각 테스트 프로토콜(Brinell, Rockwell, Vickers)에는 테스트 대상 개체에 특정한 절차가 있습니다.

각 테스트 프로토콜(Brinell, Rockwell, Vickers)에는 테스트 대상 개체에 특정한 절차가 있습니다.Rockwell t-test는 파이프를 세로로 자르고 파이프 벽을 외부 직경이 아닌 내부 직경으로 확인하여 벽이 얇은 파이프를 테스트하는 데 유용합니다.
파이프를 주문하는 것은 자동차 대리점에 가서 자동차나 트럭을 주문하는 것과 약간 비슷합니다.이제 구매자가 내부 및 외부 색상, 트림 패키지, 외부 스타일 옵션, 파워트레인 선택, 홈 엔터테인먼트 시스템만큼 우수한 오디오 시스템 등 다양한 방법으로 자동차를 맞춤 설정할 수 있는 다양한 옵션이 있습니다.이러한 모든 옵션을 사용하더라도 표준적이고 단순한 자동차에는 만족하지 못할 것입니다.
이는 강철 파이프에 적용됩니다.수천 가지 옵션이나 사양이 있습니다.치수 외에도 사양에는 화학적 특성과 최소 항복 강도(MYS), 최대 인장 강도(UTS) 및 최소 파손 연신율과 같은 여러 기계적 특성이 언급되어 있습니다.그러나 업계의 많은 엔지니어, 구매 대리인 및 제조업체는 업계의 약칭을 사용하여 "간단한" 용접 파이프를 요구하고 경도라는 한 가지 특성만 나열합니다.
한 가지 특성(“자동 변속기가 장착된 자동차가 필요합니다”)에 따라 자동차를 주문해 보세요. 판매자와는 멀리 가지 않을 것입니다.그는 다양한 옵션이 포함된 양식을 작성해야 합니다.강철 파이프의 경우가 이에 해당합니다. 용도에 적합한 파이프를 얻기 위해 파이프 제조업체는 경도보다 훨씬 더 많은 정보가 필요합니다.
경도는 어떻게 다른 기계적 특성을 대체할 수 있게 되었습니까?아마도 파이프 제조업체에서 시작되었을 것입니다.경도 테스트는 빠르고 쉬우며 상대적으로 저렴한 장비가 필요하기 때문에 파이프 판매자는 경도 테스트를 사용하여 두 가지 유형의 파이프를 비교하는 경우가 많습니다.경도 테스트를 수행하는 데 필요한 것은 매끄러운 파이프 조각과 테스트 장비뿐입니다.
파이프 경도는 UTS와 밀접한 관련이 있으며 경험 법칙(백분율 또는 백분율 범위)은 MYS를 추정하는 데 유용하므로 경도 테스트가 다른 특성에 대한 적합한 프록시가 될 수 있는 방법을 쉽게 확인할 수 있습니다.
또한 다른 테스트는 상대적으로 어렵습니다.경도 테스트는 단일 기계에서 약 1분 밖에 걸리지 않지만 MYS, UTS 및 신장 테스트에는 샘플 준비와 대형 실험실 장비에 대한 상당한 투자가 필요합니다.이에 비해 파이프 공장 작업자는 몇 초 만에 경도 테스트를 완료하는 반면 전문 야금학자는 몇 시간 만에 인장 테스트를 수행합니다.경도 테스트를 수행하는 것은 어렵지 않습니다.
이는 엔지니어링 파이프 제조업체가 경도 테스트를 사용하지 않는다는 의미는 아닙니다.대다수가 이렇게 한다고 해도 무방하지만 모든 테스트 장비에 걸쳐 기기의 반복성과 재현성을 평가하기 때문에 테스트의 한계를 잘 알고 있습니다.대부분은 제조 공정의 일부로 튜브의 경도를 평가하는 데 사용하지만 튜브의 특성을 정량화하는 데는 사용하지 않습니다.단지 합격/불합격 테스트일 뿐입니다.
MYS, UTS 및 최소 신율을 알아야 하는 이유는 무엇입니까?이는 튜브 어셈블리의 성능을 나타냅니다.
MYS는 재료의 영구 변형을 일으키는 최소 힘입니다.직선형 와이어 조각(행거 등)을 약간 구부리고 압력을 해제하려고 하면 두 가지 중 하나가 발생합니다. 원래 상태(직선)로 돌아가거나 구부러진 상태를 유지합니다.여전히 직선이라면 아직 MYS를 극복하지 못한 것입니다.여전히 구부러져 있다면 놓친 것입니다.
