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철도레일의 피로와 마모에 관한 연구개발

전문가 제언: ○ 철도레일의 기본적인 기능은 차륜을 괘도로 안내함과 동시에 차량의 중량을 지지하는 것이므로 내마모성과 강도에서 높은 신뢰성이 요구된다. 또한 차륜과 레일 사이에는 수천~10,000MPa의 접촉응력이 반복적으로 작용하므로 피로에 의한 파단은 레일의 수명단축을 가져오는 가장 큰 문제가 되고 있다.

○ 레일의 성능과 신뢰성 향상을 위한 기술적 과제로는 레일의 형상에 대한 정밀도 향상과 레일의 파손이나 마모에 대한 고강도화로서 형상제어에는 캘리버(caliber) 압연으로 불리는 유니버설 압연법이 적용되고 있으며 온라인 열처리에 의하여 내마모성의 향상과 함께 생산성이 크게 향상되고 있다.

○ 레일의 수선비는 철도수송의 영업비에서 큰 비중을 차지하므로 레일의 수명연장과 신뢰성 향상은 경영상의 중요한 과제가 되며, 특히 레일의 이음쇠나 용접부에 걸리는 반복하중에 의한 피로와 차륜과의 접촉에 의한 마모는 레일을 교환하는 요인의 80%를 차지한다.

○ 레일 손상의 대부분은 전동접촉피로에 의하여 파면이 조개껍질처럼 되는 쉘링(shelling)으로서 현재는 쉘링의 기원이 되는 미소균열을 연삭하여 레일의 수명을 연장하고 있으며, 탄소강에 Mo나 Nb를 첨가한 베이나이트강이 내쉘링강으로 개발되고 있다.

○ 내마모성을 위한 고강도화에는 열처리의 온라인(on-line)화와 함께 제어압연과 가속냉각을 조합한 TMCP 압연법을 적용함으로써 인장강도 1,420MPa급의 과공석강(0.9%C) 레일과 내마모성이 우수한 결정립 미세화 펄라이트강 레일이 개발되어 실용되고 있다.

○ 우리나라의 경우 철도의 총연장은 7,529㎞로서 화물과 여객운송에서 철도수송이 차지하는 비중은 매우 높으며 지하철과 고속철도가 증가하고 있다. 이와 같은 철도수송량의 증가와 고속화에 수반하여 철도레일의 품질향상과 관리기술에 대한 연구개발이 활성화되어야 할 것이다.

저자: Makoto Ishida
자료유형: 학술정보