안녕하세요?
할로파파입니다~ :)
오늘은 "미래 선도형 금속재료산업 기술동향 및 전망"에 대한 정보를 공유하도록 하겠습니다.
정보전달의 순서는
1. 개요
2. 국내외 관련 산업 및 R&D 동향
3. 최근 주요 R&D 추진 동향
4. 결론
순으로 진행하도록 하겠습니다.
1. 개요
1) 금속소재 특성
- 금속소재산업은 타 소재산업에 비해 대형 설비투자가 요구되는 자본/기술집약적인 산업이며 타소재 산업(섬유/화학, 광물) 대비 대기업 비율이 매우 높음
- (국가기간소재) 전후방 산업의 파급효과가 크고 국가 전략산업의 성쇠에 지대한 영향을 미쳐 반드시 국가가 전략적으로 내재화해야 하는 소재임
※ POSCO 설립을 통한 철강 내재화는 자동차, 조선 등 국가 기반산업의 초석 마련
- (국가전략산업) 혁신적 구조개편의 일환으로 국가전략산업의 육성이 필요하며, 특히 국가전략산업 경쟁력의 핵심 요소인 국가전략소재 개발의 중요성 부각
※ 미래 사회 전망에 기반한 新산업으로 민간 역량의 한계로 국가가 전략적으로 육성 및 지원해야 하는 산업
- (금속소재의 위상) 산업적으로 사용되는 기초소재의 60% 이상이 금속소재로서 인프라 산업, 수출주도형 주력 제조업에 널리 활용되고 있을 뿐만 아니라 항공, 미래형 자동차, 로봇, 차세대 IT산업 등 미래신산업과 국방산업의 핵심기반 소재로, 경제적, 사회적, 전략적으로 매우 중요한 소재임
- (금속소재의 비전) 전 세계적인 고령화, 지구온난화에 따른 이상기후, 에너지 수요 증가, 자원 부족 심화, 환경보존 등 미래 이슈에 대응할 수 있도록 첨단화, 융합화, 고부가가치화를 추구하여 IT, 바이오헬스, 고효율에너지, 인공지능 등 미래기술의 핵심소재로서 역할을 수행하여야 함
2. 국내외 관련 산업 및 R&D 동향
1) 선진국 R&D 동향
- 금속소재는 국가기반산업 유지와 첨단산업 발전에 핵심적인 소재로서 향후에도 각 국가별로 관리를 극대화 할 것으로 예상
[표] 국가별 첨단소재 전략
| 국가 | 대표 정책 | 특징 |
| 미국 | •Materials Genome Initiative •National Nanotechnology Initiative |
• 에너지/환경 소재 및 우주항공/국방 소재 개발, 계산재료과학 기반 구축에 중점 |
| 일본 | •新원소전략 •Materials Informatics |
• 신소재 발견 보다 모델링이나 특성분석 툴을 이용한 기술의 개발에 초점 |
| 독일 | • Materials Science and Engineering in Germany •WING(산업소재개발프로그램) |
• 수요업체-소재업체-연구기관 간의 긴밀한 협력 및 첨단 소재의 개발기간 단축을 추진 |
| EU | • European Technology Platform for Advanced Engineering Materials |
• 특정 응용분야에 대한 관련 소재의 수와 연구 목표를 구체화한 로드맵 발표 |
- (미국) 자국 제조업 고도화를 위해 NAMII, ALMII 등 첨단연구소 설립과 수송기계 경량화, 3D 프린팅기술 상용화 적극 추진
※ NAMII : National Additive manufacturing Innovation Institute(3D프린팅)
※ ALMII : American Lightweight Materials Manufacturing Innovation Institute(경량)
- (유럽) EU 27개국이 참여하는 ESTEP*을 중심으로 철강산업의 지속가능 성장기술 개발에 주력하고 비철산업은 시장지배력 및 수익성 강화를 위해 M&A를 통한 전문화/대형화 추진
