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포스코, 꿈의 철강 소재 '기가스틸' 개발…차 강판 분야 새지평

  • 송고 2017.04.28 14:35 | 수정 2017.04.28 15:10
  • 박상효 기자 (s0565@ebn.co.kr)

알루미늄보다 더 가볍고, 3배 이상 강한 꿈의 강철...성형성도 우수

재활용성, 친환경성 측면에서도 탁월...전용 자동차강판 공장 준공

포스코가 8일부터  포스코 고유 기술이 집약된 제품을 소개하는 TV광고 ‘기가스틸로 철의 새시대를 열어갑니다’를 시작했다. 이번 광고는 포스코의 차세대 자동차용 철강소재인 ‘기가스틸’의 우수성을 알리는 것으로, 포스코가 기업이미지가 아닌 철강제품을 전면에 내세운 것은 이번이 처음이다. 이번 TV광고에서는 ‘기가스틸’과 알루미늄 소재의 강도를 동일한 조건에서 비교 실험한 장면을 이미지로 재구성함으로써, 알루미늄보다 더 강한 ‘기가스틸’의  특장점을 부각시켰다.

포스코가 8일부터 포스코 고유 기술이 집약된 제품을 소개하는 TV광고 ‘기가스틸로 철의 새시대를 열어갑니다’를 시작했다. 이번 광고는 포스코의 차세대 자동차용 철강소재인 ‘기가스틸’의 우수성을 알리는 것으로, 포스코가 기업이미지가 아닌 철강제품을 전면에 내세운 것은 이번이 처음이다. 이번 TV광고에서는 ‘기가스틸’과 알루미늄 소재의 강도를 동일한 조건에서 비교 실험한 장면을 이미지로 재구성함으로써, 알루미늄보다 더 강한 ‘기가스틸’의 특장점을 부각시켰다.

최근 철강사들은 차세대 제품 개발을 위해 기존 초고장력 강판(AHSS) 대비 강도와 연성이 향상된 기가급 강재 개발 목표를 세웠으며, 이같은 기가급 고강도·고성형 자동차 강재를 포함해 초고강도 기가스틸을 만드는데 매진하고 있다.

‘기가스틸’은 1㎟ 면적당 100㎏ 이상의 하중을 견딜 수 있는 초고강도강판으로, 양쪽 끝에서 강판을 잡아당겨서 찢어지기까지의 인장강도가 980MPa(기가급)이상인 제품을 말한다.

가로 10cm, 세로 15 cm 의 손바닥만한 크기‘기가스틸’에 약 1t 가량의 준중형차 1500대를 올려놓아도 견딜 수 있다.

따라서 포스코 ‘기가스틸’을 적용하면 알루미늄보다 3배이상 강도가 높고 성형성도 우수해 가벼우면서 강한 자동차 차체를 만들 수 있다. 그만큼 안전하고 연비가 뛰어난 자동차 제작이 가능하다는 얘기다.

포스코가 세계 최초로 ‘기가스틸’ 전용 자동차강판 공장을 준공했다. 총 2554억원을 투자했으며 생산규모는 연간 50만t이다.

포스코는 지난 26일 광양제철소에서 권오준 포스코 회장을 비롯해 이낙연 전남도지사, 정현복 광양시장, 고객사, 설비공급사 등 250여명이 참석한 가운데 인장강도 1.5기가급의 초고강도 ‘기가스틸’을 아연도금할 수 있는 'No.7 CGL(Continuous Galvanizing Line)'공장 준공식을 개최했다.

이날 권오준 포스코 회장은 “포스코는 인장강도 1.5기가급 ‘기가스틸’을 전문적으로 생산하는 No.7 CGL 준공을 통해 자동차강판 분야에 새지평을 열게됐다” 며 “앞으로 포스코는 핵심 설비를 스마트화해 글로벌 기술 리더십을 공고히 하고, 차별화된 제품과 고객 맞춤형 솔루션 제공으로 고객과 함께 더 큰 가치를 창출해 나가겠다” 고 강조했다.

특히 이번에 준공한 No.7 CGL은 1.5기가급의 자동차강판 중에서도 GA, GI강판 모두를 생산하는 세계 첫 공장으로 관심을 모으고 있다.

그동안 기가급 GA와 GI강판 생산은 도금전후 급속냉각 과정에서 나타나는 표면 및 품질문제 때문에 글로벌 철강사들도 1.2기가급까지밖에 생산하지 못했다.

포스코는 도금前 강판내에 고강도 조직이 형성될 수 있게 만들어 주는 '고수소급속냉각기술' 과 도금後 고속냉각을 통해 도금표면을 아름답게 하는 ‘고속냉각설비’를 독자 개발, 적용함으로써 이 문제를 말끔히 해결했다.