이제 펜치로 와이어의 양쪽 끝을 잡습니다.전선을 반으로 깰 수 있다면 UTS를 통과한 것입니다.세게 당기면 초인적인 노력을 보여줄 두 개의 철사가 생깁니다.와이어의 원래 길이가 5인치이고 파손 후 두 길이의 합이 6인치가 되면 와이어는 1인치, 즉 20% 늘어납니다.실제 인장 테스트는 파손점에서 2인치 이내에서 측정되지만, 어떤 경우에도 라인 장력 개념은 UTS를 보여줍니다.
강철 현미경 사진 표본은 절단, 광택 처리 및 약산성 용액(보통 질산 및 알코올)으로 에칭하여 입자가 보이도록 해야 합니다.100x 배율은 일반적으로 강철 입자를 검사하고 크기를 결정하는 데 사용됩니다.
경도는 재료가 충격에 어떻게 반응하는지를 테스트하는 것입니다.짧은 길이의 튜브를 톱니 모양의 턱이 있는 바이스에 넣고 흔들어서 바이스를 닫는다고 상상해 보십시오.파이프 정렬 외에도 바이스 조는 파이프 표면에 자국을 남깁니다.
이것이 경도 테스트가 작동하는 방식이지만 그렇게 거칠지는 않습니다.테스트에는 제어된 충격 크기와 제어된 압력이 있습니다.이러한 힘은 표면을 변형시켜 들여쓰기 또는 들여쓰기를 형성합니다.찌그러진 부분의 크기나 깊이에 따라 금속의 경도가 결정됩니다.
강철을 평가할 때 브리넬(Brinell), 비커스(Vickers) 및 로크웰(Rockwell) 경도 시험이 일반적으로 사용됩니다.각각 고유한 규모가 있으며 그 중 일부에는 Rockwell A, B, C 등과 같은 여러 테스트 방법이 있습니다. 강관의 경우 ASTM A513 사양에서는 Rockwell B 테스트(HRB 또는 RB로 약칭)를 참조합니다.로크웰 테스트 B는 가벼운 예압과 100kgf의 기본 하중 사이에서 직경 1/16인치 강철 볼이 강철에 침투하는 힘의 차이를 측정합니다.표준 연강의 일반적인 결과는 HRB 60입니다.
재료 과학자들은 경도가 UTS와 선형 관계에 있다는 것을 알고 있습니다.따라서 주어진 경도는 UTS를 예측합니다.마찬가지로 파이프 제조업체는 MYS와 UTS가 관련되어 있음을 알고 있습니다.용접 파이프의 경우 MYS는 일반적으로 70%~85% UTS입니다.정확한 양은 튜브 제조 공정에 따라 다릅니다.HRB 60의 경도는 UTS 60,000PSI(평방 인치당 파운드)에 해당하고 MYS는 약 80%(48,000PSI)입니다.
일반 생산에서 가장 일반적인 파이프 사양은 최대 경도입니다.크기 외에도 엔지니어는 우수한 작동 범위 내에서 저항 용접(ERW) 파이프를 지정하는 데에도 관심이 있습니다. 이렇게 하면 최대 경도가 HRB 60인 부품 도면을 얻을 수 있습니다. 이 결정만으로도 여러 가지 기계적 최종 특성이 발생합니다. 경도 자체도 포함됩니다.
첫째, HRB 60의 경도는 우리에게 많은 것을 알려주지 않습니다.HRB 60 판독값은 무차원 숫자입니다.HRB 59 등급의 소재는 HRB 60 등급의 소재보다 더 부드럽고, HRB 61은 HRB 60보다 더 단단합니다. 하지만 그 정도는 얼마나 됩니까?이는 볼륨(데시벨로 측정), 토크(파운드-피트로 측정), 속도(거리 대 시간으로 측정) 또는 UTS(평방인치당 파운드로 측정)처럼 정량화할 수 없습니다.HRB 60을 읽는 것은 우리에게 구체적인 내용을 알려주지 않습니다.그것은 물리적 재산이 아닌 물질적 재산이다.둘째, 경도 측정 자체는 반복성이나 재현성을 보장하는 데 적합하지 않습니다.테스트 사이트가 서로 가깝더라도 샘플의 두 사이트를 평가하면 경도 판독값이 매우 다른 결과가 나오는 경우가 많습니다.테스트의 특성으로 인해 이 문제가 더욱 악화됩니다.한 번의 위치 측정 후에는 결과를 확인하기 위해 두 번째 측정을 수행할 수 없습니다.테스트 반복성은 불가능합니다.
이는 경도 측정이 불편하다는 의미는 아닙니다.실제로 이것은 UTS에 대한 좋은 가이드이며 빠르고 쉬운 테스트입니다.그러나 튜브의 정의, 조달 및 제조에 관련된 모든 사람은 테스트 매개변수로서의 한계를 알고 있어야 합니다.
