포스코가 총괄주관을 맡은 친환경 스마트 강판소재 사업단은 우리 주력산업인 자동차, 가전제품, 건자재 등의 내구성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 차세대 철강소재인 ‘친환경 스마트 강판소재’ 생산기술 개발에 몰두하고 있다.

친환경 스마트 강판소재는 냉연강판 표면에 얇은 고기능성 아연-마그네슘(Zn-Mg) 박막 또는 알루미늄-마그네슘(Al-Mg) 박막을 코팅한 것으로, 진공 중에서 전자기 유도가열에 의한 부양 및 고속 증착(EML-PVD) 기술을 적용해 롤투롤(Roll-to-Roll) 생산설비에서 제조되는 소재다. 진공 증착 기술을 이용하면서도 기존 대비 동등 이상의 고속으로 생산할 수 있어 경제적이다.

▲ 우종수 스마트 강판소재 사업단장.

특히 아연-마그네슘(Zn-Mg) 및 알루미늄-마그네슘(Al-Mg)계 박막은 기존 아연/알루미늄계 표면처리 철강제품 보다 최대 10배의 내식성을 갖고 있다. 건식도금 방식을 이용하기 때문에 폐수발생이 적고 박막화로 인해 비싼 가격의 아연 사용량도 줄어들어 환경성과 경제성을 두루 갖췄다.

친환경 스마트 강판은 전기 및 용융아연도금강판을 대체할 것으로 예상되고 있다. 주요 적용 시장은△자동차 외판, 내판, 프레임 배기계 등 차체부품 △백색가전, 영상가전, 기능성가전, 금속가구 △건축패널, 강관, 구조재, 에너지 소재 등으로 2020년 표면처리강판소재 세계시장규모는 260조로 예상되고 있으며, 스마트 표면처리강판의 신규시장은 24조에 달할 전망이다.

특히 자동차산업의 경우 유럽, 미국 등의 선진 국가에서는 승용차 CO₂배출량 규제, 연료효율 규제강화, 재활용에 문제가 되는 크롬(Cr), 납, 수은 등의 중금속 원소의 사용금지 등 친환경 차량 제작을 요구하고 있어 친환경 스마트 강판에 대한 수요는 꾸준히 증가할 것으로 예측되고 있다.

또한 후발주자인 중국이 저가의 철강제품 및 표면처리제품 공급을 확대하며 세계시장을 잠식하고 있어 높은 기술장벽을 가진 친환경 스마트 강판 기술 확보가 시급한 상황이다.

■ 1단계 광폭 PVD 파일럿 연구장비 구축 성공

스마트 강판소재 사업단은 1단계 사업을 통해 세계 최초·최고 수준의 기술을 확보하는데 성공했다는 평가를 받고 있다.

세부적으로 살펴보면 분당 100M의 속도로 처리할 수 있는 Zn-Mg용 코팅 기술을 개발했다. 이는 관련분야 세계 최고 수준이다.

또한 세계 최초로 가전용 Zn-Mg 도금 강판 및 인산염 처리강판을 개발하는데 성공했다.

사업단은 특히 기술개발의 핵심장비인 광폭 PVD 파일럿 연구장비 구축을 통해 WPM사업의 주요 목표 중 하나인 대·중소 상생의 모범사례를 창출해 냈다. 장비구축을 위해 아바코, 코스텍, 에이티, 삼양세라텍 등 높은 기술력을 가진 32개의 중소기업이 컨소시엄을 이뤘으며 여기에 포스코가 지원에 나섰다. 포스코는 위험을 감수하며 이 파일럿 장비를 기존 생산설비에 연결해 테스트베드 역할을 맡았다.

그 결과 국산기술로 장비를 성공적으로 구축해냈으며 837명의 일자리도 창출했다. 가장 큰 결과물은 우리 중소기업들의 협력으로 설비 상용화 및 수출도 가능하다는 자신감이다.

1단계 광폭 PVD 파일럿 구축…기술 中企 협력체계 마련

상용화 요소기술 개발, 車·가전 기업 참여 신뢰성 확보

▲ 물리기상증착(PDV)의 원리와 친환경 스마트 표면처리 강판의 특징 .

