Update2024.05.10 (금)
고강도·고성능 강판개발 경쟁 치열
■ 해외 동향
국제철강협회(International Iron and Steel Institute)의 WorldAutoSteel 그룹 회원사들은 4회에 걸쳐 성공적으로 수행됐던 차체경량화 프로젝트(ULSAB, ULSAC, ULSAS, ULSAB-AVC)의 연장선상에서 5번째 프로젝트인 WAS-FSV(Future Steel Vehicle)를 2008년부터 수행하고 있다. 온실가스 삭감을 이슈로 3단계에 걸쳐(1단계: Engineering Study, 2단계: Concept Designs, 3단계: Demonstration Hardware) 철강재료를 적용한 차세대 경량 프로토타입 차체(Future Steel Vehicle)를 설계하고 개발하는 것을 목표로 하고 있다.
미국은 2002년 1월 에너지부와 GM, 포드 및 크라이슬러 등 빅 3개사가 공동으로 차세대 환경 친화적 자동차의 연구개발 추진을 목적으로 ‘Freedom CAR Partnership’을 구성해 추진했다. 아울러 수소에너지를 중심으로 한 미래 에너지원 개발을 위해 ‘Freedom Fuel Partnership’을 추진 중이고, 두 프로그램에 대한 예산지원규모는 5년간 총 17억달러의 연구개발비가 지원되고 있다.
유럽은 EU 차원의 6차 Framework Program (FP6) 통해 2003~2006년 기간중 21억유로를 지원했으며, 중국 정부는 중앙정부의 ‘863 Project’를 통해 2001 ~2005년 기간 중 1,500억원을 지원했다.
■ 국내동향
조업기술은 일본 대비 동등 또는 다소 우위에 있으나 제품 개발능력 및 고급강 생산기술은 선진국보다 다소 미흡한 수준이다. 기술력을 좌우하는 매출액 대비 연구개발 투자비가 일본에 비해 크게 낮은 수준이고 설비 엔지니어링 기술도 선진국에 비해 취약해 국내 철강산업의 경쟁력확보에 장애요인이 되고 있다.
한국의 일관제철 생산성의 경우 세계 최고의 경쟁력 보유로 제품의 품질 또한 세계 최고수준인 일본 대비 동등 수준에 있으며 열연강판 두께 적중률(±30/㎛기준)도 한국 97.8%, 일본 97.3%로 비슷한 수준이며, 냉연강판 두께 편차(%)도 한국 1.15, 일본 1.20로 거의 비슷한 수준이다.
국내 철강산업의 비가격 경쟁력을 종합해 보면 기업 간 글로벌경쟁력 면에서는 세계적 수준에 있으나 산업 전체적으로는 일본, 미국 등 선진국 보다는 다소 떨어지고 중국보다는 우위에 있다.
고강도 냉연강판 제품수준은 한국이 100이라고 가정하면 일본은 120으로 제품개발력 및 고부가가치 제품 생산기술은 일본이 다소 우수하다. 현재 국내외적으로 진행되고 있는 고강도강판의 개발현황을 POSCO 및 일본 제강사를 비교해 분석한 결과를 보면 DP와 TRIP강의 경우 국내의 개발동향이 다소 뒤져 있음을 알 수 있다.
조업기술 선진국과 동등·제품개발기술 미흡
고강도 강판 수요 ↑…시장 선도 기술 필요
■ 국내외 주요 기업의 생산활동
국내에서 자동차 고급강재를 제조할 수 있는 능력을 갖춘 업체는 POSCO, 현대제철, 현대하이스코 등이 있다. 동부제철은 2009년 11월 자동차 강판 제조가 가능한 전기로 설비를 갖추고 전기로 일관제철소로 진입을 했으며, 유니온스틸 등의 냉간압연 및 표면처리 업체가 있으나 현시점에서 자체적인 강재 개발 및 제조가 가능한 업체는 위에서 언급한 3개 업체 정도이다.
