이영국 교수 (연세대학교) CV

4월 28일(목) 18:00-18:15 [AW-1] 고강도강의 수소취성 국제사회는 기후변화의 심각성을 인식하고 온실가스 감축에 힘쓰는 동시에 그래도 발생하는 온실가스를 산림 등으로 흡수하거나, CCUS로 제거하여 2050년까지 탄소중립 (Net-Zero)를 이루겠다는 소위 ‘2050 탄소중립’을 선언하고 있다. 국내 장기 저탄소 발전전략에 따르면, 화석연료 대신 수소연료를 사용하는 산업구조로의 전환이 주요 추진하고자하는 기본방향들중 하나이다. 대체에너지로서 수소를 상용화하기 위해서는 크게 수소의 생산, 수소의 저장 및 운송, 그리고 수소의 활용으로 나누어지는 3 단계 기술이 확립되어야 한다. 상기 3 단계중 수소저장 기술에 대해서는 수소의 상태 즉, 고압가스 상태인지 또는 극저온 액화수소 상태인지에 따라서, 그 저장방법이나 저장용기가 매우 달라지게 된다. 그러나, 어느 경우든지 안전성이 반드시 확보되어야 하는데, 유감스럽게도 저장용기의 중요한 재료로 사용되는 철강재료는 수소가 극미량이라도 함유하게 되면, 기계적 성질이 매우 취약하게 되는 단점이 있다. 이러한 현상을 재료의 수소취성이라고 하는데, 수소취성은 재료의 인장강도, 화학조성, 미세조직, 사용환경 등에 따라 크게 달라진다. 또한, 수소취성은 부식, 용접, 산세, 전기도금 등과 관련되어서도 자주 나타난다. 따라서, 본 발표에서는 자동차 및 조선 분야에서 사용되는 철강재료의 수소취성에 대한 사례와 수소취성을 발생시키는 기구 등 고강도강의 수소취성에 대한 그간의 연구들을 간략히 소개하고자 한다.

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김현우 교수 (한양대학교) CV

4월 28일(목) 15:30-15:55 [전자1-1] 새로운 물질과 기술적용에 의한 저항식 가스센서 개발동향 IOT시대의 도래에 즈음하여 센서의 응용이 확대되고 이에 더하여 새로운 개념의 센서가 개발되고 있고 이들의 상용화를 위한 기업간 국가간의 경쟁이 가속되고 있다. 화학, 물리, 생의학을 총망라한 센서기술 분야에 있어서 나노기술을 활용한 신소재공학의 중요성이 크게 증가하고 있으며 신개념, 그리고 신응용 센서가 개발되고 있다. 특히 가스센서는 인간의 후각기관으로는 감지하기 힘든 가스의 종류를 판별하고 농도를 정량화하여 위험가스등 환경 monitoring에 크게 기여할 수 있고 질병의 간편한 예비진단을 가능하게 하고 각종 소재, 장치, 공정을 효과적으로 monitoring하여 상황과 문제점을 파악하게 하는 등 그 응용범위가 크게 늘어나고 있다. 더군다나 최근 환경보전, 안전관리, 질병예방 등의 사회적 요청이 증가하므로써 가스센서에 요구되는 성능및 사양이 고도화되고 있다. 가스센서에는 다양한 종류가 있으나 반도체 저항식 가스센서 [산화물 반도체등이 어떤 종류의 가스에 접촉하면 전기저항이 변화하는 원리를 이용한 가스센서임]는 구조가 간단하고 가격이 싸며 나노구조 적용 등 최근 활발히 연구되는 방법론에 의하여 고감도특성을 얻을 수 있어서 상용화가 된다면 그 전망이 매우 밝다. 본 연구자는 신소재 창안 및 적용, 신공법 적용, 금속촉매 적용, 상변태 현상 등을 이용하여 반도체 저항식 가스센서의 장점인 고감도 특성을 확보함과 동시에 핵심적인 가스에 대한 선택성을 확보하는 기술을 개발하여 왔으며 이는 다양한 성분과 형태, 기능을 가지는 나노소재를 사용하여 벌크소재와 차별화되는 특성을 얻고자 하는 최근의 학술적 경향에 부합될 뿐 아니라 센서의 상용화를 위해서도 의미가 있다. 본 발표에서는 주로 새로운 물질이나 새로운 기술의 도입에 의하여 가스센서 성능을 향상시킨 결과를 보고하였다. 예를 들어 기존의 금속산화물에 그래핀 계통의 물질을 혼합하여 시너지효과에 의하여 가스센서특성을 개선하였다. 또한 기본의 상용센서 물질의 특성변화 즉 반응에 의한 상변태, 전자빔조사에 의한 표면변화 (혹은 표면개질), 이온빔조사에 의한 표면변화 (혹은 표면개질) 그리고 화학적도핑에 의한 표면개질을 시도하였다. 이에 더하여 기존의 상식으로는 가스센서로 사용되지 않았던 물질을 적용하여 저항변화에 의한 가스센싱 가능성을 확인하였다.

