Update2024.05.06 (월)
압연가공, 산업 고도화 위한 ‘핵심기술’
■ 기술의 정의 및 분류
압연가공(rolling)은 재료를 회전하는 롤(roll) 사이를 통과함으로써 그 두께나 부피를 감소시키는 대신 가공 진행방향으로 길이를 늘이며 성형하는 소성 가공 기법이다.
금속 재료의 압연가공은 주조 시 발생한 소재 내부의 기공을 압착하거나 주조조직을 파괴, 균질한 조직 특성을 만들어 개선된 특성을 부여하면서도 주조나 단조 대비 고속 가공법으로 생산성이 우수한 장점을 가진다.
압연가공기술은 크게 공정 온도에 따른 분류, 재료에 따른 분류 및 기타 압연기법으로 구분할 수 있으며, 세부 기술은 아래 표와 같이 정리할 수 있다. 그러나 공정 온도에 따른 분류 및 재료에 따른 분류 영역은 서로 완전히 독립적인 관계가 아니고 유기적으로 연계돼 있다.
◇ 작동원리 및 적용부품
금속은 연성과 전성이 있으므로 힘을 가하면 상온에서도 길게 늘리거나 얇게 넓힐 수가 있으며 가열하면 상온에서 보다 더욱 쉽게 형태를 바꿀 수 있다.
압연기 롤(Roll)조립법에 따라 2중식, 3중식, 4중식, 다중식으로 분류할 수 있으며 롤의 수가 많을수록 설비의 생산성 및 제품의 정밀도가 우수한 장점이 있다. 주로 열간 압연에서는 4중식이 많이 쓰이며 스테인리스강과 같은 고정밀도를 요하는 냉간압연에서는 다중식이 쓰이고 있다. 또 롤의 배치에 따라 가역식 압연과 연속식 압연으로 분류한다. 일직선으로 여러 대의 압연기를 배열해 소재의 장입부터 제품까지 한 공정에 완료하는 것을 연속식(Tandem)압연이라 하며 한 대의 압연기에서 소재를 왕복으로 반복해 압연하는 방식을 가역식(Reversing) 압연이라 한다. 주로 슬래브, 블룸 등을 분괴하는 공정에서는 가역식을 사용한다.
○ 봉형강류 압연
봉형강류 압연은 일정한 형상을 갖고 있는 2개의 롤 사이에 소재를 진입시켜 단계별로 단면을 축소시키며, 수요가가 원하는 치수의 제품을 제조하는 동시에 건전한 압연조직을 확보하는 방법으로, 후속의 냉각공정과 함께 상호 보완적인 작업조건에 의해 용도에 맞는 재질특성을 확보한다.
○ 판재류 압연 제품 가공기술만 발전, 설비기술 수입의존 심화
판재류 압연은 일반압연과 제어압연(controlled rolling)과정이 있다. 일반압연은 압연온도, 압하비 등을 제어하지 않고 최종제품의 두께만 관리하는 것으로 일반강, 인성무보증강 열처리재 등에 적용한다.
제어압연법은 압하비, 압연온도를 제어해 상온의 조직을 미세화해 인성 및 가공성을 개선시킬 수 있는 압연법으로 열처리공정중 노멀라이징(normalizing)을 대체할 수 있다.
후판압연기의 배열은 단독 압연기, 단독 4중 가역식압연기, 2중식 압연기 + 4중식 압연기, 4중식 압연기 + 4중식 압연기 등 네가지며 가열로로 이동된 슬래브는 디스케일링에 의해 스케일을 제거하고 슬래브 형상교정을 위해 조질 압연기와 사상압연기 2대를 보유한 경우에는 고르기 압연, 폭내기 압연 및 사상압연의 일부를 조질압연기에서 실시하고 나머지 사상압연은 사상압연기에서 실시하는 것이 일반적이다.
