국내 연구진, 경제성 뛰어난 초소성 철강소재 '개발'

다양한 산업서 원가 절감 효과 뛰어난 철강소재 이용
강도 높으면서 형상 복잡한 부품 쉽게 제작 기대감

이영국 연세대 교수

국내 연구진이 경제성 높은 초소성 철강 소재를 개발했다. 초소성이란 유리가 고온에서 길게 엿가락처럼 늘어나듯 금속 합금이 길게 당겨지는 현상이다.

한국연구재단은 이영국 연세대 교수 연구팀이 경제성이 뛰어나고 비교적 제조하기 쉬운 새로운 초소성 철강 소재를 개발했다고 20일 밝혔다. 자동차와 항공기 등 다양한 산업 분야에서 사용하는 부품의 형상이 점차 복잡해지고 있는데, 이렇게 복잡한 형상의 난가공성 부품은 분할 성형 후 접합이 필요했다. 이러한 단점을 극복하기 위해 복잡한 형상의 부품을 한 번의 가공으로 만들 수 있는 초소성 철강소재 및 성형이 주목을 받고 있다. 지금까지 다양한 초소성 소재가 개발됐지만 상용화에는 어려움을 겪었다. 아연 및 알루미늄계 합금은 성형 후 강도가 낮고, 니켈 및 티타늄계 합금, 스테인리스강은 원료가 비싸며, 고탄소강은 제조 공정이 복잡한 문제가 있다.

이에 연구팀은 최근 활발하게 연구되고 있는 중망간강을 이용했다. 증망간강은 철에 망간을 3~10% 첨가한 합금이다. 중망간강은 다른 철강재료와는 다르게, 단순 냉간 압연 및 열처리 공정만으로도 수백 ㎚(나노미터에서 수 ㎛(마이크로미터) 크기의 작은 결정립을 만들 수 있다. 미세한 결정립 크기를 갖는 금속재료는 고온에서 초소성이 나타나는 것으로 알려져 있다. 현재까지는 단순한 고강도 강판으로 인식되던 중망간강을 새로운 초소성용 강판으로 제안했다.

연구팀은 망간 6.6%와 알루미늄 2.3%를 첨가한 중망간강을 사용했는데, 이 합금은 압연 공정 이후 열처리를 했을 때 망간과 알루미늄의 분배 차이를 통해 초소성 현상의 중요한 전제조건인 미세한 결정립을 얻을 수 있었다. 또 연구팀이 초소성 중망간 철강소재를 650~900℃의 온도 구간에서 인장실험을 한 결과, 850℃에서 최대 1,314%의 연신율을 얻었으며 비교적 낮은 650℃에서도 300% 이상의 연신율을 얻었다. 이 연구에서 개발한 초소성 중망간 철강소재는 적은 양의 망간과 알루미늄을 사용할 뿐 아니라, 기존 철강 제조공정으로 제작할 수 있어 기존의 초소성 스테인리스강이나 고탄소강보다 경제적이다. 중망간강은 초소성에 중요한 수백 ㎚에서 수 ㎛ 크기의 결정립을 만들기 용이한 장점이 있다. 이영국 교수는 "이번 연구로 다양한 산업에서 원가 절감 효과가 뛰어난 새로운 초소성 철강소재를 이용해 높은 강도를 요구하면서도 형상이 복잡하고 성형이 어려운 부품들을 더욱 쉽게 제작할 수 있길 기대한다"고 말했다.
방원기 기자 bang@