충격 시험 인증서는 재료 또는 용접부에서 채취한 시편에 대해 수행된 Charpy V-노치 충격 시험의 결과를 기록합니다. 지정된 저온에서 재료의 취성 파괴에 대한 저항성을 정량화합니다. 이는 주변 온도 이하에서 작동하는 압력 용기, 파이프라인 및 구조 부재의 중요한 특성입니다.
빠른 답변
Quick Answer
Charpy 충격 시험 인증서는 정의된 온도에서 펜듈럼 해머로 충격을 받은 노치 시편에서 측정된 흡수 에너지(줄 또는 피트-파운드)를 보고합니다. 이는 재료가 적용 가능한 사양 또는 코드의 최소 인성 요구 사항을 충족하는지 확인하는 데 사용되며, 특히 저온 또는 극저온 서비스 응용 분야에서 사용됩니다.
충격 인성이 중요한 이유
온도가 감소함에 따라 금속은 연성-취성 전이(DBTT)를 나타낼 수 있습니다. 전이 온도 이상에서는 파괴가 연성입니다(상당한 에너지 흡수, 소성 변형). 이하에서는 파괴가 취성입니다(낮은 흡수 에너지, 적은 변형, 재앙적 파괴).
탄소강 및 저합금강의 경우 이러한 전이는 성분 및 미세 구조에 따라 -50°C에서 +50°C 범위에서 발생합니다. 오스테나이트 계 스테인리스강 및 대부분의 니켈 합금은 연성-취성 전이를 나타내지 않으며 극저온에서 인성이 유지됩니다.
추운 지역, 극저온 서비스 및 LNG 응용 분야에서 작동하는 압력 용기는 최소 설계 금속 온도(MDMT)에서 보장된 최소 인성이 있는 재료가 필요하여 재앙적 취성 파괴를 방지합니다.
Charpy V-노치 시험 방법
시편 형상: 중앙에 2 mm 깊이의 45° V 노치가 있는 10 mm × 10 mm × 55 mm 막대. 재료 두께가 전체 크기 시편에 부족할 경우 소형 시편(7.5 mm × 10 mm 또는 5 mm × 10 mm)을 사용합니다.
시험 절차 (ASTM A370, EN ISO 148-1):
- 시편을 액체 욕조에서 지정된 시험 온도로 냉각(또는 가열)하고 제거 후 5초 이내에 앤빌로 옮깁니다
- 300 J(또는 더 큼) 펜듈럼 해머가 노치의 반대쪽 면에서 시편을 칩니다
- 시편이 파단될 때 흡수하는 에너지는 펜듈럼의 잔여 진동에서 측정됩니다
- 파단 표면을 검사합니다 — 전단 면적 백분율 및 측면 확장도 보고될 수 있습니다
단위: EN 표준에 따른 줄(J); ASTM에 따른 피트-파운드(ft-lb). 변환: 1 ft-lb = 1.356 J.
시험 온도 선택
시험 온도는 장비의 MDMT를 기준으로 선택됩니다:
| 표준 | 시험 온도 규칙 |
|---|---|
| ASME VIII-1 | UCS-66/UCS-66M 충격 시험 온도 곡선에 따름, 또는 명판에 표시된 MDMT |
| ASME B31.3 | 배관 재료 곡선에 대해 VIII-1과 동일 |
| EN 13480 | 최저 운영 온도(LOT) 또는 설계 온도(낮은 쪽) |
| API 5L PSL2 | 파이프 등급 지정에 명시 (예: X65 QO at -20°C) |
| EN 10028-3 | 등급 특정 시험 온도 (예: P355NL1 at -40°C에서 시험) |
용접 절차 적격성(ASME IX QW-406.31)의 경우, 필요한 Charpy 시험 온도는 보충 필수 변수 충격 시험이 호출될 때 참조 코드(예: ASME VIII-1 또는 B31.3)에 의해 지정됩니다.
최소 에너지 요구 사항
인정 기준은 코드 및 응용 분야에 따라 다릅니다. 일반적인 기준:
| 표준 / 응용 | 최소 평균 에너지 | 최소 단일 값 |
|---|---|---|
| ASME VIII Div. 1 (UG-84) | 전체 크기 27 J(20 ft-lb) | 19 J(14 ft-lb) |
| EN 10028-4 (극저온 판금) | 등급에 따라 27-47 J | 평균 최소값의 70% |
| API 5L PSL2 (몸체) | X65 이상 40 J(29 ft-lb) | 27 J(20 ft-lb) |
| NORSOK MDS (Y30) | -46°C에서 평균 45 J | 30 J |
| DNV-ST-F101 해저 파이프라인 | 등급에 따라 최소 100 J | — |
소형 시편의 경우 최소값은 비례적으로 감소합니다. ASME VIII-1 UG-84(b)(4)는 보정 계수를 지정합니다.
