가볍고 高강도·高탄성 새 철강소재 개발 성공…포스텍 김낙준 교수팀

김낙준 교수, 김한수 교수, 김상헌 박사과정(좌측부터)

강도와 탄성이 매우 높아 최고 금속인 티타늄에 도전할 새로운 철강 소재가 포스텍 연구팀에 의해 처음으로 개발돼 학계 및 자동차업계 등 산업계의 주목을 받고 있다.

포스텍은 4일 철강대학원 박사과정 김상헌씨와 김낙준·김한수 교수팀이 금속간화합물을 이용해 강도와 연성이 뛰어나면서도 그 무게가 가벼운 저비중강(低比重鋼)을 개발했다고 밝혔다.

대학측은 포스코의 지원으로 지난 4년간 수행된 이번 연구성과는 세계적 학술지 네이처(Nature)를 통해 발표됐으며, 그 제조방법과 응용 가능성 때문에 학계의 비상한 관심을 끌고 있다고 덧붙였다.

연구팀에 따르면 자동차 제조사들은 고연비 등을 이유로 차체 경량화에 나서면서 점차 비중이 높은 철강 대신 알루미늄합금과 같은 경량합금의 사용을 늘리고 있다. 이와 함께 철에 알루미늄을 합금화해 비중을 더 낮추면서도 강도를 높이기 위한 연구가 세계적으로 이뤄지고 있다.

하지만 비중을 줄이기 위해 철강 속에 알루미늄의 양을 늘리면, 금속간화합물이 생겨나 변형시에 철강이 오히려 부러지기 쉬워진다는 문제점을 갖고 있다. 이에 연구팀은 이같은 금속간화합물을 아예 부러지지 않을 정도의 작은 크기로 만들어 외부에서 힘을 가했을 때 합금속 전위들의 움직임을 멈출 ‘스토퍼(stopper)’로서의 기능을 하도록 하는 ‘역발상’을 했다.

여기에는 철강의 일반적인 열처리 온도에 비해 상대적으로 저온에서 생겨나는 금속간화합물을, 니켈로 그 온도를 조절함으로써 금속간화합물의 크기를 수십~수백 나노미터(nm)로 줄이고 그 분포도 고르게 만들 수 있다는 아이디어도 포함됐다.

이렇게 만들어진 새로운 소재는 기존에 연구돼온 다른 저비중강 소재에 비해 50% 이상 강도가 뛰어나며 가볍고 연성이 좋아 변형 시에 잘 부러지지 않는 성질까지 갖췄다. 특히 가벼우면서도 강도가 강한 것으로 잘 알려진 티타늄과 그 비강도는 비슷하면서도 2배 이상 잘 늘어나 변형이 손쉬우며, 티타늄에 비해 소재 비용이 1/10 이하라는 점에서 경제성도 갖춘 것이 강점이다.

포항=마창성기자 mcs12@yeongnam.com

마창성

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