■ 포스코 中企 서포터 역할, WPM사업 ‘탄력’

신소재 개발은 기술개발에 필요한 시간과 자금은 물론이고 수요처 확보의 문제를 해결해야하기 때문에 중소기업들이 쉽게 추진하기 어렵다. 특히 스마트 강판소재처럼 생산에 비싸고 높은 기술력이 필요한 설비가 요구되는 경우는 더욱 그렇다.

포스코는 사업단을 이끄는 주관기업으로 참여기업들에 기술과 연구비를 지원하며 ‘든든한 맏형’ 역할을 하고 있다. WPM 1단계 3차년도 사업기간 동안 포스코는 정부출연금 243억원과 맞먹는 231억원을 투자했다.

중소기업인 코스텍은 포스코의 지원으로 초고속 진공공정의 핵심기술 중 하나인 Vacuum-Lock(다단계 차등감압) 설비를 개발, 설계 및 제작 능력을 확보하게 됐고 이러한 과정에서 매출액은 3배나 증가했다.

아연계 후처리 코팅기술을 보유하고 있던 노루코일코팅은 WPM사업을 계기로 포스코와 함께 스마트 강판용 후처리 기술인 마그네슘(Mg) 함유 코팅층의 크롬(Cr)-free 후처리 신제품 제조기술을 개발하는데 성공했다. 중견기업 혼자서 추진하는데 부담이 큰 기술개발을 정부와 포스코의 도움으로 이뤄낸 것이다. 이를 통해 매출 120억원이 발생하였으며 향후 500원억까지 늘어날 것으로 기대하고 있다.

(주)AT는 포스코와 재료연구소에서 공동연구를 통해 개발한 세계 최고수준의 Ion Gun(폭 1,550mm) 제작에 성공하여 상용화급 제품 제작 및 생산을 통해 자력기술력을 확보하게 돼 향후 PVD 상용화 추진시 매출이 늘어날 전망이다.

▲ 건축용으로 쓰이는 스마트 강판 적용 컬러강판.

■ 2단계 상용화 기술개발·동반성장 이뤄낸다

스마트 강판소재 사업단은 1단계의 성공적인 출발을 계기로 2단계에선 시작품 제작 및 성능 평가 도달을 목표로 상용화 요소기술 개발에 주력한다.

이를 위해 EML-PVD 요소기술 완성 및 Up-Scaling 기반을 구축하고 국내 자력 엔지니어링 기술에 의한 파일럿 플랜트 장비를 설치 및 설치된 광폭 PVD 파일럿 플랜트를 통한 핵심 기술개발 가속화에 적극 나설 계획이다.

이러한 기술개발은 중소 참여기업들과의 협력을 기반으로 추진된다. 정부와 포스코는 PVD 설비요소기술 개발, 설계제작, 시공, 정비 등 일괄된 기술들을 중소기업들이 확보할 수 있도록 기회를 제공하고 기술 고도화 지원에 나설 예정이다. 스마트강판 세계 최초 상용화를 통해 560여개의 중소기업을 육성한다는 것이 정부의 계획이다.

2단계 사업에선 자동차, 가전, 건축 등 스마트 강판 수요기업을 본격 참여시켜 용도개발 및 품질인증에 적극 나설 예정이다. Zn-Mg 및 Al-Mg계 합금박막코팅소재는 새로운 코팅물질계여서 수요기업과의 연계를 통한 신뢰성 확보가 필수적이기 때문이다.

우종수 스마트 강판소재 사업단장은 “2단계 사업 성공을 위해선 주관기관인 포스코를 중심으로 산·학·연 20여 기관과의 협력을 통한 기술 개발이 필수적”이라며 “스마트강판 소재 분야에서 대한민국이 세계 최고에 오를 수 있도록 최선을 다하겠다”고 포부를 밝혔다.

참여기업

르노삼성자동차, 한국GM, 동부제철, LG전자, 포스코강판, 오스템, 노루코일코팅, 벡터필드코리아, 코스텍, 지온컨설팅