강철의 3가지 경도 기준

금속 재료가 단단한 물체에 의한 표면 압입에 저항하는 능력을 경도라고 합니다. 경도는 다양한 시험 방법과 적용 범위에 따라 브리넬 경도, 로크웰 경도, 비커스 경도, 쇼어 경도, 미소경도, 고온 경도로 구분할 수 있습니다. 파이프에는 브리넬 경도, 로크웰 경도, 비커스 경도의 세 가지 경도가 일반적으로 사용됩니다.

A. 브리넬 경도(HB)

일정 직경의 강철 볼 또는 초경 볼을 사용하여 지정된 시험 하중(F)으로 시료 표면에 가압합니다. 지정된 유지 시간 후, 시험 하중을 제거하고 시료 표면의 압입 직경(L)을 측정합니다. 브리넬 경도 값은 시험 하중을 압입된 구의 표면적으로 나눈 값입니다. HBS(강철 볼) 단위로 표시하며, 단위는 N/mm²(MPa)입니다.

계산 공식은 다음과 같습니다.
공식에서: F–금속 샘플 표면에 눌리는 시험 힘, N;
D-테스트용 강철구의 직경, mm;
d–압입의 평균 직경, mm.
브리넬 경도 측정은 더 정확하고 신뢰할 수 있지만, 일반적으로 HBS는 450N/mm²(MPa) 미만의 금속 재료에만 적합하며, 더 단단한 강이나 얇은 판에는 적합하지 않습니다. 강관 표준 중 브리넬 경도가 가장 널리 사용됩니다. 압입 직경 d는 재료의 경도를 표현하는 데 자주 사용되며, 직관적이고 편리합니다.
예: 120HBS10/1000130: 10mm 직경의 강철 볼을 사용하여 1000Kgf(9.807KN)의 시험 하중으로 30초(초) 동안 측정한 브리넬 경도 값이 120N/mm2(MPa)임을 의미합니다.

B. 록웰 경도(HR)

브리넬 경도 시험과 마찬가지로 록웰 경도 시험은 압입 시험 방법입니다. 차이점은 압입의 깊이를 측정한다는 것입니다. 즉, 초기 시험 하중(Fo)과 전체 시험 하중(F)의 순차적 작용 하에서 압입자(제강소의 원뿔 또는 강철 볼)를 샘플 표면에 누릅니다. 지정된 유지 시간 후 주요 힘을 제거합니다. 시험 하중에서 측정된 잔류 압입 깊이 증가분(e)을 사용하여 경도 값을 계산합니다. 그 값은 HR 기호로 표시되는 익명의 숫자이며, 사용되는 척도는 A, B, C, D, E, F, G, H, K를 포함한 9개의 척도가 있습니다. 이 중 강의 경도 시험에 일반적으로 사용되는 척도는 일반적으로 A, B, C, 즉 HRA, HRB, HRC입니다.

경도 값은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
A, C 척도로 테스트할 경우 HR=100-e
B척도로 테스트할 경우 HR=130-e
공식에서 e는 잔류 압입 깊이 증가량을 나타내며, 0.002mm 단위로 표현됩니다. 즉, 압입자의 축 방향 변위가 한 단위(0.002mm)일 때 로크웰 경도가 한 단계 변하는 것과 같습니다. e 값이 클수록 금속의 경도가 낮아지고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
위 세 가지 척도의 적용 범위는 다음과 같습니다.
HRA(다이아몬드 콘 압입자) 20-88
HRC(다이아몬드 콘 압입자) 20-70
HRB(직경 1.588mm 강철 볼 압입자) 20-100
로크웰 경도 시험은 현재 널리 사용되는 방법으로, 강관 규격에서는 브리넬 경도(HB) 다음으로 HRC 경도가 사용됩니다. 로크웰 경도는 극히 연질부터 극히 경질까지 금속 재료를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 브리넬 경도법의 단점을 보완합니다. 브리넬 경도법보다 간단하고 경도계의 다이얼에서 직접 경도값을 읽을 수 있습니다. 그러나 압입량이 작아 브리넬 경도법만큼 정확하지는 않습니다.

C. 비커스 경도(HV)

비커스 경도 시험은 압입 시험법이기도 합니다. 서로 마주 보는 면 사이의 끼인각이 1360°인 사각뿔형 다이아몬드 압입자를 시험 표면에 일정한 시험 하중(F)으로 누르고, 지정된 유지 시간 후에 압입자국을 제거합니다. 압입된 부분의 두 대각선의 길이를 측정합니다.

비커스 경도 값은 시험 하중을 압입 표면적으로 나눈 값입니다. 계산식은 다음과 같습니다.
공식에서: HV–비커스 경도 기호, N/mm2(MPa);
F-테스트 힘, N;
d–압입면의 두 대각선의 산술 평균, mm.
비커스 경도 측정에 사용되는 시험 하중 F는 5(49.03), 10(98.07), 20(196.1), 30(294.2), 50(490.3), 100(980.7) kgf(N) 등 6단계로 구성됩니다. 경도값은 5~1000HV 범위에서 측정할 수 있습니다.
표현 방법 예시 : 640HV30/20은 30Hgf(294.2N)의 시험력으로 20S(초) 동안 측정한 비커스 경도 값이 640N/mm2(MPa)임을 의미합니다.
비커스 경도법은 매우 얇은 금속 재료와 표면층의 경도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 브리넬 경도법과 로크웰 경도법의 주요 장점을 갖추고 있으며, 이러한 방법의 기본적인 단점을 극복하지만, 로크웰 경도법만큼 간단하지는 않습니다. 비커스 경도법은 강관 표준에서는 거의 사용되지 않습니다.