구조용 원형강의 고유자성과 기계적 성질과의 관계에 관한 연구

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16078(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

고유 자성은 강자성 재료의 중요한 특성입니다. 본 연구에서는 구조적 환경에서 고유한 자성을 검출하고 검증하기 위해 구조장에서 Q390B의 내부 자기장 강도(IMFI)와 내부 자기 기계 효과(IMME)를 조사했습니다. IMFI 테스트에서는 자속을 이용하여 자기장의 변화를 감지하여 자성의 존재를 검증하였다. IMME 테스트에서는 자속 없이 Q390B 시편의 자기 변화를 측정하기 위해 새로운 장비가 구현되었습니다. 저주파 순환(LFC) 인장 하중 시험을 기반으로 고유 자성을 충분히 설명했습니다. 실험 결과에 따르면 IMME는 고유 자기 연구에서 큰 잠재력과 효율성을 보여주며 가까운 미래에 홍보될 수 있습니다.

재료의 자성 특성은 다양한 산업에서 널리 사용됩니다1,2,3,4. 예를 들어, 자기는 철 구조물을 건설하기 위한 비파괴 검사 방법으로 사용됩니다. 그러나 구조용 강철 배기 장치는 서비스 중에 고장이 발생하여 재해로 이어질 수 있습니다. 따라서 구조용 강철 부재의 응력을 모니터링하는 것이 중요합니다. 건물 및 교량용 저탄소 합금강인 구조용 강은 강자성 재료 또는 연자성 재료3,5입니다. 제련, 용접 및 제조 후에 강철 부품은 고유 자성이라고 하는 특정 자성을 얻을 수 있습니다. 최근 연구에서 자성은 많은 주목을 받았으며 재료 비파괴 검사(NDT)6,7에 널리 사용됩니다.

철강의 자화 과정을 기반으로 하는 인기 있는 접근법에는 자기 바르크하우젠 노이즈(MBN), 자기 히스테리시스 측정(MHM), 금속 자기 메모리(MMM) 및 자속 누설(MFL) 방법이 포함됩니다4,8,9,10. 원자 구조 및 미세 구조에 대한 자기 특성의 고유한 의존성은 자기 특성과 기계적 응력 사이에 특정 관계를 초래합니다. 구조용 강철의 자기 변화는 내부 결함과 외부 하중에 민감합니다. 기계적 응력의 영향으로 고유 자화의 변화는 강자성 재료에 대한 압자성입니다. 1865년에 Villari는 자성이 장력이나 압축과 같은 기계적 작용을 받는다는 사실을 발견했습니다12,13. 자기의 변화는 기계적 응력14에 의해 발생했습니다. 결과는 구조적 강철 장력이 약한 자기장에서 자화를 증가시키고 강한 자기장을 감소시킨다는 것을 보여줍니다. 실제로 강자성 물질의 응력은 자기장의 변화로 평가됩니다. 강자성 물질의 응력 상태는 자기장 강도로 평가할 수 있습니다. 그 이후로 압전 자기장과 적용된 응력 사이의 연결이 뜨거운 주제가 되었습니다6,15.

자기-기계적 효과의 기원에 대해 Jiles4,15는 Barkhausen 활동과 강의 자기 특성에 최대 85MPa의 단축 인장 응력이 미치는 영향에 대한 일련의 테스트를 제시했습니다. 그는 MBN에 대한 자기-기계적 효과 모델의 이론을 제안했습니다. 자벽을 이동시켜 자화를 변화시키는 응력을 가함으로써 도메인 벽이 고정 해제됩니다. Dubov16은 자기 메모리를 방법으로 이용한 비파괴 검사(NDT) 기술로 금속 특성에 대한 연구를 수행했습니다. Sablik et al.17,18은 응력장이 있는 강의 MHM에 대한 이축 응력 영향을 연구하고 결정립 크기 및 전위 밀도를 고려하여 자기 특성의 변화를 설명했습니다. Bulte et al.19는 외부에서 가해진 응력이 강자성 물질의 자기 특성에 영향을 미칠 수 있는 메커니즘을 설명하기 위한 가설을 제시했습니다. Leng et al.20,21에 따르면 저탄소강의 소성 변형에 대한 MMM 신호 반응은 실험적 조사를 통해 조사되었습니다. Wang et al.7은 기울기 곡선을 이용하여 응력 집중 위치를 추정하고 손상 정도를 평가하는 새로운 방법을 제안했습니다.