소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

금속재료연구본부

금속재료연구본부

실장 이태호

연구실 소개

철강재료연구실은 국가주력 산업의 중추적 역할을 담당하고 있는 철강소재의 고도화와 경쟁력 강화를 위한 원천기술 개발을 목표로, 합금설계 기술, 제조공정 기술 및 다차원 정밀분석기술의 유기적인 조합을 통해 고기능/고부가가치 신개념 철강재료 개발에 주력하고 있습니다.

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주요 실적

주요 연구과제
  • 합금원소 저감형 스테인리스강 개발 (2011.11-2014.12., 3 년간)
    • 논문 게재 : 24 편 (SCI/SCIE 급 23 편), 학술발표 국제 15 편, 국내 35 편
    • 특허 출원 : 국내 9건, 국외 3건, 특허 등록 : 국내 9건, 국제 2건
  • 고비강도 고연성 국방용 경량강판 개발 (2013.12.-2014.12., 1년간)
    • 논문 게재 1편 (SCI/SCIE급 1편), 국내특허 출원 3건
  • Premium급 고성능 냉간금형강 양산 기술 확보 (2011.6.-2014.12., 3.5년간)
    • 포스코 철강기술컨퍼런스 기술상 수상
    • 논문 게재 2편 (SCI/SCIE급 1편), 국내특허 출원 2건
기술료
  • 고탄소강 제조공정 최적화 : 현대제철 0.68 억, 동국산업 0.2억
  • API 강재 미세조직 제어 기술 (현대제철 : 0.14 억) 외 기타 기술지원
대외 포상 및 수상
  • 과학기술유공자 장관 표창, 대한금속재료학회 신진기술상, 대한용접·접합학회 Young Fellow Award

주요 연구분야

합금원소 저감형 고기능 스테인리스강 개발
국방용 고비강도 경량철강 개발
합금원소 저감형 고강도-고연성 TRIP강 개발
핵융합로 저방사형 구조용 철강재 개발
고탄소강의 최적 제조공정조건 개발
차세대 에너지플랜트용 고성능 오스테나이트계 내열강 개발
고강도 강판 성형용 고성능 장수명 냉간금형강 개발

연구개발 추진실적

합금원소 저감형 고기능 스테인리스강 개발

[과제 소개]

  • 침입형 원소(탄소 및 질소)를 활용하여 상용 FeCrNi 계 스테인리스강의 가격 불안정을 야기하는 Ni 사용을 저감하면서도 물성을 향상시킨, 저비용-고성능 스테인리스강의 고유조성 특허권 확보

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • KIMS 개발 강종은 기존 300계 스테인리스강 대비 소재비용이 낮고 우수한 가격 안정성을 가짐
  • 단상계 (오스테나이트계) 스테인리스강 개발, 고유조성 특허권 확보 (Ni≤2 wt%)
Table 1. 대표 개발 소재 : 단상 합금계의 기지조성
고질소강 (HNS, N 단독사용) 탄질소강 (HIA, C+N 복합사용)
HNS-1 18Cr-20Mn-N HIA-1 13Cr-20Mn-N-C
HNS-2 18Cr-10Mn-N HIA-2 15Cr-15Mn-N-C
HNS-3 18Cr-10Mn-N+Ni HIA-3 18Cr-10Mn-N-C
HNS-4 15Cr-15Mn-N+Ni HIA-4 18Cr-10Mn-N-C+Mo,Ni, W (1 wt% Mo 당량 이하)
HNS-5 15Cr-10Mn-N HIA-5 18Cr-10Mn-N-C+(Mo,W, Ni) (1-2 wt% Mo 당량)

- 기계적 특성 : KIMS 개발강종은 인장강도 및 연신율 수준 각각 700-1050 MPa 및 50-70 %을 나타냄. 이는 상용 300 계 스테인리스강 대비 1.5-2배의 강도 수준이며, 연성 또한 월등히 우수.

그림 1. KIMS에서 개발한 고질소 스테인리스강(HNS) 5 종 (HNS-1~5) 및 탄질소 복합첨가 스테인리스강(HIA) 5 종 (HIA-1~5)의 기계적
특성 ((a) 인장강도, (b) 연신율) 수준. 상용 304 스테인리스강의 기계적 특성과 비교.

- 부식저항성 : 상용 316L 스테인리스강(10 wt% Ni, 2 wt%이상 Mo 포함) 대비 우수한 내공식성 확보.

  • 2상계(오스테나이트계+페라이트계) 스테인리스강 개발, 고유조성 특허권 확보 (Ni≤0.5 wt%)
Table 2. 대표 개발 소재 : 2상 합금계 기지 조성
D-1 (23-25)Cr-(8-10)Mn-(3-4)Ni-4Mo-(0.4-0.45)N
D-2 19Cr-(6.5-7)Mn-3Mo-(0-2)W-0.4N-(0-0.5)Ni
D-3 (17-18)Cr-(6.5-7)Mn-(2.5-3)Mo-(3-5)W-0.4N-(0-0.5)Ni

- 기계적 특성 : KIMS 개발강종은 인장강도 및 연신율 수준 각각 700-1050 MPa 및 30-60 %을 나타냄. 이는 상용 저합금형 2상계 스테인리스강(AL2003, LDX2101 등) 및 상용 2상계 스테인리스강(SAF2205 및 SAF2507)에 비하여 월등히 우수한 수준.

