Experimental Study for Establishing Rail Grinding Period in the Urban Railway

도시철도 레일연마주기 산정을 위한 시험적 연구

Experimental Study for Establishing Rail Grinding Period in the Urban Railway

성덕룡^†·고동춘¹·박용걸²·공선용³

Deok-Yong Sung·Dong-Chun Go·Yong-Gul Park·Sun-Yong Kong

1. 서 론

철도용레일은대량의여객및화물을수송하기위한 수 단으로사용되고있으며

,

승차감확보및탈선방지를 위해 안전을위한신뢰성의확보가엄격히요구된다

.

그러나사 용중인레일의 두부윗면에는차륜의 반복적인구름접촉으 로인하여균열을 포함하는여러가지 결함들

(

압좌

,

표면박 리

,

^{파상마모및이상마모등}

)

^{로부터손상이자주발생하고}

,

이러한손상들은 궤도재료의파괴

,

승차감악화

,

소음 증가 등으로이어져궤도유지보수비용을증가시키는요인이되고 있다

.

또한

,

레일용접부와모재부의경도차이로인해레일용접 부표면에서 발생하는요철은충격하중을유발하여 레일저 부에피로파괴를발생시키기도한다

.

^{이러한레일표면에서}

발생하는결함을제거하거나 예방하기위한방법으로 국내 외에서는 일반적으로 레일연마를 시행하고 있다

[1].

레일연마에대한개념은

20

세기 초반에도입되었다

.

이는 레일두부 표면결함을제거함으로써많은비용이 필요한레 일교환을피하기위함이었다

.

이후레일연마는

50

여년동안 레일두부 표면을제거하기위한 제한적인방법으로적용되

어 왔으며

, 1980

년대 이후서부호주광산에서부터기발생

된 레일두부표면결함의제거뿐만아니라레일과차륜의접 촉에의한결함 발생을제어및 예방하기위한개념으로적 용되었다

[1,2].

레일표면결함은신품레일의경우탈탄층으로부터발생하 고

,

사용레일의경우가공경화층으로인해발생하게된다

.

탈 탄층은레일제조 시 탄소가용광로속의산소와결합함으 로써경도가낮고산화되기쉬운금속조직이며

,

가공경화층 은 반복하중에의한피로층으로 탈탄층과는달리경도가높 아져 내마모성이 약화되고취성 성질을 가지게 된다

[8].

레일에서발생하는 피로·열화손상의유형을크게레일표 면에서 발생하는결함

(

표면미세균열

,

압좌 등의요철

)

과레 일내부에서진전되어발생하는결함

(

표면박리

,

흑점균열등

)

으로 구분하고 있다

[9].

따라서본연구에서는도시철도운영구간에대하여 약

2

년간

(

^통과톤수

:

^약

1

^억톤

)

^{의 현장측정을통해 레일표면요}

철량을측정하였고

,

실제현장에서사용레일을발췌하여실 Abstract

The defects of rail head induced by fatigue and deterioration are mainly classified by two types ; one occurred on the surface of rail head the another occurred on the inner rail head. This study performed the surface irregularity measurement of rail head according to the passing tonnage in the urban railway. Also, we carried out microscopic structure test, chemical component test and micro-hardness test for the specimen which is the used rail on metro line by accumulated passing tonnage. As a result of this study, for new rail, it should be performed initial grinding in order to remove 0.3mm of de-carbonized layer. The preventive-cyclic grinding for preventing RCF defects is proposed two options : grinding by the whole line and grinding by specified sections.

Keywords

: Urban railway, Experimental study, Surface irregularity, Rolling contact fatigue, Accumulated passing tonnage, Rail grinding period

초 록 레일 피로·열화손상유형들은 크게 레일표면에서 발생하는 결함들과 레일내부에서진전되어 발생하는 결함들로 구분되어질 수 있다

.

본 연구에서는 국내에서 연간 누적통과톤수가 가장 많은 도시철도의 운행조건을 고려하여 현장측정을 통해 레일표면 요철성장률을 분석하였으며

,

연마 후 누적통과톤수에 따른 시험편을 현장 에서 발췌하여 현미경을이용한 조직검사

,

화학성분검사

,

마이크로비커스 경도시험을 수행하였다

.

