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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 202121TBIP-C144183-04
연구사업명 국토교통기술사업화지원
연구과제명 표면균열 방지 및 냉각효율 향상 기술을 적용한 고속철도(KTX)용 제동디스크(Brake Disc)의 성능 고도화 개발 및 기술사업화
총 연구기간 2018-04-01 ~ 2022-06-30
연구책임자 이태영
당해년도
참여 연구원수
11명 총 연구기간
참여 연구원수
32명
당해년도
연구비
정부 : 813,000,000 원
기업 : 437,800,000 원
계 : 1,250,800,000 원
총연구비 정부 : 3,000,000,000 원
기업 : 1,795,800,000 원
계 : 4,795,800,000 원
연구기관명 (주)카템
등록 발간번호 -
ISBN -
주요 내용 연구개발개요

○ 고속철도(KTX)용 Solid Type 제동디스크(Brake Disc) 성능고도화 시제제작
- 국내소재(고내열강) 고온강도 안정화(열처리) 및 Near-net shape 특수공법(형단조) 적용
- 균열방지 디스크(Disc) 및 냉각효율 향상 허브(Hub) 제작기술 적용
○ 성능시험 및 현차시험을 통하여 국내품에 대한 신뢰성 입증
- 종합제동성능시험(KRRI, KRCS B 349), 현차시험(KORAIL, 4계절) 수행
○ 철도 안전법 등 국가기준을 통과
- 형식승인 및 제작자승인 획득 (전문기관을 통한 컨설팅)
○ 사업화를 위한 국가공인 성능/품질인증 확보
- 신기술(NET), 성능인증(EPC), 조달우수제품 인증 및 세계일류상품 선정 등
○ 해외시장 진출을 위한 해외 인증기관/수요기업 성능인증 획득 (UIC 541 기준)

[최종목표]
수입적용 중인 고속철도(KTX)용 제동디스크(Brake Disc)를 대체하여 당사가 보유
하고 있는 핵심기술(특허보유)을 적용한 균열 방지형 제동디스크의 기술사업화

○ 본 사업에의 사업화 대상품인 고속철도(KTX)용 제동디스크(Brake Disc)는 제품개발 성격에 속함
○ 제동디스크(Brake Disc) 운영초기인 2004년부터 현재까지 전량 해외도입 적용 중인 국산화개발 대상품으
로 분류됨
○ 현재 국내에서는 유일하게 당사가 다년간의 연구를 통해 국산화개발은 물론 성능고도화에 성공하였음
- 디스크(Disc)의 표면균열 방지 기술 및 허브(Hub) 냉각효율 향상 기술 등의 개발을 통한 제품성능 고도화
○ 해외 인증기관 입회시험(3rd party witness test)를 통해 개발성능을 우수성을 입증하였음
(인증기관 : Ricardo(영))
○ 당사는 이러한 기술관련 특허 보유함 (국내 특허 보유 및 해외 특허 출원 중)
○ 당사가 보유 중인 고속철도(ktx)용 제동디스크(Brake Disc) 제조 핵심기술을 금 번 사업을 통하여 사업화
하고자 함

[연구내용 및 범위]
○ 현 수입품의 품질 문제점 및 대체기술 (표면균열 현상대책)
- 현재 Faiveley(프)社 나 IBRE(프)社로부터 수입적용 중인 제동디스크에서 운행초기부터 디스크 표면에
균열현상 발생
- 균열의 원인은 제동 마찰열과 냉각이 반복됨으로 인한 열 충격(Thermal impact) 현상으로 확인됨
- 발생된 선형균열(Linear crack)은 지속적으로 성장하여 궁극적으로는 제동성능에 까지 영향을 미치게 됨
- 이로 인한 제동성능 저하현상은 고속열차 승객의 안전에 치명적인 영향을 미치게 될 수 있어 운용사인
한국철도공사에서는 반드시 해결해야 할 문제점으로 대두됨
- 이에 대한 기술적 해결방안으로 디스크의 단조공정에서 금속의 유동선(Grain flow line)을 원주방향으
로 형성시켜 반경방향으로 생성되는 균열현상을 막을 수 있는 링 압연(Ring rolling) 공법을 적용함
- 당사는 링 압연공법을 단조공정에 적용하여 디스크를 제조하여 표면균열을 방지할 수 있는 제조핵심기
술을 보유하게 되었음