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이승훈 교수 (경북대학교) CV

4월 28일(목) 10:50-11:15 [마그넷2-2] 목적별 비정질 합금의 설계 및 제조 기술 고찰: 구조용, 나노미세조직 및 과포화 목적의 경우 비정질 합금은 열역학적으로 준안정 상태로서, 액상과 유사한 단주기 규칙을 가지고 있는 고체이다. 상변태의 관점에서 보면, 다양한 경로를 통하여 비정질 상을 형성시킬 수 있다. 이들 중에 생산성과 경제성을 고려하면 액상으로부터의 비정질 상 형성이 가장 유리한 것으로 평가되며, 열역학적 및 속도론적 관점에서 비정질 형성에 유리한 합금설계 및 재료공정 조건이 제시될 수 있다. 즉, 다원합금계에서 액상의 안정성이 우수한 조성 범위로 한정하고, 불균질핵생성을 억제하며 열에너지 제거 속도를 증대시키는 것이 일반적인 비정질 합금 설계 및 재료공정 전략이다. 그러나, 비정질 합금의 적용 효과를 극대화하기 위해서는 각각의 적용 목적에 따라 합금설계 및 재료공정 전략을 특화할 필요가 있다. 본 발표는 비정질 합금의 구조용 소재, 나노 미세구조를 위한 전구체 및 과포화 소재로서의 적용 사례를 따라 각각 특화된 합금설계 및 재료공정 전략의 차별성에 대해 고찰하고자 한다. 먼저, 구조용 합금 소재로서 비정질 합금을 적용하고자 하는 경우, 주된 고려사항은 비정질 형성능 향상을 통한 벌크 소재화, 기계적 및 부식 특성과 가공성이 있다. 따라서, 비정질 형성능 향상 원소들과 (B, P, Si 등) 내식성 확보를 위한 원소들을 (Cr, Mo 등) 다양한 범위로 조합하여 동시에 첨가하는 합금 설계 전략이 필요하다. 또한, 과냉각 액상 영역에서 warm processing에 의한 우수한 가공성 확보를 위하여 유리천이온도 (Tg)와 결정화 온도 (Tx)의 차이를 확대하기 위한 합금설계 및 재료공정 제어가 필요하다. 한편, 자성 및 열전 등 에너지 전환 소재들의 경우, 나노미세구조를 형성하여 에너지 전환효율을 극대화하려는 노력이 진행되어왔다. 비정질 상은 열역학적으로 준안정상이므로 저온영역에서 결정화를 통하여 나노미세구조 조직을 형성하는 전구체로 활용되어왔다. 이러한 목적을 위하여는 비정질 형성능 향상보다는 에너지 전환효율 향상에 초점을 맞추어 합금설계를 하게 되고, 재료공정 제어를 통하여 비정질 상 형성을 촉진한다. 일례로서, 철계 연자성 합금의 경우, 나노크기의 알파철 (α-Fe) 입자 생성을 통하여 포화자화값 (Ms)을 극대화 함과 동시에 보자력값 (Hc)을 최소화할 수 있다. 따라서, 합금설계 전략은 최대한의 철함량과 최소한의 비정질 형성 원소를 함유하며, 결정화 시 핵생성 속도를 높일 수 있는 원소의 선정이 매우 중요하다. 또한, 비정질 상은 결정질 상의 포화 용해도를 월등히 능가하는 용해도를 가지므로 목적하는 원소를 최대한 함유하는 합금설계를 통하여 과포화 합금 소재로서의 활용도 가능하다. 결론적으로, 비정질 합금은 결정질 합금이 가질 수 없는 매우 독특하고, 유용한 특성들을 가지고 있으며, 이를 활용하고자 하는 적용 범위가 크게 확대되고 있다. 이때, 각 목적에 따른 비정질 합금 설계 및 재료공정에 대한 합리적 전략 수립이 매우 중요하며, 이를 통하여 비정질 합금의 적용 효과를 극대화할 수 있다.