※ ESTEP : European Steel Technology Platform EU 27개국, 연구원 9천여명, 7억Ero/년 예산으로 2003년 창설되어 Scale-Free Process, Eco-Design, 재료의 소시에탈 밸류 SOVAMAT(Societal Value of Material) 등 대형 프로젝트 추진 중
- (일본) 전략적혁신창조프로그램(SIP, '15년 예산 500억엔) 10대과제 중 ‘혁신적 구조재료’를 선정하고 종합과학 기술혁신회의 주도로 수행
※ 수송기기의 대폭적인 중량감소를 위하여 철강, 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄 등 신소재개발과 혁신적인 이종 소재 접합기술 개발 지원
※ 신구조재료 기술연구조합을 설립하고 36개의 소재관련 기업을 회원사로 구성하였으며 년간 60억엔 정도를 10년간 지원
- (중국) 철강산업이 제조업 전반에 미치는 연관 효과를 고려하여 정부 주도 ‘중장기 철강산업 조정정책‘을 수립하여 스마트제철소 육성, R&D 비중(1.7%) 확대, 신제품 판매량 매출 비중(20%) 확대 등을 추진 중
2) 국내 정책동향
- 우리나라는 자원부족국가로 자원 자급률 향상에 대한 니즈가 높으며, 산업통상자원부에서는 중요 금속소재를 희소금속으로 지정하여 국가적으로 비축관리 시스템을 구축하고 있으며, 생산, 수출, 수입을 철저히 관리하고 있음
① 2025년까지 글로벌 시장을 선점할 ‘시장선도형 200대 소재부품 기술개발 과제’의 발표와 함께 기술개발에 특화된 장기 실천 계획 제시
② 2021년까지 세계 5대 타이타늄 산업 강국이 되도록 포스코, 두산중공업 등의 기업과 함께 금속산업을 집중 육성할 예정
- ‘제조업 혁신 3.0전략 실행 대책’을 통해 비철금속을 포함한 고부가가치 핵심기술을 선정하여 집중 육성할 계획
① 미래형 에어로 메탈 소재, 오토로봇 부품 등 지능성 소재 및 부품 등은 자동차, 조선, 반도체 등 주력 산업을 스마트화
하는데 필요한 핵심 기술요소로, 이를 집중 개발 추진할 계획
- ' 19년 일본의 수출규제조치에 대응하여 해외 의존도가 높은 핵심전략소재에 대해 1년 내 20대 품목, 5년 내 80대 품목의 공급안정화를 달성하기 위해 ‘100대 품목 소재·부품·장비산업 경쟁력 강화대책’을 추진
① 100대 품목 조기 공급안정성 확보
※ (단기) 20대 품목 공급안정화 : 1년 내 달성
※ (장기) 80대 품목 공급안정화 : 5년 내 달성
[표] 100대 핵심 전략품목
| 반도체 | (단기 5개, 장기 8개) 불산 등 관련 핵심 소재 및 장비 부품 등 13개 |
| 디스플레이 | (단기 2개, 장기 9개) 공정용 화학소재, 정밀 결합소재 및 장비 등 11개 |
| 자동차 | (단기 5개, 장기 8개) 센서 등 자동차 부품, 경량소재(차체, 부품) 등 13개 |
| 전기전자 | (단기 3개, 장기 16개) 배터리 핵심소재, 광학렌즈, 신소재 전자부품 등 19개 |
| 기계금속 | (단기 5개 장기 34개) 금속가공장비, 초정밀 합금, 금속제조용 분말 등 39개 |
| 기초화학 | (단기 5개) 불화계 화학소재, 고정밀 접착소재 등 5개 |
② 소재·부품·장비 산업 전반의 경쟁력 강화
※ 수요-공급기업과 수요기업간 강력한 협력모델 구축
※ 기업 맞춤형 실증 양산 시험장(테스트 베드) 확충
| 수직적 협력(수요/공급 기업 간) | 수평적 협력(수요기업간) | ||
| 유형A(협동 연구개발형) | 기술로드맵 공유 R&D ▶ 기술활용 R&D |
유형C(협동 연구개발형) | 협력사 공유 공동 개발·시설투자 |
| [지원] 기술로드맵 공유, R&D 자금, 공공조달, 판로지원, 계열사간 거래기준 명확화 |
