500℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있는 내열성을 2배 이상 높인 철도차량용 제동디스크가 한국철도기술연구원(이하 철도연) 구병춘 박사팀에 의해 개발됐다.

구병춘 박사팀이 이번에 개발한 제동디스크는 니켈, 크롬, 몰리브덴 등의 첨가 원소 함량이 각각 다른 철도차량용 주철 제동 디스크 3종이다.

특징은 기존 제동디스크 재질인 편상 흑연 주철의 내열성을 높이기 위해 기존 편상 흑연에 비해 흑연의 형상이 구불구불하고 뭉툭하여 열 균열의 발생과 전파에 대한 저항이 크다는 점이다.

이번 연구결과는 SCI급 국제학술지 Metals and Materials International (2011. 4)에 게재됐다.

그동안 레일 위에서 달리는 열차의 제동디스크에는 차량을 멈출 때 발생되는 높은 마찰열에 의해 많은 열균열이 발생했다. 이로 인해 제동디스크의 수명이 짧아지고 열차의 안전운행을 저해할 우려가 있다는 문제가 있었다.

또한 제동디스크 마모에 의해 생긴 쇳가루는 환경오염을 유발할 수도 있기 때문에 열에 강한 고내열성 제동디스크의 개발이 시급한 실정이었다.

이번 구 박사 팀에 의해 개발된 제동디스크는 조직분석, 기계적· 열적 특성 시험, 제동 다이나모를 이용한 마찰, 마모시험 등을 통해 제동디스크 관련 규격에도 적합한 것이 확인됐다.

실제 새마을 운행 열차에 장착해 성능을 평가한 결과 기존 디스크는 85,000km 주행 이후 상당한 열 균열이 육안으로도 관찰됐으나 개발품 디스크는 열 균열이 거의 없는 것을 확인했다.

또한 150,000km 주행 후에도 개발품 디스크에는 아주 미세한 열 균열만이 관찰되는 등 기존 개발품에 비해 내열성이 2배 이상 높은 것으로 나타났다.

철도연 구병춘 박사는 "개발품이 상용화되어 새마을호, 전동차 등에 적용돼 제동디스크의 수명이 2배 이상 연장되면 4년에 약 180억원의 예산 절감효과가 예상되며, 향후 영업 속도 200km/h 이하의 철도차량에 유용하게 활용될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

조원영 기자