I 니오븀 · 크로뮴 활용해 ‘절반’ 원가로 2배 이상 높은 용접부 피로강도 구현하는 PosZET® GIGA 기술 개발
I 학술적 중요성과 상업적 경제성 인정받아 세계적 학술지 ‘네이처커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 게재
포스코가 개발한 고성능 · 저원가 기가스틸 용접 기술인 PosZET® GIGA가 2월 12일 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)*에 게재됐다.
*네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) : Nature Portfolio에서 발간하는 종합 과학 저널로, 재료과학 분야 등에서 권위있는 학술지 (피인용지수(impact fator): 16.6)
자동차는 여러 철강재들의 용접을 통해 만들어지기 때문에 철강재 자체 특성은 물론 용접부 강도가 중요한데, 이번에 개발한 용접 기술은 포스코의 초고강도 강판인 ‘기가스틸’의 활용도를 배가 시킬 것으로 기대된다.
980㎫ 이상의 인장강도를 자랑하는 포스코 기가스틸은 가벼우면서도 강해 자동차 소재로 활용되어왔는데, 용접용 소재에 주로 니켈(Ni)을 다량 첨가하여 사용해왔다. PosZET® GIGA는 니켈 대신 니오븀(Nb)과 크로뮴(Cr)을 최적의 비율로 배합해 용접용 소재(선재)로 사용하는 기술로, 이를 통해 접합부 용접금속*의 미세조직을 그물망과 같이 복잡하고 치밀한 구조로 만들어 강도와 인성을 동시에 높인 것이 핵심이다.
*용접금속 : 용접부의 한 부분으로, 용접하는 동안 강판 모재와 용접용 소재(선재)가 함께 녹았다가 굳어진 금속.
▲기존 용접금속과 포스코 개발 용접금속의 벤딩 피로강도 및 저온충격인성 비교 그래프
PosZET® GIGA 기술을 활용하면 접합부의 굽힘 피로강도는 기존 대비 약 2배 이상 늘어나고, 충격인성은 약 15% 높아진다. 이 기술을 섀시∙프레임 등 자동차 부품 제작에 적용하면 일반 용접기술을 적용했을 때보다 반복적 충격이나 온도 변화에 의해 접합부가 쉽게 깨지지 않고 버틸 수 있어 차량 안전성 향상에 기여할 수 있고, 용접부위 성능이 높아짐에 따라 강판 두께를 줄일 수 있어 차량 경량화 설계에도 기여할 것으로 기대된다. 또한, 니켈을 주로 사용하던 기존 방식 대비 원가는 절반 가량으로 줄어든다.
포스코는 국립창원대와 공동연구를 통해 세계최초로 이 기술을 금속학적으로 규명했다. 니오븀과 크로뮴의 복합 첨가가 용접금속의 미세 조직에 미치는 영향을 원자 수준에서 밝힌 것이다. 이 연구 결과는 학술적 중요성과 상업적 경제성을 인정받아 세계적 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재*돼 대중에 공개됐다.
*논문명 : Ultrastrong and ductile steel welds achieved by fine interlocking microstructures with film-like retained austenite
PosZET® GIGA는 최근 글로벌 자동차사로부터 기술 적용 승인을 받아 실제 자동차 부품화에 활용될 예정이며, 포스코는 향후 이 기술을 활용해 기가스틸의 판매를 지속적으로 확대해 나갈 방침이다.
▲네이처 커뮤니케이션스 게재 논문 공동 교신저자인 배규열 포스코 수석연구원(왼쪽)과 문준오 국립창원대 교수
▲기가스틸 용접금속 미세조직 형성 메커니즘 모식도1
▲기가스틸 용접금속 미세조직 형성 메커니즘 모식도2