*소성 변형 : 철강이 '항복점(Yield Point)'을 넘는 하중을 받을 때, 원래의 형태로 돌아가지 못하고 영구적으로 변형되는 현상

> 소성 변형이 발생하는 한계 (항복점)
항복점은 철강이 하중을 받을 때 탄성 변형에서 소성 변형으로 전환되는 지점을 나타냅니다.

철강의 항복점은 다음에 의해 결정됩니다
- 재료의 화학 성분
탄소 함량, 합금 원소(니켈, 크롬 등)는 항복 강도를 직접적으로 결정합니다.
- 열처리 상태
담금질(퀜칭), 템퍼링, 어닐링 등 열처리 과정을 통해 강도와 연성이 조절됩니다.
- 미세구조
페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트 등 철강의 미세구조는 항복점을 좌우합니다.
- 가공 이력
냉간가공은 항복점을 높이고, 어닐링은 항복점을 낮춥니다.
항복점은 시험 데이터로 측정됩니다. 일반적으로 인장 시험에서 응력-변형 곡선에서 항복점이 나타납니다.

소성 변형의 설계와 가공에서의 고려?
(1) 설계에서의 고려
- 안전계수 적용 : 항복 강도보다 훨씬 낮은 수준의 하중으로 설계하여 구조물의 안정성을 확보합니다.
(예 : 건축 구조물에서는 설계 하중의 1.5~2배 이상의 안전계수를 적용합니다)
- 하중 분산 설계 : 응력이 한 곳에 집중되지 않도록 하중을 균등하게 분산하는 설계가 필요합니다.
(예: 곡선형 설계, 균일한 두께 배분)
- 재료 선택 : 사용 환경에 따라 적합한 항복 강도와 연성을 가진 철강을 선택합니다.
고강도 저합금강(HSLA)은 높은 항복 강도를 제공하며, 복합 하중이 가해지는 구조물에 적합합니다.

(2) 가공에서의 고려
- 가공 경화 (Work Hardening) : 소성 변형이 진행되면 철강의 내부 구조가 재배열되면서 강도가 증가합니다.
(예 : 냉간압연에서 소성 변형을 유도하여 강도를 높입니다)
- 열처리 후 가공 : 소성 변형으로 발생한 잔류 응력을 제거하기 위해 템퍼링 또는 어닐링과 같은 열처리를 적용합니다.
- 응력 집중 방지 : 가공 과정에서 응력 집중이 생기지 않도록 곡면 가공이나 추가 열처리를 수행합니다.

소성 변형이 철강의 성질에 미치는 변화?
1) 강도 증가 : 소성 변형이 발생하면 내부 결정 구조가 밀집되고, 가공 경화가 일어나 강도가 증가합니다.
하지만, 강도 증가에 따라 연성(Ductility)은 감소합니다.
2) 연성 감소 : 소성 변형이 진행될수록 철강의 연신율(늘어날 수 있는 능력)이 줄어들어, 더 취약해질 수 있습니다.
3) 잔류 응력 발생 : 소성 변형 후 잔류 응력이 철강 내부에 남아, 추가 하중이나 환경 변화에 민감해질 수 있습니다.
4) 균열 가능성 증가 : 소성 변형이 심한 부위는 응력 집중으로 인해 미세 균열이 발생할 가능성이 높아집니다.

< 소성 변형의 활용 사례 >
- 구조물 설계 : 항복 강도 이하로 설계하여 소성 변형 없이 구조물의 안정성을 유지.
(예 : 교량, 건물의 골조 설계)
- 가공에서의 활용 : 소성 변형을 유도하여 철강의 성질을 개선.
(예 : 냉간압연을 통해 강도와 경도를 높인 강판 제작)
- 충격 흡수 설계 : 소성 변형의 에너지 흡수 특성을 활용.
(예 : 자동차의 충격 흡수 구조물, 안전 범퍼)


< 소성 변형 방지를 위한 대책 >
- 재료 선택 : 항복 강도가 높은 철강(예: 고강도 저합금강)을 사용하여 소성 변형을 방지.
- 열처리 : 템퍼링 또는 어닐링을 통해 재료의 강도를 조정하고 균열 가능성을 줄임.
- 응력 해소 설계 : 곡면 처리 및 하중 분산 설계를 통해 응력 집중을 방지.
- 잔류 응력 관리 : 소성 변형 후 남아 있는 잔류 응력을 열처리로 제거.