시험결과 신 품레일의 경우 유효탈탄층 제거를 위해 약

0.3mm

의 초기연마를 시행해야하며

,

예방연마의 경우전구간을 일괄 적으로 연마할 경우와 특정 구간별로 구분하여 연마할 경우에 대하여

2

가지 방안을 제시하여 레일표면에서 발 생하는

RCF

결함을 예방하거나 제거할 수 있도록 제시하였다

.

주요어 : 도시철도

,

시험적연구

,

표면요철

,

구름접촉피로

,

누적통과톤수

,

레일연마주기

†교신저자

:

^{대원대학철도건설과}

E-mail : [email protected]

1서현기술단

(

^주

)

2서울산업대학교철도전문대학원

3서울메트로철도토목팀

내시험

(

화학성분검사

,

조직검사

,

마이크로비커스경도시험

)

을 수행하여분석함으로써국내 도시철도레일열화분석을 통 한과학적인레일연마주기및연마량을제안하고자하였다

.

2. 국내·외 레일연마기준 2.1 국외 레일연마기준

프랑스

SNCF

의경우에는현재고속선뿐만아니라대부

분의본선에서도일상적인유지보수과정으로레일연마를수

행하고 있으며

, 2006

년까지는

3

년에

1

회를 실시하였으나

,

2007

년하반기부터년

1

회로변경하여시행하고있다

.

또한

,

유지보수작업효율화를위해

1

년 주기로전노선이연마되

도록시행하고있고

, 3

년에

1

회실시할경우

0.3mm

깊이로

연마를시행하고년

1

회로변경후에는평균

0.2mm

의연마

를 시행하고 있다

[7].

일본의경우

(

재

)

철도종합기술연구소

(RTRI)

의 구름접촉피

로

(RCF)

시험을통해레일연마를

0.1mm/50

백만톤으로실시

할경우레일교체주기인

8

억톤이상에걸쳐

RCF

결함없이레 일을사용할수 있는것으로제시되었으며

,

각철도운영회 사의목적에따라레일연마기준을 달리적용하고있다

[8].

2.2 국내 레일연마기준

한국철도공사

(

현코레일

)

에서는경부고속철도개통과함께 프랑스에서적용하고있던레일연마기준을검토하여고속철 도선로정비지침

(

제정

2004. 12. 30.

철도시설과

-1616

호

)

을규 정하여적용하고있으며

, “

레일연마기준수립에관한연구

,

한 국철도기술연구원

, 2006. 12.”

의연구결과를토대로

Table 1

과 같이 레일연마기준

(

안

)

을 적용하고 있다

.

Table 2

에는 국내도시철도운영기관들의레일연마기준을

나타낸다

.

국내 도시철도운영기관들의대부분에서는탈탄 층 제거를위한초기연마를 고려하고있지않으며

,

예방연 마 측면에서누적통과톤수에의한 레일연마를시행하고있 으나 레일연마깊이에대한규정은정하고있지않다

.

또한

,

곡선부마모저감및레일두부표면결함을제거하기위한목 적으로곡선반경에따라레일연마주기를달리적용하고있다

.

3. 현장측정을 통한 레일표면 요철성장률 분석 3.1 현장측정 방법

본 연구에서는레일에서발생하는결함들중에레일용접 부에서주로발생하는레일표면요철에대하여누적통과톤수 에 따른성장률을분석하고자하였다

.

이를위해

Table 3

과 같은 현장측정개소를선정하여약

2

년간

(

통과톤수약

1

억 톤

)

정기적으로레일표면요철측정기

(RAILPROF)

를이용하여 현장측정을 수행하였다

.

현장측정을위한개소는궤도구조

(

자갈궤도와콘크리트궤 도

),

용접방법

(

모재부

(BM),

가스압접

(GPW),

테르밋용접

(TW)),

도상상태

(

양호

,

불량

),

정거장구간과열차주행구간으로구분 하였다

.

또한

,

현장측정개소는레일연마없이열차하중

(

통 과톤수

)

만을 받아온 구간이었다

.