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박태창 책임연구원 (현대제철 연구개발품질본부) CV

4월 29일(금) 11:05-11:30 [철강4-8] Deep Learning-based Smart Analysis System for Steel Production 현재 국내외 철강기업들은 디지털 제조로의 전환을 위해 스마트팩토리 플랫폼 구축을 적극적으로 추진하고 있다. 스마트팩토리는 사물인터넷, 인공지능, 빅데이터와 같은 신기술을 이용해 최적의 공정환경을 제공하고 스스로 공장을 제어하는 개념이다. 당사에서는 이러한 제조업 환경변화에 맞춰 공정제어 및 제품개발 과정에서 활용되는 분석 데이터 역시 인공지능 기반으로 대체하기 위한 연구를 다방면으로 진행하고 있다. 당사에서 스마트 분석 시스템이라고 새롭게 용어를 정의하여 중점적으로 진행하고 있는 업무는 일관제철소 공정의 시작단계인 원료분석과 최종 생산된 철강제품의 품질평가를 디지털 자동화 방식으로 전환하는 것이다. 신규로 개발한 인공지능 기반의 머신비전 분석기술을 적용하면, 기존 시험원 육안판정을 대체하여 분석결과에 대한 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 분석시간 또한 대폭 축소할 수 있다. 본 발표에서는 당사에서 개발한 딥러닝 기반의 스마트분석기술 중 소결광 광물상 자동분석과 DWTT 파면율 디지털 자동분석 연구사례를 공유하고자 한다.

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우완측 책임연구원 (한국원자력연구원) CV

4월 28일(목) 14:50-15:15 [고엔4-1] 중성자 회절법을 이용한 금속재료의 기계적 물성 측정 연구 일반적으로 금속소재부품 내부에 중성자빔을 조사하면 다결정에 의해 회절현상이 발생된다. 이때 측정되는 회절파로부터 다양한 정보를 얻을 수 있다. 먼저, 브레그 법칙에 따라 회절파의 위치변화는 시험편 내부의 격자면간 거리를 알려주어 잔류응력을 분석할 수 있다. 두번째로 변형시 소재의 변형량을 측정함으로써 금속소재내의 각 상 또는 결정면 간의 서로다른 변형거동을 분석할 수 있다. 또한 새로운 상이나 우선방위가 분포되어 있다면 회절파의 크기로부터 이 또한 분석이 가능하다. 마지막으로 금속소재 내부의 결함이 있다면 이로 인해 회절파의 모양이 변화됨으로 적층결함확률 및 에너지를 정량적으로 분석할 수 있다. 본 발표에서는 국내 연구용원자로에 구축된 회절장치를 이용한 측정분석기술의 기초를 간단히 설명하고 몇가지 측정 예 1) 3D 프린팅 소재 잔류응력, 2) 고장력강의 이상 변형거동, 3) 엔트로피 강에서의 적층결함확률 및 에너지 분석 결과를 보여주고자 한다.

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정유인 재료공정팀장 (한국항공우주산업㈜) CV

4월 27일(수) 9:00-9:25 [항공1-1] 항공재료 국산화 추진 전략과 촉진 방안 국내 항공산업은 KT-1 초등훈련기의 국내 개발 이후 고정익 분야에서 고등훈련기 T-50, 민간소형항공기 KC-100, 한국형 전투기 KF-X를 개발하고 있으며 회전익 분야에서 한국형 기동헬기 KUH, 소형무장헬기 LAH, 소형민수헬기 LCH를 개발하고 있다. 이러한 개발경험을 통해 대한민국은 세계 수준의 항공기 개발 역량을 갖게 되었으며 이는 KT-1과 T-50의 인도네시아, 터키, 페루, 말레이시아 등 다양한 국가로의 항공기 수출 성과로 이어지고 있다. 상기의 다양한 개발 성과에도 불구하고 국내 항공재료산업은 불모지와 다름없는 상황인데, 이는 항공기의 특성상 높은 비강도를 갖는 재료를 설계에 적용하기에 2000계 및 7000계 알루미늄과 6Al-4V 타이타늄 합금이 구조용 항공재료 시장의 대부분을 차지하고 있으나 해당 항공기 인증 기준을 통과하는 재료를 제작하는 국내 업체가 없어 해당 재료를 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 그렇지만 일본의 원자재 수출 규제 등과 같은 다양한 국제 환경 변화에 능동적으로 대응하기 위해서는 항공기용 타이타늄 등과 같은 전략적 물자에 대해서는 자체적인 생산 역량 확보가 필요하다는 목소리가 나오고 있으며 이에 따라서 항공재료의 국산화를 위한 추진 전략 수립과 구체적 방안 정립이 필요한 시점이다. 항공재료는 높은 수준의 신뢰성을 요구하기에 작업자에 따른 차이를 최소화하고 균일한 품질의 재료를 생산하기 위해 생산 설비 구축 시 다양한 장치와 치구를 요구하고 있으나 현재 국내에서는 이러한 설비를 체계적으로 구축하고 있는 업체가 1곳도 없는 것이 현실이다. 이러한 현상황에서 항공재료의 국산화를 효율적으로 추진하기 위해서는 국내 소재 업체의 역량을 평가한 후 선택과 집중 전략으로 역량 있는 업체를 선별해서 특화된 항공재료의 개발을 진행하고 평가를 수행하여 가능성을 확인하고 이후 해당 재료의 국제 경쟁력 확보를 위해 필요한 장치과 치구를 선정하여 체계적 생산 설비를 구축하는 것이 필요하다. 단 생산 설비 구축에는 많은 비용과 시간이 소요되기에 정부, 소재업체, 연구기관, 수요업체가 함께 참여하는 협의체를 통해 역량에 대한 객관적 평가와 함께 사업화 방안 결정이 선행되어야 한다고 판단된다.또한 항공재료의 최종 성능 평가를 위해서는 항공기를 활용한 체계장착시험이 요구되는데, 이는 소재업체 독자적으로는 진행할 수가 없는 시험이다. 따라서 국내 소재 업체의 재료 개발을 촉진하기 위해서는 국내 유일한 항공기 체계종합업체인 한국항공우주산업이 해당 소재 업체와 개발단계부터 협업하여 개발 소재에 대한 체계장착평가 계획을 수립하고 이를 근간으로 운용 평가를 수행하며, 이에 대한 평가 보고서를 작성하여 해당 업체에 제공함으로써 이를 근간으로 항공기용 소재로서 감항인증을 받도록 기술지원을 수행해야 항공재료의 국산화가 촉진될 것이다.