■ 기술의 환경 변화 및 중요성
◇ 국내 국제 원천특허 확보 부족
국내 철강산업체들을 중심으로 90년대 이후 해외 선진사 대비 비교 우위 압연 기술 확보를 위해 연속주조, hot strip mill과의 연속화, 냉연공정 연속화, 열처리를 조합한 제어압연, 제어냉각 기술을 개발하고 있다. 반면 1983년~2000년 압연기술의 국가별 출원 동향을 보면, 미국 1,342건(등록), 한국 885건(출원) 대비 일본은 1만1,818건을 출원해 압연 기술을 선도하고 있다. 압연방법 관련 주요 특허는 가와사키, 니폰스틸, 수미토모, NKK, IHI, Kobe 스틸 등 일본 회사들이 과점하고 있으며, 포스코의 경우 많은 국내 특허 출원 대비 해외 출원 특허가 부족해, 집중적인 개선이 요구된다.
◇ 생산설비의 선진국 기술 종속 심화
일관제철소의 생산성 향상과 제조 원가 절감을 위해서는 고로의 대형화, 산소취입에 의한 제강능력 향상과 더불어 조압연 및 사상압연기의 고속화·대형화 기술 개발이 필수적으로 수반돼야 한다. 이를 위한 주압연기 등 압연생산설비 분야는 방대한 초기 투자비가 투입되는 고부가가치 생산기반기술로, 독일의 SMS가 단연 선도 기술을 보유하고 있으며, 일본의 MHI, 오스트리아의 SVAI, 이탈리아의 다니엘 리가 그 뒤를 잇고 있다.
반면 국내의 경우 선도업체인 POSCO조차 압연 기술 개발에 주로 치중하고 있는 상황으로, 꾸준히 늘어나고 있는 슬라브·빌렛 생산요구량을 감안, 압연생산설비 분야에의 집중적인 투자가 필요한 것으로 판단된다.
또한 제품의 고강도화 및 사이즈의 다변화에 따른 압연설비의 대형화, 고성능화가 이루어지고 있으나 설비 대형화에 동반되는 제작 능력 및 규모에 있어서는 중국, 핵심기능설비의 설계 및 제작에 있어서는 유럽 및 일본이 선점하고 있는 상황이다.
2005년 이후 국내 압연공장 증설 및 신규투자의 경우 전체 엔지니어링 및 핵심기능설비는 원천기술을 보유하고 있는 유럽 및 일본 엔지니어링 업체가 독점하고 있으며 대형 설비 제작(압연기 하우징 주조 및 가공, 후판 대형 롤 제작)은 중국이 독점하고 있는 상황이다. 즉 압출 및 주말 산업은 대부분 소규모 자본에 의한 단순한 시설로 제품을 생산할 수 있으므로 내수 충족형, 중소기업형 구조를 가지나, 압연부분은 소수 기업이 과점체제를 이루어 수출 산업화돼 있는 장치산업임을 간과해선 안 될 것으로 판단된다.
◇ 압연기술은 핵심 후방 산업기술
압연기술은 시장의 엄격한 요구, 즉 소재강판의 치수품질의 엄격한 관리, 강판제조공정의 단순화 및 프로세스의 연속화를 통해 생산원가 절감, 친환경 고속 고효율 강판 생산을 위한 기반기술이다. 또한 압연기술은 전 세계적으로 수송기기, 에너지, 플랜트산업 등의 꾸준한 성장세를 뒷받침하는 강판 생산 요구를 충족해 주기 위한 후방산업기술로, 국가 주력산업의 에코 기술 개발과도 무형의 관계가 있다. 특히 철강 압연 기술의 경우 산업간 연관효과가 가장 큰 기초소재산업으로서 자동차, 가전, 원료, 에너지 등 최종 제품군의 품질과 가격 경쟁력을 좌우하는 중요한 산업기술로, 국민 경제에도 큰 영향을 미친다.
◇ 고부가가치 자본·기술 집약 장치산업으로 전환 시급
최근 압연기술은 IT, NT 관련 미래시장의 창출 및 선점을 위한 지식기반기술로의 전환이 수반되는 추세다. 단기간 내에 기술력 확보 및 경쟁력 제고가 어려운 자본기술집약 장치산업으로 꾸준한 투자 없이 기술적 돌파구를 찾기가 어려운 기술이다. 소재와 형상 측면에서 수요가 니즈의 다양화에 수반되는 다품종 소량생산체계에 적합한 장치기술측면에서의 압연기술 구축은 향후 중간재 생산 공정의 고부가가치 산업으로의 전환을 위해 필수적으로 수행돼야 한다.