[지원] 기술이전 ▶협력사, 공동 연구개발 활성화, 임대 전용산단 우선입주, 법인세 감면 |
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| 유형B(협동 연구개발형) | 양산평가 시험 개방 공동기반 구축 |
유형D(협동 연구개발형) | 공동구매, 보관 |
| [지원] 시설투자 융자, 실증·양산 지원, 지방세 감면, 산단 물량 우선배정 |
[지원] 해외구매 컨설팅, 해외 물류·보관 지원 보세구역 저장기간 연장 |
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3) 소재별 기술개발 동향
- 철강산업은 일부 신산업 시장에서 비철금속, 플라스틱, 복합재와 경쟁이 활발하여, 철강소재의 지속 가능한 성장을 위한 기술개발이 필요함. 선진국에서는 철강산업 발전계획 수립을 통한 기술 경쟁력 향상, 조립금속 산업의 고도화를 위한 기반 구축 등의 사업에 정부가 지원하고 있음
① 과거 제품·조업 기술 중심의 협소한 내부생태계에서 자원확보와 협상능력이 추가된 현재의 생태계를 거쳐 전후방 산업과의 네트워크 역량이 경쟁력을 좌우하는 생태계 확장이 이루어지고 있음
※ 이는 철강업체 경쟁력 향상만으로는 환경변화에 대한 대응이 충분치 못함을 의미하며, 소재-제품-수요산업간 연계 협력을 통한 supply chain별 경쟁력 강화가 필수적임을 시사
② (자동차용 초고장력강) '25년 CAFE 규제 대응을 위한 '06년 대비 35% 경량화 차체양산이 불가능할 경우 벌금에 의한 자동차 가격경쟁력 상실위기(북미 및 EU 자동차 시장 진출 불가능)에 처해 있어 이에 대응하기 위한 초고장력강, 경량강판 등 개발 필요
③ (고기능 에너지용강) 에너지 개발 환경의 가혹화에 따라 고강도, 내마모, 내식, 극저온 특성 등 새로운 임계성능 요구
등 시장의 니즈에 따라 고온-고압-고효율 발전플랜트용 핵심 구조용 소재, 극한 환경용 소재 등 고기능성 소재 개발이 요구됨. 특히, 국내에서 원천특허를 보유한 4세대 망간강이 보유한 극한성능을 활용하여 LNG용 극저온용강, 셰일가스 채굴용강관, 자동차용 초고장력강판, 발전설비용 내마모용강 등 다양한 저원가 고품질 신제품 개발과 조기상용화 노력 필요
④ (특수강) 고강도 열연 강재, 고내식 원자력 발전용 냉각 해수용 STS 강재, 탈황 설비용 내식 강재 등 특수강 국산화로수급 안정화, 소재가격 하락 등 산업 전반에 선순환 구조 확보가 필요함. 전통 소재 선진국은 물론 중국의 비약적 발전이진행 중인 공구강, 금형용강, 내열강, 내식강 등 국내 취약 특수강 개발 가속화 필요
⑤ (신프로세스 개발) 고객의 요구에 맞춰 두께, 종류, 크기 조절이 가능한 맞춤형 프로세스 개발로 고부가가치 창출 및 최근 환경이슈에 따른 친환경 프로세스의 개발 등이 요구됨
- 비철산업은 경량화, 고방열, 고성능, 친환경 등 기능성 비철금속에 대한 수요 증가에 대응하여 신시장 창출 및 미래신산업의 기반소재로서 핵심 비철소재 기술력 확보 필요
① (경량금속) 미래형 자동차의 연비 향상을 위하여 자동차 경량화에 부합되는 차체, 샤시, 열교환기 등의 부품에 대한 알루미늄, 마그네슘 합금화 등에 대한 수요 증가로 소재 개발이 요구
② (의료용 합금) 향후 노령화, 시술시기의 저연령화 등의 이슈로 이에 대한 바이오 분야 연구가 활발히 개발되고 있는 추세로 이에 적용 가능한 비철소재 개발 필요
③ (3D프린팅 소재) 기존 비철소재의 임계성능을 초과 구현하는 소재, 친환경 공정에 의한 생산 및 부품화 가능소재 개발이 필요함. 3D 프린팅 시장에서 프린터(장비) 보다 사용되는 소재시장 성장이 더 빠를 것으로 예측
3. 최근 주요 R&D 추진 동향
1) 건축 및 해양구조물용 고성능 특수형강 개발