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강전연 책임연구원 (한국재료연구원) CV

4월 29일(금) 10:40-11:05 [철강4-7] 철강 미세조직 분석을 위한 EBSD 활용 기술 후방산란전자회절(electron backscatter diffraction, EBSD)은 상용화 이후 지난 30년간 측정 속도와 정확도, 사용자 편의성 등에서 매우 큰 향상을 이루었다. 오늘날 EBSD는 본래의 목적인 결정방위 측정 외에도 다양한 형태의 미세조직 분석 업무에 활용할 수 있는 범용 도구로서 인식되고 있다. 특히 상용 금속 소재 중 가장 복잡하고 다양한 형태를 가지는 철강의 미세조직 분석에 있어 EBSD가 제공하는 방위영상(orientation image)의 다양성은 큰 강점을 보여왔다. 대표적으로는 EBSD가 제공하는 양호도 지표, 국부적 방위 편차 등을 다상복합조직 철강 제품의 상분석에 유용하게 활용할 수 있었다. 최근에는 이에 머신러닝을 적용함으로써 높은 정확도와 함께 사용자 편의성과 신뢰성을 보완한 결과도 얻을 수 있었으며, 일부 강종에 대해서는 EBSD가 제공하는 미세조직 정보로부터 대략적인(평균 오차 10 % 내외) 인장물성을 예측하는 것도 가능하였다. 다상복합형 미세조직의 변형 거동을 파악하기 위한 in-situ 시험에서도 디지털영상상관(digital image correlation, DIC) 기법과의 결합을 통해 매우 유용한 정보들을 얻을 수 있었다. 다른 한편으로 이러한 시도들을 보다 성공적으로 만들기 위한 철강에 특화된 영상화(imaging) 기술 역시 지속적으로 개발하고 있다.

