주메뉴 바로가기 본문바로가기
전체메뉴닫기
과제현황 목록

과제기본정보

표면균열 방지 및 냉각효율 향상 기술을 적용한 고속철도(KTX)용 제동디스크(Brake Disc)의 성능 고도화 개발 및 기술사업화3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 20TBIP-C144183-03
국가과학표준분류 1순위 기계 | 자동차 철도차량 | 엔진 동력전달장치 적용분야 제조업(자동차 및 운송장비)
2순위 건설 교통 | 철도교통기술 | 철도차량기술 실용화대상여부 실용화
3순위 재료 | 소성가공 분말 | 단조기술 과제유형 개발
과제명 표면균열 방지 및 냉각효율 향상 기술을 적용한 고속철도(KTX)용 제동디스크(Brake Disc)의 성능 고도화 개발 및 기술사업화
주관연구기관 (주)카템
총괄연구 책임자 성명 이태영
소속 (주)카템 직위 대표이사
전화번호 055-287-8546 FAX 055-252-8547
총 연구기간 2018-04-01 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2020-01-01 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
3차년도 787,000,000 43,000,000 381,000,000 424,000,000 1,211,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 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 확인시험을 통하여 해외시장 진출도 적극적으로 모색할
예정으로 본 사업의 최종목표로 선정하였음
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 - 주관연구기관 ((주)카템):

○ 제동성능시험 시험결과 분석
(한국철도기술연구원)
○ 철도안전법에 의한 국가기 준 인증 획득
(형승식승인/제작자승인)
○ 현차시험 종료 및 결과분석
○ 국가공인인증 획득 (NET, EPC, 조달우수제품 인증 및 세계일류상품 선정)
○ 3차 시제 제작
- 개선 허브 해외 인증용
○ 국가공인인증 획득 (NET, EPC, 조달우수제품 인증 및 세계일류상품 선정)

- 공동연구기관 ((주)에스앤위즈):
○ 디스크(Disc)+허브(Hub) 조립체 강성/강도 해석
○ 디스크(Disc)+허브(Hub) 조립체 열특성 해석
○ 현차 시험 결과 비교 분석 및 제품 성능 검증- 공동연구기관 ((주)펠릭스테크):
○ 1차 시제 제작을 통한 단조(링 압연)공정 Set-up 및 최적 단조 공정기술 확보
○ 1차 시제 제작을 통한 제동디스크 물성적 요구조건 만족을 위한 열처리(Q/T)공법 안정화

- 공동연구기관 ((주)펠릭스테크):
○KTX 제동디스크 2차 시제 제작을 통한 단조(링 압연)공정 기술 완성
- 주관연구기관 ((주)카템):
○ 현차시험 종료 및 공인인증 획득
제동성능시험 진행 (한국철도기술연구원) 및 시험결과 분석
- 시험절차서 작성완료
- 시험신청 접수완료
- 제동성능시험 : 4월限
- 시험결과분석 : 5월限
철도안전법에 의한 국가기준(형승식승인/제작자승인) 획득
- 형식승인 신청 : 2019.12
- 현차시험 획득 : 2020.06
- 제작자승인 신청 : 2020.03
- 제작자승인 획득 : 2020.12
3차 시제 제작
- 개선 허브 해외 인증용

ⓐ- 공동연구기관 ((주)에스앤위즈):
○ 디스크(Disc) 구조 강성/강도 해석
→ 유한요소 모델링
→ 접촉압력/제동력에 대한 구조강도 해석
→ 정규 모드 해석
○ 디스크(Disc) 열특성 해석
→ 유한요소 모델링
→ 마찰열 발생기구 분석 및 열전도 해석
→ 열적/기계적 특성에 따른 열응력 해석
○ 디스크(Disc)의 Parametric Study
→ 디스크(Disc)의 재료적/가공 특성에 따른 구조 강성/강도 및 열해석 평가
→ 인자별 특성 분석 및 최적 사양 도출
○현차 시험 결과 비교 분석 및 제품 성능 검증
→현차 성능 시험 결과 및 해석 결과분석을 위한 제품 성능 검증

