물체는 힘이나 열과 같이 외력을 받으면 변형이 일어납니다. 발생한 변형에 저항해 원래대로 돌아가는 성질을 탄성, 변형을 그대로 유지하려는 성질을 소성이라 부릅니다. 외력의 크기에 따라 물체가 탄성을 가질지 소성을 가질지 결정되는데, 보통 외부 자극이 커질수록 소성 변형이 주요 변형 기구가 됩니다. 재료의 소성 거동은 미시적 원자에서부터 거시적 모습까지 여러 단계를 이해해야 하는 매우 복잡한 현상입니다.

철강・에너지소재대학원 Frederic Barlat 교수가 이끄는 ‘재료역학 연구실’은 금속의 소성 거동을 모사하기 위한 수학모델을 개발하고 있습니다. 일반적인 기존의 금속보다 강한 초고장력강(AHSS)의 소성 거동에 집중하고 있습니다. 초고장력강은 최근 자동차 산업에서 많이 사용되고 있는데, 이는 초고장력강의 강한 강도가 승객의 안전성을 보장하면서 자동차 차체를 가볍게 만들어 배기가스를 줄이는데 도움이 되기 때문입니다.

다만 초고장력강의 강한 강성은 기존 금속에 비해 사용자가 원하는 형태를 만드는데 있어서 걸림돌이 되고 있습니다. 이는 초고장력강의 기계적 성질이 기존에 쓰이던 강재와 다르기에 전통적인 금속 성형을 위한 모델링과 방법들은 초고장력강에는 적용할 수 없습니다. 따라서 재료역학 연구실은 초고장력강의 성형성을 예측하기 위한 모델링과 방법론을 개발하고 있습니다. 전 세계의 학계와 연구기관, 업계와 협력해 혁신적인 실험 기법과 최첨단 알고리즘을 적용한 모델을 개발하고 있습니다.

최근에 연구팀이 개발한 이 같은 모델은 전 세계 초고장력강 소성 모델의 표준이 되었습니다. 세계철강협회 지부 중 하나인 ‘World Auto Steel’은 올해 ‘초고장력강 사용지침’을 발표하였습니다. 이 지침에서 연구팀이 개발한 ‘Homogenous Anisotropic Hardening (HAH)’라는 소성 모델이 표준 모델로 소개되었습니다. 이 모델은 2011년 처음 아이디어를 고안해 지난해까지 4번의 보완 과정을 거쳤고, 연구팀은 여전히 완벽한 모델을 개발하기 위해 연구 중입니다.

또한, 연구팀은 포스코와 긴밀한 협력 관계를 맺고 있습니다. 물리와 기계, 열역학 개념에 깊이 뿌리를 둔 과학연구들은 곧장 포스코의 철강 제품 설계와 제조를 위한 도구로 사용될 수 있습니다. 기초과학에 대한 탐구가 곧 산업 적용이라는 실용성도 갖게 되는 것 입니다.

발랏 교수는 “과학적으로 견고하고 실질적으로 사용할 수 있는 솔루션을 얻기 위해 끊임없이 노력하겠다”며 “전기 자동차 프레임과 배터리 케이스, 연료 전지용 양극판과 같은 새로운 응용 분야와 관련한 솔루션 제시에도 열중할 것”이라고 밝혔습니다.