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강승균 교수 (서울대학교) CV

4월 28일(목) 9:25-9:50 [신진1-2] 비침습형 의료소자를 위한 생분해성 전자소재 기술 박막소자 및 정보통신 기술의 발전은 실시간 진단과 치료를 목표하는 의료기술에도 새로운 기술혁신 바람을 가져왔다. 특히, 전자소자의 두께가 얇아지고 기계적 특성이 유연하고 신축성을 가지면서 체내삽입형 의료소자에 응용이 주목을 받고 있다. 삽입형 의료소자는 환부에 직접 사용되기 때문에 정확한 생체신호를 센싱할 수 있으며 국부적인 영역에 치료를 수행하여 치료효율을 극대화 시킬 수 있다. 하지만 삽입형 의료소자를 사용하기 위해서는 소자를 삽입하기 위한 수술 및 사용 후 제거하기 위한 수술을 감내해야한다는 한계점이 있다. 본 발표에서는 체내에서 분해되는 생분해성 전자소재를 활용하여 삽입형 소자의 사용 후 제거 수술이 필요하지 않은 새로운 개념의 삽입형 의료소자를 소개하고자 한다. 삽입물의 체내 잔류에 의한 체내이동에 의한 내부 조직 손상 및 바이오필름 형성 등의 감염 문제를 예방하고, 제거 수술로 인한 2차 감염을 최소화하는 최소침습형 기술에 제시가 가능하다. 생분해성 전자소자를 구현하기 위하여 생분해성 무기물 나노박막을 활용하여 반도체 및 유전체의 성질을 구현하고, 생분해성 금속을 배선으로하여 생분해성 전자소자를 개발하였다. 특히, 생분해성 금속, 유전체, 실리콘 나노박막 반도체의 생분해 특성을 소재의 조성, 결정성, 첨가물 등의 효과와 함께 정량화하였으며 pH 및 온도 등 환경에 의한 생분해 동역학의 차이를 규명하였다. 생분해성 유연고분자 기판에 실리콘 나노멤브레인 소자를 결합하기 위하여 생분해성 물질에 특화되어 있는 전자공정방식을 개발하였다. 개발된 소재 및 공정기술을 활용하여 MOSFET 소자부터 논리회로를 비롯하여 온도, 압력, 변형률 센서 등의 물리센서, pH, glucose 센서 등의 전기화학 센서에 이르기까지 다양한 생분해성 소자를 개발하였다. 궁극적으로 뇌압을 모니터링하여 잠복기가 있는 뇌출혈을 진단하는 의료소자, 말초신경을 무선으로 자극하여 신경재생을 촉진하는 신경재생 전자약, 약물방출 시점을 조절할 수 있는 약물전달장치까지 다양한 생분해성 소자를 개발하여 실증하였다.

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김영천 교수 (국립안동대학교) CV

4월 28일(목) 9:00-9:25 [신진1-1] 멀티스케일 구조소재의 기계적 신뢰성 측정 구조소재는 우리 주변에서 가장 많이 사용되는 소재로 손꼽힌다. 거대 구조물에서 미세소자에 이르기까지 기계적 신뢰성은 많은 연구자들에 의하여 예측하고 측정되어 왔다. 최근에는 연속압입시험법이 등장하면서 매크로 스케일에서는 비파괴적이면서 실시간으로 대상의 기계적 특성을 측정하는 용도로, 나노 스케일에서는 대체 시험이 거의 존재하지 않는 유일한 시험법으로서 널리 사용되고 있다. 본 발표에서는 다양한 스케일과 소재에 대하여 연속압입시험법을 이용한 연구사례를 소개하고자 한다. 기존 파괴적인 시험법에 비하여 많은 장점을 보일 수 있는 매크로 스케일의 연구는 주로 ISO/TR 29381에 보고되어 있는 압입시험법을 통한 인장특성 및 잔류응력을 측정하는 방법과 같이 압입시험법을 통하여 고급화된 특성을 예측하려는 것이 주를 이룬다. 마이크로/나노 스케일에서는 새롭게 개발된 나노 구조소재의 기계적 특성을 측정하거나, 측정된 특성의 특이 현상에 대한 고찰이 연구되고 있다. 연속압입시험법과 함께 디지털이미지상관기법, 유한요소해석 등 추가적인 기법과 연계하려는 연구 또한 시도되고 있어 이에 대한 정리를 추가하였다.

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정재길 교수 (전북대학교) CV

4월 28일(목) 9:50-10:15 [신진1-3] 초음파용탕처리의 알루미늄 조직 미세화 기구 초음파용탕처리는 통상적으로 16 kHz 이상의 초음파를 용탕에 직간접적으로 주사하는 기술로서 알루미늄 합금의 주조결함을 줄이고, 조직을 미세화하는 효과가 있다. 초음파용탕처리에 의한 결함 제어 및 조직 미세화는 알루미늄 합금의 기계적 특성, 주조성, 가공성 등을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 초음파용탕처리에 의한 조직 미세화는 용탕내부에 발생하는 캐비테이션 및 음향유동 현상과 관련이 있으며, 많은 연구자들이 알루미늄 합금 및 미세화 대상에 따른 세부적인 미세화 기구를 규명하는 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 고온용 소재 및 전선용 소재로 활용되고 있는 Al-Zr계 합금의 미세조직에 미치는 초음파용탕처리의 영향을 조사하였다. 초음파용탕처리는 D023 구조의 Al3Zr 초정상의 크기를 줄이고, 개수와 분율은 증가시켰다. 전자현미경 분석을 통해 Al3Zr 초정상의 미세화는 초음파용탕처리에 의해 Al2O3 산화물의 젖음성과 분산도가 향상되었기 때문임을 확인하였다. 냉각속도가 증가함에 따라 Al3Zr 초정상의 생성이 억제되었는데, 이는 알루미늄 결정립의 핵생성 수의 감소로 이어져 주조합금의 결정립 크기는 감소하였다. 초음파용탕처리하면 초정 Al3Zr 상이 미세화 및 개수 증가로 인해 Al-Zr 합금의 결정립을 미세화하였다. 한편, Ti이 첨가된 Al-Zr 합금의 경우 초음파처리하면 결정립의 크기가 오히려 증가하였는데, 이는 용탕이 균질화됨에 따라 다수의 Ti 용질이 Al3ZrTi 초정상의 형성에 활용되어, Ti 용질에 의한 결정립 성장 억제 효과가 감소하였기 때문으로 추측된다. Al-Zr 합금의 시효경화는 냉각속도가 빠를수록 증가하였으며, 초음파처리는 시효경화에 영향을 주지 않았다. 상기 연구를 통해 초음파처리에 이은 빠른냉각은 Al-Zr 합금의 결정립 조대화를 억제하면서 시효경화를 통해 강도를 증가시킬 수 있는 방법으로 활용될 수 있음을 확인하였다.

