노치 인성은 특히 높은 변형율(충격)이나 저온에서 결함, 균열 또는 날카로운 기하학적 불연속성이 있는 상태에서 취성 파괴에 대한 재료의 저항력입니다. 기본 ASTM A572 사양은 노치 인성 테스트를 요구하지 않지만 보충 요구 사항을 통해 호출되는 많은 응용 분야에서 H-빔에 대한 중요한 속성입니다.
1. 모재 인성(미지정):
A572 Gr.50 및 Gr.60은 모두 표준 "{3}}압연 상태"에서 미세 합금화 및 제어된 압연을 통해 달성된 미세한{4}}입자 미세 구조에서 우수한 고유 인성을 얻습니다. 그러나 지정된 테스트 없이는 최소 에너지 흡수 값이 보장되지 않습니다. Gr.60의 약간 더 높은 탄소와 잠재적으로 더 거친 미세 구조로 인해 Gr.50에 비해 노치 인성이 약간 낮아질 수 있으며 다른 모든 것은 동일합니다. 이것이 지진 지역에서 고도로 제한된 연결에 Gr.50이 선호되는 이유 중 하나입니다.
2. 노치 인성 발동: 보충 요구사항 S5
특정 수준의 인성을 보장하려면 구매자는 "추가 요구 사항 S5가 포함된 ASTM A572 등급 XX"를 지정해야 합니다. 이를 위해서는 Charpy V-Notch(CVN) 충격 테스트가 필요합니다.
사양: 주문에는 테스트 온도와 최소 흡수 에너지가 명시되어야 합니다. (예: "S5, 샤르피 V-노치, 화씨 40도에서 최소 20피트-파운드").
일반적인 테스트 온도: 70°F, 40°F, 0°F, -20°F, -40°F.
일반적인 에너지 값: 15, 20, 25, 40ft-lbs.
3. H-빔에 대한 CVN 테스트는 언제 필요합니까?
이는 지배적인 건설 코드와 구조물의 서비스 환경에 따라 결정됩니다.
교량 건설(AASHTO LRFD): 거의 항상 필요합니다. 테스트 온도는 프로젝트의 최소 서비스 온도 영역과 재료 두께를 기준으로 합니다.
건물 구조(AISC 360, AISC 341): "최저 예상 사용 온도"가 지정된 임계값(예: 화씨 40도 또는 화씨 0도) 미만이고 부재가 1차 하중으로 인해 인장 응력을 받는 경우에 필요합니다. 이는 종종 다음과 같은 경우에 적용됩니다.
보강된 프레임의 인장재는 높은 응력을 받습니다.
추운 기후에 노출된 구조물에서 두께가 1.5인치를 초과하는 부재.
AISC 341에 따른 중간 및 높은 지진 지역의 지진력 저항 시스템(SFRS)은 지진 발생 시 연성 동작을 보장하기 위해 엄격한 인성 요구 사항을 갖습니다.
중공업 구조물: 동적/충격 하중을 받는 크레인 활주로 빔용.
해상 또는 추운 지역 구조물: 저온-온도 서비스가 제공되는 곳.
4. A572 H-빔의 인성을 달성하기 위한 야금학적 수단:
S5 요구 사항을 충족하기 위해 공장은 관행을 조정합니다.
더욱 엄격한 화학 관리: 황과 인의 추가 감소.
향상된 입자 미세화: TMCR을 최적화하여 더욱 미세한 페라이트 입자 크기를 생성합니다.
표준화(지정된 경우): A572는 일반적으로 -압연되는 반면, 표준화된 재료(재가열 및 냉각)는 특히 두꺼운 단면의 경우 결정립 미세화를 통해 더욱 균일하고 향상된 인성을 제공할 수 있습니다.
표: A572 H-빔에 대한 노치 인성 적용 가이드
| 응용 시나리오 | 가능한 요구 사항 | 일반적인 사양 | 이론적 해석 |
|---|---|---|---|
| 온대 기후의 상업용 건물 | 종종 필요하지 않음 | 기본 A572만 해당 | 서비스 온도는 온화하고 스트레스는 보통입니다. |
| 시카고의 고층 건물-에서 버팀목 | 아마도 필요할 것입니다 (지진, 긴장) | A572 Gr.50, S5: 20ft-lb @ 40°F | AISC 341 지진 대비 및 낮은 겨울 기온. |
| 미시간 주 고속도로 교량의 주 대들보 | 필수의 | A572 Gr.50, S5: 25피트-lb @ 0도 F(AASHTO 기준) | 낮은 서비스 온도, 동적 트래픽 부하. |
| 대형 크레인 활주로 빔 | 필수의 | A572 Gr.60, S5: 20ft-lb @ 70°F | 충격 하중 및 피로 균열 발생 위험이 있습니다. |
5. 제작에 대한 시사점:
S5 요구 사항에 따라 공급된 재료는 인성이 검증되었습니다. 이는 용접 절차를 변경하지 않지만 모재와 그 HAZ가 취성 파괴 없이 응력 집중과 동적 하중을 견딜 수 있다는 확신을 제공합니다. 중요한 용도의 경우 열{3}}영향부 인성은 적절한 용접 절차에 따라 모재 인성만큼 중요합니다.
결론적으로 A572 H-빔은 우수한 고유 인성을 갖고 있지만 CVN 테스트를 통해 지정되고 검증된 노치 인성은 -추위, 충격, 지진력 또는 주기적 피로에 노출된 구조물에 대해 타협할 수 없는 안전 요구 사항입니다. 설계자는 보충 요구 사항 S5를 적용해야 하는지 여부와 수준을 결정하기 위해 서비스 조건과 관리 코드를 평가해야 합니다.