고성능 판재 급속냉각으로 제조

지구온난화가 전세계적인 문제로 부각되고 있다. 올해에만 유실된 북극 빙하의 면적이 영국 면적의 5배에 이르고 있으며 우리나라 역시 1912년 이후 연평균 기온이 약 1.5도 상승했으며, 이러한 경향은 최근 더욱 가속화되고 있다. 세계 각국은 온실가스 배출량을 줄이기 위해 의무감축량을 정하는 등 공동 대응하고 있으며, 대체 기술을 개발하기 위해 애쓰고 있다.

대표적인 온실가스인 이산화탄소는 상당량이 자동차를 비롯한 수송기계에 의해 발생한다. 수송기계의 이산화탄소 배출을 감소시킬 수 있는 가장 효과적인 방법은 연비향상이다. 특히 에너지 수입의존도가 97%에 이르고, 연간 수송부문 에너지 사용량이 3000만t에 이르는 우리나라 입장에서 연비향상은 경제와 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 최선의 방안인 셈이다.

수송기계의 연비향상은 대부분 차체의 경량화를 통해 이루어진다. 실제로 자동차 제조사들은 보다 강하고 가벼운 소재의 개발을 통해 연비향상에 대한 소비자와 정부의 요구에 대응하기 위해 노력하고 있다. 그러나 철강이나 알루미늄 등 기존의 수송기계용 금속소재를 통한 차체경량화는 한계에 이르렀으며, 새로운 소재의 개발이 시급한 상황이다.

차세대 신소재로 각광을 받고 있는 재료로는 기존 철강판재에 비해 무게가 22%에 불과한 초경량 금속소재인 마그네슘 합금과 기존 재료에 비해 강도 및 내식성이 월등히 우수한 비정질 합금 등이 있다.

그러나 이러한 합금은 아직까지 기존 철강 재료에 비해 판재 제조에 기술적인 어려움이 크고, 새로운 제조 공정이 개발돼야 한다는 문제점이 있다. 현재까지 개발된 마그네슘과 비정질 합금 제조법으로는 회전하는 2개의 롤(roll)을 통해 응고시킴으로써 직접 판재를 연속적으로 생산할 수 있는 공정인 박판주조법(Twin-roll strip casting)이 각광받고 있다. 박판주조법은 슬래브 제조, 열간압연, 냉간압연 등 다양한 공정을 거치는 기존의 판재제조에 비해 공정이 단순하여 경제적이다. 또 빠른 냉각속도로 조직의 미세화를 꾀할 수 있어, 기존의 공정을 통해 판재 제조가 어려운 새로운 소재의 판재 제조에 매우 적합하다는 평가를 받고 있다.

포항공대 신소재공학과 항공재료연구센터 김낙준 교수 연구팀은 마그네슘 합금의 중요성을 인식하고 1999년부터 박판주조법을 통한 고성능 판재 제조 연구를 진행하고 있다. 김 교수팀은 세계 최초로 박판주조장치를 이용해 마그네슘 합금 및 비정질 합금의 판재 제조에 성공했으며 관련연구를 바탕으로 39건의 특허와 국내외 188건의 논문을 발표해 연구의 우수성을 인정받고 있다. 실제로 포스코는 김 교수팀의 기초 연구를 바탕으로 박판주조를 통해 제조된 마그네슘 합금 판재의 상용화를 준비하고 있다. 김 교수는 “고온물성평가, 집합조직분석 및 성형성 평가 등을 통해 보다 우수한 성능을 가지는 합금의 개발을 위해 노력하고 있다.”면서 “박판주조법을 통해 고성능 합금의 판재를 개발하고 그 특성을 지속적으로 개선할 경우, 경제문제는 물론 환경문제까지 해결할 수 있을 것”이라고 밝혔다.



박건형기자 kitsch@seoul.co.kr