▲ 친환경 Smart 표면처리강판 기술적용 흐름.

자동차, 가전, 조선, 건축 등 국가 기간산업의 핵심소재인 철강 소재가 변화를 맞고 있다.

다른 소재와 마찬가지로 최종 제품의 안전도와 수명을 결정하고 있는 철강소재가 경량화를 통해 녹색산업을 선도하고 있는 것이다.

여기에 아연 및 알루미늄계 표면처리 강판은 제품의 내구성 확보는 물론 화려한 표면을 제공하는 등 철강 분야의 고부가가치 제품으로 우뚝서고 있으나 제조공정에서 발생하는 환경 및 자원 문제가 발생한다.

이러한 환경문제를 극복하고 과다한 자원사용을 해결하면서 동일한 효과를 얻고자 하는 것이 친환경 Smart 표면처리강판의 핵심이다.

친환경 Smart 표면처리강판이란 진공 중에서 초고속 전자기부양 물리기상증착(EML-PVD)등의 기술을 적용, 아연합금 또는 알루미늄·마그네슘 합금 등을 코팅한 차세대 철강소재를 말한다.

이 소재는 진공상태에서의 건식 코팅 방식으로 폐수 발생이 없어 환경 친화적이며, 매우 얇고(두께 5㎛ 이하, 기존 20㎛ 수준) 기존 대비 10배나 부식에 강한 아연합금 또는 알루미늄·마그네슘 합금 등을 코팅함으로써 자동차, 가전제품, 건축물 등의 사용 수명을 획기적으로 향상시키고 값비싼 자원 사용량도 절감할 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한 고강도 경량 소재로 철강제품 수요산업 제품의 경량화를 실현할 수 있으며 미래형 자동차, 가전제품 및 건축물을 위한 차세대 핵심 산업기반 철강소재로 각광받고 있다.

친환경 Smart 표면처리강판은 백색가전에서부터 OLED, 태양광, 이차전지 등 미래주력산업에 널리 쓰인다.

▲친환경·경제적 소재

친환경 Smart 표면처리강판은 기존 표면처리방식이 가지고 있던 환경 문제와 비경제성을 동시에 해결할 수 있는 소재다.

기존 표면처리강판은 전기도금이나 용융도금에 의해 아연 또는 아연·알루미늄 합금을 코팅한 것으로 두께가 두껍고, 제조 공정에서 폐수 및 유해성 화학물질이 발생하는 등 환경 위해요소, 낮은 에너지효율로 인한 CO₂ 발생과 높은 에너지비용 문제를 갖고 있다.

또한 자원 고갈 및 세계 각국의 자원 무기화로 인해 도금에 사용되는 아연 등의 수급 및 가격의 불안정이 예상되고 있어 이를 획기적으로 절감할 수 있는 기술의 필요성도 증대되고 있었다.

특히, 아연 및 알루미늄계 표면처리 강판은 제품의 내구성을 확보하는 데 핵심적인 소재로써, 장기간 부식으로부터 제품을 보호할 뿐만 아니라 미려한 표면을 제공하는 등 철강 분야 최고의 부가가치 제품이다.

이에 따라 점차 사용량이 증가 추세에 있지만, 앞서 언급한 제조공정과 제품 자체의 환경 및 자원 문제가 점차 심각하게 대두되고 있는 상황이다.

이와 관련해 유럽 등 선진국에서는 인체에 유해한 물질을 함유하거나 공정상 유해한 물질을 배출하는 제품의 수입을 원천적으로 금지할 계획을 세우고 있어 무공해 제조공정을 이용한 친환경 강판 개발이 요구되고 있다.

또한 중국 철강산업의 성장으로 저가 저급재의 국내 유입이 심각한 상황에 이르는 등 국내 철강 제품의 대외 경쟁력도 점차 저하될 우려가 있어 첨단 제조공정에 의해 경쟁력 있는 소재의 제조기술 개발이 시급해졌다.

여기에 친환경 Smart 표면처리강판은 표면처리강판소재분야의 성장과 함께 수요가 늘어나는 매력적인 시장이다. 영국 CRU 분석에 따르면 올해 151조원인 표면처리강판소재 세계시장규모는 2018년 224조원규모로 성장할 전망이며 국내시장도 8조2,000억원이 될 것으로 예상됐다.

▲코팅속도·내식성 확보 나선다

이번 WPM사업에 있어 친환경 Smart 표면처리강판분야에서는 △친환경 초고속 EML-PVD 코팅기술 △상용급 광폭 Roll-to-Roll 코팅기술 △고내식성 Zn-Mg 박막코팅소재 △고내구성 Zn-Free형 Al-Mg계 박막코팅소재 등 개발을 목표로 하고 있다.

핵심은 코팅속도와 내식성 확보다. 친환경 스마트 표면처리는 반도체, LCD 등 제조 공정에 사용되고 있지만, 코팅 속도가 매우 느리기 때문에 철강 제조공정에는 상업적 적용이 제한돼 왔다.

그러나 최근 유럽을 중심으로 기존의 코팅공정보다 오히려 빠른 속도로까지 개발되고 있고 국내 연구도 선진국보다 10년 이상 뒤쳐져 있어 이를 추격하기 위한 노력이 요구되고 있다.

친환경 초고속 EML-PVD코팅기술은 현재 국내에서 개발진행 중이며 국제공동 기초연구를 통한 원천기술 확보 및 초고속 코팅기술 개발이 진행 중이다.

이번 WPM사업을 통해 현재 국내 동적코팅속도인 10㎛(마이크로미터)·m/min를 2018년 600㎛·m/min로 향상시킨다는 계획이다. 현재 유럽은 30㎛·m/min 수준이다.

상용급 광폭 Roll-to-Roll 코팅기술은 Air-to-Air 방식의 기술로 소재의 진공이송 및 장시간 연속코팅을 위한 기술개발이 필요하다. 현재 국내 진공통판속도인 10m/min를 2018년 350m/min로 높일 계획이다. 현재 독일기업의 속도는 60m/min이다.

고내식성 Zn-Mg 박막코팅소재와 고내구성 Zn-Free형 Al-Mg계 박막코팅소재의 내식성도 2018년 각각 500시간, 1,000시간으로 현재 수준에서 5배 가량 늘릴 계획이다.

지난달 14일 친환경 Smart 표면처리강판분야의 총괄주관기관 참여의사 접수 결과 POSCO 기술연구원이 단독으로 나섰다.

국내 1위 철강사의 연구소가 WPM사업으로 개발될 새로운 프로세스들을 신제품에 적극 반영할수 있을 것인지 귀추가 주목되고 있다.