▲ ‘분말 HIP 기술 세미나’ 참석자들이 기념촬영에 응하고 있다.

포항소재산업진흥원(POMIA)이 국산 대형 HIP(Hot Isostatic Pressing:열간등압성형) 장비를 구축하고 국내 철강·항공·방산·3D프린팅·SMR(소형모듈원전) 등 제조업 기업의 경쟁력 강화를 지원한다.

POMIA는 한국분말재료학회 산하 첨단구조재료분과(분과장 양상선 한국재료연구원 박사)과 공동주관으로 11월12일 경북 포항시에 위치한 포항소재산업진흥원 고기능금속센터에서 ‘분말 고온등방가압성형(HIP) 기술’을 주제로 ‘제4회 첨단구조재료분과 심포지엄’을 개최했다.

이날 심포지엄에는 김진천 한국분말재료학회 회장, 양상선 재료연 박사, 이경세 POMIA 실장 등 산학연 관계자 80여명이 참석했다.

HIP 공정은 금속, 세라믹, 복합재료 등의 고체 혹은 분말 소재를 고압·고온으로 등방압축을 통해 성형하는 기술이다. 분말 소결제품이나 주조제품의 내부 기공을 제거함으로써 물성을 획기적으로 향상시킬 수 있으며 동종 소재 및 이종 소재를 확산 접합할 수 있다.

이에 HIP 공정은 1950년대 핵연료제조 공정으로 개발된 이래 대형화와 공정 단축 기술이 개발되면서 철강 판재 압연기 롤, 항공우주 터빈블레이드, 자동차 엔진부품, 원자력(SMR 등) 부품, 금속 3D프린팅 부품, 반도체 스퍼터링 타겟, 공구 및 금형 등 다양한 산업분야에 응용되고 있다.

또한 HIP 공정 효율과 부품 품질을 높이기 위해선 유동성이 좋고 충전밀도가 높은 구형 금속분말이 필수적이기 때문에 금속 분말 생산기술 확보도 중요하다.

이번 심포지엄에서는 HIP 관련 국내 최고 산학연 전문가들이 강연자로 나서서 △HIP용 금속분말 제조기술 및 발전분야 응용 △HIP 원리 및 분말 canning 공정△PM-HIP 성형공정 해석 및 Capsule 설계기술 △PM-HIP 및 적층성형 공정 적용을 위한 Co-Cr 중간재 제조 기술 개발 △PM-HIP을 이용한 고기능성 금속재료 개발 연구 사례 △SMR 개발을 위한 HIP 장비 소요 기술 등을 주제발표했다.

▲ 포항소재산업진흥원 고기능금속센터에 국산 대형 HIP 장비가 구축됐다.

POMIA 고기능금속기술센터는 철강 소재 주조 및 합금분말 혁신 기술개발과 실증 장비 지원, 사업화 지원 등 역할을 수행하고 있다. 특히 산업통상부와 경상북도, 포항시의 ‘철강산업 재도약 기술개발사업’의 지원을 받아 국내 철강·항공·방산·3D프린팅 등 제조업 기업의 경쟁력 강화를 위해 최근 직경(Φ)650mm X 2,000mm 크기의 대형 HIP 장비를 구축했다.

해당 장비는 최대 150MPa 압력으로 최고 15000℃(몰리브덴 히터)의 온도로 HIP 처리가 가능하다. 특히 POMIA와 일신오토클레이브의 협력으로 국산화했기 때문에 경쟁력 있는 가격에 서비스 지원이 가능할 것으로 기대되고 있다. 본격적인 기업 지원 및 서비스는 내년 3월로 예정돼 있다.

김대하 POMIA 선임은 “첨단구조재료 시장의 성장에 따라 HIP 장비의 중요성이 날로 증가하고 있으며 최근 대형 HIP 장비의 도입 및 제조 회사의 등장으로 국내 첨단소재 산업의 활성화가 기대된다”며 “POMIA는 HIP 기술개발 및 기업 지원을 통해 대한민국 소재 산업 발전에 기여하도록 노력하겠다”고 밝혔다.

▲ 김대하 POMIA 선임이 심포지엄과 HIP 장비에 대해 설명하고 있다.

글로벌 에너지 전환 및 전력 사용량 증대로 인해 SMR 누적 설치용량은 2030년 56GW에서 2050년 404GW까지 확대되면서 관련 핵심 기재자 시장은 2030년 70조에서 2050년 520조원으로 성장할 것으로 전망되고 있다.

일례로 SMR 핵심 부품인 압력용기의 경우 기존에는 주·단조로 만들어졌으나 HIP 공정으로 대체하면 제조원가 절감, 납기단축 등 효과가 있다. 글로벌 시장에서는 SMR 추진 잠수함, 항공모함 등을 개발하고자 4미터 이상의 대형 HIP 설비 개발 및 도입을 추진 중이다.

두산에너빌리티도 지난해부터 SMR 주기기 제작을 위한 초대형 HIP 핵심 제조공정 기술개발을 추진 중이다. 두산에너빌리티 관계자는 HIP 성형공정 해석 프로그램 개발을 위한 온도 및 열·기계적 물성치 등을 구하고 축소모델 SMR 압력용기 제작 및 실증을 통해 프로그램 신뢰성을 검증하고 있다고 설명했다.

한국생산기술연구원은 SMR 경쟁력 강화에 필요한 HIP 소재의 파괴인성 향상을 위해 HIP 제조 전용 열처리 공정설계를 추진 중이다. 이날 생기원 강원기술실용화본부 박창수 수석은 압력용기용 저합금강 소재로 쓰이는 SA508의 열처리 공정 영향 분석 사례를 공유했다. SA508을 HIP 방식으로 제조하면 대형 부품 제작 시 단조품의 크기, 형상제약 등 한계를 극복할 수 있고 소재 낭비도 절감하는 효과가 있어 해외에서도 EPRI, INL 등에서 실증 평가한 사례가 있다.

이경세 POMIA 실장은 환영사를 통해 “이번 심포지움을 계기로 산학연과 협력을 강화해 글로벌 철강산업의 중심지인 포항이 첨단소재산업의 중심지로 재도약 할 수 있도록 기업 지원 및 기술개발에 적극 나서겠다”고 밝혔다.

한편 POMIA 고기능금속센터는 HIP 장비 외에도 일렉트로 슬래그 재용해 정련로, 초고압 수분사 분말 제조장치, 금속 바인더젯 3D프린터 등 다양한 장비를 구축하고 공정제품 최적화, 연계기술개발, 실증 상용화 등 전주기 기업지원을 추진 중이다.

▲ 양상선 한국재료연구원 박사가 심포지엄 개회사를 하고 있다.