■ 기술분야별 동향
대표적인 구조용 철강재료인 후판의 경우 응용분야에 따라 주로 사용되는 판재의 강도와 두께가 다르지만, 모두 베이나이트와 같은 저온변태조직을 이용해 고강도화를 추구한다는 점에서 연구방향이 동일하다.
실제로 철강재료를 두꺼운 판재로 만들 경우 제어압연에 의한 결정립 미세화 효과를 충분히 얻기 어렵기 때문에 합금원소를 많이 첨가하지 않는 한 높은 항복강도를 얻기 어렵다.
따라서 고강도와 함께 우수한 저온인성과 고변형능 등의 다양한 성능을 동시에 만족하는 철강재료를 제조하기 위해서는 화학조성과 TMCP(thermomechanical control process) 공정변수의 정확한 설계를 통한 미세조직학적 인자의 조절이 매우 중요하다.
기존의 고강도화 방법은 합금성분을 첨가하는데 비해 TMCP는 제어압연에 의한 결정립 미세화와 가속냉각에 의해 형성된 저온변태조직을 통해 고강도를 얻는다.
최근 미국, 유럽, 일본을 중심으로 이러한 고강도 철강재료를 개발하기 위한 연구가 매우 활발하게 진행되고 있는데, 그 대표적인 예가 라인파이프강이다. 라인파이프강은 강도 향상에 초점을 맞춰왔던 기존의 철강재료와 달리 우수한 인성 및 강도와 함께 낮은 항복비, 높은 가공경화지수, 균일연신율 등의 고변형능 특성을 동시에 가져야 한다. 낮은 항복비는 변형경화능을 높이고, 균열선단에서의 소성변형을 감소시켜 유동응력과 관련된 연성파괴 저항성을 증가시킨다.
고부가 자본·기술 집약 장치산업으로 전환 시급
■ 주요개발 이슈
◇고강도 고인성 철강재료의 제조
고강도 고인성 철강재료를 개발하기 위한 미세조직학적 접근방법은 아래 그림과 같이 주로 △하부 베이나이트(LB, lower bainite), △템퍼드 래스 마르텐사이트(TLM, tempered lath martensite), △2상(dual phase) 조직의 세 가지로 분류된다. LM가 일부 포함된 LB 조직은 높은 전위밀도와 함께 미세한 domain으로 인해 우수한 강도와 낮은 연성·취성 천이온도를 가지며, TLM 조직은 LM를 템퍼림함으로써 LB와 함께 LM의 장점을 결합시켜 우수한 강도와 인성 조합을 제공할 수 있다.
DP 조직은 상대적으로 연한 페라이트와 균일하게 분포된 경한 상들(주로 마르텐사이트)로 구성된다. 이는 기존의 자동차용 강판에서 사용되는 DP 조직과 달리 마르텐사이트의 분율이 50% 이상이고, 2상 영역에서의 압하로 인해 페라이트의 전위밀도가 높으며(1010 /cm2), 미세한 석출물(5 nm 이하)이 분산돼 있다.
◇ 저탄소강의 연속냉각변태 공정 개발
저탄소강(탄소함량 0.1wt.% 이하)의 연속적인 냉각과정에서 나타나는 미세조직은 화학조성, 변형 및 냉각조건 등에 따라 다양하다. 이들 미세조직의 특징을 살펴보면, PF(Ploygonal Ferrite)는 가장 높은 온도 또는 가장 느린 냉각속도에서 변태되는 등방형(Equiaxed) 조직이며, QPF(Quasi Ploygonal Ferrtie)는 PF보다 낮은 온도에서 변태되고 불규칙한 입계를 가지는 특징이 있다. WF(widmanstatten ferrite)는 오스테나이트 입계로부터 생성해 성장하는 다소 조대한 판상 형태의 조직으로 BF(bainitic ferrite)와 다소 혼동될 수 있다. AF(acicular ferrite)는 용접부의 미세조직에서 흔히 나타나는 조직으로 저탄소강의 연속냉각과정에서도 자주 나타난다. 그러나 이들 조직의 정의와 변태 거동에 대해서는 연구자들 사이에서 아직까지 많은 논란이 있다.