Table 3레일표면요철측정개소구분

Section 궤도구조 도상 상태 용접

방법 제동및

주행구간 누적통과톤수

(억톤)

A Ballast 양호

GPWBM TW

정거장(^제동)

구간

5.346.29 6.46

B Ballast 불량 정거장(제동)

구간

6.296.35 6.436.46

C Ballast 양호 주행구간 5.23

5.43

D Ballast 불량 주행구간 3.26

3.71

E Concrete 양호 주행구간

3.483.53 3.603.66 3.75

F Concrete 양호 정거장(^제동)

구간

6.306.50

Table 1경부고속선및프랑스의레일연마기준

[8]

경부고속선(안) 프랑스 SNCF

초기연마 0.3mm 0.3mm

예방연마

0.30mm/3^년 0.30mm/3^년

0.20mm/2년 -

0.15mm/1년 0.20mm/1년

Table 2

국내도시철도운영기관들의레일연마기준

[11]

구분 연간통과 톤수

연마

주기 비고

서울 메트로

역구내

50^백만톤 2^회/^년

선로구간별누 적통과톤수에 의한레일연마

시행 교량부 2회/년

곡 선 부

R≤300m 4회/년

300<R<500m 2^회/^년

R≥500m 1회/년

인천 지하철

R<600m

30백만톤 2^회/^년

R^≥600m 1회/년

Fig. 1레일표면요철측정장비

(RAILPROF)

3.2 레일표면요철 측정결과 및 분석

Fig. 2

에서

N.V for 1m

는요철측정기로측정한

1m

에 대

해중심선

(0)

^{을기준으로최하위점을나타낸다}

.

^{요철측정기}

(L=1m)

의경우양끝점을

0

으로하여측정되기때문에요철

깊이의값이상대적인값으로계산되어질 수있어용접부에 서발생하는표면요철량의절대적인평가가어려울수있다

.

따라서레일표면요철량계산은

Fig. 2

^{와같이레일용접부열}

영향부

(100~150mm)

에 대하여누적통과톤수에따른요철성

장률을확인하는것으로하였다

[4].

^즉

,

^{본연구에서는누적}

통과톤수에의해발생한최대표면요철량을삭정하는것을적 정 레일연마량으로 가정하여 분석하였다

.

레일표면 요철량 측정횟수는

Table 4

와 같다

.

본연구에서측정한레일표면요철측정결과의예시는

Fig.

3

과같으며

,

음영처리된부분은열영향부

100mm

대한요철 구간을 표시한 것이다

Fig. 3레일두부표면요철측정결과

(

예

)

레일표면요철측정결과

,

용접부에서는

V

자형요철이대부 분 발생하였으며

,

모재부에서의표면요철은거의발생하지 않는 것으로 나타났다

.

N.V for 0.1m

에 대한요철성장률을정리한결과는

Fig. 4

와같다

.

모든구간에서가스압접이테르밋용접과모재부보 다 요철성장률이큰것으로나타났으며

,

도상상태가불량한 자갈궤도인

Section B, D

는콘크리트궤도

(Section E, F)

에비 해 요철성장률이약

35~42%

정도컸으나

,

도상상태가양호 한자갈궤도인

Section A, C

에비해서는유사한성장률을보 였다

.

또한

,

정거장구간

(Section A, B)

과표준속도로운행하

는주행구간

(Section C, D)

의요철성장률을비교해보면정거

장구간이약

15~18%

큰것으로나타났다

.

이는정거장구간

에서열차의제동으로인해차륜과레일의마찰저항이증가

하여 발생하는것으로판단된다

. Fig. 4

에나타낸측정구간

별레일표면요철성장률을자갈궤도와콘크리트궤도로 구분

하여

Table 5

에 종합적으로 정리하였다

.

Fig. 4누적통과톤수에따른레일표면요철성장률분석결과 Fig. 2레일표면요철량계산방법

[4]

Table 4레일표면요철량측정횟수

(

단위

:

회

)

자갈궤도 콘크리트궤도

GPW 57 42

TW 33 19

BM 42 26

Total 132 87

레일용접방법별요철성장률을비교분석한결과

,

모재부 에비해용접부의요철성장률이크다는것을확인하였으며

,

테르밋용접부보다가스압접부요철성장률이 큰것으로 분

석되었다

.

또한

,

안전율

(S.F.) 2

를 적용하여궤도구조별 요

철성장률을확인해본결과

,

자갈궤도레일표면요철성장률

(0.12mm/100MGT)

에비해콘크리트궤도레일표면요철성장

률

(0.08mm/100MGT)

이 작은것으로분석되었으며

,

자갈궤

도에서측정한

Tadashi(2006)

연구결과와비교해보면본연

구에서측정한요철성장률이약

20%

큰것으로나타났다

.