- 개발배경 및 필요성
① 해양구조용 강재는 일반적으로 해양구조물 건설 프로젝트에 소요되는 강재들의 일괄 공급을 전제로 하고 있으며, 특히 해양구조용 H형강의 경우 국내 수요기업(조선사)들은 일반 형강에서부터 고급형강재까지 공급이 가능한 일본 및 유럽 철강업체를 선호함. 반면에 국내 철강업체들은 형강 제품의 저온인성 확보를 위한 제조기술에 있어 해외 업체들에 비해 다소 열세에 있으며 생산 제품군에 있어서도 다양성이 부족한 실정에 있음. 이러한 소재의 해외 의존성으로 인해 국내 조선사들은 높은 단가의 해외 제품을 구매해서 사용할 뿐 만 아니라 납기지연의 문제로 인한 어려움이 존재함. 따라서 해양구조용 고성능 H형강의 국산화를 통한 국내 철강 제조사의 기술경쟁력 확보 및 조선사들의 수익성 개선이 필요함. 건축구조용 H형강은 건축물의 기둥·보 등에 사용되어 건축물의 안전성에 큰 영향을 끼치며, 최근 한반도에서 진도 5
이상의 강진 또는 대형 고층 건물에서의 화재로 인한 재산·인명 피해가 자주 발생하고 있는 반면에 국내 건축물의 내화·
내진 설계 비율은 극히 미미한 실정에 있음. 따라서 반복적인 화재 또는 지진 상황 하에서도 건축물의 붕괴를 억제하고
국민 안전을 지킬 수 있도록 내화특성과 내진특성을 동시에 가지는 건축구조용 고성능 내화·내진 강재 개발이 필요한 상황임
- 기술의 정의
① 형강은 단면의 형상이 H, I 등의 형태를 지닌 철강재로써 건설·조선·해양플랜트 등 철구조물 제작에 널리 사용되고 있음. 해양구조용 H형강은 해양플랜트 등 해양구조물 제작에 사용되며, 일반형강 제품과 달리 극저온(-40℃)에서의 우수한 충격특성이 요구됨. 이에 따라 고강도-저온인성 확보를 위한 합금설계 및 제조기술 확보가 필요하며, 또한 강재개발과 더불어 수요기업(조선사) 인증을 위한 연구(선급인증)도 병행이 필요함. 건축구조용 H형강은 고층 빌딩 등 건축물의 기둥 또는 보 제작에 사용됨. 건축구조물의 안정성을 확보하기 위해서는 최근 빈발하고 있는 지진과 대형 건축물 화재에 대비하여 반복적인 지진과 화재와 같은 재난 상황 하에서도 건축물의 붕괴를 방지할 수 있는 H형강 개발이 필요하며, 이를 위해 내진(저항복비)·내화(높은 고온강도) 성능을 동시에 갖춘 H형강 개발 및 개발 강재의 건축물 적용을 위한 표준화 연구가 필요
- 개발목표 및 추진전략
① 최종 개발목표 : 해양 및 건축용 고성능 H형강 개발 및 상용화
가) 해양구조용 저온인성 보증 H형강 개발 및 인증
• 2종의 해양구조용 H 형강 (YS 420, 460급) 합금설계 및 제조기술 개발
• H형강 저온인성 확보를 위한 상변태 제어기술 (합금설계, 석출물 제어 외) 개발
• 개발 강재 상용화를 위한 후물화 기술 개발 및 강재 선급인증
나) 반복화재·지진에 대한 피로저항성이 우수한 건축용 고강도 내화·내진 H형강 개발 및 표준화
• 1종의 내화·내진 H형강 (YS 460급) 합금설계 및 제조기술 개발
• 반복화재·지진 상황을 모사한 내화시험 및 피로시험 방법 구축 및 특성평가
• 개발 강재 상용화를 위한 후물화 기술 개발 및 내화·내진 강재 표준화 추진
다) 해양 및 건축구조용 고성능 H형강 접합 및 구조물 건전성 평가 기술 개발
• 해양 (YS 420, 460급) 및 건축구조용 (YS 460급) 용접재료 개발
• 건축 (고온 항복강도 보증) 및 해양구조용 (저온인성 보증) 고강도 볼트/너트 소재 개발
• 해양구조용 H형강 실 구조물 제작 및 수요기업 성능 평가
• 건축구조용 내화·내진 H형강 (YS 420, 460급) 실구조물 내진성능 평가
② 기술개발 추진전략
③ 기대효과
가) 해양 및 건축구조용 고성능 H형강 개발을 통해서 아래와 같은 효과를 기대