최근의 연구결과에 의하면, AF는 오스테나이트 내부의 작은 비금속개재물에서 핵을 생성해 빠르게 성장하는 침상형 조직으로 용접균열 감수성지수(Pcm)에 따라 그 폭이 달라지는 것으로 알려져 있다. 그러나 ISIJ Bainite Research Group에 의한 분류에서는 AF에 관한 정의가 없다. BF는 오스테나이트 입계로부터 생성되고, 평행한 래스들이 잘 발달된 조직으로 인접한 래스 간에는 거의 동일한 방위관계를 가지는 패킷(packet)으로 구성돼 있다. 또한 BF는 그 내부의 전위밀도가 높으며, 구오스테나이트 입계가 잘 보존돼 있는 특징이 있다.
최근 실험결과에 의하면 열간 가공량이 많을 경우 BF보다 GBF나 AF가 생성될 확률이 증가되는 것으로 알려져 있다. 마르텐사이트(M, martensite)는 빠른 냉각속도에서 화학조성의 변화 없이 오스테나이트로부터 무확산 전단변태에 의해 생성된다. 이로 인해 래스 또는 플레이트 형태를 가지며, 내부의 전위밀도가 매우 높고, BF와 같이 구오스테나이트의 입계가 잘 보존돼 있다.
한편 마르텐사이트 변태시작온도(Ms)는 강 중에 첨가된 오스테나이트 안정화 원소의 양에 영향을 받아 탄소함량이 증가함에 따라 오스테나이트가 안정화돼 Ms 온도가 낮아진다. Ms 온도가 상온 이하로 내려갈 경우 오스테나이트는 상온에서 잔류 오스테나이트 형태로 남는다.
■ 국가별 동향
◇ 미국의 연구 개발 현황
Tucson에 위치한 Material and Electrochemical Research(MER) Corp.의 연구진들이 기존의 주조 공정에 비해 약 5배 이상 단축된 공정 시간으로 최종 단계와 유사한 티타늄 합금 성분(near-net-shape titanium alloy components)을 생산할 수 있는 첨단 기법을 개발했다. 압연 시스템으로 티타늄 스폰지를 충진하는 과정이 포함돼 있으며, 연속적인 공정을 통해서, 롤러(roller)는 티타늄 스폰지를 와이어 형상으로 냉간 성형한다.
Atlanta에 위치한 Novelis Inc의 연구진은 매우 높은 품질을 가지는 알루미늄 잉곳(ingot)을 개발했다. Novelis Fusion이라고 알려진 새로운 기법의 공정은 외부와 내부가 서로 다른 특성을 가지는 시트 제품으로 압연되는 과정을 거치게 되는데, 이종 특성인 강도와 부식에 대한 내성과 같은 것으로 엔지니어들이 임의로 제어할 수 있다고 알려져 있다.
뉴욕주의 Poestenkill에 위치한 Dynamic System Inc.는 시뮬레이션된 직접 압연 시스템 적용이 가능한 실험실적 시스템(모델 HDS-V40) 시뮬레이터(simulator)를 개발했다. 이 기법을 이용할 경우, 하나의 샘플을 가지고 연속적 주조 설비로부터 고온 압연 공정까지 하나의 연속적인 시퀀스로 운영할 수 있는 장점이 있다.
◇ 일본의 연구 개발 현황
JFE스틸은 용접이 불필요하고, 프레스 가공만으로 마무리해 경량화에 공헌하며, 가공성이 뛰어난 열연강판(슈퍼 핫 F)을 2009년 개발했다. 동일본 제철소 내에 전시·실험 복합 연구동인 ‘커스터머스 솔루션 랩(CSL)’을 두고 자동차 메이커 등과 경량화와 비용 삭감 등을 목표로 압연 기술 적용 신형 강판 개발을 추진 중이다.