이번에 포스코는 그동안 축적한 설비기술과 조업노하우를 바탕으로 NO.7 CGL의 핵심설비 개발 및 제작, 공장설계 및 시공을 모두 자력으로 수행함으로써 투자비용 절감과 원가경쟁력 확보는 물론 세계적 수준의 자력 엔지니어링 기술 수준을 과시했다.

포스코는 No.7 CGL을 기존 No.5 CGL과 함께 듀얼(Dual) 체제로 글로벌 시장에서 요구받는 다양한 니즈에 대응하는 고급 자동차강판을 생산하는 공장으로 특화하고, 나날이 고급화되고 있는 글로벌 자동차들의 트렌드를 선도하는 맞춤형 솔루션을 제공한다는 방침이다.

포스코 7CGL 준공식을 기념하여 권오준 포스코 회장 및 내빈들이 기가스틸 강판에 휘호를 하고 있다. 사진 좌측부터 정현복 광양시장, 이낙연 전라남도지사, 권오준 포스코 회장(가운데), 정인화  광양시곡성군구례군 국회의원, 송재천 광양시의회 의장

포스코 7CGL 준공식을 기념하여 권오준 포스코 회장 및 내빈들이 기가스틸 강판에 휘호를 하고 있다. 사진 좌측부터 정현복 광양시장, 이낙연 전라남도지사, 권오준 포스코 회장(가운데), 정인화 광양시곡성군구례군 국회의원, 송재천 광양시의회 의장

▲‘기가스틸’을 향한 포스코의 연구개발 노력

포스코는 지속적인 연구개발을 통해 자동차강판 생산 기술에 있어 세계 최고 수준의 경쟁력을 확보하게 됐다.

지난 2000년 초부터 독자적인 자동차강판 기술에 돌입했고, 당시 광양제철소를 세계 최대·최고의 자동차강판 생산 제철소로 발전시킨다는 계획 아래 대대적인 투자를 추진해 2003년 1월에는 자동차강재연구센터를 준공하기도 했다.

포스코는 이 같은 지속적인 투자에 힘입어 강도와 가공성을 모두 획기적으로 향상시킨 ‘기가스틸’을 개발했다.

앞서 포스코는 지난해 초 미국 디트로이트에서 열린 '2016 북미국제오토쇼'에서 전세계 철강사 중 최초로 기술전시회를 열고 트윕(TWIP), 트립(TRIP), PosM-XF, HPF(Hot Press Forming 고온프레스성형)강 등 포스코가 양산 중인 미래 자동차 소재를 선보였다.

포스코의 기술력을 대표하는 최첨단 강재이자 대표적인 '기가스틸'인 트윕은 전세계에서 포스코가 유일하게 양산에 성공한 강재로서, 강도와 가공성을 모두 획기적으로 향상시킨 ‘꿈의 강재’로 평가받고 있다.

강도는 mm² 당 100kg의 하중을 견디면서 동일 강도의 양산재 대비 가공성은 무려 2~9배나 높다.

따라서 충격 흡수가 탁월해 충돌 시 주로 자동차의 앞뒤 부분인 범퍼빔 등에 적용하여 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다. 그동안 경쟁사에서도 트윕강 개발에 열중했으나 상용화에는 실패했다.

하지만 또 다른 기가스틸인 PosM-XF강을 세계 최초로 개발에 성공하고 상용화를 완료했다.

PosM-XF강은 초고강도강으로 철강의 가공성을 판단할 수 있는 지표인 연신율이 동일 강도의 양산재 대비 2~3배나 높고, 변형이 이뤄지기까지의 힘인 항복강도가 높기 때문에 충돌 시 잘 찌그러지지 않아 탑승자를 보호할 수 있는 자동차의 구조용 부품에 주로 사용될 수 있다.

그동안 많은 선진 철강사들이 강도와 성형성을 동시에 높인 기가급 강재 개발에 열중했으나 상용화에 성공한 사례는 아직 없다.

또한 HPF(Hot Press Forming 고온프레스성형)은 복잡한 모양의 부품도 만들 수 있는 기가스틸로, 가공성이 좋은 590급(mm²당 최대 60kg까지의 하중을 견딜 수 있음) 강재를 성형과 동시에 열처리를 함으로써 강도를 1.5GPa(mm² 당 150kg까지 하중을 견디는)까지 끌어올릴 수 있는 제품이다.

이 제품은 주로 측면 충돌 또는 전복 사고 시 외부 충격으로부터 탑승자를 보호해야 하는 센터 필러(Center Pillar, 차의 기둥에 해당) 등에 적용되며, 현재 전세계에서 포스코가 세계 최고강도인 수준 2GPa(기가파스칼)급(mm² 당 약 200kg의 하중을 견딤) 제품 생산에 성공했다.

해당 제품은 지난 2014년 파리모터쇼에서 처음 공개된 르노의 리터카(1리터로 100km를 주행 가능하고 CO2 배출량은 22g에 불과한 친환경·고연비 차량)인 이오랩에 처음 적용돼 호평 받은 바 있다.

