▲ 강태욱 수송기기용 초경량 Mg소재 사업단장.

전세계적인 온실가스 감축 노력 속에 자동차, 항공기 등 수송기기에도 연비와 CO₂규제의 바람이 불고 있다.

유럽 등 선진국은 자동차에 대한 환경규제를 강화하고 있어 시장에 진출하기 위한 각국 기업들은 엔진개선, 차체 경량화 등에 사활을 걸고 있다.

이러한 세계적인 추세 속에 실용금속소재 중 가장 가벼운 마그네슘(Mg)이 친환경 수송기기 핵심소재로 각광을 받고 있다. Mg의 비중은 1.74g/㎤로 철강의 1/5, 알루미늄의 2/3 수준으로 가벼우면서도 우수한 강성 및 비강도와 기계 가공성을 가지고 있다.

또한 높은 방열특성과 전기전도도를 보유하고 있다. 스마트폰 케이스 등 IT부품에서 수송기기에도 본격 적용이 추진되면서 시장은 연평균 6~7% 고속성장하고 있다.

Mg소재 시장규모는 2010년 세계시장 5조9,000억원, 국내시장 2,000억원에 불과했으나 2019년 국내시장 3조4,000억원, 해외시장 54조8,000억원으로 총 58조2,000억원에 달할 전망이다.

그러나 Mg은 경쟁소재인 철강이나 알루미늄에 비해 가공비용이 높고 성형성과 내식성이 열악하며 특히 판재로 제작할 경우 폭도 좁고 돈이 많이 드는 단점이 있다.

또한 원소재가 중국에 몰려있어 가격이 불안정하기도 하다. 우리나라의 경우 Mg을 전량수입하고 있으며 이중 93%가 중국산이다.

포스코가 주관을 맡은 수송기기용 초경량 마그네슘(Mg)소재 사업단은 이러한 Mg의 단점을 극복하기 위한 다양한 합금과 광폭판재 개발에 나서고 있다. Mg합금·판재를 차체, 섀시 등 외장재로 적용을 확대하기 위해선 강도와 인성이 향상된 신합금 개발이 요구된다.

또한 Mg 압출재와 단조재를 수송기기에 적용하기 위해 각각 고속 생산기술과 맞춤 금형설계 및 단조공정 최적화 기술이 필요하다.

Mg소재시장은 세계적으로 초기단계여서 이들 기술을 바탕으로 먼저 양산에 나선다면 시장을 선점할 가능성이 큰 분야다. 특히 Mg소재의 특성을 활용하면 우리 주력산업인 자동차와 IT제품의 제품경쟁력을 향상시킬 수 있어 파급효과가 크다.

▲ Mg 잉곳.

■ 포스코 Mg제련소 준공, 사업 탄력

사업단은 포스코와 동양강철이 총괄을 맡아 고기능 Mg 판재소재와 고강도 Mg 벌크재 등 두 개의 세부 핵심기술을 개발하고 있다.

사업단은 이들 판재와 벌크재에 맞는 Mg제련-합금연구-판재제조-부품제작-자동차부품 기술개발에 나서 1단계 가시적인 성과를 나타냈다. 각 목표 물성치를 초과 달성했고, 원소재인 Mg 빌렛과 판재 제조의 공정도 및 목표를 달성했다.

사업이 탄력을 받게된 건 지난해 포스코 강릉 옥계 Mg 제련공장 준공이다. 포스코는 RIST와 공동 개발한 차세대 Mg제련기술인 ‘수직형 열환원 공정기술’을 적용 중이다. 전남 순천에 Mg 판재공장을 가동 중인 포스코는 제련에서 압연까지 Mg 일관생산체제를 구축하게 됐다.

▲ 포스코가 생산한 Mg 광폭주조판재. 세계적 수준의 크기를 자랑한다.

특히 포스코의 Mg 사업 진출로 인근지역에 Mg 클러스터가 구축될 예정이어서 관련 산업 활성화와 중소기업의 신규 참여가 확대될 전망이다.

