Update2024.04.30 (화)
포스코 주관의 스마트 강판소재 사업단은 친환경 스마트 표면처리강판을 개발하고 있다. 스마트 표면처리강판은 새로운 아연(Zn)계 합금코팅박막이나 비아연(Zn-free)계 코팅박막을 친환경 초고속 전자기부양 물리기상증착(EML-PVD)기술을 적용, 냉연강판 표면에 연속적으로 롤투롤 코팅한 소재다. 이는 기존 표면처리 철강제품 대비 최소 2배 이상의 내식성과 고기능성을 가지고 있으며 특히 건식 도금으로 생산과정에서 폐수발생이 없어 환경 친화적이다. 또한 기존 코팅속도 대비 최대 150배 이상이라는 초고속 생산속도인데다 에너지 효율도 높으며 비싼 가격의 아연 사용량 저감으로 제조원가가 절감돼 경제성도 확보했다.
스마트 표면처리강판은 △자동차 외판, 내판, 프레임 배기계 등 차체부품 △백색가전, 영상가전, 기능성가전, 금속가구 △건축패널, 강관, 구조재, 에너지 소재 등에 적용될 것으로 기대되고 있다. 스마트 강판소재의 시장규모는 2019년 국내외 9조5,000억원에 달할 전망이다.
■주력 산업의 필요소재
우리가 친환경 스마트 표면처리강판 기술을 확보해야 하는 이유는 자동차, 가전, 건축 등 주 수요산업들이 환경 변화를 겪으며 적합 소재에 대한 요구가 증대되고 있기 때문이다. 특히 이들 산업은 우리나라의 이른바 ‘먹거리’산업이어서 더욱 주목할 필요가 있다.
자동차산업의 경우 유럽, 미국, 일본 등의 선진 국가에서는 승용차 CO₂ 배출량 규제, 연료효율 규제강화, 재활용에 문제가 되는 크롬(Cr), 납, 수은 등의 중금속 원소의 사용금지 등 친환경 차량 제작을 요구하고 있다.
가전산업의 최근 가장 큰 이슈는 △각종 환경규제를 충족할 수 있는 제품소재 확보 △ LCD, LED TV등의 대형화, 슬림화, 3D 등에 따른 고내식, 내열, 발열특성을 가진 표면처리 소재요구 증대 △경량, 저가화를 통한 경제성 확보 등이다.
건축산업은 차세대 소재로 경량화, 박막화, 고내구성, 저가화를 요구하고 있으며, 이에 고강도강, 건축용 고강도 파이프, 용융합금도금 고내식 제품(ZAM, Superdyma)적용이 가장 빠르게 이뤄지고 있다.
이와 함께 급격한 경제발전으로 인한 중국산 철강제품 및 표면처리제품의 공급 확대도 큰 위협으로 다가오고 있다. 낮은 기술력에 기반한 중국산 저가 제품이 중국내 시장뿐만 아니라 세계시장을 잠식하고 있는 상황에서 높은 기술장벽을 가진 친환경 스마트 표면처리강판 기술 확보를 통한 시장경쟁력 확보가 필수적이다.
■특허 다량 확보한 포스코
아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등의 증착합금도금으로 제조된 고품위 표면처리 강판 제품은 현재 전기 및 용융아연도금강판을 대체할 것으로 예상되고 있다. 2008년도 영국 CRU분석자료에 의하면 전 세계 자동차 생산규모는 2018년 기준으로 연간 약 1억5,000만대에 달하고, 이중 표면처리 강판 철강소재의 적용무게를 대당 약 200kg 이상으로 예상하면 자동차용 표면처리 강판소재 시장은 3,000만톤 이상 규모가 될 것으로 분석됐다.
이렇듯 친환경 스마트 표면처리 강판소재에 대한 수요가 폭발적으로 늘어날 것으로 예상되는 가운데 세계 각국도 개발에 박차를 가하고 있다.
유럽의 세계 최대의 거대 철강사인 아셀러미탈은 2008년 1월 진공증착 프로토타입 라인을 완성해 현재 STS 착색강판을 상용화해 생산 중이며, 독일의 TKS사는 DOC라는 연구시설에 플라즈마를 이용한 전처리, Jet-PVD 진공증착 등을 포함한 복합 파일럿 플랜트 설비를 통해 고속 진공증착을 이용한 기능성, 고성능 표면처리 제품개발 연구를 진행 중이다.
