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제품 반(半) 솔루션 반(半)! 특별한 포스코 스테인리스의 세계

스테인리스도 포스코가 찐이야 2편, 제품 반(半) 솔루션 반(半)! 眞 국산 스테인리스 인증

스테인리스 스틸은 일반 탄소강 대비 녹이 슬지 않고 표면이 미려한 철강이다. 포스코도 수많은 탄소강 제품을 생산하고 있지만 스테인리스는 더 특별하다고 말한다. 무엇이 포스코의 스테인리스를 그토록 특별하게 만드는 것인지, 제품 반(半) 솔루션 반(半)?이 도대체 무슨 뜻인지 의아해할 수도 있다. 스테인리스의 일반적인 특징을 알아보고 포스코 스테인리스가 왜 특별한지 그 사례를 살펴본다.


스테인리스 스틸은 철(Fe)에 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등을 더해 표면이 미려하고 내식성은 물론 내구성이 뛰어나다. 상온에 장기간 노출해도 부식이 일어나지 않을 뿐 아니라 세균 번식도 막는 성질을 가지고 있어 위생적이다.

‘스테인리스(stainless)’란 단어가 바로 ‘얼룩, 녹(stain)이 없다’라는 의미를 담고 있는데, 일상 생활에서 흔히 볼 수 있는 주방용품, 가전제품, 의료기기 등으로부터 자동차, 기계, 선박, 화학 설비 등 고기능 강재에 이르기까지 그 용도도 매우 다양하다.

포스코는 제강, 열연, 냉연공정으로 이어지는 일관생산체제를 국내외로 구축하고 국내 연산 200만톤, 중국 생산법인 장가항포항불수강 120만톤 등 총 320만톤의 스테인리스 제품을 생산하고 있다.

l 포스코는 강재 뿐 아니라 솔루션을 제공하고 있다.

포스코는 단순히 철강제품을 찍어내지 않는다. 고객사의 입맛에 맞는 소재를 개발함과 동시에, 고객가치를 향상시키는 아이디어로 최적의 소재 사용 레시피를 함께 제공한다. 스테인리스도 마찬가지로, 고객사가 보유하지 않은 내식, 피로, 용접 시험 등 소재 성능 평가나 환경, 위생에 대한 솔루션 그리고 고객사가 필요로 하는 교육 등 토털서비스를 제공하고 있다.

고객 가치 향상을 위한 포스코의 솔루션. 포스코 솔루션=강재+성능평가, 이용기술+솔루션 교육

① 환경과 위생까지 생각하는 포스코

환경
최근 포스코는 친환경 선박 탈황설비(SOx Scrubber)에 필요한 고합금 스테인리스 소재를 국산화한 사례가 있다. 국제해사기구 (IMO, International Maritime Organization)의 엄격한 선박 배출가스 환경 규제(IMO 2020)에 부합하는 탈황설비용 강재가 없었으나, 포스코가 이를 선제적으로 국산화함으로써 고객사는 제작기간을 줄이고 비용도 절감할 수 있었다.

탈황설비 업체 H社의 구매팀장은 “포스코가 개발한 국산 소재(S31254강)를 짧은 기간 안에 납품받을 수 있었고, 용접 솔루션까지 제공되어 당사 경쟁력이 크게 향상되었다”며 “철강업계와 조선업계가 상생하는 좋은 예라고 생각한다”고 말했다.

중국 옌타이 공장에서 제작 중인 H사의 탈황설비(SOx Scrubber) 모습

중국 옌타이 공장에서 제작 중인 H사의 탈황설비(SOx Scrubber).

안전위생
스테인리스 스틸의 장점 중 하나는 위생적이라는 것. 코로나19 사태로 인해 위생, 안전이 부각되는 상황에서 포스코는 소재 측면에서 다양한 이용기술을 개발하여 안전과 생명을 지키기 위해 노력하고 있다.

