소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

금속재료연구본부

금속재료연구본부

실장 김인수

연구실 소개

내열재료연구실은 고온에서 사용되는 금속 구조재료에 대한 합금개발, 제조공정 최적화, 특성 및 손상원인 분석 등의 연구를 수행하고 있다. 주 재료는 고온용 초내열합금이며, 주 응용분야는 산업용 가스터빈, 발전용 스팀터빈, 우주항공용 엔진, 국방소재 등이다. 특히 미래의 에너지플랜트 분야인 원자력, 수소플랜트, 차세대 화력발전 등에서도 고온 구조재료의 중요성이 점차 부각되어 응용분야는 확대되고 있다.

055-280-3327

주요 실적

Superalloy ASIA 2014 한중일 초내열합금 심포지엄 개최 (2/9~12, 대만, 선문레이크)
2014 차세대발전소재 및 초내열합금 심포지엄 개최 (10/24, 강원랜드)
국내외특허 7건출원, 2건등록 ; SCI 논문 16건 게재

주요 연구분야

미래 에너지플랜트용 내환경 초내열합금 개발
국방용 전략 금속소재 연구개발
가스터빈용 일방향응고 및 단결정 합금개발
고효율 증기터빈용 단련용 초내열합금 개발
우주항공용 핵심부품 개발

연구개발 추진실적

1600 도급 가스터빈 핵심부품용 초내열합금 개발

[과제 소개]

  • 미래 국내 주종 가스터빈으로 예상되는 1600도급 J 클래스 가스터빈의 hot part 에 적용될 단결정 초내열합금 개발. 합금온도수용성 1100 ℃ 달성과 내산화성 CMSX-4 이상을 최종 목표로 함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 반응표면법 (RSM) 과 인공신경망 (NN) 을 동시적용 산화특성 예측
  • 2차년도 목표인 온도수용성 1000 ℃ 달성 (크리프수명 1000시간 목표 - 1944시간 달성)
  • 1100 ℃ 내산화성 CMSX-4 대비 최대 300%
RSM+NN 산화특성 모델링 결과
1000 ℃ 137MPa 크리프 시험결과

발전용 가스터빈 블레이드 적용을 위한 후보합금의 특성 평가

[과제 소개]

  • 국내 가스터빈 발전량의 절반가량을 차지하는 F-class 발전용 가스터빈의 1단 블레이드 적용을 위한 일방향응고 초내열합금 개발을 추진, 블레이드 소재로서 요구되는 다양한 특성을 고려한 합금설계 프로그램을 개발하고, 이를 통해 선정된 후보합금의 내산화성, 크립특성 등 특성평가/검증을 목표로 함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 일방향응고 미세조직 예측기술 (CAFE 모델) 및 조직제어 기술 확보
  • 후보 DS 초내열합금의 최적 열처리 공정, 일방향응고 공정 개발
  • 후보 DS 초내열합금의 특성평가 : 상용 DS GTD-111 합금 대비 150% 이상의 크립 수명
일방향응고 조직제어 및 미세조직 예측 기술
상용합금과 후보합금의 크립 특성 비교

국방용 전략 금속소재 개발

[과제 소개]

  • 국방용 전략 소재 개발의 일환으로 가스터빈 엔진에 활용되는 단결정 초내열합금의 고유 조성 개발을 추진함. 설계합금의 특성을 평가하여 개발합금 특성의 우수 여부를 평가. 상용화를 위한 열차폐 코팅 적용성 연구

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 전년도 합금개발 결과를 바탕으로 고온특성이 우수한 차세대 단결정 합금 개발 추진
  • 열적 안정성과 크리프 강도가 향상될 수 있도록 합금 조성 조절
  • 크리프 및 고온 저주기 피로 실험을 통한 특성 평가
설계합금의 크리프 특성
설계합금의 피로 특성 (950oC, Δεt=1.0%, R=0)

향후 연구계획

  • 차세대 화력발전용 단련용 초내열합금 개발
  • 에너지플랜트용 내환경 고온구조재료 개발
  • F-class 및 J-class 가스터빈용 초내열합금 개발
  • 국내 메이커 대형가스터빈 적용 초내열합금 개발