산업사회가 급속도로 발전함에 따라 지구 온난화를 비롯한 환경오염 및 화석연료 고갈에 따른 에너지 절약 문제가 심화되고 있다. 이에 이산화탄소 배기량에 대한 국제적인 규제 강화 등으로 자동차 구조재료인 금속분야에서는 각종 기계류 집약화, 운송수단 경량화, 환경문제 등 다양한 사회적 요구를 수용할 수 있는 고강도, 고연성, 장수명을 갖는 소재 개발에 대한 필요성이 증대되고 있다. 자동차 구조재료용 철강의 경우 2016년에 약 6,000 만톤으로 2014년에 대비 10% 성장률을 나타내고 있으며 이 중 초고강도 강의 수요는 약 25% 정도에 이를 것으로 예측하고 있다. 또한 최근 자동차 산업계에서는 승객의 안정성을 확보하고 고강도를 통해 차체의 경량화를 달성하여 연비를 향상시키는 미래 자동차 기술개발에 대한 경쟁이 범세계적으로 치열해지고 있으며, 소재 기술력을 앞세워 미래 자동차 시장을 선점하려는 움직임 또한 활발하다. 따라서 신개념 소성가공 기술을 통한 초고강도, 고연성화 금속계 구조재료 개발이 향후 산업경쟁력을 확보하는 핵심기술로 급부상하고 있다.

 이를 위해 강도와 연성을 동시에 확보하는 기술이 필요하며 기존 물성한계를 넘어설 수 있는 신 소성가공기술 즉, 구속전단가공법, 극한비틀림변형법, 반복주름펼침압연법, 누적접합압연법 등 전단가공방법에 관한 학술적인 이론이 정립되고 있으며 이를 사용한 소재개발이 활발히 진행되고 있다. 전단가공을 통해 제어된 소재의 미세조직은 마이크로 단위 이하로 정의되는 초미세립 혹은 100nm 이하 나노결정립으로 이루어져 있어 우수한 기계적 특성을 나타낸다.

 현재까지 실용화 기술로서 제어압연을 통한 소재의 결정립 크기는 3~5μm가 한계라고 알려져 있으나 상술한 강소성 전단가공법을 통해서는 결정립의 초미세화가 가능하다. 그러나 강소성 가공법을 양상용 강재의 제조법으로 실용화하는 데에는 조업의 연속화와 설비의 대형화가 극복해야 할 난제로 남아있어 가까운 시일 내 산업적 실용화를 기대하기는 곤란하다. 따라서 강소성 전단가공법을 직접적으로 사용하는 것보다 변형모드 및 열처리 기법의 개선을 통해 실용 가능성을 효율적으로 극대화시킬 수 있는 공정기술 및 장치 개발이 필요하다. 다만 누적압연접합법은 통상 압연장치를 사용할 수 있고 연속화가 비교적 용이하므로 공정을 최적화한다면 다른 강소성 전단가공법에 비해 산업적 실용화 가능성이 높을 것으로 전망된다.
 

고영건 교수(신소재공학부)