POSCO는 광양제철소를 자동차강판 전문제철소로 지정해 설비 확장 및 전문화를 추진함과 동시에 고급 자동차강재 개발에 역량을 집중하고 있으며, 수요업체와의 EVI(Early Vendor Involvement) 활동을 통해 자동차에 필요한 거의 대부분의 열연재·냉연재·도금제품 및 부품을 공급하고 있다. 최근에는 우수한 대학으로부터 철강전문인력을 원활하게 공급받기 위해 서울에 인접한 인천 송도 경제자유구역내에 연구소를 설립해 2010년 하반기부터 강재개발과 EVI 활동을 효율적으로 지원할 계획이다.
2010년 초 고로 타입을 시작한 현대제철에서도 본격적으로 열연제품 생산을 시작해 냉연 및 표면처리 전문업체인 현대하이스코에 공급하고 있다. 2010년 11월 제 2고로가 완공되고 2015년 제 3고로가 완공되면 향후 POSCO와 더불어 국내외 자동차사에 강재를 공급할 수 있게 되므로 본격적인 기술개발경쟁과 함께 우수한 품질의 자동차 강판을 완성차업체에 공급할 수 있을 것으로 예상된다.
냉연 업체인 현대하이스코는 수입에 의존하던 열연 강판을 인접한 현대제철로부터도 공급받게 돼 품질이 우수한 열연강판을 국내외에서 동시에 공급받을 수 있게 됐다. 소재업체인 현대제철과 현대하이스코, 완성차업체인 현대·기아자동차의 연구진이 함께 자동차 강판 관련 기술개발을 함께 수행함으로써 효율적인 자동차 강재개발이 가능하게 됐다. 현대제철에서 생산한 열연 강판을 현대하이스코에서 냉간 압연 해 현대자동차와 기아자동차에 공급하는 ‘자동차의, 자동차에 의한, 자동차를 위한’ 자동차전문그룹으로서 위상을 갖추게 됐다.
고강도강(AHSS)의 강종별 사용전망을 본다면 ULSAB 프로젝트의 영향으로 DP강이 많이 사용되고 있지만, AHSS 적용에 걸림돌이 되고 있는 성형성 문제를 해결한 강재, 즉 강판의 강도와 연신율을 동시에 확보한 TRIP, TWIP강의 사용도 증가할 것으로 예상된다. 인장강도 590MPa급 이상의 고강도강판은 FB(ferrite-bainite)강을 제외하고는 국내외 기술수준에 큰 차이가 없는 것으로 판단된다.
■ 시장규모 및 전망
철강산업은 2007년도 기준 국내총생산의 2.3%, 수출의 5.2%를 담당하고 부가가치 비중은 2.3%를 점유하는 주요 핵심 산업이다. 2006년도에 186억달러 내외의 수출로 우리나라 무역수지 개선에 일조했으며, 강판의 경우 2000년 이후 10대 수출상품 중 7∼8위를 차지했다.
세계 주요 철강생산국으로는 2007년 기준 중국이 4억8,920만톤으로 1위, 일본이 1억2,020만톤으로 2위, 미국이 9,820만톤으로 3위를 기록하고 있으며, 우리나라는 5,150만 톤으로 세계 6위의 철강생산국 위치를 유지하고 있다. 각 철강사별로는 Arecelor Mittal 1억1,640만톤, 신일본제철 3,450만톤, JFE Steel 3,380만톤으로 1∼3위를 차지하고 있으며 그 뒤를 이어 POSCO가 3,280만톤으로 4위, 현대제철과 동국제강이 각각 30위, 91위에 위치하고 있다.
2010년 한국철강협회에 등록된 회원사는 총 34개사로 생산공정에 따라 조강 생산 9개사(일관제철 2개사-POSCO와 현대제철, 전기로 8개사-현대제철은 일관제철소 이면서 전기로업체), 열연·냉연·강관·선재가공 등 21개사, 기타 4개사(합금철·주조 등) 등이다.
2008년 전 세계 자동차생산 대수는 7,053만대 수준으로 승용 및 소형 상용차가 5,264만대로 전체의 약 75%를 점하고 있으며, 아시아의 경제 성장으로 생산점유율이 현저히 증가해 2016년에는 31∼36% 수준으로 그 비중이 증가할 전망이다. 철강소재는 중량비로 환산할 경우 자동차 소재의 약 70% 이상을 점유하는 핵심소재이다.