일본의 경우 철강사들이 1980년대에 진공증착을 이용한 고품위, 고속 도금기술 및 제품개발을 추진해 닛신제강에서 최초로 Jet-PVD란 기술을 적용한 아연증착도금라인 및 제품을 상용화했으나 당시 진공설비기술과 조업기술이 조악해 현재는 가동되지 않고 있다. 일본 정부는 신일본제철, 도쿄공업대학 등 50여개의 산·학·연 기관들과 협력해 희유금속 사용량 저감기술 및 대체재료 개발 등 Zn-free Al-Mg 코팅강판의 개발연구를 지원하고 있다.
국내에서는 최근 수요산업에서 내식성이 비약적으로 향상된 표면처리강판에 대한 수요가 커짐에 따라 포스코, 현대하이스코, 동부제철 등 제강사들이 모두 Zn-Al-Mg의 3원계 용융도금 함금코팅 제품 혹은 관련 합금도금제품을 개발하기 위한 기술개발을 진행하거나 상용화를 준비하고 있다.
이 중 포스코는 Zn-Mg 합금 코팅, 고속 진공통판, Cr-fee계 후처리 기술 등 다양한 친환경 스마트 표면처리강판 기술에 걸쳐 특허등록(출원)을 보유하고 있어 실제 적용 가능성이 높은 것으로 평가받고 있다.
■수요처와 연계 통한 신뢰성확보 필수
친환경 스마트 표면처리 강판소재 기술개발을 위해선 △친환경 초고속 EML-PVD 증착코팅기술 △Air-to-Air방식의 Roll-to-Roll 코팅기술 △고내식성 Zn-Mg 박막코팅 소재기술 △내구성 Zn-free형 Al-Mg계 박막코팅 소재기술 등 세부기술 개발이 동시에 이뤄져야 한다.
친환경 초고속 EML-PVD 코팅기술에 있어 생산성과 직결되는 동적코팅속도는 현재 10μm(마이크로미터)·m/min 수준이나 WPM을 통해 2018년 600μm·m/min으로 끌어올릴 계획이다.
스마트 강판소재 사업단은 1차년도 사업을 통해 짧은 기간에도 불구하고 현재 세계 최고이자 유럽수준인 30μm·m/min 진공코팅기술 개발에 성공하는 성과를 나타냈다.
이는 친환경 스마트 표면처리 강판소재의 코팅기술 및 공정기술의 원천기술을 해외철강사와 공동개발, 보유하고 있었기 때문이기도 하다.
향후 이들 기술의 확보를 위해선 산학연이 연계된 개발 주체를 선정하고 협력 체계를 구성해 유기적인 기술 개발이 필요하다는 것이 전문가들의 조언이다.
스마트 강판소재 사업단에는 국내대표 소재기업인 포스코, 동부제철 등과 수요기업인 한국GM, 르노삼성 등이 포함됐으며 소재전문 연구 기관인 재료연구소, RIST, 한국생산기술연구원 등이 포함돼 기술개발에 박차를 가하고 있다.
기술 개발이 완료되더라도 넘어야 할 산은 많다. 특히 스마트 표면처리강판의 대표소재인 Zn-Mg, Zn-free형 Al-Mg계 합금박막코팅소재는 기존에는 상업화된 적이 없는 새로운 코팅물질계로서 수요처 입장에서는 기존 아연 및 알루미늄 코팅소재 대비 신뢰성을 가지기 힘들다. 따라서 신뢰성확보를 위해 수요기업과의 연계를 통한 적용 수요제품별 다양한 제작특성 및 물성평가를 통한 제품의 최적화 달성이 필요한 것이다.
전문가들은 실제품 품질평가를 통한 품질인증 획득으로 WPM을 추진한다면 세계 최초의 친화경 초고속 EML-PVD 증착코팅기술 및 고품위, 고내식 특성의 친환경 스마트 표면처리 강판소재 제품의 개발 및 상용화와 제조공정 및 소재품질에 대한 높은 신뢰성의 확보가 가능하다고 조언하고 있다.
