다아라 매거진 _ 2017.12

기술뉴스

[Technical News] 경제성 뛰어난 새로운 초소성 철강소재 개발

복잡한 형상의 난가공성 부품 가공에 적용 기대

[Technical News] 경제성 뛰어난 새로운 초소성 철강소재 개발 - 다아라매거진 기술뉴스
중망간강에서의 초소성 변형


한국연구재단(이사장 조무제)은 이영국 교수(연세대학교) 연구팀이 경제성이 뛰어나고 비교적 제조하기 쉬운 새로운 초소성 철강 소재를 개발했다고 밝혔다.

최근 자동차, 항공기 등 다양한 산업 분야에서 사용되는 부품의 형상은 점차 복잡해지고 있는데, 이렇게 복잡한 형상의 난가공성 부품은 분할 성형 후 접합이 필요하다. 이러한 단점을 극복하기 위해 단 한 번의 가공으로 제작 가능한 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 이영국 교수 연구팀은 최근 활발하게 연구되고 있는 중망간강을 이용해 연신율(재료가 늘어나는 비율)이 최대 1천314%에 달하는 초소성 중망간 철강소재를 개발하는 데 성공했다.

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 있다.

또한 연구팀이 초소성 중망간 철강소재를 650~900℃의 온도 구간에서 인장실험을 한 결과, 850℃에서 최대 1천314%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. 특히, 중망간강은 초소성에 중요한 수백 ㎚(나노미터)에서 수 ㎛(마이크로미터) 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 연구의 의의를 설명했다.

연구팀에 따르면, 기존의 초소성 합금들은 미세한 결정립을 구현하기 위해서 고가의 원소와 복잡한 제조 공정이 필요했으나 본 연구의 중망간강은 냉간 압연 후 열처리를 진행하는 종래 사용하고 있는 철강소재 제조 공정만으로도 수 마이크로미터 크기의 미세조직을 구현할 수 있다. 또한, 합금 원소가 적고 복잡한 제조 공정이 없기 때문에, 다른 초소성 합금들과 비교하면 경제성이 매우 우수하다. 이러한 장점들로 연구팀은 초소성 철강소재의 실제 현장 적용을 촉진시킬 수 있을 것으로 바라봤다.

앞으로의 계획에 대해 연구팀은 “현재는 초소성을 보이는 새로운 중망간강을 찾아냈을 뿐이라서, 기본적인 연구만 진행된 상황이다”라며, “앞으로 알루미늄이외의 다양한 합금 원소 첨가와 제조 공정을 조절해 초소성이 어떻게 변하는지 관찰하고, 초소성의 메커니즘에 대해 깊게 분석해 중망간강의 고온 변형에 대한 학문적 이해를 높이겠다”고 전했다.

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