▲ POMIA 고기능금속센터에 구축된 대형 HIP 장비(출처:POMIA)

국내 소재부품 컨소시엄이 국산 기술 및 장비를 활용해 고부가 하드페이싱(Hardfacing) 핵심 중간재인 코발트(Co) 합금 와이어의 국산화에 성공했다. 향후 발전, 자동차, 석유화학 등 산업에 필요한 핵심 부품을 제작하는데 활용됨으로써 수입 대체 및 소재부품 공급망 안정화에 기여할 전망이다.

(재)포항소재산업진흥원(POMIA, 원장 김헌덕), ㈜에코에스엠(대표 이승윤), ㈜비케이엠솔(대표 최원수)은 수평연속주조(Horizontal Continuous Casting) 공정과 열간등압압축성형(HIP) 공정을 통해 중간재용 직경 6mm 코발트 합금 와이어 소재 국산화에 성공했다고 27일 밝혔다.

이번 국산화는 과학기술정보통신부가 공공연구기관 연구 성과의 사업화 연결을 위해 추진한 ‘2025년 연구개발특구육성(R&D) 사업’의 지원을 받아 진행됐다.

이들 컨소시엄은 수평연속주조 기술 개발 성공 후 고온·고압 환경에서 소재 결함을 원천 차단하는 HIP 공정 기술을 확보하면서 코발트 합금 와이어 제품의 신뢰성을 최고 수준으로 끌어올렸다는 평가다.

HIP 공정 기술개발은 ㈜일신오토클레이브가 국산화한 HIP 장비를 통해 진행됐다. HIP 공정은 금속, 세라믹, 복합재료 등의 고체 혹은 분말 소재를 알곤(Ar) 등 불활성 가스를 매개로 고압·고온으로 모든 방향에서 균일하게 압축을 가해 성형하는 기술이다. 분말 소결제품이나 주조제품의 내부 기공을 제거함으로써 물성을 획기적으로 향상시키는 효과가 있다.

기존 공법으로 제조된 코발트 합금 와이어는 내부에 미세한 기공(Porosity)이나 주조 결함이 발생하기 때문에 금속 표면에 내마무성·내식성 등을 강화하기 위한 하드페이싱(Hardfacing:표면 경화) 작업에 적용 시 가스 포켓이나 블로우 홀이 발생하는 단점이 있었다.

그러나 컨소시엄은 자체 개발한 HIP 공정을 통해 소재 내부의 미세 결함을 압착 및 소멸시켰고, 미세 조직이 치밀해짐에 따라 강도, 내식성, 고온 내마모성, 피로 수명이 획기적으로 향상됐다.

▲ HIP 공정을 활용해 내부의 미세한 기공이나 결함을 제거시켰다.(출처:에코에스엠)

이번 코발트 합금 와이어 소재 국산화는 연간 수천억원 규모로 추산되는 고성능 하드페이싱 소재 시장의 판도를 바꿀 것으로 전망된다. 코발트 합금 와이어는 내마모성과 내열성이 뛰어나 발전소, 자동차 부품, 석유화학 플랜트 등 극한 환경 설비의 수명을 연장하는 하드페이싱의 핵심 소재로 널리 사용되고 있다.

코발트 합금 와이어가 가장 활발하게 사용되는 곳은 원자력 및 화력 발전소다. 발전소 내부에서 고온·고압의 증기를 조절하는 핵심 밸브의 시트(Seat) 부분은 600°C 이상의 고온과 강력한 마찰을 동시에 견뎌야 한다. 여기에 코발트 합금 와이어를 활용한 하드페이싱 처리를 하면, 금속 표면에 강력한 보호막이 형성돼 밸브의 기밀성을 유지함으로써 에너지 손실을 막고, 설비의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있다.

자동차 산업에서 코발트 합금 와이어는 엔진의 폭발적인 열기와 반복적인 충격을 견뎌야 하는 배기 밸브와 밸브 시트에 주로 적용되고 있다. 특히 탄소중립 시대를 맞아 엔진의 고효율화가 진행됨에 따라 내부 연소 온도는 더욱 높아지기 때문에 고경도·내열성을 갖춘 코발트 합금 와이어의 중요성은 날로 커지고 있다.

석유화학 및 가스 시추 산업에서도 부식성 유체와 이물질이 섞인 가혹한 환경에서 펌프 샤프트와 슬리브 등을 보호하기 위해 코발트 합금이 쓰인다.

POMIA 관계자는 “이번에 개발된 고성능 코발트 합금 와이어를 적용하면 기존 대비 부품 교체 주기를 획기적으로 연장할 수 있어 가동 중단(Down-time) 비용 절감 효과가 기대된다”며 “특히 전량 수입에 의존하고 있는 소재를 국산화함으로써 국내 제조사의 원가 경쟁력 확보는 물론 공급망 안정화에도 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.