JFE 는 무방향성 전기강판, 고 니켈 인바 합금판 등 고급 강판 제품을 2005년 상용화했다. 또한 캔 및 법랑 적용 강판 제작을 위한 형 빼기와 아이어닝 공정 적용 시 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름에 박막을 씌운 강판을 사용한 신장 압연 공정에 의해 성형하는 기술을 개발했다. 일본과 해외에서 연속풀림 기술의 높은 평가로 18개의 NKK-CAL 공장들이 오늘날까지 작동되고 있다.
독립 행정법인 일본 산업기술 종합 연구소(AIST) 지속가능 재료 연구 부문 금속재료 조직 제어 연구 그룹과 국립대학 법인 쿄토 대학 대학원 에너지 과학 연구과는 공동으로 알루미늄 합금 수준의 상온 성형성을 나타내는 새로운 마그네슘 합금 압연재를 개발했다.
Toshiba Mitsubishi 전기산업 시스템 주식회사(이하, TMEIC)는 중국 최대 철강회사인 보산 철강 유한공사(상해시)로부터 제3열간압연용 전기설비를 약 100억엔에 수주했다. 보산철강용 제3열간압연용 전기설비의 주된 특징은 고역율, 고주파저감, 고효율을 실현한 통합 드라이브 장치채용에 의해 청정한 전원으로 에너지 절약과 공간 절약 시스템을 실현, 2006년 7월부터 설치공사를 시작해 2007년 7월 생산을 개시했다.
고베제강은 2003년 잔류 응력 제어형 강판을 교량 분야에서 본격적으로 판매하기 시작했다. 이것은 2001년 업계 최초로 상품화되고 조선 분야에 급속하게 채용되고 있는 상품으로, 고베제강은 이번에 한층 엄격한 치수 관리가 요구되는 교량 분야에서 잔류 응력 제어형의 특성을 높게 평가받아 3건의 공사에 처음으로 채용됐다.
NSC 는 오일수송용 선박 수명 장수화를 위해 내부식성 무도장강판 개발을 성공해 2010년부터 신규 선박에 적용하고 있다.
◇ 유럽의 연구 개발 현황
독일 최대의 철강회사 Thyssen사는 1999년 이후 연속압연기를 도입해 엔들 리스 연속압연을 실시하고 있는데, 본 기술을 압연공정에서의 제조원가를 획기적으로 줄일 수 있고 환경문제 해결과 에너지 절약의 1석3조 효과를 얻을 수 있다. 또한 기존 미니밀 설비를 이용한 규소강판 개발에 성공해 현재 양산중이다.
독일의 Alunorf는 Automation분야의 현저한 발전에 힘입어 알루미늄 압연재생산 능력 년 110만톤이 가능한 대형 공장을 설립했다.
◇ 한국의 연구 개발 현황
에너지 고효율화 요구에 따른 자동차 경량화에 필요한 초고강도-고성형성 열연 및 냉연강판의 압연 및 가공기술 개발에 대한 연구활동이 활발히 진행되고 있다. 이는 곧 압연기술과 성형-접합-도장기술과의 연계 생산기술이 고려돼야 한다.
국내의 압연기술개발 연구는 제품개발 및 생산기술 면에 있어서 대형 철강사 및 강재 수요가(자동차사, 조선사 등)에 의해 주도되고 있으며 대학 및 연구소에서는 △압연해석 프로그램 개발 △미세조직 및 변형연계 모델링 △유동응력 모델링, 압연롤 특성 향상 △소재 의존적인 압연 중간재 특성 향상 등의 기초연구개발에 집중하고 있다.
그러나 대학 및 연구소에서의 기초연구개발은 원천기술 특허를 거의 확보하지 못하는 상황으로 이는 압연 기술 특성상 대규모 장치산업이 필수적으로 수반해야 하는데 소재별로 주요 생산업체들이 대부분 자체 연구소를 보유해서 연구 결과를 축적하고 있기 때문으로 판단된다.
주요 압연 산업체들의 연구 동향을 다음과 같다.
