The studies about high temperature creep deformation were mainly focused on isothermal creep tests under constant loads or stresses. However, since the components used in high temperature structures undergo complex loadings and changes of temperature, it is impossible to directly use isothermal creep data. So the creep deformation model considering such complex conditions is required. State variable approaches have been used as the design code under these complex conditions but the investigations about the reasonability of these models hardly have been performed.
In this study, creep tests under constant loads and varying temperature are performed and from the results the reasonability of state variable approaches is estimated. Gleeble 1500 system is used as the experimental equipment and round type specimens are used. The material of specimens is 316L stainless steel. During the experiments, the stress applied on the specimen is constant as 303 MPa and temperature is changed among 575℃, 600℃, 625℃ with a constant heating and a cooling rate. The level of temperature and its holding time are selected as experimental variables. And the sequence of temperature changes and the holding time are carefully designed to investigate the effects of these factors.
그 동안 많은 연구자들에 의해서 고온 크립 변형 거동 및 기구에 관한 연구가 진행되어 왔으나 대부분은 일정 하중(혹은 일정 응력) 하에서의 등온 크립 실험에 초점을 맞추어 왔다. 그러나 실제 고온 구조물에 사용되고 있는 재료들은 가동의 시작, 가동 중, 가동 중단을 한 주기로 하여 복잡한 온도 및 하중 변화를 받고있으므로 이 경우에 등온 크립 실험 결과를 직접적으로 이용하기는 어려우며 온도와 하중의 변화를 고려한 평가 방법이 요구된다. 등온 크립의 결과를 온도와 하중이 변화하는 크립 상황에 이용하는 방법으로 상태방정식 기법이 사용되고 있다. 이것은 재료의 거동이 현재의 상태에 의해 뚜렷하게 규명되어질 수 있다는 가정하에 출발한다. 그러나 상태방정식 기법이 실제 상황과 잘 부합되는지에 대한 실험은 거의 수행되어 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 일정 하중 하에서 온도 변화를 고려한 변온 크립 실험을 수행하여 고온 구조물 설계에 사용되고 있는 상태방정식 기법들이 실제 재료의 변형 거동을 잘 나타낼 수 있는 지, 온도 조건에 있어 변수로 작용될 수 있는 일정 온도 유지 시간(holding time)과 온도 변화의 방향 등이 재료의 변온 크립 거동에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 알아보았다. 실험에 사용된 재료는 316L 스테인레스 강이며, 실험기는 온도와 하중의 동시 제어가 가능한 Gleeble 1500 시스템을 이용하였다. 실험 결과, 일정 하중하에서 동일한 온도 변화를 겪더라도 온도 변화의 이력이 다르면 최종 단계에서 누적된 크립 변형률은 서로 다른 값을 가졌으며, 온도가 감소하는 경우는 time hardening rule이 온도가 증가하는 경우는 strain hardening rule과 life fraction rule이 재료의 거동을 비교적 잘 예측하였다. 또한, $600^\circ C$와 $625^\circ C$에서의 등온 크립 변형중에 일정 유지 시간 동안 변온 크립이 발생할 경우 strain hardening rule을 적용하여 재료의 변형 거동을 비교적 잘 예측할 수 있었다.
