Update2024.05.03 (금)
고부가 소재가공기술 車 경량화 핵심 이끈다
■ 국내외 주요 기업의 생산 활동
고압고진공 다이캐스팅 제품은 기존의 기포 결함을 제어함으로써 연신률이 10%이상으로 열처리에 의한 특성발현이 가능하며, 다른 차체부품과의 접합이 가능하다. 하지만 아직까지 국내에서 고인성 다이캐스팅용 합금이 개발돼 상용화 된 것이 전무하며, 대기업인 현대자동차에서도 현재까지 양산 가능한 것이 4기통 엔진 블럭까지이며, 6기통 이상의 알루미늄 엔진 블록은 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.
연속주조로 프리폼을 제조하고 적당한 두께로 절단해 열간 단조함으로써 부품 제조 비용을 절감함과 동시에 제품의 품질을 향상 하고자 하는 기술이 적용되고 있지만 국내에서는 이형 주조 소재의 연속주조 양산화 기술이 활발하지 않으나 최근 Novelis Korea가 자동차 Low arm 소재를 연속주조에 의해 프리폼을 제조하는 기술을 보유하게 됐다.
명화공업이 프랑스 Saint Jeans의 기술을 이전 받아서 자동차 너클 등의 샤시부품을 COBA press로 제조하고 있다. 이 신공정은 기존의 빌렛 상태에서 단조를 시작하는 열간 단조와 달리 용탕을 안정하게 충전시킬 수 있는 경동주조를 통해 단조로 성형하고자 하는 제품보다 약간 크게 preform의 형태로 주조하고, 균질화 열처리를 실시한 후에 열간 단조를 실시함으로써 주조와 단조의 중간 비용으로 미세조직이 균질한 전신재와 같은 고품질의 정형가공품을 얻을 수 있는 기술이다.
자동차 경량부품에 사용되는 알루미늄합금은 제조공정을 기준으로 주조재·압출재·압연재로 나눌 수 있다. 이들 3분야의 국내업체 현황을 개괄하면 다음과 같다.
◇ 알루미늄 주조재
알루미늄 주조산업은 자동차의 경량화 추세가 증가함에 따라 자동차 경량 주조부품의 국내 생산량이 꾸준히 증가하고 있다. 일부 알루미늄 부품은 보다 경량인 마그네숨 부품으로 대체되고 있지만, 고강도 내압 부품의 경우 알루미늄 부품의 점유가 지속될 것으로 판단된다. 국내업체로는 동양정밀, 대일금속 등이 자동차 다이캐스팅을 위주로 다양한 주조 부품을 생산하고 있다.
◇ 알루미늄 압출재
자동차 고강도 압출재의 경우 기존 고강도 압출재의 생산기업인 두레에어메탈이 알코아사로 인수합병됨에 따라 국내업체로는 동양강철, 보원경금속등 신규 중견업체가 고강도재의 생산을 적극 시도하고 있다.
◇ 알루미늄 압연재
국내 최대 전문압연업체인 대한전선과 대한알루미늄이 알칸(현, 노벨리스코리아)에 인수 합병됨으로서 국내업체로는 조일알미늄, 대호에이엘, 대창알텍((전)서울경금속) 등이 있다. 자동차, 항공기 등 수송기기용 고강도재 및 열처리형 합금 판재의 경우 기술 및 설비 미보유 상태로 국내 생산이 불가능한 실정이다.
국내 Mg 빌렛 연속 주조社 無, 기술 도입 시급
Mg 연속주조 가공재, 매년 15% ↑ 추세
◇ 마그네슘 생산 현황
우리나라의 마그네슘 산업은 지난 10년간에 비해 시장규모는 급격히 확대되는 추세에 있으며 대부분 다이캐스팅 산업에 치중돼 왔고 그에 따라 다이캐스팅 기계의 도입도 증가했다.
진명금속이 마그네슘 다이캐스팅 장비를 이태리 IDRA사의 250톤 핫챔버 방식으로 도입한 이후 신창전기·원경금속·삼풍전기·삼기기공·승우금속·원우정밀·동남정밀·이노캐스트·보고마그네슘·대우파워트레인·Gibbs Korea·KH바텍·SPP·ST마그네슘·NSC·우성다이캐스팅 등의 업체가 뒤를 따라 마그네슘 다이캐스팅 제품을 제작하기 시작했다. 이들 업체 중 마그네슘만을 소성 성형하는 업체는 드물며 알루미늄 및 아연합금 제품도 함께 제조한다.
