▲ 재료연 원종우 선임연구원(左)과 KRISS 홍성구 책임연구원이 압연장비 앞에서 순수 타이타늄의 최적 공정에 대해 논의하고 있다.

국내 연구진이 강하면서 유연한 성질을 동시에 갖는 순수 타이타늄 제조기술 개발에 성공했다.

재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 금속재료연구본부 원종우 박사 연구팀은 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 산업응용측정본부 홍성구 박사와 함께 강도와 성형성을 함께 향상시킬 수 있는 순수 타이타늄의 압연 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

합금이 아닌 순수 타이타늄은 부식에 강하고 생체 친화성이 높아 화학, 환경, 발전설비 및 생체응용 분야 등에서 핵심소재로 활용되고 있다. 그러나 순수 타이타늄을 산업에 활용하기 위해서는 압연을 통해 판재로 만들어야 하는데 강도를 높이면 성형성이 저하되는 등 서로 상충되는 문제점이 있었다.

순수 타이타늄은 압연을 거치면 소재를 구성하는 결정들의 방향이 수직으로 서게 되는데, 집합조직이라고 하는 이 상태가 성형을 방해한다. 해결책으로는 압연장비 위아래 롤의 속도를 달리 하는 방법이 유일했지만, 설비 자체를 새로 구축해야 하는 등의 큰 부담이 있었다.

연구팀은 금속 소재에서 흔히 발생하는 현상인 쌍정(twin)에 주목, 쌍정을 통해 소재 결정의 방향을 제어하는 압연기술을 최초로 개발했다. 집합조직을 분산시켜 소재의 성형성을 올리는 이번 기술은 기존 압연장비에 추가적인 설치 없이 구현할 수 있다.

연구팀은 이번 기술로 제조된 순수 타이타늄 판재가 강도와 성형성 면에서 크게 향상되는 것을 확인했다. 상대적으로 순도가 낮고 저렴한 ‘grade 2’ 순수 타이타늄은 기존보다 강도가 16%, 성형성이 20% 향상됐는데 이는 고순도의 ‘grade 1’을 대체할 수 있는 결과다.

이번 기술을 통해 제작되는 순수 타이타늄 판재는 발전소, 조선 등 산업 전반에 필수적인 열교환기(heat exchanger)에 적용할 수 있으며 효율 향상 및 비용 절감을 가져올 것으로 전망된다.

재료연 원종우 선임연구원은 “순수 타이타늄 압연기술은 경량성, 고강도, 고성형성 및 소재절약을 모두 충족시킬 수 있다는 점에서 가치와 파급효과가 매우 크다.”며, “날로 엄격해지는 환경규제에 맞춰 판형 열교환기는 물론 수많은 응용기술에 적용될 것으로 보인다”고 말했다.

한편 이번 연구결과는 국제학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports, IF:4.122)에 2월14일자로 게재됐다.