▲ 동일한 크기의 일반 철강과 개발 경량 스테인리스 철강의 무게 비교 (일반 철강에 비해 개발 경량 스테인리스 철강의 무게가 약 20% 가벼움)

국내 연구진이 부식에 강하고 기존대비 20% 가벼운 스테인리스 철강을 개발해 향후 철강 복합 소재 발전에 기여할 것으로 보인다.

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 철강재료연구실 이창훈 박사 연구팀의 연구성과가 2020년 사이언티픽 리포트 재료분야 Top100에 선정됐다고 3읽 밝혔다.

해당 연구성과는 기존의 스테인리스 철강 대비 약 20% 가벼운 경량 스테인리스 철강을 세계 최초로 개발한 기술이다.

기존의 경량 철강은 철에 가벼운 합금원소인 알루미늄을 첨가해 경량화를 달성해왔다. 이때 첨가되는 알루미늄은 쉽게 깨지는 취성을 증가시켜 알루미늄을 철에 10% 이상 첨가하기 힘들었다.

연구팀은 12%의 알루미늄을 첨가하고도 탄소, 망간, 크롬 등의 합금원소 첨가량을 최적화해 철강의 취성을 낮췄다. 특히 크롬을 이용해 미세하고 치밀한 산화층을 생성함으로써 부식에도 잘 견딜 수 있도록 했다.

스테인리스 철강은 1910년대 개발된 이후 현재까지 사람들의 실생활에 밀접한 영향을 미치고 있다. 자동차·조선·건축·의료·가전 등 스테인리스 철강이 쓰이지 않는 곳을 찾기 힘들 정도다. 이는 부식에 약한 철강의 단점을 해결했기에 가능했다.

하지만 철강의 숙제인 경량화는 여전히 해결하지 못하고 있다. 최근 미래 환경 예측에 관한 많은 보고에 따르면 이산화탄소 등 온실가스 감소와 에너지 효율 향상, 탄소중립의 달성 여부가 앞으로 인류의 미래를 좌우할 것으로 전망된다.

이와 같은 산업환경의 변화로 인해 기계적 특성, 용접성, 경제성 등이 우수한 철강은 가벼운 소재인 경량금속, 복합재료 등의 강력한 도전에 직면해 있다. 이번 성과는 향후 철강 기술이 나아갈 미래 방향을 제시했다.

이정환 원장은 “배터리, 바이오 등 최근 떠오르고 있는 다양한 재료 사이에서 전통의 철강 재료가 Top100에 선정된 것은 철강의 새로운 과학적·사회적 패러다임을 제시했기 때문이다”라며 “철강 기술의 발전에 재료연이 방점을 찍을 수 있도록 계속해서 노력할 것”이라고 말했다.

한편, 사이언티픽 리포트는 세계 3대 과학저널 중 하나인 네이처(Nature)의 자매지이다. 매년 각 연구분야에서 가장 많은 다운로드를 기록한 논문을 대상으로 Top100을 선정 및 발표하고 있다.