`칼과 방패의 싸움.'로켓, 항공기, 선박, 자동차 등에 쓰이는 고강도 강판을 자르는 일은 한 마디로 이렇게 표현된다.

성능과 경제성을 높이기 위해 산업 현장에서 더 가벼우면서 강한 강판을 요구할 때마다 강판 생산현장에서 쓰는 철강재 절단용 나이프는 한 단계 더 강해져야 한다.

가장 완벽한 강판 나이프를 만들기 위한 경쟁은 세계적으로 치열하다.

강판 절단용 나이프의 성능을 결정짓는 3대 요소는 다이아몬드 같은 단단함(고경도)과 강한 충격에도 견디는 힘(고충격인성), 그리고 쉽게 무뎌지지 않는 내마모도. 그런데 금속은 경도가 높으면 충격에 잘 부서지는 특성이 있어 경도와 충격인성을 동시에 높이는 게 숙제다.

산업현장에서 쓰이는 강판 절단용 나이프는 수명이 3.5일을 넘기지 못한다.

권훈 교수 연구팀(국민대 신소재공학부)은 전혀 새로운 합금을 설계ㆍ제작해 기존 철강재 나이프와 경도는 같으면서 충격인성은 2배 이상 높인 나이프를 개발했다.

이 나이프를 이용하면 산업현장 나이프의 수명을 7일로 2배 늘릴 수 있다.

나이프를 교체할 때마다 강판 생산공정을 중단시켜야 해 생산성에 영향이 큰 철강업계로서는 희소식임에 틀림없다.

고강도 나이프 개발은 합금설계 과정부터 시작된다.

합금은 철(Fe) 원소에 탄소화합물을 결합시켜 경도를 높이는 과정인데, 여기서 어떤 탄소화합물을 얼마나 결합시키느냐가 경도와 함께 충격인성을 좌우한다.

이 과정에서 컴퓨터 시뮬레이션이 많이 활용된다.

과거의 연구를 통해 축적돼 있는 각종 원소와 재료의 특성 데이터를 기반으로 컴퓨터로 합금을 설계하고 특성을 미리 시뮬레이션해 보는 것. 이후 합금을 만들고, 열처리 등 후처리를 하는 과정이 이어진다.

연구팀의 박성수 연구원은 "합금설계 단계부터 열처리 등을 고려해 물질들을 배합한다"고 설명했다.

연구팀은 이 과정을 통해 철, 탄소, 크롬, 몰리브덴, 니켈, 바나듐, 실리콘, 망간, 티타늄 등으로 구성되면서 합금 결정립(금속을 이루는 결정의 집합체) 크기가 15마이크로미터(㎛) 이하인 재료를 얻어냈다.

합금은 결정립의 크기가 작을수록 원하는 특성을 낸다.

이 물질은 경도와 충격인성, 내마모도 모두에서 현재 상용화돼 있는 나이프를 훨씬 뛰어넘는 것으로 확인됐다.

연구팀은 미래창조과학부 연구성과 사업화 지원사업의 도움을 얻어 이 분야 전문기업인 대원인물과 상품화할 계획이다.

특히 철강산업에 이어 자동차 타이어 내부에 들어가는 초고강도 타이어코드 절단, 자동차 금형 등으로 적용분야를 넓히고 해외수출 길도 뚫겠다는 계획이다.

권훈 교수는 "대원인물이 해외에서는 이제 막 진입하는 초기단계이지만 이 연구결과와 기존 기술력을 결합하면 세계 선두 수준 기술력을 보유할 수 있을 것"이라고 말했다.

원문보기 : http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=2013091702011376650001

출처 : 디지털타임스 기사보도 2013.09.16 20:27