국내에 마그네슘 빌렛을 연속 주조 기술로 생산하는 기업은 없으며, 빌렛을 이용한 압출 압연에 의한 부품을 제조하는 기업도 거의 없는 실정이다. 잉곳 주조로 생산한 빌렛을 이용해 마그네슘 봉과 파이프를 일부 제조하고 있는 실정이다.
국내 2004년 총 수입량은 1,084톤이지만 재생 잉고트를 포함하면 실제 사용량은 약 2,500톤이 사용됐으며, 2006년에는 자동차 부품에 시트프레임 (1,800톤), 스티어링 휠코어(1,200톤) 등 3,800톤, 휴대폰 케이스 등 전자 제품류에 960톤 정도의 잉고트가 사용됐다.
■ 시장규모 및 전망
◇ 알루미늄의 미래 수요기술 전망
현재 국내 알루미늄 합금 주조 및 단조 공정의 90% 이상을 차지하고 있는 것이 바로 저부가가치 산업인 중력중공주조, 고압 및 저압 다이캐스팅이다.
고부가가치를 낼 수 있는 COBA, 반응고 및 반용융과 열간단조의 경우에는 선진메이커로부터 장비 및 기술을 도입해 단순 생산하기 때문에 제조 단가가 경쟁국에 비해 높다. 특수한 경우를 제외하고는 널리 상용화 되지 못하고, 시장 규모가 성장하지 못하는 악순환에 놓여 있다. 알루미늄은 고부가가치 기술임에도 불구하고 저부가가치 산업이 돼 있는 것이 현실이다.
선진국의 기술개발 동향은 주조 및 단조 기술 이외의 혁신적인 공법을 개발하는 것이 아니라 주조의 저비용 장점을 최대한 살리고, 단조의 고품질 장점을 최대한 살리기 위해 기존 기술들을 보완하거나 공정단순화에 주력하고 있다. 기존에 저부가가치로 여겨지던 공법들을 고부가가치 공법으로 바꾸고 있는 것이다.
따라서 알루미늄 합금의 주조 및 단조 공정의 미래신기술 수요가 제조비용·제품무게·기계적 특성에 따라 다음의 표와 같이 바뀔 것으로 전망된다.
◇ 마그네슘 가공재에 대한 시장전망
마그네슘은 알루미늄에 비해 연속주조 기술이 발달되지 않아 빌렛 가격이 높고 압출 등의 소성성형 공정비가 많이 든다. 유럽 등에서는 빌렛 연속주조 기술과 압출기술 개발이 이루어지고 있다. 판재 제조시 알루미늄과 마그네슘에 소요되는 비용을 비교하면 알루미늄의 경우 빌렛 생산 단가가 kg당 최대 0.5 유로인 반면 마그네슘의 경우 4~6유로로 마그네슘이 알루미늄에 비해 제조 원가가 훨씬 많이 높다.
마그네슘 연속주조 기술이 성공할 경우 가공재의 소요는 급속히 확대될 것으로 생각된다. 마그네슘 수요량이 매년 15%이상 꾸준히 증가하는 추세에 있고 특이한 것은 가공재의 경우 그 성장 속도가 한층 가속화 될 전망이다.
프레스성형 부품이 다이캐스팅부품에 비해 높은 가격이 형성되더라도 마그네슘의 프레스성형 부품은 다이캐스팅 부품보다 높은 물성치를 나타내기 때문에 수요량은 보다 증가할 것으로 예상된다.
다이캐스팅재와 가공재의 잉고트 소요량은 가공재가 다이캐스팅재에 비해 7%에 불과하지만 부품단가의 측면에서 본다면 시장규모는 20%에 육박하는 것으로 추정된다.
다음의 표는 자동차 알루미늄소재와 마그네슘소재에 대한 세계시장 규모와 국내시장 규모를 각각 나타내었다.
■ 연구개발 과제
지구 온난화의 주범인 자동차의 CO2 가스발생 억제노력이 선진국을 중심으로 강화되면서 자동차 업계의 연비개선 노력이 경쟁적으로 이루어지고 있다. 최근 고유가시대에 접어들게 됨에 따라 하이브리드차량의 수요가 증가함에 따라 무게감소를 위한 알루미늄합금의 사용량이 증가하는 것은 필연적인 추세이다. 경량화 효율증대를 위해 마그네슘합금을 병행 사용해 초경량 자동차 차체개발에 이르고 있다.