이 러한결과는본연구의측정대상구간이년간열차운행횟수가 많은도시철도구간이었으며

,

도상상태의차이에따라발생한 결과라판단된다

.

하지만본 연구에서는

Tadashi(2006)

연구 결과보다높은레일표면요철성장률을적용함으로서충분히 안전측으로 평가될 수 있을 것으로 판단된다

.

궤도상태및열차운행조건에따른레일표면요철성장률을

자갈궤도가스압접

(GPW)

레일에대해서만정리하여분석한

결과는

Table 6

과 같다

.

자갈도상의레일표면 요철성장률은궤도상태에따라약

50%

이상차이가있는것으로분석되었으며

,

주행구간보다열 차제동구간인정거장구간에서약

17%

이상요철성장률이큰 것으로분석되었다

.

또한

,

사용레일이동일한통과톤수를가 지더라도도상상태및열차운행조건에따라요철성장률에차 이가 있는 것으로 분석되었다

.

따라서궤도구조별

,

용접방법별

,

도상상태별

,

열차운행조 건별레일표면요철성장률을분석한결과

, 1

억톤당

0.12mm

이상을연마할경우레일용접부에서 발생하는표면요철을 제거함으로써용접부레일표면 요철성장률을고려한정기 적인 레일용접부관리가 가능한 것으로 판단된다

.

4. 실내시험을 통한 레일내부 열화진전도 분석 4.1 개요

본연구에서는초기연마기준수립을위한탈탄층깊이및 예방연마기준수립을위한가공경화층깊이를분석하기위 해 국내도시철도에서사용되고있는신품및사용레일시 험편을제작하여레일표면깊이별화학성분검사

,

조직검사및 마이크로 비커스 경도시험을 수행하였다

.

레일시험편은최적의레일연마주기및연마량도출을위해 연마후누적통과톤수에따라

7

개그룹으로구분하여현장에 서발췌하였다

.

실내시험용시험편기호구분은

Table 7

과같다

.

4.2 실내시험 방법

4.2.1 현미경을 이용한 조직검사

레일 조직검사는유효탈탄층깊이및가공경화층의깊이 를 평가하여최적의레일연마주기 및연마량을산정하는데 목적이있다

.

시험방법은전자주사현미경

(SEM-EDX, JEOL -

일본

)

을이용하여 시험배율

100

배로촬영하였으며

,

조직검

사 위치 및 시험편 가공은

Fig. 5

와 같다

.

현미경조직검사를이용한유효탈탄층깊이측정기준은초 석페라이트분율이

50

∼

70%

인깊이또는초석페라이트결 정립을 완전히 둘러싸고 있는 범위로 설정하였다

[12].

Table 6 도상상태및열차운행조건에 따른 최대요철성장률 비교

(

단위

:mm/100MGT)

도상상태0

운행조건 양호 불량 양호 : ^불량 (%)

주행구간 0.033 0.051 54.5↑

정거장(^제동)^구간 0.040 0.060 50.0^↑

주행 : ^정거장(^제동)

(%) 21.2↑ 17.6↑ -

Table 7실내시험용시험편기호구분 첫번째

자리 두번째

자리 세번째자리 네번째 자리 구분 레일종류 신품및

사용 연마후누적통과톤수 시험편 개수

기호 50kg ^⇒ 5

60kg ⇒ 6 ^신품⇒ N

사용⇒ U

0∼25MGT ⇒ I (0~6개월) 25∼50MGT ⇒ II (6~12개월) 50∼75MGT ⇒ III (12~18^개월) 75∼100MGT ⇒ IV (18~24^개월) 100∼200MGT ⇒ V (24~36개월) 200MGT 이상 ⇒ VI (36^개월이상)

①

② Table 5 궤도구조별레일표면최대요철성장률비교분석(단

위:mm/100MGT)

구분 본연구 Tadashi(2006)[4]

자갈궤도 콘크리트궤도 자갈궤도 모재부(BM) 0.04 0.01 -

가스압접(GPW) 0.06 0.04 0.05

테르밋(TW) 0.05 0.02 -

S.F. = 2.0 0.12 0.08 0.1

Fig. 5레일조직검사시험위치및시험편

(

예

)

4.2.2 레일표면깊이별 화학성분검사

본논문에서는기존레일자체의화학성분검사위치와달 리레일표면으로부터깊이에따른화학성분검사를실시하였 다

.

