박성준 재료연구소 박사

  최근 들어 육상 수송기기의 경량화를 통한 차량 연비 증가 및 이산화탄소 배출 감소를 위해 저비중 경량철강 개발을 위한 연구들이 진행되고 있다.

  강의 밀도를 낮추기 위해서는 알루미늄(Al)과 같은 경량 원소를 첨가해 강의 단위 몰당 질량을 감소시킴과 동시에 격자 팽창을 통해 부피를 증가시키는 방법이 있다.

 

  경량철강은 C, Mn, Al 등 주요 첨가 원소에 따라 구성상이 페라이트계, 오스테나이트계, 듀플렉스계로 분류되며 이들은 각각 상이한 기계적 성질을 갖는다.

 

  페라이트계 합금은 망간 비중이 3% 미만으로 인장강도는 400~600MPa 수준이다. 오스테나이트계 합금은 망간 15% 미만 수준이며 인장강도는 일반적으로 600~1,500MPa 수준에서 형성된다. 듀플렉스계 합금은 600~1,000MPa 수준의 인장강도로 망간은 3~15%이다.

  시효 열처리를 통해 κ-carbide와 β-Mn 등 다양한 제2상들이 형성되며 이들은 경량철강의 기계적 성질을 크게 변화시킨다. 일반적으로 κ-carbide가 생길수록 연성이 감소하게 된다.

  페라이트계 경량철강은 합금원소 첨가량이 적은 것이 장점이나 강도가 낮고 듀플렉스계 경량철강은 오스테나이트계 합금에 비해 적은 합금원소 첨가에도 우수한 특성을 얻을 수 있는 가능성이 존재한다.

  오스테나이트계 경량철강은 강도와 연성이 우수하고 Al 함량도 높아 가장 높은 비강도를 얻을 수 있다.