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제목 연세대 신소재공학과 이영국 교수 연구팀, 경제성 뛰어난 새로운 초소성 철강소재 개발
작성자 Master 등록일 2017.11.20조회수 66
     
(좌측부터) 강석현(제1저자, 연세대 석박사 통합과정), 이영국(교신저자, 연세대 신소재공학과 교수),
한정호(제1저자, 충남대 신소재공학과 조교수)
*사진출처 : 한국연구재단 제공


연세대 신소재공학과 이영국 교수 연구팀, 경제성 뛰어난 새로운 초소성 철강소재 개발
 - 복잡합 형상의 난가공성 부품 가공에 적용 기대



□ 한국연구재단(이사장 조무제)은 이영국 교수(연세대학교) 연구팀이 경제성이 뛰어나고 비교적 제조하기 쉬운 새로운 초소성* 철강 소재를 개발했다고 밝혔다.
* 초소성 : 유리가 고온에서 길게 늘어나듯이 금속합금이 길게 늘어나는 현상. 10㎛(마이크로미터, 1㎛=100만분의 1m) 이하의 미세한 결정립 재료를 녹는점 2분의 1 이상의 온도에서 인장 실험을 할 때 300% 이상의 연신율(재료가 늘어나는 비율)을 보이는 현상.

□ 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.

□ 연구팀은 최근 활발하게 연구되고 있는 중망간강*을 이용하여, 재료가 늘어나는 비율인 연신율이 최대 1,314%에 달하는 초소성 중망간 철강소재를 개발하는 데 성공했다.
* 중망간강(Medium Manganese Steel) : 철에 망간을 3-10% 첨가한 강. 망간강은 철에 탄소 외에 망간을 함유한 합금강으로, 망간 비율에 따라 저망간강(1-3%), 중망간강, 고망간강(10% 이상)으로 구분.

□ 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”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 교육부?한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업 지원으로 수행되었다. 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 929일에 논문으로 게재되었다.

 
□ 논문의 주요 내용은 다음과 같다.

○ 이 연구는 최근 활발하게 연구되고 있는 중망간강을 이용하여, 새로운 초소성 철강소재를 개발했다.
○ 이 연구에서는 6.6중량% 망간과 2.3중량% 알루미늄을 첨가한 중망간강을 사용했다. 위 합금은 압연* 공정 이후 이상열처리*를 진행했을 때, 망간과 알루미늄의 분배 차이를 통해 매우 미세한 결정립을 얻을 수 있다. 이러한 초세립조직은 초소성 현상이 일어나는 중요한 전제조건이다.
* 압연 : 금속을 회전하는 두 개의 롤 사이로 통과시켜 다양한 형태로 가공하는 방법으로, 크게 고온에서 진행하는 열간압연과 저온에서 진행하는 냉간압연이 있음.
* 이상열처리 : 재료 내에서 두 개의 상이 공존하는 구간에서 진행하는 열처리.
○ 냉간 압연을 진행한 중망간강을 다양한 온도(650-900℃)에서 고온 인장실험을 진행했을 때, 850℃에서 최대 1,314%의 연신율을 얻어 중망간강이 초소성을 보이는 것을 입증했다. 또한, 비교적 낮은 온도인 650℃에서도 300% 이상의 연신율을 얻었다.
○ 본 연구를 통해 제조가 용이하고 경제성을 겸비한 새로운 초소성 중망간 철강소재를 개발했다. 또한, 첨단 분석 장비를 이용하여 초소성이 나타난 이유에 대해 규명했다.?


(그림1) 중망간강에서의 초소성 변형


(그림2) 다양한 초소성 합금과의 비교




(※ 기사출처 : 한국연구재단 보도자료)

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