• 일본 등으로 부터의 수입의존도가 높은 고급형강 소재의 기술자립화를 통한 관련 산업(조선업)의 경쟁력 확보
• 국내 주력 산업인 철강산업의 경쟁력 확보를 통한 국가기반 산업 및 유관산업 보호 및 경제적 효과 기대
• 건축구조용 고성능 형강 소재 개발 및 건축물 적용을 통한 구조물 안전 향상 및 재난 발생 시 국민 생활 안전확 보
2) 첨단산업용 특수봉강 기술개발
- 개발배경 및 필요성
① 첨단산업용 특수봉강기술개발은 크게 두 부분으로, 기계/에너지 산업을 기술개발 타겟으로 하는 기어박스용 고강도내마모 특수강 소재기술과 반도체산업에서 활용되는 공정가스 이송용 고청정 소재 및 부품화 기술로 구분
- 기술의 정의
① 회전계용 내마모 특수강 : 내마모 특수강은 다양한 산업분야에 적용되는 기어박스의 중/대형 기어 및 샤프트 부품에
적용되는 소재로, 기어비가 다른 기어와 서로 맞물리면서 발생하는 외부응력을 견디기 위해 고강도/내마모 특성이 요구되는 소재로, 가혹한 환경에서의 장수명, 신뢰성을 확보하기 위한 제조기술과 실제 환경(해양플랜트, 풍력발전 등) 에서의 신뢰성 검증을 위한 평가기술 확보 필요
② 반면, 고부가 기어박스 시장은 유럽(Renk, SEW 등)과 일본(Sumitomo 등)이 주도 및 선점하고 있음. 국내기업의 경우 자동차용 변속기, 일반산업용 등 단순 부품제조기술만을 확보하고 있으며, 특수산업 및 특수치형기어 등의 고부가가치 산업에 적용되는 기술은 수입에 의존하고 있는 실정
③ 반도체 공정용 고청정 소재 및 극청정 부품 : 반도체 공정라인에 적용되는 가스 이송용 특수강 소재는 SEMI(국제 반도체장비재료협회) 규격에 부합하는 UHP(Ultra High purity)급 소재(STS316L)의 적용을 원칙으로 하고 있음. 하지만 해당 소재의 경우 현재 일본 2개사가 소재/인발 시장의 94%를 점유하고 있는 상황으로, 전략적 수출 규제가 이루어질 경우 국내 반도체 산업 밸류체인의 붕괴를 초래할 위험이 있음. 이 때문에 반도체 공정용 가스라인의 자립화기술개발을 위해 SEMI규격에 부합하는 소재기술 개발 및 UHP급 정밀관 내면품질을 만족할 수 있는 공정기술, 반도체 FAB공정에 활용가능한 극청정 부품화 기술개발을 목표로 하고 있다. R&D를 통한 단순 소재 및 부품기술개발에 그치는 것이 아니라, 『국산소재-국산부품-반도체업종』으로 연계되는 공급망 구축을 목표로 기술개발의 성공을 위해서는 소재기업, 가공기업, 장비기업의 긴밀한 협력이 요구됨
- 개발목표 및 추진전략
① 첨단산업용 특수봉강 기술개발을 위해 현재 17개의 기관이 참여하는 컨소시엄을 구성하여 연구를 진행 중이며, 1단계에서는 해외소재 대체를 위한 자립화기술개발을 추진할 계획이며, 2단계에서는 수요업종 맞춤형 소재/부품기술 개발 및 자립화 공급망 구축을 추진 예정
② 회전계용 내마모 특수강 : 회전계용 내마모특수강은 니켈, 크롬, 몰리브덴 등의 합금성분의 함유량이 높은 고합금강으로 제강공정단계에서 다양한 성분의 비금속 개재물이 생성될 것으로 예측됨. 이러한 비금속 개재물은 최종 제품단계에서 주요한 결함으로 나타나므로 소재의 수명을 단축하는 요인이 되며, 개재물 외 잔류수소는 제품의 사용과정에서 크랙을 유발함. 따라서 최종 제품단계에서 이와 같은 요인을 면밀히 분석하여, 소재 단에서부터 품질이 관리될 수 있도록 기술 개발을 해나갈 계획임
③ 반도체 공정용 고청정 소재 및 극청정 부품 : 반도체 산업용 고청정 소재의 경우 STS316L계 스테인리스 봉강 및 무계목 강관의 성능 및 품질을 개선하는 과정에서 선진사 제품의 특성을 분석하여 지속적인 공정설계·개선을 진행할 예정임.