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조훈휘 교수 (국립한밭대학교) CV

4월 28일(목) 10:15-10:40 [신진1-4] 고상 접합 재료에서의 전기화학적 특성 연구 고상 접합은 용융 용접과는 달리 모재를 고상에서 접합을 하게 되는데, 새로운 소재 및 복합첨단 소재의 개발로 고상 접합 기술이 큰 주목을 받고 있다. 고상 접합 기술은 기존의 용접 방법으로는 접합이 불가능한 소재, 접합이 어려운 복잡한 형상, 고품질/고정밀성이 요구되는 소재 등에 적용을 가능하게 하였다. 본 연구에서는 고상 접합 기술 중 대표적인 방법인 마찰교반접합과 통전압접방법을 소개하고, 여러 금속에서의 적용 가능성을 설명한다. 또한, 특정 접합부의 미세조직을 측정하고, 이에 따른 기계적 특성/전기화학적 특성을 분석한다. 특히, 이종 금속 접합부에서 본질적으로 기인하는 전기화학적 불안정성인 부식 특성을 분석한다. 마지막으로, 전기화학 모델을 금속재료에 적용함으로써, 실험적으로 측정 불가능한 조건에서의 재료 부식 특성을 정량적으로 해석한다.

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박정민 선임연구원 (한국재료연구원) CV

4월 28일(목) 10:45-11:10 [신진2-1] 계층적 불균질성 제어 기반 적층 제조 소재의 기계적 물성 향상 전략 금속 3D 프린팅 기술로 불리는 금속 적층 제조 기술은 3차원 형상의 제품을 고밀도 열원을 이용해 한 층씩 쌓아 올리며 제작하는 공정 특성으로 인해 고성능/다기능성을 위한 복잡하고 정밀한 형상의 제품을 제작할 수 있는 장점을 지녀 다양한 첨단부품 제조 산업에서 많은 관심을 받고 있다. 그러나, 인류의 산업 분야가 심해, 극지방, 더욱 나아가 우주까지 넓어짐에 따라 첨단산업용 부품의 요구 성능은 더욱 빠르게 증가하고 있으며, 적층 제조 기반 부품의 거시적 형상 최적화를 통한 성능 향상 기법은 이미 무수히 많은 연구가 이루어져 그 성능 향상 속도가 점차 느려지고 있는 추세이다. 특히, 레이저빔 등의 고밀도 열원 및 분말을 이용하는 적층 제조 공정은 조절 가능한 부품 형상의 최소 단위가 수백 마이크로미터 수준으로 제한됨에 따라, 더욱 고성능/다기능성의 부품을 제작하기 위해서는 이에 대한 새로운 전략이 필요하다는 의견이 지속적으로 제기되고 있다. 한편, 금속 소재의 고유 물성은 소재 내부 조성 변화 및 미세조직학적 양상에 따라 민감하게 변화함에 따라 다수의 재료공학자들은 금속 소재의 내재적인 물성 향상을 위해 첨가 원소 조절 및 열-기계적 공정 적용을 통한 소재 미세조직 및 변형기구 제어를 주로 연구해왔으며, 다수의 산업에서 이를 활용한 부품 성능 향상이 자주 이루어져 왔다. 이때, 극심한 열이력을 동반하는 적층 제조 공정이 소재 내부 수 나노 단위에서 수백 마이크로미터 단위까지의 계층적이며 불균질한 미세조직을 유발하며, 이러한 특성이 전통 공법으로 제작된 소재 대비 적층 제조된 소재에 우수한 기계적 물성을 부여할 수 있다는 사례들이 보고됨에 따라 이를 활용한 소재 성능 최적화 설계에 대한 기대가 폭발적으로 증가하고 있다. 본 발표에서는 고성능 구조재료인 고엔트로피합금을 활용하여 적층 제조 공정 변수 제어 및 첨가 원소 함량 조절에 따른 나노 단위(나노셀, 석출물, 편석) 및 마이크로 단위(결정립 형상, 배열) 불균질성 변화가 소재 기계적 거동에 미치는 영향을 논의하며 적층 제조 기술을 활용한 금속소재의 새로운 성능 향상 전략을 소개한다.

