산화손상을 고려한 오스테나이트계 스테인리스강의 저주기 피로수명 연구

Abstract

오스테나이트계 스테인리스강은 다양한 산업분야의 핵심 소재로서 특히 고온 환경에서 널리 사용된다. 본 논문은 니오븀이 함유된 오스테나이트계 스테인리스강의 산화손상 기반 피로수명 연구와 관련하여 온도에 따른 저주기 피로시험을 수행한 후 미시조직 관찰을 통해 산화손상 특징을 분석하였다. 아울러 피로, 크리프 또는 피로-크리프 상호작용과 산화손상을 함께 고려하여, Riedel 모델 및 Neu-Sehitoglu 산화손상수명 모델에 기반한 저주기 피로수명 통합 모델을 제안하였다. 200~800°C 온도 및 0.4%와 0.5%의 변형률진폭 조건으로 저주기 피로시험을 수행하였고, 시험 결과와 해석값과의 비교를 통해 통합 모델의 타당성을 검증하였다. 결과적으로 평균 오차 범위 2.8%와 6.7%로 각각 산화물 두께 및 깊이를 예측했으며, 실험 조건 모두 측정 온도에서 ±2 factor 정확도로 저주기 피로수명이 예측되었다. 앞선 결과를 통해 오스테나이트계 스테인리스강의 고온 및 주기적인 환경에서 피로파손 중 60~75%를 차지하는 피로, 크리프 또는 피로-크리프 상호작용뿐만 아니라, 산화에 의한 손상을 반영하여 저주기 피로수명을 예측하였다.