Lee : Journal of the Korean Society for Nondestruc-
tive testing., 18 (1998) 477.
5. B. D. Cullity : Introduction to Magnetic Materials,
Addison-Wesley & Sons Inc., (1993) 377.
6. F. Ichikawa, M. Okuno, M. Okamoto and F. Tanaka :
Mat. Sci. Forum: 210 (1996) 195.
7. Jiles, David : "Introduction to Magnetism and
Magnetic materials" CRC Pr., (1998) 119.
8. Sakamoto, M. Okada : IEEE Trans. Mag., 23 (1987)
2235.
9. D. W. Kim and D. I. Kwon : Journal of the Korean
Society for Nondestructive testing FC 99 (1999)
300.
10. R. Ranjan, DAVID C. Jiles, P. K. Rastogi : IEEE
Trans Mag., 23 (1987) 1869.
11. G. Bertotti, F. Fiorillio, and A. Montorsi : J. Appl.
Phys., 67 (1990) 5572.
12. Shilling J. W., and Houze G. L. Jr : IEEE Trans.
Mag., Mag-6 (1974) 195.
13. Mager. A : Ann. Phys. (Leipzig), 6F.11 (1952) 15.
14. Yu R. H, Basu. S, Zhang. Y, Parvizi-Majidi, and Xiao
John Q : J. Appl. Phys., 85 (1999) 6655.
15. "Standard method for determining average grain
size", E112-88, Annual book of ASTM Standards,
American Society for Testing and Materials,
Philadelphia (1992) 294.
16. ASTM standard A370, Standard Test methods for
Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials,
ASTM, Philadelphia (2000).
17. Y. H. Nam, Y. I. Kim and S. H. Nahm : Materials
letters., 60 (2006) 3577.
Fig. 9. Relation between BN voltage and FATT.