취성 파괴(Brittle Fracture)

취성 파괴(Brittle Fracture)는 금속이나 재료가 변형(Deformation)을 거의 일으키지 않고 갑작스럽게 절단되거나 깨지는 현상을 의미하며, 공정 안전 관리에서 매우 치명적인 사고 원인으로 분류한다.

 

 

 

취성 파괴(Brittle Fracture)

주요 용어 정의 및 특징

• 취성 파괴 (Brittle Fracture): 재료가 항복 지점(Yield Point)을 지나 소성 변형(Plastic Deformation)을 거의 거치지 않고 유리처럼 깨지는 현상이다.
• 연성-취성 천이 온도 (DBTT: Ductile-to-Brittle Transition Temperature): 재료의 성질이 질긴 연성에서 깨지기 쉬운 취성으로 급격히 변하는 온도 구간이다. 이 온도 이하에서 가압하거나 충격을 주면 취성 파괴가 발생한다.

 

 

취성 파괴의 발생 원인 및 매커니즘

보고서 작성 시 취성 파괴의 원인을 다음과 같이 세분화하여 기술한다.

• 저온 노출 (Low Temperature): 금속의 온도가 천이 온도(DBTT) 이하로 떨어지면 충격 인성(Impact Toughness)이 급격히 저하한다.
• 응력 집중 (Stress Concentration): 용접 결함(Crack, Undercut)이나 구조적 날카로운 모서리에서 응력이 증폭되어 균열이 전파한다.
• 재질의 두께 (Thickness Effect): 모재의 두께가 두꺼울수록 내부 구속력이 커져 취성 파괴가 발생할 확률이 높아진다.
• 잔류 응력 (Residual Stress): 후열처리(PWHT)를 하지 않은 용접부 내부에 남아있는 응력이 파괴의 기폭제 역할을 한다.

 

 

취성 파괴 방지를 위한 대책 (Prevention)

공정안전보고서(PSM) 내 설비 설계 및 유지 보수 단계에서 다음 사항을 검토한다.

• 적정 재질 선정 (Material Selection): 최저 설계 금속 온도(MDMT: Minimum Design Metal Temperature)를 고려하여 저온 충격 시험(Charpy V-Notch Test)을 통과한 재질을 사용한다.
• 후열처리 (PWHT: Post Weld Heat Treatment): 용접부의 잔류 응력을 제거하여 경도를 낮추고 인성을 확보한다.
• 비파괴 검사 강화: 육안 검사(Visual Inspection) 및 방사선 투과 검사(RT)를 통해 균열의 시발점이 될 수 있는 표면 및 내부 결함을 사전에 제거한다.

 

 

관련 용어 대비

용어 (Korean)	영문 (English)	특징 (Characteristics)
취성 파괴	Brittle Fracture	변형 없이 급격히 파괴, 파단면이 밝고 결정체 모양
연성 파괴	Ductile Fracture	소성 변형(Nicking) 후 파괴, 파단면이 어둡고 거침
응력 부식 균열	SCC (Stress Corrosion Cracking)	응력과 부식 환경이 복합적으로 작용하여 발생하는 균열