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 연구자 : 염종택
전 화 : 055-280-3385
e-mail : yjt96@kims.re.kr |
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재료연구소(소장 조경목) 구조재료연구본부 염종택 박사팀은 프랑스에서 전량 수입되고 있는 고속철도 브레이크 디스크를 국산화하는 데 성공했다. 이번 기술 개발은 제동, 냉각, 기동, 동력전달장치 등을 생산하는 상용차용 부품 전문업체인 (주)우진정밀(대표이사 김철곤)과 2년여 동안의 공동연구를 통해 이뤄냈다.
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염 박사팀이 개발한 브레이크 디스크는 6개월 또는 20만㎞ 이상 현차(現車)시험 시행절차에 따라 지난해 코레일에서 시험한 결과 합격 판정을 받았다.
이번에 개발된 기술은 고속철도(KTX)의 핵심부품인 브레이크 디스크를 소재부터 조립까지 완전 국산화할 수 있는 기술이다.
이는 기존 수입품 대비 성능은 약 30% 향상되고 원가도 30% 가량 절감할 수 있는 획기적인 기술로 정부로부터 신기술인증(NET)을 받았다.
신기술 인증은 정부가 국내 기업 및 연구기관, 대학 등에서 개발한 신기술을 조기에 발굴하여 우수성을 입증해 주는 제도이다.
최근 KTX 운행시간에 따른 손상 발생 빈도 증가와 수명 한계 등으로 디스크 수요가 급격히 증가해 국산화에 대한 요구도 높아지고 있다.
이에 이번 국산화 성공으로 수입 브레이크 디스크의 납품 지연, 가격 상승 등의 문제점을 해결할 수 있을 것으로 전망된다.
염 박사팀과 (주)우진정밀이 개발한 브레이크 디스크는 차량의 속도를 감소시켜 정차시키기 위한 객차용 차축 제동장치로 승객의 안전과 직결된 핵심부품이다.
고속차량 객차차축용 브레이크 디스크는 차량의 운동에너지를 제동장치 즉 디스크 양면의 패드 압축에 의해 발생되는 마찰에 의한 열에너지 등으로 변환시켜 차량의 속도를 감소시키는 핵심부품이다. 고속철도의 브레이크 디스크는 승객의 안전과 직결되는 핵심부품으로 항공기용 디스크 수준의 소재 선택과 엄격한 품질관리가 요구된다.
염 박사팀과 (주)우진정밀이 공동개발한 이 기술은 고속으로 주행하는 고속철도의 제동시 높은 응력과 열 충격에 의해 발생하는 선형 균열을 방지하고 수입품 대비 내구수명도 향상됐다.
6개월 간의 현차시험 결과 브레이크 디스크 마모량이 0.07㎜로 수입품의 마모량 0.098㎜에 비해 낮은 것으로 나타났다.
또한 금형 등을 제작할 필요 없어 성능 향상은 물론 원가도 절감할 수 있다.
이러한 성능 및 원가 절감 효과는 제조 공법 차이에서 비롯됐다.
기존 수입 브레이크 디스크는 디스크 형상을 가지는 금형을 제작한 후 그 형상의 금형을 틀로 활용하여 프레스로 성형해 제조했다. 이는 디스크 형상을 구현하기 위한 금형이 필요하며 대용량의 프레스가 요구되는 등 제품 단가의 상승요인이 많다.
이에 따라 염 박사팀은 자유형 단조공법과 링압연공정을 연계한 새로운 공법을 적용했다. 자유형 단조공법으로 초기형상을 제조한 뒤 이를 회전시키면서 원통형 바(맨드럴)를 끼워 압축시켜 링을 제조하는 링압연공정으로 최종 디스크 형상을 만들었다.
이 기술은 별도 형상의 금형이 필요없고 원주방향의 결정립 유동선(grain flow line)을 형성시켜 일부 수입품에서 발생되었던 반경방향의 조기균열을 방지할 수 있다.
결정립 유동선은 표면에서부터 시작되는 균열을 방지해 주는 역할을 한다.
이 기법을 적용하여 브레이크 디스크를 제작한 것은 국내에서 처음이다.
브레이크 디스크 제작에 사용된 소재는 국내에서 수급 가능한 고온특성과 내구성이 뛰어난 내열 단조강(Cr-Mo-V강)을 적용했다.
연구책임자인 염종택 박사는 “이번 고속철도용 브레이크 디스크의 국산화는 향후 고속철도 여타 소재부품에 대한 완전 국산화의 도화선이 될 것”이라며 “국내 고속철도의 수출이 본격화되면 수요도 점차 증대될 것”이라고 말했다.
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