친환경적 초급속냉각 열처리 기술

[산업일보]
미래창조과학부(이하 미래부) 산하 한국기계연구원(이하 기계연) 이정호 책임연구원 연구팀이 금속재 품질 향상을 위한 친환경 ‘초급속냉각 열처리 기술 개발’에 성공했다.

초급속냉각 열처리 기술은 초당 600℃ 이상의 균일냉각이 가능하며 금속재의 인성을 200% 향상시키는 기술이다. 열 공정 극한 기술연구실 이정호 책임연구원 연구팀은 금속재의 성질을 향상시키기 위해 필요한 냉각과정에 기존의 오일이나 폴리머 대신 냉수를 이용해 친환경적인 방법으로 ‘초급속냉각 열처리 기술’을 개발했다.

이 기술을 이용하면 금속 표면을 초당 600℃ 이상 급속냉각 시킬 수 있어 표면에 ‘마르텐사이트’ 조직이 효과적으로 생성된다. 마르텐사이트 조직은 금속 조직이 매우 촘촘한 상태로 금속 표면을 매우 단단하게 만든다.

핵심기술은 냉각 대상을 둘러싸고 시방에서 냉각수를 분사해 금속재를 균일하게 냉각시키는 것이다. 금속재를 열처리 하는 동안 냉각능을 일정하게 하는 ‘다중 제트냉각 기술’을 이용하면 열처리 단면의 냉각능을 개별적으로 제어할 수 있다.

기존에는 금속재의 물성을 향상시키기 위해 고온으로 달군 금속재를 주로 오일이나 폴리머에 담가 냉각시키는 방법을 썼는데 이 과정에서 폐오일이 발생하는 등 환경오염 우려가 제기돼왔다.

도한 냉각재에 담글 때 닿는 부위에 따라 냉각되는 정도가 달라지면서 냉각편차가 커져 열처 열처리 이후 금속표면의 조직이 불균일해지는 어려움이 있었다. 2000년 초반 미국에서 개발한 기존의 ‘금속냉각 기술’은 냉각수가 한 방향으로만 고속으로 흐르는 방식이어서 금속재의 냉각 정도가 불균일한 문제를 해결하지 못했다.

이정호 박사는 “국내 금속표면의 열처리 냉각기술은 대부분 해외 설비를 도입하고 복제한 수준으로, 주로 냉각재로 오일을 사용하는 보편적인 열처리 냉각 수준에 머물러있다”며 “초급속냉각 기술을 활용하면 향후 풍력발전소의 날개를 비롯한 고부가가치 고급 단조강의 기계적 성능을 더욱 향상 시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

이어 “나아가 자동차, 조선, 플랜트, 중공업 등에 사용되는 핵심 기계부품의 성능향상에 기여해 국내 제조업 경쟁력을 강화시킬 수 있을 것”이라며 “초급속냉각 열처리 기술을 통해 국내 중소기업이 세계 강소기업이 될 수 있도록 기업기술 지원도 아끼지 않겠다”고 덧붙였다.