▲ 김낙준·김한수 교수팀이 강도와 연성이 뛰어나면서도 무게가 가벼운 저비중강(低比重鋼)을 개발했다..

친환경성과 경제성을 모두 갖춘 새로운 철강소재가 개발됐다.

POSTECH 철강대학원 박사과정 김상헌, 김낙준·김한수 교수팀은 금속간화합물 FeAl(알루미늄 철)을 이용해 강도와 연성이 뛰어나면서도 그 무게가 가벼운 저비중강(低比重鋼)을 개발했다고 5일 밝혔다.

단단하지만 부러지기 쉬워 ‘구조재’로 실용화하기 어려웠던 금속간화합물을 이용한 이번 개발은 학계 뿐 아니라 산업계의 관심이 집중되고 있다.

고연비 등을 이유로 차체 경량화에 나선 자동차 제조사들은 비중이 높은 철강 대신 알루미늄합금과 같은 경량합금 사용을 늘렸으나 철강 속 알루미늄 양을 늘리면, 취성을 갖는 금속간화합물이 생겨나 변형 시에 철강이 오히려 부러지기 쉬워진다는 문제점을 가지고 있었다.

김낙준·김한수 교수 연구팀은 금속간화합물을 부러지지 않을 정도의 작은 크기로 만들어 취성을 해결했다. 철강의 열처리 온도에 비해 저온에서 생겨나는 금속간화합물을 니켈로 조절함으로써 수십~수백 나노미터(nm) 크기로 줄이고 분포 역시 고르게 만들었다.

새로운 소재는 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, 무엇보다 티타늄에 비해 소재 비용이 1/10이하라는 점에서 경제성도 갖췄다는 것이 이 소재의 강점으로 꼽힌다.

연구팀은 이 소재가 자동차용 강재로 사용될 경우 차체가 경량화 돼 연비가 높아지고 배기가스를 줄일 수 있을 뿐 아니라 우수한 강도로 승차자의 안전성까지 제고할 수 있는 새로운 ‘미래형 자동차’의 개발도 기대할 수 있다고 전망했다.

연구를 주도한 김한수 교수는 “이번에 개발된 소재는 티타늄에 도전할 수 있을 정도로 무게와 강도, 그리고 연성이 모두 우수한 새로운 소재로서 그 비용도 저렴하고 기존 철강제조설비를 활용할 수 있다는 강점을 가지고 있다”며 “이번에 고안된 합금설계 개념을 응용하면 조선, 토목 등 경량화가 필요한 구조재의 또 다른 합금 개발의 가능성도 열 수 있을 것”이라고 밝혔다.

현재 이 연구는 이미 2013년에 국제특허 출원을 마친 상태로, 대량생산 가능성 여부를 타진하기 위해 포스코를 통한 시험생산을 앞둔 상태다. 이 연구성과는 세계적 학술지 네이처(Nature) 4일자(현지시간)를 통해 발표됐다.