연세데 이영국 교수, 850℃에서 최대 1,314% 연신율
중망간강에서의 초소성 변형
[대전=일요신문] 육심무 기자 = 한국연구재단은 연세데 이영국 교수 연구팀이 경제성이 뛰어나고 비교적 제조하기 쉬운 새로운 초소성 철강 소재를 개발했다고 밝혔다.
초소성은 유리가 고온에서 길게 늘어나듯이 금속합금이 길게 늘어나는 현상으로 10㎛ 이하의 미세한 결정립 재료를 녹는점 2분의 1 이상의 온도에서 인장 실험을 할 때 300% 이상의 연신율(재료가 늘어나는 비율)을 보인다.
연구팀은 최근 활발하게 연구되고 있는 중망간강을 이용하여, 재료가 늘어나는 비율인 연신율이 최대 1,314%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.
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.
특히 중망간강은 초소성에 중요한 수백 ㎚(나노미터)에서 수 ㎛(마이크로미터) 크기의 결정립을 만들기 용이한 장점이 있다.
이영국 교수
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 설명했다.
이 연구 성과는 교육부․한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업의 지원으로 수행되었다. 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 9월 29일에 논문으로 게재되었다. (논문명 : Superplasticity in a lean Fe-Mn-Al steel)
한편 최근 자동차, 항공기 등 다양한 산업 분야에서 사용하는 부품의 형상은 점차 복잡해지고 있는데, 이렇게 복잡한 형상의 난가공성 부품은 분할 성형 후 접합이 필요하다.
이러한 단점을 극복하기 위해 복잡한 형상의 부품을 한 번의 가공으로 만들 수 있는 초소성 철강소재 및 성형이 주목을 받고 있다.
지금까지 다양한 초소성 소재가 개발되었지만 상용화에는 어려움을 겪었다. 아연 및 알루미늄계 합금은 성형 후 강도가 낮고, 니켈 및 티타늄계 합금, 스테인리스강은 원료가 비싸며, 고탄소강은 제조 공정이 복잡한 문제가 있다.
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