12월 20일, 기자는 중국철강연구그룹 가오나(Gaona)사로부터 푸순특수강(Fushun Special Steel) 및 얼중완항(Erzhong Wanhang)과 공동으로 최근 국내 최대 규모의 초합금 터빈 디스크 일체형 금형 단조품 시제품 생산에 성공했다는 소식을 접했습니다. 이 초대형 GH4706 합금 터빈 디스크 단조품은 섭씨 650도의 고온 환경에 적합하며, 강도는 1200MPa, 무게는 13.5톤, 직경은 2380mm에 달해 해외 독점 체제를 깨뜨렸습니다.
연구 프로젝트 책임자이자 철강 연구 고나 과학기술위원회 부위원장인 자오 광푸에 따르면, 대형 발전소용 고성능 가스 터빈은 고출력, 고열효율, 소형 및 경량, 저공해 등의 뛰어난 장점을 가지고 있으며, 제조 기술은 국가 기술 수준에 도달하여 국가 종합 역량의 중요한 상징 중 하나입니다. 핵심 고온부 부품은 터빈 디스크와 가이드, 작동 블레이드로, 마치 인간의 심장과 같습니다. 이들은 가스 터빈 제조의 핵심 기술이자 고성능 가스 터빈의 국산화를 저해하는 병목 현상입니다. 고성능 가스 터빈 디스크는 10만 시간 이상 고온·고응력 환경에서 장기간 작동해야 하므로, 균질성, 순도, 미세 결정립, 안정적인 재료 구조 및 성능 등 매우 높은 야금학적 품질의 재료가 요구됩니다. 크기가 훨씬 커진 이 초대형 초합금 터빈 디스크는 직경이 2.2미터 이상, 투영 면적이 4.2제곱미터 이상에 달합니다. 이는 항공기 엔진 터빈 디스크 직경의 4배, 투영 면적의 10배, 무게의 60배에 이르는 등 여러 면에서 압도적인 크기입니다. 이러한 초대형 초합금 터빈 디스크의 핵심 제조 기술은 해외에서 완전히 봉쇄되어 오랫동안 서방 국가들이 독점해 왔습니다.
이를 위해 자오 광푸는 프로젝트 팀을 이끌고 일련의 기초 연구 및 기술 연구를 수행했으며, 최종적으로 가장 앞선 국제 표준인 "삼중 용융 + 반복 압축 + 이중 압축 + 일체형 금형 단조" 제조 기술을 채택하여 국제 표준을 구현했습니다. 이는 개발 과정에서 직면했던 대형 초합금 터빈 디스크 제조의 기술적 병목 현상을 극복한 것으로, 예를 들어 18톤 이상의 대형 강괴에 대한 삼중 저편석 용융 기술, 직경 1000mm의 대형 봉에 대한 반복 압축 및 미세 결정립 블루밍 기술, 직경 2200mm 이상의 대형 판재에 대한 일체형 금형 단조 및 저온 성형 및 조직 제어 기술 등을 개발했습니다. 프로젝트 팀은 합금 원소 중 니오븀(Nb) 함량이 극히 높은 GH4706 초합금에서 발생하는 흑점 및 백점 편석과 같은 야금학적 결함에 대한 독자적인 연구 개발과 독창적인 혁신을 이루어냈습니다. 우리나라 중형 가스 터빈의 핵심 고온부 부품은 '스턱넥(stuck neck)' 방식인데, 이 기술을 통해 독자적인 지적재산권을 확보하여 중국 특색에 맞는 대규모 변형 초합금 터빈 디스크를 제조할 수 있는 공정 경로를 개척했습니다.
해부학적 분석 결과, 터빈 디스크의 성능이 유사한 해외 합금의 기술 지표 요구 사항을 충족하여 획기적인 성과를 달성했습니다. 이는 우리나라가 변형 초합금 분야에서 이룬 또 하나의 중요한 돌파구이며, 국내 초대형 터빈 디스크 제조 기술을 국제 선도 수준으로 끌어올리는 원동력이 되었습니다. 12월 8일 베이징에서 GH4706 합금 실물 크기 룰렛 단조품에 대한 이정표 검토 회의가 개최되었으며, 전문가들은 높은 평가를 내렸습니다. 이는 터빈 디스크의 실용화를 향한 견고한 발걸음을 의미합니다.