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원성빈 책임연구원 (동국제강 중앙기술연구소) CV

4월 28일(목) 11:10-11:35 [신진2-2] 국내지진 발생현황 및 내진철근 개발 일반적으로 지진이라하면 가까이 있는 일본, 중국의 대지진을 떠올리게 된다. 하지만 우리나라도 2016년 경주, 2017년 포항지진을 겪으면서 지진에 대한 경각심이 많이 높아졌다. 특히 규모 5.8의 경주지진은 많은 사람들이 지진을 경험하게 하였으며 이는 1978년 규모 5.0의 홍성지진을 시작으로 지진관측을 시작한 이래 현재까지 가장 규모가 큰 지진이었다. 이를 계기로 우리나라도 지진에 대한 대책방안을 마련해야 하며 언제든 발생할 수 있는 지진에 대해 각 분야의 활발한 연구가 필요하다. 지진피해를 줄이기 위한 내진설계 관련 법령은 2016년 경주지진을 계기로 설계 기준강화, 개정되어 시행되고 있으나 2021년 8월 기준 전체 건축물에 대한 내진설계 비율은 13.2%로 여전히 낮은 수준을 기록하고 있다. 이는 내진설계가 되어 있지 않은 기존의 민간 건축물은 내진설계 기준을 준수할 의무가 없다는 것이 가장 큰 원인으로 판단되며 내진보강을 권장하기 위한 확실한 지원정책이 필요하다. 우리나라 주거형태는 공동주택(아파트, 연립, 다세대주택) 거주가구 비율이 60% 이상으로 단독주택 비율 대비 약 2배로 매우 높다. 아파트와 같은 고층 건축물은 무엇보다 안전성 확보를 최우선으로 설계되어야하며 이러한 시대적 요구에 맞춰 고강도 및 내진성능을 갖는 건축용 철강재의 수요가 증가하고 있다. 콘크리트구조물의 핵심 소재인 철근도 고강도 및 내진성능을 요구하고 있으며 이에 발맞춰 “항복강도 700MPa급 초고강도 내진철근개발 연구”가 진행되어 이를 소개하고자 한다. 국내 내진철근 개발은 2004~2009년 “차세대 초대형 구조물용 강재 개발” 정부과제를 통해 항복강도 400~600MPa급 내진철근이 개발되어 “KS D 3866 고성능 철근 콘크리트용 봉강”으로 2011년에 내진철근이 KS 규격화되었다. 2016년에는 내진철근의 시장 확대를 촉진하고 초고층 건축물 및 대형 교각에 사용되는 고강도 철근의 안전성을 높이기 위해 일반 철근규격인 “KS D 3504 철근 콘크리트용 봉강”으로 통합되었다. 2016~2021년 “사회 안전 확보를 위한 700MPa급 철근 활용 내진용 철근콘크리트 개발” 정부과제를 통해 항복강도 700MPa급 내진철근이 개발되어 2021년 KS D 3504에 SD700S 강종이 추가되었다. 본격적인 내진철근 생산은 2018년 3분기를 기점으로 현재까지 꾸준하게 생산량이 증가하고 있으며 건축물의 초고층화 및 초대형화, 재개발, 내진보강 등으로 인해 향후 내진철근의 수요는 지속적으로 증가될 것으로 전망된다.