단순한 해외 특허 및 제품분석에서 벗어나 최적 화학조성을 역추적하여 활용하는 방향으로 진행하며, 분석된 데이터를
바탕으로 단계적인 소재성능 향상과정을 통해, 최종적으로 용도에 적합한 합금계와 그 제조 기반을 수립하고자 함
- 기대효과
① 첨단산업용 특수봉강기술개발은 기술자립화를 통한 해외의존도 완화 및 국내 『소재-부품-장비』의 공급망 구축 및
강건한 수요-공급기업 협력체계를 기반으로 국가산업경쟁력 향상과 핵심전략품목에 대한 국내 공급 안정화를 목표로함. 참여기업들의 소재-부품의 기술력 향상과 더불어 국내 수요-공급기업간 긴밀한 연계를 통한 밸류체인 확보가 가장 기대할 수 있는 부분임
3) 광폭 압연클레드 후판 국산화 제조 및 강관/압력용기 적용기술 개발
- 개발배경 및 필요성
① 후판 소재기술은 1960년대 이후 단일재(저탄소강)에 국한되어, 첨단소재인 특수강 및 고부가가치 이종(異種)금속 후판재 분야로의 기술력 확대가 절실함. 클래드 후판은 유럽, 미국, 일본, 중국 등 일부 국가에서 독점적으로 공급하고 있으며, 국내에는 클래드 후판 공급처가 전무함에 따라 수입에 의존하고 있는 실정. 특히 압력용기 및 강관용에 적용 되는 압연방식 고부가가치 클래드 후판제품은 유럽 및 일본에서 고가, 장납기로 수입되고 있어 관련 기업들의 국제 경쟁력에 영향을 주고 있음. 이 중에서도 고기능성 고부가가치 소재인 니켈계 후판 클래드 핵심 제조기술에 대해서는 참고문헌이 거의 없고, 제조기술에 있어서는 국외에서도 대부분 비공개인 상황으로 국내 산업 경쟁력 확보를 위해 조속한 소재 자립화가 필요
- 기술의 정의
① 클래드는 성질이 서로 다른 이종(異種) 소재를 대면적 접합하여, 구성 모재 각각의 장점을 극대화하는 기술임. 에너지
산업에서 후판 클래드는 부식환경의 정도에 따라 내식합금(CRA, Corrosion-Resistant Alloys)과 탄소강 소재를 금속학적으로 접합함으로써 내식성과 고강도를 동시에 만족하는 한편, 소재 제조비용 저감의 장점이 있음. 금속 후판 클래드 기술은 크게 폭발 압접 방법, Overlay 용접 방법, 압연 방법 등으로 제조함. 폭발 압접의 경우 균질한 계면 접합 성능 확보의 어려움과 제조 공정의 제약이 있고, Overlay 용접 방법은 고비용에 따라 극후물재에 제한적으로 쓰이고 있음. 이에 반해 압연 방법을 통한 후판 클래드는 계면 품질이 균질함에 따라 고사양 강관 제작 등에 널리 쓰이고있음
- 개발목표 및 추진전략
① 개발목표 및 내용 : 일반강에 스테인리스강/니켈합금 등을 클래드 접합하여 내열/내식특성을 높인 두께 10~40mm
의 고부가가치 판재 제품을 압연 기반으로 3,500mm 이상의 광폭으로 제조하고, 성형·용접 공정을 연계하여 강관/압력용기를 부품화하는 것임. 이를 위해 Ni alloy 825/625 상당의 청정한 Ingot Slab 제조기술 개발, 광폭 클래드 후판 제조기술 개발, 전단강도 250MPa 이상 광폭 압연클래드 강관 및 압력용기 제조기술 개발이 필요
