기계/재료

중국, 가스터빈 핵심부품 제조기술 확보

발행일 : 2012 / 09 / 17

터빈 고온블레이드 비용, 해외 가격의 4분의 1 수준

가스터빈은 현대 제조업의 동력원이며, 그 중 터빈 고온블레이드(blade)는 가스터빈의 핵심부품이다. 2012년 9월 12일 상하시과학기술위원회의 중대전문프로젝트 ‘고온 합금블레이드 제조기술 연구’가 전문가 검수에 통과되었다.

가스터빈은 대형 여객기, 특수 선박, 민간발전 분야의 주요 동력원이고, 터빈 고온블레이드 및 제조기술은 가스터빈의 핵심이자, 중국 가스터빈의 발전을 제한하는 주요난제이기도 하다. 해외에서는 관련 기술을 엄격히 비밀리에 붙이고 있기 때문에 중국의 대형항공기, 지상 가스터빈을 포함한 중대공정의 발전을 객관적으로 제약하고 있다.

2008년 상하이시과학기술위원회는 중대연구 전문프로젝트를 설정하고, 현재 세계에서 가장 선진적인 F급 256MW 중형 가스터빈용 터빈 고온블레이드에 대한 연구를 착수했으며, 상하이대학이 프로젝트를 주로 담당했다.

터빈날개의 제조원리는 니켈류 금속 용액을 거푸집에서 주조하고, 다시 냉각시켜 결정을 만드는데, 그 과정은 겨울철에 수증기가 유리 창문에서 찬 공기를 만나 응결되어 ‘얼음꽃’을 형성하는 것과 유사하다. 터빈날개가 고온에 견디는지와 충분한 강도가 있는지의 여부는 결정과정에서의 온도, 그리고 결정체 형성 수량이나, 방향과 관련된다. 일반적으로 결정입자 수가 적을수록 날개의 내고온성이 뛰어나고, 또한 발전기, 가스터빈 등 고출력 설비에 효과적으로 사용될 수 있다.

현재 업계에서 가장 어려운 기술은 전체 날개를 하나의 결정입자로 만드는 것이다. 즉 ‘단일 결정입자’기술이다. 이밖에 결정입자를 한 방향으로 배열할 경우 날개의 강도를 높일 수 있어 파열을 피할 수 있다. 이러한 기술은 ‘방향성 생산’기술(Directional technology)이다. 과제팀은 4년간의 노력을 통해 이 두 가지 기술에서 획기적인 성과를 거두고 자체의 독특한 공법 로드맵을 그렸다.

본 프로젝트의 성공에 의해 중국은 가스터빈 핵심부품 분야에서 해외 기술에 의존하던 국면을 변화시켰으며, 앞으로 중국 내 발전소에 대해서도 중요한 역할을 발휘할 것으로 보인다.

중형 가스터빈 1급 터빈일 경우, 96개의 고온 합금블레이드가 있으며, 해외 제품을 사용하게 되면 블레이드 하나의 제조비용은 40만 위안이고, 시장 판매가격은 100만 위안이다. 국산 날개를 사용할 경우 제조비용은 해외 가격의 4분의 1에 불과하다.