▲ 동일한 크기의 일반 철강과 개발 경량 스테인리스 철강의 무게 비교

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 재료연구소(KIMS, 소장 이정환)가 기존의 스테인리스 철강 대비 약 20% 가벼운 경량 스테인리스 철강을 세계 최초로 개발하며, 연비향상과 이산화탄소 저감 등의 니즈가 큰 자동차, 조선 분야 등에 적용이 확대 될 것으로 기대를 모으고 있다.

재료연구소는 철강재료연구실 이창훈, 문준오 박사 연구팀이 포항산업과학연구원(RIST, 원장 유성) 이영주 박사와 함께 기존의 스테인리스 철강 대비 약 20% 정도 가벼운 경량 스테인리스 철강을 개발했다고 23일 밝혔다.

이번에 개발된 경량 스테인리스 철강은 ‘스테인리스 철강은 무겁다’는 기존의 고정관념을 극복했을 뿐만 아니라, 고가의 니켈(Ni)을 첨가하지 않아 가격 경쟁력까지 확보했다.

지금까지 연구된 경량 철강은 철에 가벼운 합금원소인 알루미늄을 첨가해 경량화를 달성해왔다. 이때 첨가되는 알루미늄은 취성을 증가시켜 쉽게 깨지는 문제를 야기해 알루미늄을 철에 10% 이상 첨가하기 힘든 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제점을 극복하기 위해, 12%의 알루미늄을 첨가하고도 철강의 취성을 낮추고자 탄소, 망간, 크롬 등의 합금원소 첨가량을 최적화했다.

또한 크롬을 첨가해 철강 표면에 알루미늄과 크롬의 함량이 높은, 미세하고 치밀한 산화층 생성을 유도함으로써 400계 스테인리스 철강과 유사한 부식 저항성을 확보하는데 성공했다.

이렇게 만들어진 경량 스테인리스 철강은 연비향상과 이산화탄소 저감 등의 니즈가 큰 자동차, 조선 분야 등에 우선 적용할 경우 높은 효과가 기대된다.

이번 연구는 기존의 스테인리스 철강이 가진 무게의 한계와 경량 철강이 가진 부식성과 취성의 문제를 동시에 해결할 수 있는 새로운 합금설계 방향을 제시했다는 측면에서 그 의미가 크다고 하겠다.

스테인리스 철강은 강도와 연성이 우수하고 부식에 강해 주방기기, 가전제품뿐만 아니라, 자동차·건축·조선·의료 분야 등 쓰이지 않는 곳을 찾기 어려울 정도로 다방면에서 사용되고 있어, 이번 경량 스테인리스 철강 개발의 파급효과는 상당할 것으로 예상된다.

이창훈 재료연구소 책임연구원은 “스테인리스 철강이 1910년대 개발된 이후 지금까지 사람들의 생활에 미친 영향을 고려한다면, 이번 경량 스테인리스 철강의 개발 의미는 남다르다”고 말했다.

이번 연구성과는 방위사업청 민군협력진흥원의 민군겸용기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

한편 이번 연구결과는 국제학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Report)誌에 7월22일자로 게재됐다. 연구팀은 기술 양산화 등 후속 연구를 계속 진행하고 있다.

▲ 내식성과 비강도 그래프(개발 경량 스테인리스 철강(LWSS)이 기존 경량 철강(LWS)보다 내식성이 우수하고(X축에서 오른쪽으로 이동), 기존 스테인리스 철강(Ferritic SS, Austenitic SS)보다 비강도가 우수함(Y축에서 위쪽으로 이동))