철도레일 표층의 백색층 형성기구

전문가 제언

○ 금속재료의 표면이 강한 마찰을 받으면 최표면의 직하에는 모재와는 물리화학적 성질이 다른 가공변질층이 형성된다. 철강재료의 경우에는 이와 같은 가공변질층 외에 에칭과정에서 기지조직보다 부식이 억제되어 광학현미경에서 백색으로 보이는 백색층(White Etching Layer)이라고 하는 특이한 가공변질층이 나타난다.

○ 백색층은 경질의 박막으로 되어 있기 때문에 철도 레일이나 베어링에서는 표면 박리를 야기하므로 손상의 원인이 된다. 백색층의 생성기구에 대해서는 마찰열에 의한 마르텐사이트 변태, 동적재결정에 의한 초미세 페라이트 결정립의 생성, 비정질층 또는 산화물층의 생성 등 여러 가지 설이 제안되고 있으나 통일적인 견해는 아직 없는 형편이다.

○ 마찰가공이 커지면 정적, 동적재결정과 동적변태가 일어나므로 조직이 미세화하여 특정한 조건에서는 백색층에서 10～20㎚의 초미세 등축페라이트가 생성된다. 예를 들어 베어링에서 관찰되는 백색조직은 거시적 형태에 따라 WB(White Band)형, BF(Butterfly)형, WEA(White Etching Area)형으로 생성되며, 미세 결정립의 크기는 WB에서 100～200㎚, BF와 WEA에서 10㎚정도의 초미세립이 형성된다고 보고되고 있다.

○ 본고에서는 철도 레일에서 나타나는 백색층의 발생을 상변태에 수반하는 조직변화로 설명하고 있다. 즉 마찰열로 인하여 펄라이트가 오스테나이트로 역변태 하고 이후의 냉각과 슬립변형으로 미세한 페라이트 등축정(α‘)과 펄라이트의 소성유동조직이 형성된다고 보고하고 있다. 이는 종래의 마르텐사이트 변태설과는 다르다는 점에서 주목되나 적용 강종이나 마찰조건에 따른 검토가 요망된다.

○ 백색층의 생성에는 재료 문제뿐만 아니라 마찰과 마모에 관한 트라이볼로지 문제도 관여한다. 따라서 백색층의 발생 원인과 이에 대한 대책은 재료공학과 마찰공학이 접목된 연구를 통하여 규명되어야 할 것이다. 또 최근 가공변질층의 생성을 결정립 미세화를 위한 재질제어 수단으로 이용하는 연구도 이루어지고 있어 새로운 재료기술로서의 발전이 기대된다.

저자

Masahiro Tsujie

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2010

권(호)

49(10)

잡지명

まてりあ（日本金屬學會會報)

과학기술
표준분류

재료

페이지

455~461

분석자

심*동

분석물

• 철도레일 표층의 백색층 형성기구.pdf [428,880 byte]

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