시험장비는발광분광분석기

(Emission- Spectrometer,

독 일

)

를이용하였으며

[13], Fig. 6

과같이

0

~

2000

µ

m

까지레일 표면으로부터

100

µ

m

단위로수행하였다

.

측정방법은상면으 로부터

100

µ

m

깊이씩 측정→삭정→측정을 반복해가면서

2,000

µ

m

까지측정하였고

,

측정항목은탄소

(C),

규소

(Si),

망

간

(Mn),

인

(P),

황

(S)

을측정하였으며

, 3

회측정값을평균하

여 적용하였다

.

Fig. 6레일화학성분검사시험방법 4.2.3 레일표면깊이별 마이크로 비커스 경도시험 레일표면깊이별경도측정은

KS B 0811

금속재료의비커 스경도시험방법을적용하고

,

시험하중은

HV 0.5(1.961N)

로하며

,

비커스경도시험기

(WILSON,

미국

)

를이용하였다

.

시 험편제작방법은레일 조직검사시험편과동일하며

,

유효탈 탄층및가공경화층깊이를판단하는측정기준은레일연마 를통하여 심부경도대비

95

~

110%

를 유지함으로써경도 의저하또는강화에의해레일표면에서발생하는구름접촉

피로

(RCF)

에의한결함이발생되지않도록설정하였다

[4].

4.3 실내시험 결과 및 분석

4.3.1 현미경을 이용한 레일 조직검사 결과 및 분석 신품레일시험편의경우레일상면

,

게이지코너 및측면 에서는유효탈탄층이

0.2

~

0.3mm

깊이까지명확히측정되었 으나

,

사용레일시험편의경우가공경화층을확인할수 없 었다

.(Fig. 7

참조

)

4.3.2 레일표면깊이별 화학성분검사 결과 및 분석 레일표면깊이별화학성분검사를통하여상면으로부터수 직으로

100

µ

m

∼

2,000

µ

m

깊이까지금속의

5

대원소

(

탄소

(C),

규소

(Si),

망간

(Mn),

인

(P),

황

(S))

에대해서측정한결과탄 소

(C)

함유량만이변화가있었고나머지원소들의값 차이 는미소하였다

. Fig. 8

은레일표면깊이별탄소함유량을분석 한결과이다

.

깊이별탄소함유량분석결과

, 50kg/m, 60kg/m

신품레일에서는레일표면으로부터

0.3mm

미만에서탄소함유

량이 기준치

(0.63~0.75%)[14]

를벗어났으며

,

사용레일의경

우에는 통과톤수에따른탄소함유량의변화 경향을확인할 수없었다

.

이와같이신품레일에서탄소함유량이기준치보 다 적게나타난이유는 조직검사결과와마찬가지로신품레 일에 유효탈탄층이 존재하기 때문인 것으로 판단된다

.

Fig. 8레일표면깊이별탄소함유량분석결과

(

예

) (50kg/m

레일

)

4.3.3 마이크로 비커스 경도시험결과 및 분석

마이크로비커스경도시험을통해레일표면으로부터의깊 이별 경도값을심부대비경도값으로 변환하여분석한결과 는

Fig. 9.

와 같다

.

Fig. 9레일표면깊이별심부대비경도

(

예

) (50kg/m

레일

-

상면

)

이렇게심부대비경도값으로분석한이유는측정위치별경 도값의 차이가발생하기때문에 레일심부의경도값을기준 Fig. 7현미경을이용한레일조직검사결과

으로측정위치별경도비를계산하고

,

심부대비

95~110%

수 준의 경도를 유지하도록 기준치를 설정하였다

[8].

신품레일의경우유효탈탄층의영향으로심부대비경도비 가표면에서기준치보다낮게나타나는것을 확인할수 있 으며

,

레일연마후통과톤수가높은IV

,

V

,

VI등급의시험편 에서는심부대비경도비가 높게나타나는경향을 확인하였 다

.