"일반" 파이프는 명확하게 정의되어 있지 않기 때문에 파이프 제조업체는 일반적으로 적절한 경우 ASTM A513:1008 및 1010에 정의된 대로 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 유형의 강철 및 파이프로 범위를 좁힙니다.다른 모든 유형의 파이프를 제외하더라도 이 두 유형의 파이프의 기계적 특성에 대한 가능성은 여전히 ​​열려 있습니다.실제로 이러한 유형의 파이프는 모든 파이프 유형 중 가장 광범위한 기계적 특성을 가지고 있습니다.
예를 들어, MYS가 낮고 신장률이 높으면 튜브는 부드러운 것으로 간주됩니다. 이는 MYS가 상대적으로 높고 신장률이 상대적으로 낮은 강성으로 설명된 튜브보다 신축성, 변형 및 영구 변형 측면에서 더 나은 성능을 발휘한다는 의미입니다. ..이는 옷걸이, 드릴 등 연선과 경선의 차이와 비슷합니다.
신장 자체는 중요한 파이프 응용 분야에 중요한 영향을 미치는 또 다른 요소입니다.신율이 높은 파이프는 늘어남을 견딜 수 있습니다.신율이 낮은 재료는 부서지기 쉬우므로 치명적인 피로 파괴가 발생하기 쉽습니다.그러나 신장률은 경도와 직접적으로 관련된 유일한 기계적 특성인 UTS와 직접적인 관련이 없습니다.
파이프의 기계적 특성이 왜 이렇게 다양합니까?첫째, 화학 성분이 다릅니다.강철은 철과 탄소 및 기타 중요한 합금의 고용체입니다.단순화를 위해 탄소 비율만 다루겠습니다.탄소 원자는 철 원자의 일부를 대체하여 강철의 결정 구조를 만듭니다.ASTM 1008은 탄소 함량이 0%에서 0.10%까지인 포괄적인 1차 등급입니다.0은 강철의 초저탄소 함량에서 고유한 특성을 제공하는 특수 숫자입니다.ASTM 1010은 탄소 함량을 0.08%에서 0.13%로 정의합니다.이러한 차이는 크지 않은 것 같지만 다른 곳에서는 큰 차이를 만들기에 충분합니다.
둘째, 강관은 제조 또는 제조된 후 7가지 제조 공정으로 처리될 수 있습니다.ERW 파이프 생산에 관한 ASTM A513에는 7가지 유형이 나열되어 있습니다.
강철의 화학적 조성과 파이프 제조 단계가 강철의 경도에 영향을 미치지 않는다면 어떻게 될까요?이 질문에 대한 답은 세부 사항을 주의 깊게 연구하는 것을 의미합니다.이 질문은 두 가지 다른 질문으로 이어집니다. 세부 사항은 무엇이며 얼마나 가깝습니까?
강철을 구성하는 입자에 대한 자세한 정보가 첫 번째 답변입니다.강철이 1차 공장에서 생산되면 한 가지 특성을 지닌 거대한 덩어리로 냉각되지 않습니다.강철이 냉각됨에 따라 그 분자는 눈송이가 형성되는 방식과 유사한 반복 패턴(결정)을 형성합니다.결정이 형성된 후 결정립이라고 불리는 그룹으로 결합됩니다.곡물이 냉각되면서 성장하여 전체 시트 또는 판을 형성합니다.강철의 마지막 분자가 입자에 흡수되면 입자 성장이 멈춥니다.이 모든 일은 미세한 수준에서 발생하며 중간 크기의 강철 입자는 약 64미크론 또는 0.0025인치 크기입니다.각 곡물은 다음 곡물과 유사하지만 동일하지는 않습니다.크기, 방향 및 탄소 함량이 서로 약간 다릅니다.결정립 사이의 경계면을 결정립 경계라고 합니다.예를 들어 피로 균열로 인해 강철이 파손되면 결정립계에서 파손되는 경향이 있습니다.
뚜렷한 입자를 보려면 얼마나 가까이 보아야 합니까?사람 눈의 시력의 100배 또는 100배의 배율이면 충분합니다.그러나 단순히 원시 강철의 100승을 보는 것만으로는 많은 효과가 없습니다.샘플은 샘플을 연마하고 표면을 산(보통 질산 및 알코올)으로 에칭하여 준비하는데, 이를 질산 에칭이라고 합니다.
충격 강도, MYS, UTS 및 강철이 파손되기 전에 견딜 수 있는 연신율을 결정하는 것은 입자와 내부 격자입니다.
