경상국립대 연구팀, 초고강도 철강 소재 개발 성공

경상국립대 연구팀, 초고강도 철강 소재 개발 성공

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  • 승인 2022.09.01 15:33
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기자명 김정환 기자 jhkim@snmnews.com
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응력부식균열 저항성 우수한 마르텐사이트계 철강
"극한 환경에 적용 가능한 새로운 미래 소재 기대"

경상국립대학교 공과대학 나노신소재융합공학과 K-금속센터 연구진(성효경, 설재복, 김정기 교수, 박상은 연구원)은 세계 최초로 응력부식균열 저항성이 우수한 초고강도 마르텐사이트계 철강 소재 개발에 성공했다고 1일 밝혔다.

응력부식균열이란 인장 응력이 걸려 있는 금속소재가 부식환경과 같이 극한 환경에 노출되었을 때 쉽게 파괴가 일어나는 현상으로 주로 하중, 부식환경, 소재특성의 3가지 요소가 모두 작용했을 때 발생한다.

특히 부식 초기 생성된 매우 작은 크기의 균열이 소재 내부로 깊이 전파되기 때문에 소리 없이 구조물 전체를 파괴할 수 있는 위험한 현상으로 알려져 있다.

기존에는 외부 하중이 걸려 있는 경우에만 응력부식균열 특성이 중요하게 여겨졌으나 최근 소재 가공 중 발생하는 잔류응력에 의해서도 응력부식균열 현상이 발생하는 것으로 나타났다.

이에 K-금속센터 연구진은 복잡한 마르텐사이트 구조를 패킷, 블록, 래스와 같이 구조화했으며 결정립계가 어긋난 각도에 따라 미세조직을 체계적으로 구분하는 방법을 제시했다.

아울러 원자 단층 촬영 기술을 활용해 마르텐사이트 열처리 도중 탄소 원자들이 결정립계에 미리 편석되고, 조대한 세멘타이트로 성장하여 응력부식균열 특성을 저하시킨다는 결과를 밝혀냈다.

이는 응력부식균열 특성에 직접적인 영향을 미치는 탄소원자의 영향을 규명했다는 점에서 철강 소재 부가가치 향상을 위한 핵심적인 연구 결과로 평가받고 있다.

성효경 경상국립대 나노신소재공학부 교수는 "이번 연구 개발을 통해 향후 초고강도강이 극한 환경 구조용 소재, 미래 모빌리티 소재, 친환경 에너지 소재로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구는 금속재료 분야 최고 권위지인 악타 머터리얼리아(Acta Materialia)에 '응력부식균열 저항성이 우수한 초고강도 마르텐사이트강(Ultrastrong and stress corrosion cracking-resistant martensitic steels)'이라는 주제로 지난 8월 21일 자에 게재됐다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 과학기술분야 기초연구사업인 우수신진연구자 및 중견연구자지원사업, 산업통상자원부 알키미스트 프로젝트(AI 기반 초임계 소재 연구)의 지원을 받아 수행됐다.

(왼쪽부터) 성효경, 설재복, 김정기 교수, 박상은 연구원
마르텐사이트 미세구조 및 결정립계 탄소 원자 분포 관찰 결과(사진=경상국립대학교)

 

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