한국재료연구원(KIMS)이 타이타늄(Ti) 소량 첨가 및 열처리 최적화로 파괴 저항성과 조사 저항성을 높인 초고온, 방사선을 견디는 차세대 소재를 개발하며, 핵융합 발전의 핵심 철강재로 적용할 수 있을 것으로 기대가 모아진다.

재료연구원은 1억℃ 초고온과 고에너지 중성자 환경을 견디는 차세대 저방사화 철강 ‘K-RAFM’(Reduced Activation Ferritic/Martensitic)을 국내 최초로 개발했다.

이창훈 박사팀이 창원대·명지대와 공동 연구한 결과로, 핵융합 발전소 핵심 구조재 국산화에 한 걸음 다가섰다는 평가다.

K-RAFM은 타국 RAFM강이 지닌 두 가지 한계를 동시에 돌파했다. 연구진은 타이타늄을 미량 첨가해 크롬계 거대 탄화물 생성을 억제하고, 열처리 온도를 730∼740℃로 낮춰 탄화물 입자를 더욱 미세화했다.

그 결과 재료 내부 조직이 치밀‧균일해져 파괴 저항성이 크게 향상됐으며, 고에너지 중성자 조사 후에도 기계적 특성 저하가 최소화됐다. ‘깨지지 않는 힘’과 ‘방사선 내성’이라는 핵심 지표 모두에서 세계 최고 수준을 기록한 셈이다.

이 철강은 블랑켓·디버터·내부용기 등 핵융합로 핵심 부품에 적용 가능하며, 소형모듈형원자로(SMR)·우주선 구조물 등 고온·방사선 극한 환경이 요구되는 미래 산업에도 확장될 전망이다.

연구팀은 현재 2건의 특허와 ‘K-RAFM’ 상표를 이미 등록했으며, 대량생산 공정 확보를 위한 실증 연구에 속도를 내고 있다.

이창훈 책임연구원은 “K-RAFM 상용화는 핵융합 실증로 건설의 안전성 확보와 소재 기술 자립을 동시에 이룰 결정적 열쇠”라며 “국내 철강 산업 경쟁력 제고에도 큰 시너지가 기대된다”고 말했다.

본 과제는 과기정통부와 한국연구재단의 핵융합 연구개발사업 지원을 받아 수행됐으며, 현재까지 SCI(E) 논문 20여 편을 포함 약 30편의 학술 성과를 창출했다.