화신볼트산업·소재융합기술연구조합과 고신뢰성 특수볼트 제조 공정 표준화 추진
SMR·원자력·우주항공·가스터빈·해양플랜트 등 고부가가치 산업 분야로의 확장 기대

국내 연구진이 우주항공 및 가스터빈, SMR과 원자력, 해양플랜트 부문에 사용하는 초내열합금 인코넬 기반 특수볼트 제조 기술 확보에 나섰다.

공주대학교는 ‘차세대 에너지 산업용 초내열 인코넬 체결류의 제조 공정 체계화 및 실증 연구’ 과제를 통해 극한환경 산업에 적용 가능한 고성능·고신뢰성 특수볼트 제조 기술의 실증 및 표준화에 나선다고 밝혔다.

이를 위해 공주대학교는 화신볼트산업, 소재융합기술연구조합과 함께 지난 6월 10일부터 11일까지 신라스테이 천안에서 ‘2026년 공공연구성과 실증 시범사업 1차년도 킥오프(Kick-Off) 회의’를 개최했다.

이번 과제는 SMR, 가스터빈, 해양플랜트, 우주항공 등 고온·고압 환경에서 사용되는 특수합금 ‘인코넬 718(Inconel 718)’ 기반 체결류의 제조 공정을 체계화하고, 현장 적용 가능한 표준 제조공정 패키지와 공정–조직–물성 데이터베이스를 구축하는 것을 목표로 한다.

‘인코넬 718’은 우수한 고온 강도와 내식성을 갖는 대표적인 니켈계 초내열합금으로, 항공기·가스터빈·원전 고온 배관 및 산업용 고신뢰성 체결부품에 폭넓게 활용된다. 그러나 실제 제조 현장에서는 원자재 성분 편차, 탄화물·질화물 및 유해상 분포, 열간 단조 조건, 열처리 공정 변수 등에 따라 미세조직과 기계적 특성이 달라질 수 있어 공정 표준화와 품질 안정화 기술 확보가 요구되고 있다.

본 과제에는 공주대학교가 주관연구개발기관으로 참여하며, 화신볼트산업과 소재융합기술연구조합이 공동연구개발기관으로 함께한다. 공주대학교는 원자재 및 기존 양산품의 미세조직·성분 정밀 분석, 단조 공정 변수 정량화, 열처리 조건별 조직–물성 상관관계 분석 등을 수행한다. 화신볼트산업은 실제 양산 설비를 기반으로 시제품 제작, 현장 공정 적용성 검토, 기초 물성 평가 및 불량률 검증을 담당한다. 소재융합기술연구조합은 수요처 요구사항 조사, 검증 항목 체계화, 표준 문서화 및 기술 확산을 지원한다.

공주대학교는 먼저 기존 양산품과 불량품의 미세조직 및 성분을 정밀 분석하여 표면결함, 강도·경도 편차 등 품질 불량의 원인을 규명할 계획이다. 또한 공급사별 ‘인코넬 718’ 원자재의 조성, C/N/O 함량, 편석 및 유해상 형성 여부를 분석하여 원자재 입고 관리 기준을 마련한다.

이어 고온 압축시험과 공정지도 작성을 통해 열간 단조 조건을 최적화하고, 단조 온도·변형 속도·단조비 등 주요 공정 변수가 미세조직 균일화와 결함 저감에 미치는 영향을 평가한다. 이후 용체화 및 시효처리 조건을 조절하여 γ′, γ″ 강화상과 δ상, Laves상 등 유해상의 형성 거동을 분석하고, 목표 물성을 안정적으로 확보할 수 있는 열처리 조건을 도출할 예정이다.

최종적으로는 현장 양산 설비를 활용한 ‘인코넬 718’ 특수볼트 시제품 제작과 성능 검증을 통해 항복강도 620MPa 이상, 인장강도 965MPa 이상, 경도 38HRC 이상, 불량률 5% 이하 달성을 목표로 한다. 이를 바탕으로 단조·열처리 공정 레시피, 제조 표준 매뉴얼, 공정–조직–물성 데이터베이스, 공인 인증 시험성적서 및 단체표준안을 마련할 계획이다.

이번 연구는 숙련공의 경험에 의존하던 특수볼트 제조 공정을 정량화하고, 원자재–단조–열처리–품질검증으로 이어지는 폐루프형 공정 개선 체계를 구축한다는 점에서 의미가 있다. 특히 SMR 및 발전소용 특수볼트, 해양플랜트용 고내식 체결류, 항공우주용 초내열합금 부품 등 고부가가치 산업 분야로의 확장 가능성이 클 것으로 기대된다.

공주대학교 관계자는 “이번 과제는 실험실 기반 공정제어 기술을 실제 산업 현장에 적용해 고신뢰성 체결류 제조 공정의 재현성과 품질 안정성을 검증하는 실증형 연구”라며 “국내 초내열 인코넬 체결류의 제조 경쟁력 강화와 공급망 자립도 향상에 기여할 수 있도록 산·학·연 협력 체계를 적극적으로 추진하겠다”고 밝혔다.