특허청, 2002년 특허출원 40건 달해 … 듀플렉스 기술이 핵심 최근 화력발전소의 환경정화설비, 원자력발전소의 해수처리설비, 해수 담수화설비, 석유화학공장 등의 환경 및 에너지 설비투자의 급속한 발전으로 제3세대 스테인리스강 기술개발에 세계적인 관심이 집중되고 있다.스테인리스강은 합금 조성비에 따라 바닷물 부식에 견디는 저항이 달라져 1세대 스테인리스강, 2세대 스테인리스강, 3세대 스테인리스강으로 분류되는데 1세대는 바닷물 속에서 1년을 견디는 반면, 2세대는 10년 정도, 3세대는 50년 정도를 견딘다. 이에 따라 1999년 20건에 불과했던 스테인리스강과 관련된 특허 출원이 2000년 27건, 2001년 31건, 2002년 40건으로 해마다 증가하는 경향을 보이고 있다. 특허청에 따르면, 최근 연세대(재료공학부 박용수 교수팀)에서는 기존 스테인리스강에 비해 내식성은 4배, 강도는 70% 이상 우수한 성능의 제3세대 울트라 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강을 개발했다. 연세대가 개발한 스테인리스강은 용접이나 주물제조 때 유연성과 내식성이 떨어지는 기존제품의 단점을 근본적으로 해결한 것으로 제조코스트도 20% 이상 저렴한 것으로 알려지고 있다. 특히, 제3세대 스테인리스강을 이용한 주물제품은 국내 원자력 발전소 해수 냉각계통에서 2년 동안 장착시험에 성공해 본격적인 양산체제에 돌입한 상황이다.
저항성은 세계 공식 저항지수 PRE(Pitting Resistance Equivalent)로 [PRE= %Cr+3.3(%Mo+0.5xW)+30×%N]을 정량화해 사용하고 있으며, 해수 등의 염소이온 환경에서는 듀플렉스 스테인리스강의 내식성이 Cr, Mo, W 및 N의 합금량에 의해 결정될 수 있다. 관계식에 따라 제1세대 듀플렉스 스테인리스강의 PRE은 약 36, 제2세대는 약 44, 제3세대는 약 51이다. Cr 및 Mo의 첨가량이 증가될수록 모재의 내식성은 향상될 수 있으나, 중력주조 및 연속주조 때 또는 열간압연 후 서냉될 때 금속간상(σ, χ 상등)들이 빠르게 석출됨으로써 취화에 의한 균열이 발생해 생산수율을 크게 저하시킨다. 특히, 용접 후 서냉될 때 충격인성 및 내식성을 저하시키는 금속간상들이 석출됨으로써 모재가 갖고 있던 특성들이 급격히 떨어져서 내구수명에 문제를 발생시킨다. 해수환경에서 제1세대 듀플렉스 스테인리스강의 수명은 1년 정도이고, 제2세대 강은 10년 정도이며, 제3세대 강은 50년 정도이다. 제3세대 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강인 SR-4DX는 7-8년 전부터 상용화된 제2세대 듀플렉스 스테인리스강(UR 52N+/UNS S32550, SAF 2507/UNS S32750)보다 내식성 및 기계적 성질이 1단계 위인 재질로 기존의 제 2세대 상용 듀플렉스 강의 최대 취약점인 용접 열영향부에서의 충격 인성 및 내식성을 저하시키는 금속간상 (σ, χ)들의 형성을 원천적으로 지연시키기 위해 원자상태로 고용된 REM(Rare Earth Metals), Ba과 지름 3㎛ 이하의 미세한 REM Oxy-sulfide 및 Ba 산화물을 균일하게 분포시키고, Cr 및 Mn을 상향 첨가해 고질소화(0.35%)한 것이다. 재질이 갖는 가장 큰 장점은 기존의 6 Mo-슈퍼 오스테나이트계보다 공식 및 틈부식 저항성이 우수하고, 항복강도가 80% 정도 높으며, Ni 함량이 11-17% 정도 적게 첨가되고 Mo 함량이 반으로 줄어들어 원가 측면에서 우월성을 크게 확보하고 있다는 점이다. 앞으로 6 Mo-슈퍼 오스테나이트 스테인리스강과 Ti 및 C-276이 적용되는 분야는 제3세대 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강으로 대체가 가능할 것으로 예측되고 있다. 표, 그래프: | 듀플렉스 스테인리스강 관련기술의 국내특허 출원현황 | 제2세대 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 기술의 외국특허 출원현황 | <화학저널 2005/01/13> |
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