② 기술개발 추진전략 : 본 기술개발은 해외의존도가 높은 에너지플랜트용 광폭 압연클래드 판재에 대해 국내 공급망 구축 및 수요산업연계 사업화를 목표로 함. 신속한 사업화를 위해 각 개발 제품의 수요기업을 포함하고 산·학·연 전문가들로 컨소시엄을 구성함. 소재는 기초소재(CRA계 슬라브)-가공소재(CRA계 광폭 압연클래드 판재)를 개발하고, 부품은 소재-부품간 수요연계를 통한 부품개발(강관 및 압력용기 제조)을 유도하는 체계를 통해, 세부과제별 독립적인 기술개발이 이루어짐과 동시에 효율적이고 능률적인 연구가 이루어질 예정임
- 기대효과
① 수입의존도가 높은 CRA계 클래드 후판소재의 국산화를 통해 소재 자립화가 가능하여 클래딩 기초 소재-압연–강관
및 압력용기 적용 등의 통합적인 국내 생산 기반을 확보할 수 있음. 따라서 국내 부품사의 클래드 강관 활용이 증가할
것으로 예상되며 해외 시장 진입을 통해 국내 제조업 발전에 기여할 것으로 사료됨. 현재 해당 제품군은 수입에 의존함에 따라 국내 제조업계에서는 높은 가격 및 장납기 등 수급의 어려움을 겪고 있음. 본 기술 개발을 통해 소재 제조 기술을 국산화함으로써 제조원가 저감, 납기 단축 등의 국내 제조업 경쟁력 향상이 기대됨
4) 고성능 부품 제조를 위한 금형공구용 소재 기술 개발
- 개발배경 및 필요성
① 자동차의 기능 및 연비효율 향상과 함께 차체용 철강재료의 고강도 경량화가 급격히 진행되고 있음. 과거 국내에
서는 자동차용 철강소재의 평균 인장강도가 360MPa 정도였으나, 점차 증가되어 최근에는 590MPa 이상의 AHSS
(Advanced High Strength Steel)이 차지하는 비율이 50% 이상임. 특히, 차체의 보강부에 주로 사용되는 인장강도980MPa급 이상의 부품 수가 급격히 증가 되고 있는 추세임
② 또한, 핫스탬핑(Hot Stamping)으로 제작된 인장강도 1470MPa 차체 보강부품의 확대 적용에 따른 초고장력 강재를 성형하는 고성능의 금형소재 수요는 늘어나면서, 기존의 STD61 및 STD11 같은 공구강 소재를 적용하는 경우, 금형 파손 등의 문제로 인해 고성능 금형공구용 소재의 수입이 지속적으로 증가되고 있는 실정임
③ 이러한 관점에서 금형의 유지보수 비용 절감으로 제품의 경쟁력을 확보할 수 있는 고강도 고기능성 소재 개발과 분말금속 소재를 활용한 적층제조 기술로 금형의 국소부위에 선택적으로 적층하여 금형의 전주기 비용을 절감이 가능한 경제성 있는 기술개발이 필요함
- 기술의 정의
① 금형소재는 외력을 가하여 제품 형상으로 성형하기 위한 소재를 의미함. 크게 사용조건을 기준으로 공구강과 금형강
으로 구분할 수 있으며, 공구강은 금속 성형용 강, 금형강은 플라스틱 성형용 강을 의미함. 또한 피가공재인 초고장력강판, 용융금속, 수지 등을 성형함에 있어 고온 및 고압 등 복합적이고 반복적으로 노출되기 때문에, 높은 내부식성, 고경도, 내마모성 및 피로 저항성 등의 우수한 기계적 특성이 요구됨. 금형은 자동차, 가전, IT, 정밀기기 등 전·후방 산업의 발전에 직접적으로 영향을 미치는 매우 중요한 뿌리 생산기반 산업분야로써 고부가가치화를 위하여 장수명, 초소형/초대형 및 초정밀용 금형 소재의 개발이 절실함
- 개발목표 및 추진전략
① 고성능 공구/금형강 및 금형용 금속 분말의 자립화 기술 개발과 상용화 기술 확보
