Research

[POSTECH·POSCO·Questek Innovations LLC 통합전산재료공학과 AI 활용해 고성능 내화강 개발]

 대한민국 역대 최악의 산불 참사가 발생한 가운데, POSTECH 연구팀이 화재로 인한 건물 붕괴를 막을 튼튼한 철강을 개발했다. 

 일반적인 강철은 화재가 발생했을 때 600℃ 이상의 고온에서 강도가 급격히 저하되어 건물 붕괴로 이어질 수 있다. ‘내화강(Fire-resistant Steel)’은 600℃ 이상 고온에서도 강도 3분의 2 이상을 유지할 수 있도록 만들어진 소재다. 하지만 몰리브덴(Mo) 같은 희귀 금속이 필요해 원가가 높다는 문제가 있었다. 

 친환경소재대학원 김경덕 교수 연구팀은 POSCO 기술연구원, 미국 퀘스텍 이노베이션스(QuesTek Innovations) LLC 연구팀과 함께 고속대량스크리닝 CALPHAD^*1 기법과 AI(인공지능)를 결합해 이러한 한계를 극복하는 새로운 접근법을 제시했다.

 연구팀은 11가지 합금 원소를 다양하게 조합하고, 각 조성에 대해 고체 용액 강화, 석출 강화 등 강도에 영향을 미치는 요소들의 기여도를 계산했다. 그리고, 5,000개의 조성에 세 가지 열처리 조건을 적용하여 30,000개 이상의 고온 항복강도를 예측하는 대규모 시뮬레이션을 수행한 후, 방대한 데이터베이스를 AI로 분석했다.

 이를 바탕으로 연구팀은 이론적으로 가장 우수한 성능을 보이는 조성을 찾고, 실제 제작에 성공했다. 개발된 내화강은 600℃에서 520~770MPa에 달하는 항복강도를 보였으며, 이는 기존 S355(항복강도가 355MPa 이상인 강철) 강재의 강도를 두 배 이상 초과하는 수치다. 연구팀이 개발한 튼튼한 내화강은 고층 건물과 교량의 안전성을 획기적으로 높이고, 화재 발생 시 인명과 재산 피해를 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

 이번 연구를 이끈 POSTECH 김경덕 교수와 POSCO 양홍석 수석연구원은 "이번 연구는 기존 내화강 연구의 패러다임을 완전히 바꾼 혁신적인 접근법"이라며, “앞으로도 통합전산재료공학 기술과 AI를 활용해 다양한 산업용 고성능 합금을 개발할 계획이다"라고 전했다.

 한편, 이 연구는 최근 ‘머티리얼즈 앤 디자인(Materials & Design)’ 온라인판에 최근 게재됐으며, POSCO 기술연구소의 연구 지원을 받아 수행됐다. 

DOI:  https://doi.org/10.1016/j.matdes.2025.113721

1. CALPHAD: 열역학 기반 상태도 모델링 기법이다.