피로 현상은 철강이 반복적인 하중이나 충격을 받을 때 발생하는 재료의 특성으로, 시간이 지남에 따라 균열이 생기고 파괴에 이르게 됩니다.
피로 한계는 이러한 반복적인 하중에 철강이 견딜 수 있는 최대 수준을 말하며, 특정 상황에서 중요한 설계 요소로 고려됩니다.

[ 철강의 피로 한계 측정 방법 ]
피로 한계는 주로 피로 시험을 통해 측정되며, 반복 하중이 가해지는 상황에서 철강이 견딜 수 있는 강도를 확인합니다.

[ 피로 시험 방법 ]
- 회전 굽힘 피로 시험 : 철강 시험편을 일정한 속도로 회전시키며 반복적인 굽힘 하중을 가합니다. 이때 하중이 가해질 때마다 발생하는 응력-변형 곡선을 통해 피로 한계를 측정합니다.
- 진동 피로 시험 : 철강에 진동 하중을 가하며, 특정 주기에서 발생하는 피로 현상을 관찰합니다.
- S-N 곡선 (Stress-Number Curve) : 피로 시험 결과는 S-N 곡선으로 나타내며, **응력(S)**과 반복 횟수(N) 사이의 관계를 나타냅니다. 피로 한계는 일반적으로 특정 횟수 이상에서 파괴되지 않고 견디는 응력 수준으로 정의됩니다.
이러한 피로 시험을 통해 철강이 반복 하중에 안정적으로 견딜 수 있는 최대 응력을 확인하고, 피로 한계를 설정하게 됩니다.

[ 피로 한계를 고려해야 하는 상황 ]
1) 교량, 건축 구조물
교량과 같은 구조물은 차량이나 바람 등의 반복적인 하중을 지속적으로 받기 때문에 피로 한계가 중요한 요소입니다. 피로 현상이 발생하면 균열이 생겨 구조물의 안전성에 큰 영향을 미칩니다.

2) 자동차와 항공기 부품
자동차와 항공기의 프레임이나 서스펜션 시스템, 차축 등은 반복적인 하중과 진동에 노출되므로 피로 한계를 충분히 고려해야 합니다. 특히, 고속 운행 중 반복적으로 하중이 가해지는 차체나 샤프트는 피로 한계를 고려한 설계가 필수적입니다.

3) 산업용 기계 및 장비
산업용 기계나 중장비의 부품은 반복적인 작업과 충격을 받으며 작동하므로, 피로로 인한 파손이 발생할 수 있습니다. 베어링, 기어, 벨트 등은 피로 한계를 넘지 않는 재질과 설계가 중요합니다.

4) 철도 레일 및 트랙 부품
철도 레일은 반복적인 충격을 지속적으로 받으며, 피로가 누적되기 쉽습니다. 레일의 피로 한계를 고려하지 않으면 파손이 발생해 큰 사고로 이어질 수 있습니다.

피로에 강한 철강을 선택하려면, 충격 저항성과 피로 한계를 모두 고려해야 합니다.
반복적인 하중에 견디기 위해 적합한 철강을 선택할 때 다음과 같은 기준을 고려합니다.

1) 고강도 저합금강 (HSLA Steel)
**고강도 저합금강(HSLA)**은 피로 저항성이 높고, 반복적인 하중에 견디기 좋은 철강입니다. HSLA는 충격 저항성과 강도가 뛰어나 교량이나 건축 구조물에서 많이 사용됩니다.
예시 : 건축용 A572 강철이나 A588 강철이 고강도 저합금강의 대표적인 예로, 피로 저항성이 높아 반복적인 하중이 가해지는 구조물에 적합합니다.

2) 초고장력강 (AHSS)
**초고장력강(AHSS)**는 자동차 프레임, 서스펜션 등에서 사용되며, 피로와 충격에 대한 저항성이 매우 높습니다.
AHSS는 경량화와 강도를 모두 갖추고 있어, 반복적인 하중에 강하면서도 차량의 전체 중량을 줄이는 데 기여합니다.

3) 표면 경화 처리된 철강
표면 경화 처리(예 : 열처리, 침탄 처리)된 철강은 표면이 단단해져 피로 저항성이 높아집니다. 경화 처리는 특히 베어링, 기어 같은 기계 부품에 적합하며, 반복적인 하중을 견디면서도 마모 저항성을 증가시킵니다.

4) 피로 저항성 개선을 위한 표면 처리
- 쇼트 피닝(Shot Peening) : 철강 표면에 작은 금속 구슬을 고속으로 분사하여 표면을 압축 응력 상태로 만들어 피로 저항성을 높입니다. 쇼트 피닝은 자동차 부품이나 항공기 부품에서 자주 사용됩니다.
- 니트로 카버라이징(Nitrocarburizing) : 철강 표면에 질소와 탄소를 주입하여 피로 저항성을 높이는 표면 처리 방식으로, 주로 기어나 축 같은 부품에 적용됩니다.

5) 비금속 개재물 저감
철강 내부의 비금속 개재물은 피로 저항성을 저하시킬 수 있습니다.
이러한 개재물을 줄이기 위해 고순도의 철강을 사용하는 것이 중요합니다.
비금속 개재물이 적은 철강은 균열이 쉽게 발생하지 않아 피로 저항성이 높습니다.