Fig. 10

은레일표면으로부터깊이별측정한경도값을심부

대비 경도값으로변환하여회귀분석한결과이다

.

신품레일 의 경우에는레일상면

,

게이지코너및 측면모두 유효탈 탄층에 의해서심부대비경도가저하된 것으로분석되었 다

.

사용레일의경우에는차륜과접촉이이루어지는레일상 면과게이지코너에서경도가증가된것으로나타났고

,

차 륜과접촉이이루어지지않는측면의경우에는신품과유사 하게경도값이기준치보다낮은경향이있는것으로분석되

었다

. Fig. 10

에서기준치에포함되지않는시험편에대해서

는 삭정이필요한깊이를분석하여나타냈으며

,

이를

Table

8~9

에 정리하여 나타냈다

.

마이크로비커스경도시험을통한최적 레일연마량은유 효탈탄층에 의한경도저하한계를심부대비

95%

이상

,

가 공경화층에의한경도증가한계를심부대비

110%

이하로유 지하기위한레일삭정량으로산정하였으며

,

그결과는

Table 8~9

와 같다

.

여기서연간 누적통과톤수를

50MGT

으로가정 하여환산할 경우신품레일의경우

0.24mm,

사용레일의경

우

0.08mm

이상

/50MGT

이적정레일연마량인것으로분석되

었다

. 60kg/m

레일의경우에는신품레일의경우

0.26mm,

사

용레일의경우

0.1mm/50MGT

이적정레일연마량으로산정

되었다

.

5. 레일 열화 분석을 통한 레일연마기준(안)

본연구에서는레일열화분석을위해레일표면에서발생 하는피로열화손상을크게레일표면에서발생하는손상과레 일내부에서발생하는손상으로구분된다는것

[11]

을 바탕으 로적정레일연마주기및연마량을산정하고자레일표면요 철성장률과레일내부조직의물리적

,

화학적변화를시험적 으로 분석하였으며

,

그 결과를

Table 10~11

에 정리하였다

.

Table 8

50kg/m

레일연마량 총누적통과톤수

(MGT)

연마후누적통과톤

(MGT)수

연마량(mm)

5N 0 0 0.24

5U-III 400 67 0.10

5U-IV 540 79 0.12

5U-V 681 198 0.28

5U-VI 640 250 0.4

Table 9

60kg/m

레일연마량 총누적통과톤수

(MGT) ^연마후(MGT)^{누적통과톤수 연마량}(mm)

6N 0 0 0.26

6N 0 0 0.20

6U-III 200 72 0.15

6U-IV 300 92 0.17

6U-V 400 141 0.30

6U-V 400 167 0.30

Fig. 10 레일표면깊이별 심부 대비 경도 회귀분석결과

(

예

)

(50kg/m

레일

)

도시철도레일연마주기및연마량은레일두부에서발생하 는표면요철의성장률과레일두부내부조직의물리적

,

화학 적변화에의한삭정량을모두 포함할수 있도록고려되어 야한다

.

따라서 본 연구에서는

Table 10

의레일표면요철 성장률을고려한경우

,

적정레일연마량및 연마주기는최

대

0.06mm/50MGT

이며

, Table 11

의 레일내부조직의 물리

적

,

화학적변화를고려한경우에는

0.1mm/50MGT

로 레일

표면요철성장률을고려한경우는레일내부조직의물리적

,

화학적변화를고려한경우에포함될수있다

.

하지만궤도형 식

,

도상상태및열차운행조건에따라레일표면요철성장률 에 차이가발생할수 있기때문에레일내부조직의물리화 학적 변화를고려한경우에대하여궤도형식

,

도상상태

,

열 차운행조건을고려하여최종적으로

Table 12~13

과 같이적 정레일연마주기및연마량을제시하였다

. Table 12

는전구 간을일괄적으로연마할경우이며

, Table 13

은선로구간을구 분하여 연마를 시행할 경우를 나타낸다

.

6. 결 론

본 논문에서는레일표면결함예방

,

소음및 진동저감

,

레 일사용수명연장

,

레일유지보수비용저감등을위해시행하 고있는레일연마작업에대하여레일표면요철량및레일내 부의물리적화학적변화를검토하여과학적이고합리적인레 일연마주기및연마량

(

안

)

을 제시하고자하였다

.