포스코 Mg제련공장 준공 ‘사업탄력’, 시장 확대

수송기기 부품기술 개발·오픈 이노베이션 추진

▲ 마그네슘 휠, 기존 알루미늄 휠보다 더 가볍다..

■ 포스코와 오스템 협력, 해외시장 열다

국내기업이 소재기술을 확보하고 있는 것이 얼마나 중요한지를 사업단에 참여하고 있는 오스템의 사례를 통해 알수 있다.

사업단이 2012년 2월 독일에서 제1회 한국-독일 간 마그네슘 기술교류회를 개최해 유럽 주요 자동차 회사를 포함한 부품업체, 연구기관, 대학 등과 함께 양국간 기술개발 협력관계 기반을 조성한 것은 1단계 주요성과로 꼽힌다. 자동차 기술 선진국인 독일에서 Mg 판재를 적용한 시제품을 전시함으로써 해외 자동차사의 관심을 이끌어낸 것이다.

특히 국내 자동차 부품 전문기업인 오스템이 전시한 Mg 판재적용 시트(Seat)는 큰 관심을 받았다. 실제로 한 해외 대형 자동차회사는 오스템에 Mg 시트의 생산 및 공급이 가능한지 문의했다.

그러나 자동차 메이커가 규정한 Mg합금은 해외 경쟁 자동차 부품사에게 유리한 합금으로 정해져 있어 경쟁이 불가능했다. 오스템은 판재 제조사인 포스코에 해결방안을 문의했고 포스코는 경쟁사의 샘플을 긴급 입수, 비교분석해 가격경쟁력이 있는 Mg합금을 찾아냈다.

오스템은 포스코의 지원 덕분에 짧은 기간에도 불구하고 시제작품 생산에 성공했고 그해 12월 자동차 회사로부터 검증을 통해 호평을 받았다. 수주 시 연간 약 50만대에 공급이 가능할 전망이며 이를 통해 오스템의 매출액은 연간 100억원 상승하고 포스코는 연간 800톤의 판재 판매가 가능해질 것으로 기대되고 있다.

▲ 차량용 Mg 부품.

■ 타 수송기기 접목 Mg부품개발 나선다

수송기기용 초경량 Mg소재 사업단은 2단계 사업을 통해 자동차 이외 타 수송기기에도 접목시킬수 있는 Mg 부품기술 개발에 박차를 가할 계획이다. 또한 1단계 달성한 성과에 만족하지 않고 승화발전 시키는데 주력할 예정이다.

고기능 Mg판재소재 과제에서는 △고강도, 고성형성 신합금 개발 △2,000mm 광폭주조 판재 및 1,500mm 광폭압연 판재 개발 △신합금 및 중폭자동차 부품 성형 기술 개발 △이종재료 접합기술 개발 △신합금, 접합부품, 중폭부품 표면처리 공정 개발 등을 중점 추진한다.
고강도 Mg벌크재 과제에서는 △고강도, 고인성 신합금 개발 △압출재 집합조직 제어기술개발 △단조재 조직정밀 제어기술 개발 △주조재 열처리 기술 최적화 등에 나선다.

특히 사업단이 중점을 두는 것은 개방적인 협력체계 구축이다. 수송기기용 Mg 시장이 본격적으로 개화되지 않은 상황인데다 기존 소재와 비교했을 때 신뢰성 확보도 부족한 것이 사실이기 때문이다.

수송기기용 초경량 Mg소재 사업단장을 맡고 있는 강태욱 포스코 전무는 “국내에 국한되지 않고 ‘오픈 이노베이션’ 정신에 입각하여 해외 유수의 연구기관과 자동차 메이커와의 협력관계의 구성에 더욱 더 노력해 기술 개발 촉진 및 Mg 부품의 해외수출, 판로의 개척을 동시에 도모하겠다”고 강조했다.