◇ POSCO
국내에서 고급선철로 세계 수준의 고급 압연강판을 생산할 수 있는 유일한 회사로 크게 압연공정 해석 및 설계기술, 냉연프로세스 라인해석 및 설계기술로 구분해 연구중이다.
○ 압연공정 해석 및 설계기술
ⅰ 고정도 후판 평면 형상 제어기술,
ⅱ 분할형 루퍼롤을 이용한 열연판 평탄도 제어시스템 개발,
ⅲ 폭보상 패턴 압연법 및 루퍼롤 장
력조정에 의한 판폭 제어시스템 개발,
ⅳ 조압연 공정설계 해석 S/W 개발,
ⅴ 강종 및 온도별 Edger 압연하중 예측모델 개발,
ⅵ 압연공정 압하스케쥴 해석 시뮬레이터 개발
ⅶ 고정도 강종별 dog bone량 예측 및 폭퍼짐 모델 개발
ⅷ 후판 Tapered 제품 압연기술 개발
○ 냉연 프로세스 라인 해석 및 설계기술
ⅰ 석도금 reflow quench 공정의 최적 운용기술 개발,
ⅱ cleaning unit engineering 기술 개발,
ⅲ Ni-flash 도금 설비 engineering 기술 개발,
ⅳ strip 사행방지기술 개발,
ⅴ Line 연동구동 제어기법 개발
ⅵ TP 박도금재의 edge 과도금 제어 정도 향상기술 개발
ⅶ 냉연 프로세스 라인 청정 용액의 on-line 재처리 시스템 개발
ⅷ 노내 strip hunting 및 buckle 방지를 위한 개선방안 개발
ⅸ 구동성 향상을 위한 pot roll unit 최적구성안 정립 및 현장적용
ⅹ 고정도 tension leveller 고유 모델 개발
ⅹⅰ 불용성 양극 전기아연도금 셀 설계기술 개발
ⅹⅱ scale breaker의 work roll 수명 향상을 위한 설비 개조
◇ 현대제철 및 현대하이스코
고로 소재에 있어서 POSCO의 후발주자로 다음과 같은 연구를 수행 중에 있거나, 개발 완료했다.
ⅰ DDQ, EDDQ GA 집합조직 개선 연구
ⅱ GA chromate 처리강판 개발 연구
ⅲ 자동차용 60 kg 이상 고장력강판 개발 연구
ⅳ 자동차용 초고강도 (100kg 급) 열연강판 개발 연구
ⅴ 열처리형 초고강도 열연강판 개발 연구 (열처리 후 150kg 이상)
ⅵ 극저온용 고강도 후물 후판 개발
ⅶ GL/GA trimming 후 edge부 rust 발생 연구
ⅷ 강종별, 재질별 열처리 최적화 및 표준화 연구
ⅸ CAL cleaning section 최적 탈지 조건 연구
ⅹ CG 탈지 최적화 연구
ⅸ EG/GI 특수 chromate 개발
◇ 동부제철
2000년대 초반의 주요 연구 수행 결과 △Earing이 우수한 DRD 제조기술 개발 △DR 3-Piece can 경량화 기술 개발 △경질 bright 강판 개발 △고투자융 inner shield 개발 △선재 질화강 개발 등을 달성했다.
최근 신기술로 △극박압연기술 개발 △ALCOT 강판의 도금 표면 spangle의 zero화 기술 개발 △열처리형 초고강도 냉연강판 도금기술 개발 △봉강 CTL 길이 측정장치 개발 등을 수행하거나 수행 중에 있다.
◇ 동양강판
최신 Double cold reduction(DCR) 압연 설비에 해당하는 2-stand 1방향 탄뎀식 UC/UC1F 교체형 냉간압연 설비 및 1 stand 가역식 UC/UC1F 교체형 냉간압연 설비를 납입받았으며, 회사가 자체 축적한 높은 압연조업기술과 상승효과를 내고 있다.
◇ 노벨리스코리아
알루미늄 코일, 판재, 환절판 등의 국내 시장점유율이 2006년 75 %에 달하는 최대의 알루미늄 압연 회사로 다음과 같은 연구를 수행중이다.
