재료硏, 20% 가벼운 경량 스테인리스 철강 개발


알루미늄 함량 12%까지 높여

동일한 크기의 일반 철강과 개발 경량 스테인리스 철강의 무게 비교 [재료연 제공]

[아이뉴스24 최상국 기자] 재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 철강재료연구실 이창훈, 문준오 박사 연구팀이 포항산업과학연구원(RIST, 원장 유성) 이영주 박사와 함께 기존의 스테인리스 철강 대비 약 20% 정도 가벼운 경량 스테인리스 철강을 세계 최초로 개발하는데 성공했다고 23일 발표했다.

지금까지 가벼운 철강은 주로 철에 알루미늄을 첨가해 만들어 왔다. 하지만 알루미늄을 첨가하면 취성(脆性, brittleness)을 증가시켜 도자기나 유리처럼 쉽게 깨지는 문제가 생기기 때문에 알루미늄을 철에 10% 이상 첨가하기 힘들다는 한계가 있었다.

재료연 연구팀은 탄소, 망간, 크롬 등의 합금원소 첨가량을 최적화해 알루미늄을 12%까지 첨가하고도 취성을 낮추는데 성공했다. 6.3~6.5g/㎤의 밀도로 기존 스테인리스 철강보다 약 20% 가볍게 만들었다.

또한 철강 표면에 알루미늄과 크롬의 함량이 높은, 미세하고 치밀한 산화층 생성을 유도함으로써 400계 스테인리스 철강과 유사한 내식성을 확보했으며 고가의 니켈을 첨가하지 않아 가격 경쟁력까지 확보했다.

내식성과 비강도 그래프. 개발 경량 스테인리스 철강(LWSS)이 기존 경량 철강(LWS)보다 내식성이 우수하고, 기존 스테인리스 철강(Ferritic SS, Austenitic SS)보다 비강도가 우수하다. [재료연]

스테인리스 철강은 강도와 연성이 우수하고 부식에 강해 주방기기, 가전제품뿐만 아니라, 자동차·건축·조선·의료 분야 등 쓰이지 않는 곳을 찾기 어려울 정도로 다방면에서 사용되고 있다.

연구팀은 "기존의 스테인리스 철강이 가진 무게의 한계와 경량 철강이 가진 부식성과 취성의 문제를 동시에 해결할 수 있는 새로운 합금설계 방향을 제시했다"고 의미를 부여했다.

연구를 주도한 재료연구소 이창훈 책임연구원은 “스테인리스 철강이 1910년대 개발된 이후 지금까지 사람들의 생활에 미친 영향을 고려한다면, 이번 경량 스테인리스 철강의 개발 의미는 남다르다.”고 말하고 기술 양산화 등 후속 연구를 진행하고 있다고 밝혔다.

기존 경량 철강과 개발한 경량 스테인리스 철강의 미세 현미경 비교 사진. 기존 경량 철강은 알루미늄 첨가량을 증가하면 상당히 복잡하고 잘 깨질 수 있는 미세조직을 나타낸다. 따라서 알루미늄 함량을 10% 이상 첨가하기가 어렵다. 반면, 개발 경량 스테인리스 철강은 12%의 알루미늄 첨가에도 불구하고, 탄소.망간.크롬의 함량을 최적화시켜 매우 단순하면서 강도와 연성이 우수한 미세조직을 나타낸다. [재료연]

이 연구는 방위사업청 민군협력진흥원의 민군겸용기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 국제학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Report)誌에 7월 22일자로 게재됐다. (논문명 : A new class of lightweight, stainless steels with ultra-high strength and large ductility)

최상국기자 skchoi@inews24.com





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