가) 장수명 공구강 및 고성능 플라스틱 금형강 제조기술 개발
• 2종의 Hot Stamping 및 Die Casting용 열간공구강 합금설계 및 제조기술 개발
• 1종의 Cold Trimming용 냉간공구강 합금설계 및 제조기술 개발
• 2종의 쾌삭성 및 내식성이 향상된 정밀 플라스틱 금형강 합금설계 및 제조기술 개발
나) 금형강용 금속 분말 국산화 제조 및 이종금속 적층 기술 개발
• 금형강 분말 국산화 기술, 이종소재 적층제조 기술, 후열처리 기술 개발
• 모재 맞춤형 HRC60급 금형강 분말 3종 제조 기술 개발
• 고밀도, 고수율, 고적층성 등 적층공정 기반기술 및 시작금형 적용기술 개발
- 기대효과
① 고품질의 금형공구용 소재의 설계, 생산 및 신뢰성 검증을 통한 고부가 소재의 기술 자립화 및 해외 의존도를 완화하여 소재 산업의 다중 가치사슬을 확보할 수 있을 것으로 기대됨. 또한, 금형용 금속 분말의 국산화 기술 개발 및 안정화된 적층기술 개발을 통해 글로벌 시장의 경쟁력을 확보하고 적층 제조 부품 시장에서 성장기에 진입 가능
② 특히 산·학·연의 체계적인 공동 연구개발로 수요기업의 니즈를 반영하여 안정적으로 소재를 공급하는 것을 목표로 하고 있으며, 독자적인 원천/응용 기술의 조기 권리화를 추진하여 소재-금형-(공정)-부품의 新 제조 패러다임 변화에 적극적으로 대응할 수 있을 것으로 기대
4. 결론
1) 철강산업 및 비철산업에 대한 시사점 및 정부 정책 지원
- 철강산업은 일부 신산업 시장에서 비철금속, 플라스틱, 복합재와 경쟁이 활발하여, 철강소재의 지속 가능한 성장을 위한 기술개발이 필요함. 선진국에서는 철강산업 발전계획 수립을 통한 기술 경쟁력 향상, 조립금속 산업의 고도화를 위한 기반 구축 등의 사업에 정부가 지원하고 있음
- 비철산업은 경량화, 고방열, 고성능, 친환경 등 기능성 비철금속에 대한 수요 증가에 대응하여 신시장 창출 및 미래 신산업의 기반소재로서 핵심 비철소재 기술력 확보 필요
- 20년 소재부품기술개발사업으로 진행되는 금속소재관련 과제 중, 건축 및 해양구조물용 고성능 특수형강, 첨단 산업용 특수봉강, 광폭 압연클래드 후판 제조 및 강관, 고성능 부품 제조를 위한 금형공구용 소재 개발을 통해 우수한 성과를 기대하고 국내 소재에 대한 자립화의 원년이 되기를 기대함
금속재료산업은 전후방 산업의 파급효과가 크고 국가 전략산업의 많은 영향을 미치기 때문에 국가가 전략적으로 내재화하고 육성해야하는 산업입니다.
전세계적으로 고령화, 지구온난화에 따른 이상기후, 에너지 수요 증가, 자원 부족 심화, 환경보존 등 미래 이슈에 대응할 수 있도록 첨단 미래기술이 필요하며, 금속재료는 미래기술의 핵심소재로서의 중요한 포션이기도 합니다.
이슈가 되고 있는 수출규제, 코로나 19에 따른 대외 무역 및 소재부품장비 국산화를 위한 정부의 지원이 계속되고 있습니다. 해외 기술에 종속되지 않고 독자적인 기술확보가 될 때 관련 산업의 미래가 밝다고 할 수 있겠죠~
오늘도 화이팅 하세요~^^
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