철도 레일 길이 및 특수레일, 레일의 성분

[레일 길이]

1) 레일의 이음매는 궤도구조상 가장 취약한 점으로 보수노력이 증대하고 차량동요를 일으켜 승차 기분을 해친다.

2) 레일 길이의 제한사유

- 온도 신축에 따른 이음매 유간의 제한

- 레일 구조상의 제한

- 운반 및 보수 작업상의 제한

- 레일 길이와 차량의 고유진동 주기와의 관계

3) 레일의 길이에 의한 분류

레일종류	길이(m)
장대레일(Long Rail) 장척레일(Longer Rail ) 정척레일(Standard Rail) 단척레일(Shorter Rail)	200 m 이상(고속철도 300m이상) 25 ~ 200 m 미만 25m 5~25m 미만

 

[특수레일(Special steel rail)]

1) 고탄소강 레일

- 탄소강레일의 탄소 함유량을 증가(탄소함유량을 0.85% 정도)시켜 내마모성을 증가시킨 것

2) 경두레일(Sorbite Rail, 소입레일)

- 레일의 두정면에서 약 20mm를 소입시켜 솔바이트(sorbite) 조직으로 한 것

- 강인하고 내마모성이 크며, 1910년경 영국에서 레일을 압연2)할 때 적열(赤熱) 상태에서 분사수로 급냉(急冷)하여 제작하였다.
- 소입 후 굽힘(bending)도 적고 보통레일의 약 3배의 내구력이 있으며 망간레일보다 염가이다. 이음매부의 끝닳음을 예방키 위하여 보통레일의 끝부분을 단부를 10~20cm정도 표면을 소입하여 아것을 레일단부소입(Railend hardening) 이라 한다.

3) 망간레일(Manganese rail)
- 망간(Mn)을 11~14% 정도 함유시킨 레일로서 내구연한이 길며(보통레일의 6배) 마모가 심한 곳(분기기, 곡선부 등)에 주로 쓰이며, 또한 인장강도는 100kg/mm²(보통레일 80 kg/mm²)이며 신율(伸率)도 40%나 된다.
- 망간은 레일의 성분중 제강시의 탈산제 (인이나 유황의 유해성제거)작용 양을 증가함에 따라 경도나 항장력을 증대시키나 연성이 감소되는 성분

4) 복합(합성)레일(합성레일, Compound rail)
- 레일 두부에 한하여 내마모성이 큰 특수강을 사용하여 제작한 레일
- 두부에 고탄소 크롬강을, 복부 및 저부에는 저탄소강을 사용한 것
- 내마모성이 보통레일의 약 6배의 내구력이 있음
- 크롬[기호 : Cr/24/51.996]은 백색의 단단하면서도 잘 부서지는 금속원소로 자성이강하고, 공기와물속에서녹이슬지않아도금이나합금으로쓰임

5) 열처리레일
- 레일 머리부에 전단면에 걸쳐 퀜칭을 한 선로 곡선용 레일을 말함
- 레일의 종류 및 기호는 보통레일의 종류 및 경화층의 경도에 따라 구분

 

[레일의 성분(탄소강의 5원소)]

- 레일은 탄소함유량에 따라 성질이 좌우된다. 그 외 규소, 망간, 인, 유황 등의 함유량에도 영향을 받는다.
- 탄소, 망간, 규소는 적량 함유함으로서 강질(剛質)을 좋게 하나, 인과 유황은 소량이라 할지라도 큰 영향을 미친다.
- 이상을 탄소강의 5원소(元素)라 하며 레일제작 시방서에 규정되어 있다.
1) 탄소〔기호: C/6/12.011〕비금속 원소의 한가지로 빛과 냄새가 없는 고체로 금강석, 석탄, 아연 등에 존재하고, 화합물에는 이산화탄소, 탄산염, 탄수화물 등 자연계에 널리 존재한다.
- 탄소강 : 탄소 함유량이 2%이하의 강철
- 함유량이 1.0%까지는 증가할수록 결정이 미세하여지고 항장력(抗張力)과 경도(硬度)가 커지는 반면에 연성(軟性)이 감퇴된다.
2) 망간〔기호: Mn/25/54.9381〕 은백색의 윤이 나는 금속원소의 한가지로 공기중에서 산화하기 쉽고 화학적 작용도 강하며, 철 다음으로 널리 쓰이고 제강과 합금(合金) 등에 쓰이고 있으며, 그 양을 증가시킴에 따라 경도와 항장력을 증대시키나 연성이 감퇴된다.
- 유황과 유해성을 제거하는데 효과적이며, 1%이상이면 특수강이 된다
- 제작시 탈산제(脫酸製)로 사용하므로 강재(鋼材)중에 반드시 소량이 함유된다.

3) 규소[기호: Si/ 14/28.0855〕비금속 원소의 한가지, 천연적으로는 한군데 많은 양이 존재하지 않고 산화물, 규산염으로서 지각에 많은 양이 존재한다.
- 적정량이 있으면 탄소강의 조직을 치밀하게 하고 항장력과 강도가 커지는 반면 에 연성이 감퇴된다.
4) 인 [기호: P/15/30.97376〕질소 즉 원소의 한가지로, 황린(黃燐), 적린(赤燐), 흑 린(黑燐) 등이 있으며, 황린은 습한 공기 속에서 빛을 내고, 황린은 쥐약제조, 적 린은 농약의 합성에 쓰인다.
- 인은 탄소강을 취약하게 하여 충격에 대하여 저항력을 약화시키므로 가능한 제 거해야 한다.
5) 유황 [기호: S/ 14/28.0855〕유황은 강재에 가장 유해로운 성분이며 적열(赤熱) 상태에서 압연(壓延) 작업 중에 균열을 발생하게 하고 레일에 유황이 함유되면 사 용 중에 충격에 의한 파손이 발생되며, 강질을 불 균일(不均一) 하게 한다.
6) 레일의 기호 및 화학성분 1 기호
- A.S.C.E형 : 레일높이와 저부 폭이 같다.
- A.R.A형 : P.S형보다 저부 폭은 약간 좁으나 무겁고 두부가 작다.
- P.S형 : 레일의 높이가 타형보다 작으며 살이 많고 마모와 부식에 유리
- N형 및 T형 : 높이가 커서 동일 단면적으로는 단면 2차모멘트를 효율화한 것
ᆞ N형은 일본동해도 신간선 건설시 규격화된 레일로 동일 단면적으로는 단면 2 차모멘트를 효율화한 레일이며 두부와 복부에 살이 적어 내마모성과 배부식성 에 불리하다
ᆞ P.S형은 미국 펜실베니아 철도에서 설계한 기호로서 레일높이가 타형보다 작 으며 살이 많고 마모와 부식에 유리한 특징이 있다