ⅰ 이종의 알루미늄 합금이 접합된 Clad재 공정개발
ⅱ 인쇄판 및 P.P. Cap의 내연화성 향상 및 5xxx계 합금의 성형시 발생하던 Stretcher Strain Mark를 방지하는 냉간 압연공정 개발
ⅲ 용탕 청정도를 모니터 할 수 있는 PoDFA(Porous Disc Filtration Analysis) 기술을 도입해 Inclusion의 양을 감소시키고, 기존의 Can End재에 도입되던 Coating공정을 환경 친화적인 Non-Cr 전처리와 Water-Base Coating을 사용하는 공정으로 개선
ⅳ Roll과 압연재 간의 마찰과 소용동력을 감소시키고 압연제품의 표면 품질에 큰 영향을 미치는 압연유에 대한 분석 및 관리를 통한 공정개선 기술
◇ 풍산
국내 최고 수준의 동 및 동합금 압연기술을 확보하고 있다. 세계 최대 규모급의 샤프트로(shaft furnace), 6톤 슬라브 연속 압연 가능 hot mill, Tandem mill, 20단 냉간압연기 등 각종 압연 설비 보유하고 있다.
동 및 동합금 판/대, 리드프레임용 동합금대, 주석도금재, 동판지붕재 등으로 구분되는 최종 압연제품은 품종에 따라서 폭 630 mm, 두께공차 2/1000 mm까지 다양한 규격으로 생산되고 있으며, 일부 주석도금재, 멀티게이지 스트립, 스테인레스 스트립 또한 생산하고 있다.
◇ 기술 경쟁력 분석
압연기술은 크게 설비기술과 생산기술로 나뉠 수 있으며 설비기술은 설계기술과 제작기술로 분류할 수 있다. 설비 설계기술은 원천기술 보유국인 독일과 일본에 대해 양적 수준으로는 70%라 추정할 수 있으나 설비 핵심기술 (압연 두께 제어 설비 (AGC), 기어설계 등) 에 대한 기술격차는 30년 이상의 차이가 있다. 반면 설비 제작기술에 있어서는 일부 대형 제작품(후판 백업롤, 압연기 하우징)을 제외하고는 경쟁력을 보유하고 있다.
日·獨 특허 및 기술 주도…원천기술 태부족
해외 선진기업과 교류 통한 기술 획득 필요
■ 국내외 주요 기업의 생산활동
압연 강판 생산을 위한 철계 중간재는 포스코, 현대제철, 세아베스틸, 포스코특수강, 동국제강, 한국철강 등이, 알루미늄 중간재는 노벨리스코리아, 동양강철, 남선알미늄, 성훈경금속, 두레에어메탈, 알루텍 등이, 동 중간재는 풍산, 이구산업, 대창공업, 하나금속 등이 주요 제조사이다.
최근 대형화·박육화·고품질화·고속생산에 대한 수요가 급증함과 동시에 안전, 환경 등의 종합적 선진 제조 및 관리기술을 확보해 전방 국가주력산업군의 소재 공급 기술로서의 역할 또한 주목받고 있다.
압연기술 관련 시장 동향 파악을 위해 최근 4년간 통계청의 ‘광업, 제조업 조사’를 분석한 결과는 아래와 같다.
단, 압연시장과 압출시장의 경우 유기적으로 연계돼 있어 함께 조사했으며, 압연 동향만을 분리하고자 하는 경우 전체의 약 40 %로 추산된다. 가장 큰 소재 시장을 차지하는 철강 분야에서는 POSCO, 현대제철, 동부제철, 현대하이스코 등이 국내 압연 업계를 선도하고 있다.
■ 시장규모 및 성장잠재력 전망
주요국 철강 압연 판재류 생산은 아래 표와 같다. 단 2008년 이후 시장 규모는 연 평균 생산증가율을 4%로 가정, 추정했다.
알루미늄 판 수요는 국내생산능력 확충에 따라 2010년 기준 연 74만5,930톤으로 2005년 대비 8% 이상 성장했다. 알루미늄 박 수요는 전기·전자용, 열교환기 및 자동차 경량화를 위한 자동차용 소재 적용 확대에 따라 내수 비율이 증가하고 있는 추세다(내수 비율 2008년 42%, 2010년 51%).