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이세웅 수석연구원 (포스코 기술연구원) CV

4월 28일(목) 11:35-12:00 [신진2-3] 고성형 1180급 Giga Steel 개발 최근 우수한 기계적 물성을 보이는 3세대 AHSS(Advanced High Strength Steels)에 대한 관심이 높아지고 있다. 성형성 확보와 제품의 고강도화를 위해 열간성형 공법의 적용이 증가하고 있는 추세이나 열간성형 공정의 경우 냉간성형 공정 대비 블랭크를 추가로 가열해야 함으로 공정 비용의 증가 및 가공 과정의 CO2 배출량이 증가한다는 단점이 있다. 이러한 단점들의 극복을 위해 냉간성형 가능한 3세대 AHSS 개발에 대한 요구는 지속적으로 높아지고 있다. 그러나 3세대 AHSS의 적용에도 다양한 문제점들이 있는데 고강도 및 성형성 확보를 위해 카본(C), 실리콘(Si), 망간(Mn)등이 일반재 대비 높게 첨가되기 때문이다. 이렇게 개발된 소재는 표층에 형성되는 산화물로 인한 인산염 및 도장 내식성의 열위, 높은 Ceq값에 기인한 낮은 점용접 강도, 도금재의 경우 점용접부의 특성을 열위하게 만드는 액상금속취화(Liquid Metal Embrittlement) 등의 문제점들이 야기될 수 있다. 특히 점용접부의 기계적 특성에 크게 영향을 미치는 액상금속취화 특성의 경우 3세대 AHSS강이 자동차 부품 적용에 제한적으로 적용되는 주요 이유 중 하나이다. 본 발표는 환경적인 부분 및 승객안정성에 대한 이슈 측면에서의 Giga Steel 개발의 필요성에 대해 논하고, POSCO Giga steel 에 대해 소개하고자 한다. 자동차의 경량화는 온실가스 배출량 Net-Zero를 위해 자동차사 및 철강사에서 공동으로 노력해야 할 부분이며, 경량화에 따른 승객 안정성 확보도 매우 중요한 사안이다. 포스코의 고성형1180급 Giga Steel은 미세조직의 정밀한 제어로 높은 인장강도와 연성의 밸런스를 보여주고 있다. 최적화된 열처리 공정의 적용으로 라스(Lath) 타입의 안정적인 잔류 오스테나이트 형성을 통해 구멍확장성(Hole Expansion Ratio)을 개선함으로써 냉간성형성을 극대화 하였다. 액상취화특성은 Auto/Steel Partnership(A/S-P)에서 제안된 표준을 적용하였으며, 성분 및 제조프로세스 최적화를 통해 높은 액상금속취화 저항성을 보였다.

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이태혁 선임연구원 (한국지질자원연구원) CV

4월 28일(목) 12:00-12:25 [신진2-4] 액체금속 음극을 이용한 산화마그네슘의 용융염전해 및 진공증류를 통한 초고순도 마그네슘 금속 제조 상용 마그네슘(Mg) 생산 공정은 돌로마이트(MgCO3·CaCO3)를 원료로 사용하는 열환원법과 무수 염화마그네슘(MgCl2)을 원료로 사용하는 전해법으로 구분된다. 세계 Mg 금속의 약 85 %는 열환원법 중 하나인 Pidgeon 공정을 이용해 중국에서 생산되고 있으나, Mg 제조에 많은 공정에너지가 필요하고 공정 중 다량의 황산화물(SOx) 및 이산화탄소(CO2)의 발생으로 환경부하가 큰 단점이 있다. 전해법의 경우 원료로 사용되는 무수 MgCl2 제조가 에너지 집약적이며, 공정 중 염소(Cl2) 가스가 발생하는 단점이 있다. 한국지질자원연구원에서는 상용 Mg 제련공정의 단점을 극복하기 위하여 액체금속 음극을 이용한 산화마그네슘(MgO)의 용융염전해법 (MSE-LMC: Molten Salt Electrolysis using Liquid Metal Cathode)을 개발하였다. MSE-LMC법을 이용한 고순도 Mg 금속 제조는 MgO의 용융염전해를 통해 음극 금속과 Mg의 합금을 형성하고, 형성된 Mg 합금을 진공증류를 통해 초고순도 Mg 금속을 생산한다. 본 연구에서 MgO의 용융염전해는 액체 주석(Sn) 음극과 탄소(C) 양극을 이용하여 공정 조성의 불화마그네슘(MgF2) - 불화리튬(LiF) 용융염에서 2.5 V의 셀 전압을 인가하여 1053 - 1113 K에서 진행하였다. MgO 용윰염 전해를 통해 Sn - Mg 합금이 형성되었으며, 1053 K에서 전해 시 Mg 함량이 9.0 - 18.1 mass% 인 경우 82.1 - 86.6 %의 전류효율을 나타냈다. 또한, Sn - Mg 합금에서 고순도 Mg을 생산하기 위하여 1200 - 1300 K에서 5 - 10 시간 진공증류를 수행하였으며, 1300 K에서 진공증류를 통해 순도 99.999 %의 Mg 금속을 회수할 수 있었다. 이때 Mg - Sn 합금 내 Mg 함량은 34.1 mass%에서 0.17 mass%로 감소하였다. 이와 같이 본 연구를 통해 개발된 액체금속 음극을 이용한 Mg 신제련공정은 효율적으로 MgO으로부터 초고순도 Mg 금속의 생산이 가능한 공정임을 확인하였다.