그림 2. KIMS에서 개발한 2상 스테인리스강 3 종 (D-1~3)의 기계적 특성 ((a) 인장강도, (b) 연신율) 수준.
상용 스테인리스강AL2003, LDX2101, SAF2205 및 SAF2507)과 비교.

- 부식저항성 : 상용 lean 이상 스테인리스강(AL2003 및 LDX2101) 이상의 내공식 수준 확보.

합금원소 저감형 고기능 스테인리스강 개발

[과제 소개]

  • 기동무기체계의 기동성 및 작전수행 능력 향상을 위해서는 가볍고 강도가 높은 경량철강소재의 개발이 요구됨. Al과 같은 경량 합금원소를 적극 활용하여 일반 철강소재 대비 12% 이상 가벼우면서도 900 MPa 이상의 높은 인장강도를 갖는 고비강도 경량강판의 제조 기술 개발을 목표로 함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 일반 철강소재 대비 12% 이상 가벼운 오스테나이트계 경량철강의 합금설계
  • 시효열처리를 이용한 경량철강의 미세조직 및 특성 제어 연구
  • 논문 게재 1건, 특허 출원 3건
경량철강의 미세조직 (phase map)
경량철강 시제품 (변속기 하우징 부품)

핵융합로 저방사형 구조용 철강재 개발

[과제 소개]

  • 미래 핵융합 DEMO로 건설을 위해 크리프 및 중성자 조사 저항성이 우수한 저방사 특성의 구조용 철강재 개발; 고유조성 합금설계, 미세조직 및 공정조건 최적화

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 기계적 특성에 미치는 구성상의 영향 규명
  • 용접조건에 따른 미세조직의 변화 및 그에 따른 물성 변화 고찰
  • SCI급 논문 4건 (SCI 3건 published, SCI(E) 1건 accepted)
void 및 cleavage crack 발생에 미치는 구성상의 영향

합금원소 저감형 고강도-고연성 TRIP강 개발

[과제 소개]

  • TRIP 특성에 영향을 미치는 잔류 오스테나이트 형상, 크기, 분율 등의 제어 기술 확보를 통해 강도와 연성을 동시에 향상시킨 합금원소 저감형 고강도-고연성 TRIP강 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 잔류 오스테나이트의 특징 제어를 통해 기존 대비 합금원소 추가 없이 TS*El.을 대폭 향상시킨 TRIP강 개발
  • 국내 특허 2건 출원
고강도-고연성 TRIP강 물성 및 미세조직고강도-고연성 TRIP강 물성 및 미세조직

고탄소강의 최적 제조 공정 조건 개발

[과제 소개]

  • 자동차 소재뿐만 아니라, 산업 전반에 다양한 용도로 사용되는 고탄소강의 미세조직 및 공정조건의 최적화를 통해 관련 기업의 경쟁력 확보

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 고탄소강의 고온 거동 규명을 통한 최적 주조 조건 및 열간압연 조건 도출
  • 고탄소강 미세조직에 따른 열처리 거동 규명
  • 기술료 징수 : 현대제철 0.68 억, 동국산업 0.2억
고탄소강 51CrV4의 고온연성거동 및 고온연성취화 원인 규명

에너지플랜트용 고성능 오스테나이트계 내열강 개발

[과제 소개]

  • 650℃ 이상의 고온에서 크리프 및 산화 저항성이 우수한 오스테나이트계 내열강의 합금 조성과 제조 공정을 설계하고 최적화하여 차세대 고효율 에너지플랜트 용 신합금 개발을 목표로 함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 균일한 알루미나 산화막 형성을 이용한 내산화성 향상
  • 금속간화합물 석출을 이용한 크리프 저항성 향상
  • 산화 및 크리프 저항성이 향상된 고유 합금 확보 : 내산화성 기존 최고 수준의 140%이상
개발 소재의 기존 최고 수준 소재와의 특성 비교

장수명 고성능 냉간금형강 개발

[과제 소개]

  • 고성능 합금공구강의 합금설계와 공정제어 기술을 확보하여 냉간 프레스금형의 신뢰성과 내구성을 향상시키고, 이를 통해 차체 경량화를 위한 고강도 강판의 적용 비율 증가에 대응한다.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 범용소재(STD11) 대비 내구성이 향상된 신규 합금 개발 및 양산 기술 확보
  • 개발 소재의 차량용 부품 제조 현장 투입 및 성능 검증 : 범용 소재 대비 80% 이상 수명 향상 확인