초록 ▼

본 연구는 그 강도와 경도가 높아, 고속철도용의 Rail재로서, 그리고 내용도가 높은 생력화 레일재로서, 현재 기대되고 있는 고탄소계 Cr-Ti 합금강재의 용접 열영향부의 인성과 강도 및 변태조직에 관하여 Enclosed Arc 용접을 시료강에 시행하여 조사 연구하며 또한, 시료강의 내마모성과 레일이 Wheel에 고속회전 접촉하는 경우 발생하는 마모균열(피로균열이라고도 함)의 발생 과정과 전파경로를 전위론에 기초를 둔 Delamination 이론으로 검토하여, 이들 문제들을 조직과 관계시켜 금속조직학적으로 규명하고저 하였다.

본 연구는 그 강도와 경도가 높아, 고속철도용의 Rail재로서, 그리고 내용도가 높은 생력화 레일재로서, 현재 기대되고 있는 고탄소계 Cr-Ti 합금강재의 용접 열영향부의 인성과 강도 및 변태조직에 관하여 Enclosed Arc 용접을 시료강에 시행하여 조사 연구하며 또한, 시료강의 내마모성과 레일이 Wheel에 고속회전 접촉하는 경우 발생하는 마모균열(피로균열이라고도 함)의 발생 과정과 전파경로를 전위론에 기초를 둔 Delamination 이론으로 검토하여, 이들 문제들을 조직과 관계시켜 금속조직학적으로 규명하고저 하였다.
실험결과, 용접부의 기계적성질(충격인성, 인장특성)은, 용접열영향에 시인한 조직특성과 오스테나이트 결정입도와는 밀접한 관계로 있다. 따라서 고온 열영향을 받는 용접부 모재에 비하여 기계적 성질이 좋지 않았다.
그러나 본 시료강 용접부가 일반 상용레일재 용접부보다 인장특성 및 충격특성등의 기계적 성질 뿐만 아니라 조직특성에서 우수한 결과로 나타났다. 이러한 결과는 Ti첨가가 퍼얼라이트조직의 라멜라 미세화에 커다란 영향을 미치는 것으로 생각된다.
한편 시료강인 고탄소 Cr-T 합금강의 마모량은 일반 Rail 강에 비하여 1/2정도로써 고속철도용의 합금강레일재로 적합한 마모특성을 가졌다. 그리고 본 합금강의 마모거동은 가하여 준 하중에 의한 수직응력과 Ship 율에 의해 발생되는 마찰응력과의 합성력에 의하여 표면부분은 소성변형을 받게 되고, 이러한 원인으로 전위가 발생하여 Void 및 Grack 을 생성시키고, 생성된 Void 와 Grack 들은 표면에 평행하게 작용하는 전단력에 의하여 성장, 전파되어 결국에는 Sheet 형태로 탈락하는 것으로써 이 현상은 Delamination 이론과 거의 일치하며 이 이론으로 본 시료강의 고속회전 접촉피로 시험에서 발생하는 Crack의 마모기구를 설명할 수 있겠다.
피로결함(flake, shellin)의 작고 얇은 형태와 표면경화층의 얕은 깊이로 미루어서 본 합금강의 내마모성이 우수한 것으로 생각된다.
결론적으로 말하자면 고탄소 Cr-Ti 합금강은 우수한 마모특성과 용접성을 가지는 것으로 보아 새로운 고석전철레일강재로 손색이 없는 것으로 나타났다.

Abstract ▼

This study aims at: (1) the investigation of toughness, strength, and transforned structure in welded zone of high Cr-Ti alloy steel, which is expected to be the new prosperotls and energy-saving rail steels (2)the investigation of wear propertis and wear mechanisn. In order to carry out the above s

This study aims at: (1) the investigation of toughness, strength, and transforned structure in welded zone of high Cr-Ti alloy steel, which is expected to be the new prosperotls and energy-saving rail steels (2)the investigation of wear propertis and wear mechanisn. In order to carry out the above subject, we use: (l) the En-closed-Arc Welding method, which has many advantages compared with other welding techniques and then is actually used in the welding of domestic railroad, (2) Rolling contact fatigue test metbod, which nay have actual meaning in evaluation of wear amotlnt of railroad materials. Expremental results showed that mechanical properties of welded zone are closely related to its microstructure and its austenite grain size. Therefore, mechanical properties of HAZ is poorer than base metal. But, high carbon Cr-Ti alloy steel showed higher tensile strength and Charpy impact energy at TJAZ than that at Bond and at HAZ of the commercial rail steel. It has also been thou5ht that the good properties of HAZ of this high carbon Cr-Ti alloy steel resulted from the fact that refinements of pearlite lamellae due to Ti addition. Meanwhile, the amount of wear of high carbon Cr-Ti alloy steel was half as mtlch as the comnercial rail steel and their wear behavior proved to be related to Delamination theory in which argued that the shear stress generated by losding and slip rate produced voids and cracks, resulting in yielding wear debris like sheet. During rolling contact fatigue test, this alloy steel exhibited shallow fatigue cracks(flake, shelling) and less severe fatigue damage ( thin work-hardened layor ).
In conclusion, It seems that high carbon Cr-Ti alloy ateel may be well-suited for the new rail materials with superior wear-resistance and good weldability.

목차 Contents

• 목 차(본문)...7
• 1. 연구배경...10
• 1.1 연구의 중요성과 필요성...10
• 1.2 연구목적...11
• 2. 실험방법...11
• 2.1 합금강 소재의 제작 및 분석...11
• 2.2 가공 및 열처리...12
• 2.3 용접 방법...13
• 2.4 용접부의 기계적 성질 측정...13
• 2.5 현미경 조직관찰...14
• 2.6 내마모성 측정...14
• 3. 실험결과...16
• 3.1 모재의 조직과 오-스테나이트 결정입도...16
• 3.2 용접용 SH-CCT 그림 작성...16
• 3.3 용접부의 피로특성...19
• 3.5 용접부의 현미경 조직...21
• 3.6 마모 특성...22
• 3.6.1 마모 감량 변화...22
• 3.6.2 마모 단면의 경도 분포...23
• 3.7 마모 횡단면의 현미경 조직...24
• 3.8 마모 횡단면의 피로 균열...25
• 3.9 마모 표면과 wear debris...25
• 4. 고 찰...26
• 4.1 용접부 조직과 기계적 성질...26
• 4.2 용접부 조직과 피로 파괴 거동...26
• 4.3 현미경 조직과 마모 특성...28
• 4.4 마모 결함 형성과 마모 기구의 이론적 고찰...29
• 5. 결 론...30
• 6. 인용문헌...31