충격 시험 인증서가 포함해야 할 내용
- 재료 식별 — 열번호/로트 번호, 사양, 등급, 제품 형태, 치수
- 시험 실험실 — 이름, ISO 17025 인증 번호
- 적용 가능한 시험 표준 — ASTM A370 또는 EN ISO 148-1
- 시편 치수 — 전체 크기 또는 소형(해당하는 경우 감소 계수 명시)
- 노치 방향 — 압연 방향에 대해 횡방향(T-L 또는 T-S) 또는 종방향(L-T); 방향이 결과에 크게 영향을 미침
- 시험 온도 — 지정 및 실제(욕조 온도 및 보정 참조)
- 개별 시편 결과 — 각 시편의 흡수 에너지(일반적으로 세트당 3개 시편)
- 평균 흡수 에너지 — 세 가지 결과에서 계산됨
- 파단 외형 — 전단 면적 %(필요한 경우)
- 측면 확장(사양에서 요구하는 경우)
- 통과/실패 (명시된 인수 기준에 대해)
- 기술자 서명 및 실험실 승인
용접 충격 시험 (PQR)
용접 절차 적격성에 충격 시험이 필요한 경우 시편을 세 위치에서 채취합니다:
- 용접 금속(WM): 용접 부위 중앙에 배치된 시편
- 융합선(FL): 용접과 모재 사이의 융합선 중앙에 배치된 노치
- 열영향부(HAZ): 융합선에서 열영향부로 2 mm 떨어진 노치
세 세트 모두 최소 에너지 요구 사항을 충족해야 합니다. 열영향부 결과는 조대 입자 열영향부의 미세 구조가 모재 또는 용접 부위보다 인성이 낮은 경향이 있기 때문에 통과하기 가장 어렵습니다.
Charpy와 Izod 충격 시험의 차이점은 무엇입니까?
둘 다 펜듈럼으로 충격을 받은 노치 시편에 흡수된 에너지를 측정합니다. Charpy 시편은 양끝에서 지지되고 중앙에서 충격을 받습니다; Izod 시편은 캔틸레버식(한쪽 끝에 고정)이고 노치 근처에서 충격을 받습니다. Charpy는 산업 및 압력 설비 코드에서 금속의 표준입니다. Izod는 주로 플라스틱 시험에 사용됩니다.
오스테나이트 계 스테인리스강은 Charpy 충격 시험이 필요합니까?
일반적으로 아닙니다. 오스테나이트 계 스테인리스강(300 시리즈), 니켈 기반 합금 및 대부분의 비철 합금은 연성-취성 전이를 나타내지 않으며 극저온에서 좋은 인성을 유지합니다. ASME VIII-1은 대부분의 응용 분야에서 이러한 재료를 충격 시험에서 제외합니다. 그러나 참조 코드에서 특별히 요구하는 경우 오스테나이트 용접에서 용접 금속을 충격 시험할 수 있습니다.
강재 열이 Charpy 충격 시험에 실패하는 원인은 무엇입니까?
일반적인 원인: 높은 황 및 인 함량(황화물 포함물이 인성 감소), 부적절한 열처리로 인한 조대 입자 크기, 높은 탄소 또는 낮은 망간, 급속 냉각으로 인한 베이나이트 또는 마르텐사이트 미세 구조의 존재, 및 부적절한 시편 방향(횡방향이 필요한 곳에서 종방향 시편 사용).
하나의 시편이 실패한 경우 충격 시험 결과를 재시험할 수 있습니까?
네, 특정 재시험 프로토콜에 따릅니다. ASTM A370 추가 요구 사항 S5 및 EN ISO 148-1은 최소 1개 이상의 시편이 최소 개별 값 이하이고 평균이 여전히 최소값을 충족하는 경우 재시험을 허용합니다. 3개의 추가 시편을 재시험할 수 있습니다; 모두 최소 평균을 충족해야 하며, 어떤 단일 시편도 최소 평균의 2/3 이하로 떨어질 수 없습니다.
MDMT는 무엇이며 충격 시험과의 관련성은 어떻게 됩니까?
MDMT(최소 설계 금속 온도)는 압력 용기가 완전히 가압된 상태에서 작동하도록 설계되는 최저 온도입니다. ASME VIII-1은 MDMT에서 또는 그 이하에서 재료 및 용접부를 충격 시험하도록 요구하며, 재료 등급, 두께 및 온도의 조합이 UCS-66의 면제 곡선 내에 있지 않은 경우입니다. MDMT는 완성된 용기의 명판에 영구적으로 표시됩니다.
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