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재료별 허용응력
ASME VIII Div.1 또는 EN 13445-3에 따라 설계 허용 응력을 계산합니다. 온도 의존성 물성, 크리프 파괴 검사, 용접 접합 효율 계수를 고려합니다. 12가지 이상의 재료 등급을 지원합니다.
설계 허용 응력
EN 13445-3 (페라이트강)
ASME VIII 제1부
온도 저하
항복강도와 인장강도(UTS)는 모두 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 이 계산기는 EN 10028 / ASME II-D 데이터를 기반으로 한 선형화된 디레이팅 곡선을 사용합니다.
- 100°C 미만: 물성치는 실온에서의 값입니다.
- 100~400°C: 점진적 감소 (항복강도가 UTS보다 빠르게 감소함)
- 400°C 이상: 상당한 감소; 크리프 현상이 주요 원인일 수 있음
크리프 체제
설계 온도가 크리프 발생 온도를 초과하면 시간 의존적 파괴 응력이 지배적이 됩니다. 일반적인 크리프 발생 온도는 다음과 같습니다.
| 재질 유형 | 크리프 시작 온도(°C) | 일반적인 최대 설계 T |
|---|---|---|
| 탄소강(S235, S355) | ~350 | 400°C |
| C-Mn 압력(P265GH, P355GH) | ~380 | 450°C |
| 몰리브덴강(16Mo3) | ~400 | 500°C |
| 크롬몰리브덴강(13CrMo4-5) | ~450 | 550°C |
| 2¼Cr-1Mo (10CrMo9-10) | ~470 | 600°C |
| 오스테나이트계 스테인리스강(304, 316L) | ~500 | 700°C |
실제 사례
주어진 조건: P265GH, Rp(20)=265 MPa, Rm=410 MPa, T=250°C, 용접 E=1.0
Rp(250°C) ≈ 265 × 0.85 = 225.3 MPa (온도에 따른 정격 감소)
f_yield = 225.3 / 1.5 = 150.2 MPa
f_UTS = 410 / 2.4 = 170.8 MPa
f = min(150.2, 170.8) = 150.2 MPa (항복이 지배적)
E=1.0일 때: σ_allow = 150.2 MPa
상온에서의 재료 비교
| 재료 | Rp0.2 | Rm | f (EN) | S(ASME) |
|---|---|---|---|---|
| S235JR | 235 | 360 | 150 | 103 |
| S355JR | 355 | 510 | 213 | 146 |
| P265GH | 265 | 410 | 171 | 117 |
| P355GH | 355 | 490 | 204 | 140 |
| 16Mo3 | 280 | 450 | 187 | 129 |
| 13CrMo4-5 | 295 | 460 | 192 | 131 |
| 10CrMo9-10 | 275 | 450 | 183 | 129 |
| 304 SS | 210 | 520 | 140 | 138 |
| 316L 스테인리스강 | 200 | 500 | 133 | 133 |
| 2205 듀플렉스 | 450 | 620 | 258 | 177 |
⚠️ 주의: 이 계산기는 예비 설계에 필요한 근사값을 제공합니다. 사용하시는 재료 등급, 제품 형태, 두께 및 온도에 맞는 정확한 값은 반드시 실제 규격표(ASME II-D, EN 10028, EN 10222)를 참조하여 확인하십시오.
허용응력은 설계 부품에 허용되는 최대 응력입니다. 재료 강도를 규격에서 정한 안전계수로 나눈 값입니다. 이를 사용하면 적절한 안전 여유를 두고 정상(또는 비정상) 하중에서 부품이 파손되지 않도록 보장합니다.
규격마다 다른 안전계수를 사용하므로 같은 재료라도 허용응력이 달라집니다.
ASME VIII는 UTS에 대한 안전계수로 3.5를 사용하며(2007 이전에는 4.0), EN 13445는 2.4를 사용합니다. 이는 UTS 기준에서 ASME가 더 보수적임을 의미합니다. 다만 두 규격 모두 항복강도에 대해 1.5를 사용합니다.
항복강도가 지배하는 고강도 재료(예: S355, 2205)에서는 두 규격이 비슷한 결과를 제공합니다. UTS가 지배하는 더 낮은 강도의 재료에서는 ASME가 상당히 더 보수적입니다.
항복강도와 UTS는 모두 온도가 올라가면 감소합니다. 항복강도가 더 빠르게 감소합니다. 크리프가 시작되는 온도보다 높으면 시간 의존적인 파단응력이 지배 기준이 될 수 있습니다.
예: S355는 400°C에서 Rp ≈ 297 MPa입니다(RT에서는 355). 따라서 허용응력은 213에서 ~173 MPa로 낮아집니다(EN).
크리프는 다음 온도를 초과하면 유의미해집니다: 탄소강 ~350°C, Mo강 ~400°C, CrMo ~450°C, 오스테나이트계 SS ~500°C. 이 온도보다 높은 경우, 100,000h에 해당하는 크리프 파단응력을 해당 안전계수로 나눈 값이 항복 기준의 허용응력보다 낮을 수 있습니다.
용접 이음 효율(E 또는 z)은 잠재적인 용접 결함을 고려합니다:
- E=1.0: 모든 용접부에 대한 전면 방사선투과검사 또는 초음파검사
- E=0.85: 국부(부분) 방사선투과검사
- E=0.7: 체적 NDE 없음(육안검사만)
유효 허용응력 = σ_allow × E. E=1.0을 사용하면 더 많은 NDE가 필요하지만 더 얇은 벽을 사용할 수 있습니다.
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