- 공동연구기관 ((주)펠릭스테크):
○KTX 제동디스크 2차 시제 제작을 통한 단조(링 압연)공정 기술 완성
■ 2차 시제 제작울 통한 제동디스크 물성적 요구조건 만족을 위한 열처리(Q/T)공법 완성
■ 디스크 제품의 기계적 물성치 만족을 위한 열처리 온도 조건 및 냉각 방법 확립
■ 시제품 제작후 건전성 평가를 위한 분석 및 검사 방법 확립
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면
- 국산화 제동디스크는 디스크(Disc) 표면균열 방지 및 허브(Hub) 냉각효율 향상 제조기술이
적용되는 등 수입품과는 기술적으로 차별화된 제품이다.
- 또한 적용된 국내소재의 열처리과정에서 수입소재 보다 강도 및 내마모성이 우수할 수 있는
열처리조건 선정 등 국내고유의 기술들이 접목되어 있다.
- 이러한 기술적 우수성이 제동성능시험을 통해서 완벽하게 수요기업(코레일)의 요구조건(KRCS
B 349)를 만족하는 결과를 얻어 그 성능이 입증되었다.
- 따라서 이러한 우수한 기술의 제품이 사업화에 성공하여 국내실적을 확보한다면 국내 고속철
도 부품산업에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 아직도 고속철도 부품들 중 많은 부품은 수입에 의존하고 있어 고가의 도입가로 많은 유지.
보수비용이 발생하고 있는 것은 주지의 사실이다.
- 특히 본 지원사업의 대상품인 고속철도(KTX)용 제동디스크는 운행 초기인 2004년부터 전량
수입적용하고 있으며 국내 연구가 없는 상황에서 향후 20년간 더 수입 적용해야 될 상황이
므로 국산화개발의 필요성이 있다 하겠다.
- 국산화개발 품은 수급이 용이한 국내소재를 적용하여 수입품 대비 약 30% 이상의 가격경쟁
력이 있는 것으로 분석되기 때문에 운용사의 유지. 보수비용 절감에 도움이 될 것으로 예
상된다.

○ 사회적 측면
- 앞서 언급한 바와 같이 본 사업의 사업화 대상품인 고속철도(KTX)용 제동디스크와 같은 핵
심부품들은 아직도 수입에 의존하고 있는 것이 사실이다.
- 이러한 핵심부품들이 국산화되고 또 실제적으로 적용된다면 구내 고속철도 부품산업의 기술
발전에 도 도움이 될 뿐만 아니라 운영사의 유지, 보수비용을 줄일 수 있어 사회적비용 절
감효과가 있으리라 믿어 의심치 않는다.
활용방안 ○ 활용계획
- 1단계 : 현재 국내 운용중인 KTX 46편성 총 3,128개 대상 유지. 보수품 시장 진입
- 2단계 : 현재 국내 운용중인 KTX-산천 유지, 보수품(주강) 단강으로 확대적용 성공
- 3단계 : 현재 특허 출원 중인 중국, EU연합 등 기존 해외시장 및 북중미 신규시장 진출
- 4단계 : 운용 착수한 수서선, 원강선 등 신규노선 향후 유지, 보수품 지속적용 추진
○ 기대효과
- 국내 매출은 사업종료 1년 후 2022년부터 20.0억을 시작으로 4년 후인 2025년 50억 예상
- 수입대체 효과는 2021년 10.0억 을 시작으로 증가하여 2025년 약 50억 으로 예상됨
- 해외시장 진출로 사업종료 4년 후인 2025년 세계시장 점유율 20.0%, 200Mill.$, 2,400억 목표
- 2022년까지 15명을 시작으로 2025년 까지 약 50명의 신규 일자리창출 예상됨
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 제동디스크 균열방지 냉각효율 고속철도 사업화
영문 Brake disc Crack prevention Cooling efficiency High-speed trains Commercialization
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서 ★국토교통과학기술사업화지원사업_최종보고서((주)카템_배포용).pdf   다운로드
  • 담당부서해당 사업실
  • 담당자과제 담당자
  • 연락처 사업별 담당부서 보기