현재 포스코는 자동차 파트별 특성에 맞게 사용할 수 있는 DP, TRIP, CP, MART, PHT, HPF, PosM-XF, TWIP 등 총 8개 기가스틸 강종을 개발해 양산 가능한 상황이다.

포스코는 알루미늄 등 대체소재를 적용한 차체보다 더욱 안전하고 가벼운 차체를 구현하기  위해 미래 철강소재 '기가스틸’을 개발하고, 이를 포스코 자체적으로 설계, 제작한 ‘PBC-EV’ 차체에 적용해 경량 철강소재로써 ‘기가스틸’의 가능성을 입증했다.

포스코는 알루미늄 등 대체소재를 적용한 차체보다 더욱 안전하고 가벼운 차체를 구현하기 위해 미래 철강소재 '기가스틸’을 개발하고, 이를 포스코 자체적으로 설계, 제작한 ‘PBC-EV’ 차체에 적용해 경량 철강소재로써 ‘기가스틸’의 가능성을 입증했다.

▲경제성, 경량화, 안전성, 친환경성에서 월등한 ‘기가스틸’

포스코가 개발한 ‘기가스틸’은 알루미늄 등 대체소재에 대비해 경제성, 경량화, 강도는 물론 재활용성, 제품 생산시 상대적으로 낮은 CO2배출량 등 친환경성 측면에서도 월등한 효과를 낼 수 있다.

알루미늄 소재는 자동차 제조업체나 소비자 입장에서 제조원가가 상대적으로 높다는 점을 감안할 때, '기가스틸' 은 아주 높은 경제성을 가진 자동차소재이다.

기가스틸(DP980)과 알루미늄(AA5182)으로 차체를 생산 했을 때 소재비는 3.5배, 가공비용은 2.1배 가량 차이 난다.

알루미늄 소재를 내부 차체부품이 아닌 자동차 겉 외장재에 적용하면 더욱 큰 차이가 난다. 포스코의 자동차 외장용 강재(BH340)과 알루미늄 소재(AA6111)를 비교하면 소재가격과 가공비는 각각 4.9배, 2.6배가 차이난다.

또한 알루미늄 소재는 철강 소재와 달리 기존의 용접방법으로 자동차를 만들 수 없기 때문에 특수 나사(리벳)나 기계적인 결합(물림) 등의 특별한 공정을 거쳐야 한다. 이를 위해 알루미늄 강판 전용 생산라인을 구축하고, 알루미늄 강판 접합을 위한 특수 나사 비용 등을 더하면 대당 200여만원의 비용이 추가되는 것으로 분석된다.

특히, ‘기가스틸’은 자동차 경량화에 있어서도 알루미늄보다 훨씬 높은 효과를 가져올 수 있다.

비록 알루미늄은 비중이 철보다 1/3정도로 작아 자동차 무게를 크게 줄일 수 있지만 강도는 철강 소재보다 많이 낮기 때문에, 궁극적으로 기가급 강도를 가지는 포스코 ‘기가스틸’을 적용하면 알루미늄보다 아주 얇은 소재를 사용하면서도 강도가 높은 가벼운 자동차를 만들 수 있다.

같은 면적과 두께 등의 동일한 조건에서는 철강재인 ‘기가스틸’이 알루미늄 소재보다 약 3배 정도 더 무겁지만 강도가 훨씬 높은 ‘기가스틸’의 두께를 1/3 이하로 줄이면 알루미늄 소재와 동등하거나 훨씬 가벼운 제품을 만들 수 있다.

포스코는 알루미늄 등 대체소재를 적용한 차체보다 더욱 안전하고 가벼운 차체를 구현하기 위해 미래 철강소재 '기가스틸’을 개발하고, 이를 포스코 자체적으로 설계, 제작한 ‘PBC-EV(POSCO Body Concept-Electir Vehicle)’ 차체에 적용해 경량 철강소재로써 ‘기가스틸’의 가능성을 입증했다.

‘기가스틸’을 채용한 PBC-EV는 가벼울 뿐만 아니라 구조적인 강성도 함께 갖췄다. 국제자동차안전표준에 포함된 7가지 충격시험과 4가지 강성시험의 요구사항을 만족시킬 수 있도록 설계됐다.

이는 자동차의 충돌 안전성을 평가하는 미국신차평가제도(NCAP)의 안전등급 별 5개와 동등한 수준이다.

최근 자동차와 철강업계는 철강을 활용한 경량화 프로젝트를 통해 경쟁 소재 대비 비용 증가 없이 차체의 25~35%의 경량화 가능성을 보이고 있다. 오는 2020년까지 자동차용 강판의 AHSS 적용비가 27% 증가할 것으로 예상되며 고강도화가 되더라도 차체 값이 크게 뛰지 않는 것이 철강의 큰 장점이다.

이러한 자동차산업의 변화에 대응 가능한 제품 포트폴리오를 갖추는 것은 철강사의 생존과 직결된 매우 중요한 문제다.


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