◇ 후판 국내 무역현황 및 전망
2000년대 이후 국내 조선업계의 호황과 더불어 압연기술 적용 철강 후판 수급 불균형이 심화됐으나 POSCO, 현대제철 및 동국제강 후판공장 신설로 인해 2010년부터 후판 수급 불균형은 해소됐다. 그러나 중국 조선업계의 급속한 규모 팽창에 대한 국내 조선사의 대응 방향에 따라 후판 수급의 역전 현상이 발생할 가능성을 배제할 수 없다.
국내 대형 철강업계의 후판공장 신설에 따른 생산량 증가에 맞추어 기존 조선 외 후판수요 창출이 필요하다. 에너지 산업에 대한 투자 증대에 맞추어 해양구조물, 고급 API 강관류 등 맞춤형 제품개발이 필요하다.
■ 미래의 연구 방향
압연 산업은 국내 철강, 알루미늄, 동 등의 수급 및 수출 동향에 민감히 대응해야 함과 동시에, 자국 기업의 보호를 명분으로 한 수입 규제 및 지속가능한 친환경 생산기술 확보 등의 가혹한 실정에 내몰리고 있는 상황이다. 자동차 경량화를 통한 연비절감을 위해 철강 소재의 고강도화-고성형성 확보에 필요한 고부가가치 철강소재 양산기술 확보가 대두되고 있다.
향후 압연기술은 과에너지소비의 대규모 공장 주역이 아니라, 주조공정 및 후처리공정이 융합한 자동 프로세스 형태 가운데서 제품의 상품 가치로서의 형상, 치수, 표면성상, 재질을 만들어 내기 위해 고효율 가공기술로서의 본래의 가치를 유지, 발전시켜야 한다. 대표적인 연구 방향은 아래와 같다.
ⅰ 친환경 압연 기술개발 및 기계적 특성 향상을 통한 기존 소재 대체 연구개발 추진
ⅱ 형상, 치수, 표면 등이 정밀 제어된 압연공정 적용 박판 제조 및 판재성형부품 제조
ⅲ 공정-조직-물성예측 기술 개발 대응
■ 국내 산업이 나아갈 방향
압연기술 분야에서는 일본 주요 철강사(NSC, JFE 등)들과, 주압연기 등 압연설비 분야에서는 일본 및 독일 SMS 등과의 적극적인 기술교류, 연구원 해외파견 등의 글로벌 R&D를 통해 선진기술을 획득하는데 중점을 둘 필요가 있다.
생산성이 높고 동시에 유연 생산을 지향하는 핫 스트립밀 관련 기술은 선진국의 기술이전 기피분야로 인해 기술흡수 및 개량은 거의 불가능하므로 장기간의 연구개발 투자를 통한 원천기술 확보가 합리적이다. 고부가가치 제품 개발을 통한 수출액 증대 및 수입제한조치 규정제외 품목 적용할 필요가 있다.
압연 소재 분야에서는 기존 소재의 개선 및 개량을 통한 소극적 대응보다는 기존 시장을 와해시키는 신소재 및 공정 등의 기술 확보를 통한 산업화 전략을 적극적으로 추진해야 할 것으로 사료된다. 즉 고부가가치 제품 개발을 통한 수출액 증대 및 수입제한조치 규정제외 품목 개발 등을 추진해야 한다.
압연 장치기술 분야는 장기적인 관점에서 현장수요를 반영한 전문인력을 양성하고 보급하기 위해 정부가 지속적인 지원을 하고, 해당 연구기관 및 기업체에 대한 지원을 확대해야 한다.
압연 기술 분야의 경우 메이저 중간재 생산 업체들의 기술 수준이나 경험 축적 정도가 비영리 연구 기관 및 대학들에 비해 우수한 관계로, 제조업체와 정부 간 및 기업체 상호간의 긴밀한 협의체 구성 및 신속한 동향파악과 대처방안 강구가 필수적이다.