열간 및 냉간 스트립 압연과 같은 제강 단계는 응력을 입자 구조로 전달합니다.지속적으로 모양이 변한다면 이는 응력으로 인해 입자가 변형되었음을 의미합니다.강철을 코일로 감는 것, 풀고 튜브 밀을 통과하는 것(튜브 및 크기를 형성하기 위해)과 같은 기타 가공 단계에서는 강철 입자가 변형됩니다.맨드릴 위의 파이프 냉간 인발은 끝단 성형 및 굽힘과 같은 제조 단계와 마찬가지로 재료에 응력을 가합니다.결정립 구조의 변화를 전위라고 합니다.
위의 단계는 강철의 연성, 즉 인장(찢김) 응력을 견디는 능력을 고갈시킵니다.강철은 부서지기 쉽습니다. 즉, 강철로 계속 작업하면 부러질 가능성이 더 높아집니다.연신율은 가소성의 한 구성 요소입니다(압축성은 또 다른 구성 요소입니다).여기서 실패는 압축이 아닌 장력에서 가장 자주 발생한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다.강철은 상대적으로 높은 연신율로 인해 인장 응력에 상당히 강합니다.그러나 강철은 압축 응력 하에서 쉽게 변형됩니다. 즉, 가단성이 있다는 것이 장점입니다.
이것을 압축 강도는 매우 높지만 연성은 낮은 콘크리트와 비교해 보세요.이러한 특성은 강철과 정반대입니다.이것이 도로, 건물, 보도에 사용되는 콘크리트가 종종 강화되는 이유입니다.그 결과 두 재료의 장점을 모두 갖춘 제품이 탄생했습니다. 강철은 인장력에 강하고 콘크리트는 압축력에 강합니다.
경화하는 동안 강철의 연성은 감소하고 경도는 증가합니다.즉, 굳어진다.상황에 따라 이는 장점이 될 수도 있지만, 경도는 취성과 동일하므로 단점이 될 수도 있습니다.즉, 강철이 단단할수록 탄력성이 떨어지므로 파손될 가능성이 높아집니다.
즉, 공정의 각 단계에는 어느 정도의 파이프 연성이 필요합니다.부품을 가공할수록 무거워지며, 너무 무거우면 원칙적으로 쓸모가 없습니다.경도는 취성이며 취성 튜브는 사용 중에 파손되기 쉽습니다.
이 경우 제조업체에 옵션이 있습니까?요컨대 그렇습니다.이 옵션은 어닐링이며, 정확히 마술적이지는 않지만 가능한 한 마술적입니다.
간단히 말해서, 어닐링은 금속에 대한 물리적 충격의 모든 영향을 제거합니다.이 과정에서 금속은 응력 완화 또는 재결정 온도까지 가열되어 전위가 제거됩니다.따라서 어닐링 공정에 사용되는 특정 온도와 시간에 따라 이 공정은 연성을 부분적으로 또는 완전히 복원합니다.
어닐링 및 제어된 냉각은 입자 성장을 촉진합니다.이는 재료의 취성을 줄이는 것이 목표이지만 제어되지 않은 입자 성장으로 인해 금속이 너무 부드러워져 의도한 용도에 사용할 수 없게 될 경우 유용합니다.어닐링 과정을 중단하는 것은 또 다른 거의 마법 같은 일입니다.적시에 적절한 경화제로 적절한 온도에서 담금질하면 공정이 신속하게 중단되고 강철의 특성이 복원됩니다.
경도 사양을 포기해야 할까요?아니요.경도의 특성은 무엇보다도 강관의 특성을 결정하는 지침으로 중요합니다.경도는 유용한 측정값이며 관형 재료를 주문할 때 지정하고 수령 시 확인해야 하는 여러 특성 중 하나입니다(각 배송에 대해 문서화됨).경도시험을 시험표준으로 사용하는 경우에는 적절한 척도값과 관리한계가 있어야 한다.
그러나 이는 자료의 합격(승인 또는 거부)을 확인하는 실제 테스트가 아닙니다.경도 외에도 제조업체는 파이프 용도에 따라 MYS, UTS 또는 최소 신장과 같은 기타 관련 특성을 결정하기 위해 때때로 배송물을 확인해야 합니다.
Wynn H. Kearns is responsible for regional sales for Indiana Tube Corp., 2100 Lexington Road, Evansville, IN 47720, 812-424-9028, wkearns@indianatube.com, www.indianatube.com.
Tube & Pipe Journal은 1990년 금속파이프 산업을 전문으로 다루는 최초의 잡지로 창간되었습니다.오늘날 이 책은 북미 지역 유일의 업계 간행물로 남아 있으며 튜브 전문가에게 가장 신뢰할 수 있는 정보 소스가 되었습니다.
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