오늘은 ASME Sec.VIII Div1에 있는 Forming Strain에 대하여 알아보도록 하겠습니다.
ASME Sec.VIII 다시한번 훝어보고 있습니다. 처음에는 그냥 지나가던 Graph의 의미와 단락의 의미를 하나하나 다시보고 있는데, 그중에서 오늘은 UG-79항에 있는 Forming Strain에 대하여 알아보도록 하겠습니다.
일전에 Sec.I Post Bending Heat treat를 가지고 Strain을 계산해서 업체와 Argue했던 경험이 생각나서 포스팅하게 되었습니다. 이것과는 큰 상관이 없지만 어쨋던 Bending후의 Strain때문에 Stress Relieving을 위한 열처리가 들어가기 때문에 비슷한 방식이라고 생각합니다.
1.Forming Strain이 뭔가요?
Cold Forming에 의해 발생한 Strain을 의미합니다. Bending을 하게 되면 필연적으로 구부러지는 힘때문에 생기는 응력으로 해당부위에 의도하지 않은 Strain이 발생할 수 밖에 없고 이를 해소시켜 주지 않으면 Creep이라던지 Induced 되는 힘이나 추가적인 압력등의 Stress에 취약해집니다.
ASME UG-79은 아래와 같이 Forming되는 부분의 Strain을 정해진 식에 따라, 구하게 되어 있습니다.
대개의 경우 Strain이 5%이상이 될 경우, 추가 조치를 취해야 합니다.
Plate의 경우 R0=무한대로 식을 변형하여야 합니다. Rf의 경우, Shell의 경우와 Head의 경우가 나누어 집니다. 헷갈릴수 있으니, 다음과 같은,
Shell Rf = Shell의 Nominal 반지름
Head Rf = Head Nuckle의 반지름을 사용하여야 합니다.
그래서 일정 이상의 Strain이 발생하면 그러한 응력을 해소시켜줄 목적으로 Stress Relieving을 합니다.
조직학적인 측면에서 접근해보면 아래와 같이 설명할 수 있을 것 같습니다.
"Forming의 경우는 소성변형 되었다고 달리 이야기 할 수 있는데요. 이 경우 원자배열이 변형된 부분에 불규칙하게 어긋나 있습니다. 원자배열이 어긋나 있으면, 전위가 발생하고 이는 원자반면이 밀리는 곳은 인장 응력, 없어진 부분은 압축응력이 발생합니다. 그래서 결과적으로는 소성변형 가공된 부분은 반드시 응력이 있고, 소성변형이 크게 일어난 부분일수록 응력이 증가합니다"
이러한 응력은 균열등의 결함을 유발합니다. 그렇다면 이러한 응력을 효과적으로 제거해야 하는데 어떻게 제거해야 할까요?
2.어떻게 응력을 제거해야 하나요?
위의 재질을 UCS와 일치시키기 위해 P-No1 Grade.1의 Carbon과 Low Alloy Steel중의 하나라고 가정하고, 계속해보겠습니다. 위의 Ellipsoidal Head의 Forming Strain은 45%라고 가정(계산값은 40%이지만)하면 Post Stress Relieving을 하여야하는 구간에 들어가게 됩니다.
이렇게 되면 UCS-56 기준으로 Heat Treatment를 해야하는데요.
이경우 "풀림열처리"로 격자구조를 다시 일정하게 바꿔주면, 격자구조가 원상태로 돌아가면서 전위에 의한 응력 및 인장응력이 해소되게 됩니다.
두꺼울수록, 응력이 높을수록, Severe한 Substance를 다룰수록 중요도가 올라가기 때문에 해당하는 풀림열처리는 필수입니다. 하나의 Code항목을 보더라도 원자구조에서 이해하는 것이 보다 왜 하는 질문에 확실히 답할수 있는 길인거 같습니다.
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