[창원=뉴스핌] 남경문 기자 = 한국재료연구소(이하 재료연)는 금속재료연구본부 타이타늄연구실 이상원 박사 연구팀이 한스코·부산대·에스앤더블류·진영TBX 등 산·학·연 공동연구를 통해, 차세대 복합가스터빈 핵심부품인 타이타늄 압축기 블레이드 제조기술을 국산화하는 데 성공했다고 4일 밝혔다.
타이타늄 압축기 블레이드는 넓은 유로(flow path)에서 대기 흡입과 압축을 할 수 있고, 기존 철강 소재와 비교해 공력성능 측면에서 효율적으로 고온·고압의 공기를 연소기에 공급 가능해, 차세대 복합가스터빈의 에너지 고효율을 달성하기 위한 핵심부품이다.
기존 압축기 블레이드를 철강에서 타이타늄으로 대체할 경우, 에너지효율이 약 0.1% 상승할 것으로 예상된다. 이는 가스터빈 1기당 연간 수백만 달러의 경제적 가치를 갖는 수치이다. 이러한 이유로 최근 개발된 세계 최고 에너지효율을 가진 해외 가스터빈 모델에는 타이타늄 압축기 블레이드가 적용되고 있다.
이 기술은 고강도 타이타늄 합금(Ti-6Al-4V)으로 28인치급 대형 압축기 블레이드를 제조하는 기술이다. 소재부터 부품 제조에 이르기까지 전주기 공정(용해→중간재→형단조→가공)을 순수기술로 제조해 기술 자립화를 이루고 제조 가치사슬을 국내에 구축했다는 점에 의미가 있다.
연구팀은 소재에서 부품에 이르는 공정 전반에 걸쳐 국내 보유 인프라만으로 제조할 수 있도록 진공용해 해석, 가공열처리 공정설계를 수행했고, 각 공정 제품의 기계적·화학적 평가를 통해 국산 타이타늄 블레이드의 신뢰성 확보를 지원했다. 각 제조공정의 가치사슬이 국내에서 연결되도록 해, 가격․납기․품질 개선으로 국산 제품의 경쟁력을 높였다.
최근 들어, 이산화탄소(CO2) 배출규제와 국내 에너지 수입 의존도 감소 등 복합가스터빈의 에너지효율 향상을 위한 요구가 높아지고 있다. 가스터빈의 연소온도와 압력 증가는 물론, 이를 위한 터빈 블레이드의 대형화가 꼭 필요하다.
기존 내열 철강 소재는 부품 대형화에 따른 무게 증가로 회전 중 부품 파단 가능성이 커 고강도 경량 금속 소재인 타이타늄 합금으로 대체되고 있지만, 이마저도 국내 기술 및 관련 인프라 부족으로 해외에서 전량 수입되는 실정이다.
우리나라는 세계 다섯 번째로 가스터빈 독자 모델을 개발했으며, 현재 에너지효율 63%의 복합가스터빈을 개발하고 있다. 정부 또한 2030년 글로벌 가스터빈 4강을 목표로 추진전략을 공개한 바 있다. 개발한 제품은 국내 가스터빈 발전과 그 방향이 일치하며 세계 최고 수준의 국산 가스터빈 개발에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
상원 선임연구원은 "타이타늄을 이용한 가스터빈 블레이드 대형화는 친환경 복합가스터빈 개발을 위해 꼭 필요한 기술"이라며 "이 기술은 그동안 개발이 어려웠던 국방․항공․우주용 대형 타이타늄 부품 국산화에도 빠르게 적용할 수 있어 그 파급효과가 클 것으로 기대된다"고 말했다.
연구성과는 산업통상자원부 소재부품기술개발사업(1,250MPa급 고비강도 타이타늄 합금 대형 블레이드 제조기술 개발)의 지원을 받아 수행됐다. 현재 수요기업인 ㈜두산에너빌리티는 해당 국산 타이타늄 블레이드를 다수 구입해 사업화를 위한 신뢰성 평가를 수행하고 있으며, 차세대 국산 가스터빈 모델 적용을 검토 중이다.
news2349@newspim.com