○ 해외 기술동향 (냉각효율 향상구조의 허브 연구)
- 현재 Faiveley(프)社 나 IBRE(프)社 등 선진메이커들은 허브(Hub)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음
- 디스크에 발생된 고온의 마찰열은 디스크에 결합되어 있는 허브로 전이되는데 허브가 냉각이 보다 잘
되는 구조이라면 디스크의 마찰열을 흡수하여 신속하게 냉각시키게 될 것임
- 따라서 당사에서는 이러한 기술적 경향(Trend)을 받아들여 해외 도입품 허브의 구조/형상을 분석하여
냉각에 영향을 주는 구조적 인자(Structural factor)를 찾아내고 이를 분석하게 되었음
- 이러한 분석을 기반으로 3D 모델링과 유한요소 모델링(FEM)을 통한 열전도/응력해석, 3D Printing 기법
을 활용한 Mock-up 제작과 실제 냉각효율시험 등을 통하여 국내 고유의 냉각효율 향상형 허브의 개발에
성공하게 되었음
- 따라서 금 번 사업에서 냉각효율 향성형 제동허브 제조기술을 적용 고속철도(KTX)용 제동디스크의 고성
능 시제품을 제작하고자 함

○ 사업화를 위한 수요기관의 국산품채택절차 (제동성능시험 및 현차시험)
- 고속철도(KTX)용 제동디스크의 사업화를 위하여 첫 번째 필수 성능확인 절차는 제동성능시험임
- 따라서 본 사업에서 사업화를 위한 첫 관문으로 제동성능시험을 통하여 국산품의 성능을 입증하고자 함
- 단품 제동성능시험을 통하여 제동디스크의 성능이 확인된 이후 단계는 현차시험 추진 예정임
- 한국철도공사(Korail)의 고속철도(KTX)용 제동디스크의 구매의향서 제공을 통하여 시험차량 제공 등 현
차시험의 지원이 기 협의된 상태임
- 현차시험에서는 절차에 준하여 4계절 시험이 진행될 예정으로 준비기관을 포함하여 약 12개월 소요예정임
- 따라서 본 사업에서 한국철도공사(Korail)과의 협조를 통하여 현차시험을 실시함으로써 운전환경에서의
완벽한 성능을 입증할 예정임

○ 국내 환경변화 (철도안전법 발효)
- 2014년부터 철도안전법의 발효로 국내 철도산업은 그 진입장벽이 예전보다 더욱더 높아지게 되었음
- 특히 지난 2017년 말 발효되어 2018년 말 시행 예정인 2단계 대상품 6종에 제동디스크가 포함됨에 따라
제동디스크의 사업화를 위해서는 반드시 철도안전법에 명시된 형식승인 및 제작자승인을 득해야하는 부
담을 안게 되었음
- 따라서 당사는 그 동안 개발한 우수한 기술에 대한 사업화를 위하여 금 번 사업지원을 통하여 형식승인
및 제작자승인 획득을 최종목표 중의 하나로 선정하였음
- 형식승인 및 제작자승인 획득을 위한 전략으로 1차 한국철도기술연구원/형식승인팀의 사전진단제도를
그리고 2차로는 전문기관의 컨설팅을 통하여 사업화를 위한 최종단계인 국가기준을 획득하고자 함

○ 사업화를 위한 인증획득 (국가공인 성능/품질 인증)
- 고속철도(KTX)용 제동디스크의 사업화를 바탕으로 단강 디스크에서 주강 디스크까지 Line-up을 궁극적
인 사업목표로 설정함
- 따라서 이러한 사업목표 달성 및 향후 해외시장 진출을 위한 기본 역량강화를 위하여 국가공인 성능/품
질 인증을 본 사업기간 중 획득하고자 함
: 신기술(NET), 성능인증(EPC), 조달우수제품 인증 및 세계일류상품 선정 등

○ 해외사장 사업화를 위한 기반마련 (해외 성능인증)
- Born global인 고속철도(KTX)용 제동디스크는 국내 납품근거(Korea reference)를 확보 후 해외시장으로
진출하는 것이 궁극적인 사업화의 목표임
- 따라서 이러한 사업화 목표 달성을 위하여 해외인증기관으로부터 공식적인 해외인증을 획득하고자 함
- 또한 본 사업을 통하여 해외 수요기업의 성능 확인시험
색인어 한글 제동디스크 균열방지 냉각효율 고속철도 사업화
영문 Brake disc Crack prevention Cooling efficiency High-speed trains Commercialization
최종보고서 ★국토교통과학기술사업화지원사업_최종보고서((주)카템_배포용).pdf
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