전량 수입에 의존해 온 발전터빈용 타이타늄 블레이드 제조기술 개발
한국재료연구원(원장 이정환, 재료연)은 이상원 금속재료연구본부 타이타늄연구실 연구팀이 한스코, 부산대, 에스앤더블류, 진영TBX와 산·학·연 공동연구로 대형 타이타늄 압축기 블레이드 국산화에 성공했다고 4일 밝혔다.
타이타늄 압축기 블레이드는 기존 철강 블레이드보다 넓은 유로(flow path)로 공기를 흡입·압축해 효율적으로 연소기에 공급한다. 고효율 차세대 복합가스터빈 핵심부품이다.
철강 블레이드를 타이타늄 블레이드로 대체하면 가스터빈 에너지효율을 약 0.1% 높일 수 있고, 경제적 가치는 터빈 1기당 연 수백만달러에 이른다. 최신 고효율 가스터빈 모델에 타이타늄 압축기 블레이드를 적용하는 이유다.
또한 가스터빈 블레이드 대형화는 연소 온도와 압력 증가에 대응하고 에너지 효율을 높일 수 있는 요소다. 기존 내열 철강 소재는 대형화에 따라 무게도 증가해 운전 중 파단 문제를 안고 있어 점차 고강도 경량 금속 소재인 타이타늄 합금으로 대체되고 있다.
연구팀은 고강도 타이타늄 합금(Ti-6Al-4V)을 이용해 대형 28인치급 압축기 블레이드를 제조할 수 있는 기술을 개발했다. 소재부터 부품 제조까지 전주기 공정(용해→중간재→형단조→가공)을 자체 기술로 해결했다. 기계·화학적 평가를 거쳐 국산 블레이드 신뢰성과 경쟁력을 확보했다.
수요기업 두산에너빌리티는 해당 국산 타이타늄 블레이드를 다수 구입해 사업화를 위한 신뢰성 평가를 진행하고, 차세대 국산 가스터빈 모델 적용을 검토하고 있다.
이상원 선임연구원은 “가격과 품질, 납기 등 제품 경쟁력 향상을 위한 공정개선 연구를 추가 진행할 계획”이라며 “그동안 개발이 어려웠던 국방, 항공, 우주용 대형 타이타늄 부품 국산화에도 적용할 수 있어 파급효과가 클 것”이라고 말했다.
이번 연구는 산업통상자원부 소재부품기술개발사업(1250㎫급 고비강도 타이타늄 합금 대형 블레이드 제조기술 개발) 지원을 받았다. 우리나라는 세계 다섯 번째로 가스터빈 독자 모델을 개발했고, 현재 에너지효율 63%의 복합가스터빈을 개발하고 있다. 이와관련 정부는 2030년 글로벌 가스터빈 4강 추진전략을 제시했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