최근 자동차업계의 최대 현안인 연비절감·환경규제 대응·승객의 안전성 확보 노력 등 자동차산업의 경쟁심화로 원가절감 압박이 높아지고 있다. 이에 대해 철강업계는 강판의 고강도화를 통한 경량화, 신성형기술 개발에 경주하고 있다. 따라서 향후 첨단 고강도강판(AHSS, Advanced High Strength Steel)의 사용량이 증가할 것으로 예상된다.
2007년 Ducker Worldwide에서 북미 소형차량의 자동차 소재 중량을 분석한 결과, 1975년에는 연질강판이 55.9%, 석출강화 및 고용강화강으로 대표되는 기존의 고강도강이 3.6%, 알루미늄 등 비철금속이나 플라스틱이 9.8%를 점유했으나, 2007년에는 연질강판이 43.1%로 12.8%나 감소한 반면, AHSS 등 고강도강이 11.9%로 8.3% 증가했고 비철금속이나 플라스틱이 20.4%로 10.6% 증가했다.
강재만을 고려하면 2007년까지 기존 고강도강(HSS, High Strength Steel)이 1975년에 비해 2.5배 증가해 AHSS 보다 많이 사용됐다. 향후 경량화와 충돌안전성에 대한 요구가 더욱 강화될 것이라는 측면에서 향후 AHSS의 증가가 더욱 현저할 것으로 전망된다.
2008년 세계 조강생산은 13억397만톤이었고 국내 조강생산은 5,362만톤이었으나, 2009년에는 미국발 금융위기 및 불황으로 철강수요가 급감했으며, 국내의 경우도 2009년 조강생산은 전년 대비 8.9%나 감소한 48,572만톤이었다.
국내 철강재 소비는 2005년 4,712만톤에서 2010년 및 2015년에는 각각 5,426만톤, 5,733만톤으로 증가할 것으로 전망되며, 강종별 소비구조는 자동차 등 제조업의 성장이 지속돼 판재류와 주단강의 소비 비중은 꾸준히 증가하는 추이를 보일 것으로 전망된다.
2008년도 철강재 수입은 2,894만2,000톤으로 전년 대비 9.2% 증가해 3년만에 한 자리 수 증가를 보였으나 일본(-1.7%), EU(-10.4%)를 제외한 중국(8.7%), CIS (100%), 중남미(55.4%)등 대부분 지역에서 수입이 증가했다. 최대 수입국인 중국은 3/4분기 전년 대비 60% 이상 급증했으나, 국내 시황이 급격히 악화된 연말부터 50% 이상 감소세를 보이고 있다.
연구 인프라 포스코 편중 벗어나야
원천기술 확보 위한 기초연구 지원 절실
■ 연구개발 과제
최근의 유가 급변동 및 환경규제 강화 등의 사회경제적 요구와 관련해 자동차 경량화에 대한 필요성과 이에 대한 기술개발 수요가 증가하고 있다. 향후 수 년 내에 출시가 예상되는 전기자동차, 연료전지자동차와 같은 미래형 친환경 자동차의 경량화, 안전성 향상 및 효율향상을 위해서는 새로운 자동차 고강도강판의 개발이 필요하다.
자동차 경량화에 따른 철강재료의 고강도화에 부응하기 위해 초고강도 상온프레스 성형기술·롤 포밍 기술·TWB기술·하이드로포밍 기술·핫프레스포밍 기술 등의 분야에서 새로운 성형기술 개발이 요구되고 있다.
미래형 자동차의 경량화 및 고강도강 적용률 증대에 기여할 수 있는 1∼2GPa급 초고강도 강판 개발, 성형기술 및 부품화 기술 등의 개발이 주요 이슈가 될 것으로 판단된다. 1세대 AHSS와 2세대 AHSS의 장점을 극대화하고 단점을 보완한 3세대 고강도·고내식·도금강판 개발과 연계된 원천기술개발도 필요하다.