◇ 스페이스 프레임 구조로 경량화 및 안전성 확보
자동차 경량부품 개발은 국내외에 있어 자동차 회사와 경량 부품 제조 회사가 중심이 돼 산학연 협력에 의해 연구 개발과 병행해 양산 적용을 위한 기술 개발을 수행하고 있다. 따라서 국내에서는 자동차 선진국인 미국·유럽·일본의 신기술을 바탕으로 우리만의 고유 기술을 개발하는 노력을 경주해야 할 것이다.
예를 들면 알루미늄 차체 구조는 기존의 모노코크 방식뿐만 아니라 압출재를 중심으로 연결부에 주물품을 이용하고 외부에 압연판을 사용하는 스페이스 프레임 구조로 경량화 및 안전성 확보 등의 특이구조로 발전해 나아가야 할 것이다.
Engine Cradle·Bumper·Crash Box·Suspension Arm 등 자동차 부품에 알루미늄 압출품이 적용되고 있는데, 중공형태를 갖는 압출재를 이용해 스트레치 벤딩·프레싱·절단·펀칭 등 냉간가공 공정을 통해 제작함으로써 경량화 효과를 극대화하도록 해야 할 것이다. 아울러 압출 공정도 곡률 향상 부품의 압출과 동시에 곡률 성형이 가능한 제조기술의 개발과 압출을 항온에서 행해 압출재의 품질의 균일성 및 고강도화를 달성하도록 해야 할 것이다.
Al 스페이스 프레임, 경량화·안전성 확보
고압·고진공 다이캐스팅 등 선진기술 확보해야
◇ 고압고진공 다이캐스팅으로 기포 결함을 제어하는 기술
지금까지 압출·압연·프레스·하이드로 포밍과 같은 전신재 가공법의 전유물로 여겨지던 자동차의 차체를 해외 선진국에서는 고압다이캐스팅으로 경제적으로 양산이 가능하도록 혁신적 변화를 가져왔다. 고압고진공 다이캐스팅 제품은 기존의 기포 결함을 제어함으로써 연신률이 10%이상으로 열처리에 의한 특성발현이 가능하며, 다른 차체부품과의 접합이 가능하게 되는 등 기술적 장점이 매우 우수하므로 국내에서도 이러한 선진 외국의 기술을 양산 가능 기술로 습득해야 할 것이다.
◇ 가격 경쟁력를 갖는 경량 소재 및 부품 개발 기술 추진
자동차 경량부품의 신공정 기술의 개발은 신합금의 개발과 병행해 진행함으로써 그 효과를 보다 증대시킬 수 있을 것이다. 이러한 기술들을 양산 기술로 접목함에 있어서는 제조 비용을 일정한 수준 이하로 유지 할 수 있도록 경제적 측면도 고려해 연구 개발과 양산 기술을 개발해야 한다.
■ 국내 산업의 나아갈 방향
지구 환경 보호를 위한 자동차 업계의 연비 개선 노력으로 하이브리드차량, 연료전지 자동차, 전기자동차, 수소자동차 등의 기술 개발이 촉진됨에 따라 경량화 부품 시장도 활기를 찾을 것으로 예상된다.
현재 알루미늄 및 마그네슘 부품에 대한 적용이 활발하게 진행되고 있는 북미 및 유럽 완성차업체의 시장지배력이 커짐에 따라 알루미늄 및 마그네슘 합금의 자동차 적응은 더욱 더 활성화 될 것으로 전망할 수 있다. 또한 북미, 서유럽의 자동차 수요 회복 및 현대 기아차의 수출 호조세가 될 전망이므로 국내의 자동차산업은 지속적인 성장세가 예상된다.
그러나 완성차 산업과 달리, 자동차 부품산업은 중소기업 위주의 시장구조를 형성하고 있다. 자동차를 구성하는 부품의 종류가 다양하고 각 부품별로 제조공정, 소재, 기술수준 등이 서로 상이해 제품의 특성에 맞는 다품종 생산의 특성을 갖고 있기 때문이다.
중소기업 위주의 시장구조는 거대 완성차 업체에 대한 부품업체들의 교섭력을 취약하게 만드는 약점을 가지고 있다. 해외의 대형 부품업체들이 국내의 중소 부품업체에 대한 투자를 확대하고 있으며 자동차 부품이 점차 모듈화 되면서 제조 및 판매하는 중소기업의 규모가 점차 커지는 추세에 있다.
따라서 국내의 완성차 업체는 중소기업 위주의 부품 소재 산업을 선도해 자본 및 기술 투자를 지속으로 확장할 수 있는 환경을 조성하는데 노력을 경주해야 할 것이다.