총

6

개구 간에대해장기적으로

(

약

2

년간

)

레일표면요철측정을수행하 였으며

,

실제현장에서사용하던레일을발췌하여현미경조 직검사

,

화학성분검사

,

마이크로비커스경도시험을수행하 여 다음과 같은 결론을 도출하였다

.

(1)

^{현장시험을통해열차운행조건}

(

주행

/

제동

)

및궤도조건

(

자갈

/

콘크리트궤도

,

도상상태양호

/

불량

)

과누적통과톤수에 따른레일표면요철성장률을분석한결과

,

궤도형식에따른 레일표면요철성장률은자갈궤도와콘크리트궤도가동일한 것으로분석되었으나자갈궤도의도상상태가불량할경우에

(

약

54.5%)

큰 것으로분석되었다

.

도상상태에따른비교에

서는정거장

(

제동

)

구간에서는도상상태가불량할경우양호

한 구간에비해

(

약

50.0%)

크며

,

주행구간의경우에는

(

약

54.5%)

큰것으로분석되었다

.

열차운행조건에따른비교에

서는정거장

(

제동

)

구간이주행구간보다

(

약

21.2%)

큰것으 로 분석되었다

.

따라서합리적인레일연마를위해서는자갈 궤도와콘크리트궤도를구분하고

,

열차제동구간과주행구간 을 구분하여시행하는것이합리적인것으로 판단되었다

. (2)

실내시험을통한레일내부조직의재료적특성

(

물리화 학적

)

변화를분석한결과를통해도출한결론은다음과같다

.

현미경을이용한레일내부조직검사결과와레일표면깊이 별 화학성분검사결과

,

신품레일에서 약

0.2~0.3mm

깊이까 지유효탈탄층이존재하여초기연마깊이를약

0.3mm

까지연 마해야 할 것으로 판단되었다

.

레일표면깊이별마이크로비커스경도시험결과

,

유효탈 탄층이존재하는신품레일에서는레일심부대비경도값이표 면에서낮은것으로분석되었으며

,

사용레일에서는연마후 누적통과톤수가높을수록표면층심부경도대비측정값이높 아지는것으로분석되었다

.

여기서표면층의경도값을심부

경도 대비

95~110%

수준으로유지할수 있도록하기 위해

서는 신품레일의경우 초기연마깊이를약

0.3mm

로연마하 고

,

사용레일의경우예방연마측면에서약

0.1mm/5

천만톤 을 연마하는 것이 효과적인 것으로 판단되었다

.

Table 10 적정레일연마주기및연마량

-

레일표면요철성장률 고려시

(

단위

: mm/50MGT)

정거장구간 일반주행구간 자갈궤도 도상상태불량 0.06 0.05

도상상태양호 0.04 0.03

콘크리트궤도 도상상태양호 0.04 0.03

Table 11 적정레일연마주기및연마량

-

레일내부조직의물 리·화학적변화고려시

연마량 비고

초기연마 0.3mm 유효탈탄층제거

예방연마 0.1mm

/50MGT ^{가공경화층및} RCF^결함

발생예방및제거

Table 12적정레일연마주기및연마량

(1

안

) -

전구간일괄적 으로레일연마시

적정레일연마주기및

연마량 비고

초기연마 0.30mm 목적 : 유효탈탄층제거

예방연마 0.10mm^이상/50MGT

목적 : 1. ^{가공경화층형성억제}

^및제거, 2. RCF ^{결함발생예방}

적용범위 : ^{직선부레일}

보수연마 선로검사규정에서정하고있는일정크기이상의레 일결함발견시연마시행

Table 13 적정레일연마주기및연마량

(2

안

) -

선로구간별레 일연마시

적정레일연마주기

및연마량 비고

초기연마 0.30mm 목적 : 유효탈탄층제거

예 방 연 마

정거장 구간

자갈궤도 0.10mm이상/ 50MGT

목적 : 1. 가공경화층형성억 제및제거,

2. RCF 결함발생예방 적용범위 : ^{직선부레일}

콘크리트

궤도 0.05mm이상/ 50MGT

일반 주행 구간

자갈궤도 0.05mm이상/ 50MGT

콘크리트

궤도 0.05mm^이상/ 50MGT

보수연마 선로검사규정에서정하고있는일정크기 이상의레일결함발견시연마시행