◇ 고강도강판 기술개발 분야
○500~600MPa 급 차체 판넬용 고강도강판 개발
○차체 멤버(member) 및 필러(pillar)용 1.2~1.5GPa 급 초고강도강판 개발
○1.0GPa 이상 고강도강판의 연성 향상 기술
○고항복비 형 TWIP 강 개발
○1.0GPa 이상 급 TWIP강 개발
○내 지연파괴(delayed fracture) 특성이 우수한 TWIP강 개발
◇ 신성형 기술개발 분야
○500~600MPa 급 차체 판넬용 고강도강판 성형기술
○1.0GPa 이상 고강도강판의 냉간 프레스성형기술
○1.5GPa 이상 고강도강판의 롤포밍기술
○TWIP강 특성을 극대화할 수 있는 성형기술 개발
○고연성 핫프레스포밍 강재 제조기술
○2.0GPa 급 핫프레스포밍 강재 제조기술
○내식성이 우수한 Zn 도금계 핫프레스포밍 강재 제조기술
○최적 강도 분포를 가지는 핫프레스포밍 부품 제조 기술
○TWB 기술과 핫프레스포밍 기술의 접목
○핫프레스포밍 후 어닐링 처리, 냉각속도 제어, 블랭크 온도 제어, 냉각 및 상변태 해석, 구조 및 충돌해석 등의 기술 개발
■ 국내 철강산업의 나아갈 방향
◇ 수요지향형 소재개발을 위한 산학연 협력체계 구축
자동차 고강도강판은 기술개발 초기부터 실수요자(자동차업체 및 부품 공급사)가 참여해 수행돼야 하며, 산학연의 역할분담이 명확하게 이루어져야 한다. 철강산업 전체와는 달리 자동차 고강도강판 분야는 선진국과의 기술격차가 크지 않고, 생산기술면에서는 동등하거나 일부 우위를 보이고 있으므로 업체 간 시너지 유발을 위한 기술·재정 협력체제 구축이 요구된다.
국내 철강연구의 인프라는 POSCO를 중심으로 연구기반이 편중돼 있어 대학 및 출연연구소의 경우 자동차 고강도강판의 제조공정을 모사할 수 있는 설비를 구비한 곳은 한군데도 없는 실정이다. 특히 강판제조에 필수적인 열간압연모사기 및 고강도강판의 냉간압연에 필요한 고부하 냉간압연기·연속 어닐링 모사장치·용융아연도금 모사장치 등은 장비자체가 국내에서 제작 불가능하고 전문적인 운용인력과 지속적인 관리비용이 필요하므로 산업체가 일방적인 연구를 리드할 수밖에 없는 구조를 가지고 있다.
최근 POSCO에서 철강대학원(GIFT)를 설립해 연구인력을 양성하고 전국의 대학에 철강전문교수제도를 운용하고 있으나, 연구과제나 주제가 POSCO의 필요에 의한 것이므로 국내 철강연구 전반에 걸친 파급효과는 크지 않다고 볼 수 있다.
국내 철강연구개발 및 관련 학회도 POSCO가 주도하기 때문에 저합금강 및 스테인리스강을 제외한 특수강 등 고부가가치 강재에 대한 연구개발 기반은 극히 취약한 상황이다.
◇ 원천기술 확보를 위한 철강연구 인프라 조성
원천성을 갖춘 새로운 고기능성 철강재 개발은 최근 상용화에 근접한 고강도-고성형성 자동차 강재인 TWIP강의 개발사례에서 볼 수 있듯이 20년 이상 장기간이 소요되는 특성이 있다. TWIP강 개발은 전세계적인 고 Mn강 연구의 시발점이 됐고, 최근 독일을 중심으로 저합금강 기초연구를 원점으로부터 다시 시작하는 계기를 제공했다.
선진국 기술의 모방에서 벗어나 원천기술을 확보하기 위해서는 철강재료 기초연구에 대한 투자가 절실히 요구되며, 부동의 철강기술 일등국 지위를 고수하고 있는 일본 및 독일의 산학연 연구개발 형태를 참고할 필요가 있다.
철강연구를 위한 대형공동설비 구축 및 운용 허브기관의 설치, 틈새 특허 양산 으로 대표되는 양적인 연구결과 생산 및 단기간 내의 상업생산을 위한 일회성 연구 지양, 기반구축 연구 및 기초연구에의 지속적인 투자 등이 요구된다.