현재 우리나라 상수도 배수지는 내부를 *에폭시로 코팅하는 콘크리트 물탱크가 가장 많이 쓰이는데 수질, 누수, 유지 보수 등의 문제점을 드러내면서 압도적인 위생성을 자랑하는 우수한 스테인리스 스틸로 교체하는 것이 각광받고 있다.

하지만 이미 설치된 배수지의 물탱크들을 모두 허물고 스테인리스로 교체하는 데는 시관과 비용이 문제. 포스코는 고객사와 협력해 旣설치된 물탱크 안쪽에 스테인리스 스틸 패널을 부착하는 솔루션을 고안했다.

*에폭시: 플라스틱의 일종으로 굳은 콘크리트를 서로 접착시키고, 또 골재와 혼합해서 고급의 콘크리트가 되는 액체.
(좌측 상단)정수장 침전지 라이닝 시공 전 모습, (우측 상단)정수장 침전지 라이닝 시공 후 모습, (좌측 하단)배수지 라이닝 시공 전 모습, (우측 하단)배수지 라이닝 시공 후 모습

스테인리스 라이닝을 통해 無보수 및 Life Cycle Cost 고려시 비용절감이 가능하다.

스테인리스 스틸 라이닝 기법을 사용하면, 소재 표면에 녹이 슬거나 떨어져 나오지 않아 오염이 없으며 박테리아 등 미생물 번식을 막고 청소나 유지관리가 용이해 반영구적으로 사용이 가능하다. 현재 경북 경산 정수장, 서울 대현산 배수지 등에 공급되었다.

② 고객사 제품의 성능평가, 이용기술 솔루션은 기본

자동차는 2만개 이상의 부품이 조합되어 하나의 완성된 차체로 만들어진다. 최근 자동차업계는 환경문제와 안전에 대한 규제가 강화되고 있어 고효율 엔진 개발과 더불어 부품 체질 개선을 추진하고 있다. 이에 포스코는 글로벌 자동차 메이커 뿐만 아니라 자동차 부품사와도 협력 과제를 수행하는데 힘을 쏟고 있다.

A社(자동차 부품사)의 *PHEV(Plug-in Hybrid)용 스테인리스 연료탱크 개발 솔루션 활동은 좋은 예다. 최근 유럽의 자동차사들은 PHEV용 연료탱크로 플라스틱이 아닌 스테인리스를 적용하고자 하는 경향이 있다. PHEV차량은 EV(전기)모드 주행 시 내연기관차보다 연비가 좋아 주유 주기가 길어지기 쉬운데, 이로 인해 연료탱크內 잔여 증발가스의 압력이 상승해 상대적으로 연료탱크의 고강성이 요구된다. 이를 견디기 위해 강도가 높은 스테인리스를 적용하려고 하는 것이다.

*PHEV(플러그인하이브리드, Plug in Hybrid): 기존 하이브리드 자동차처럼 일반 엔진과 전기 동력을 동시에 사용해 운행하는 자동차지만, 플러그인 하이브리드 자동차는 전기모터가 기반이고 내연기관이 보조하는 시스템이다. 플러그드인 하이브리드 자동차는 EV(전기)모드시 주행시간이 길어 내연기관의 연료탱크내 증발가스를 포집함에 따라 내압상승으로 높은 강도를 요구한다.
포스코 기술연구원의 PHEV용 스테인리스 연료탱크. (자동차 내부에 PHEV용 스테인리스 연료탱크 이미지 형상화)

포스코 기술연구원의 시뮬레이션으로 설계된 PHEV용 스테인리스 연료탱크로 자동차 뒷자석 하단에 위치하고 있다.

이에 따라 A社의 소재 공급사인 포스코는 스테인리스 스틸에 대한 기술적 요구 사항을 해결하기 위한 솔루션 팀을 구성했다. 포스코는 글로벌 완성차 메이커의 엄격한 품질을 만족 할 수 있도록 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 성형해석, 내압해석, 용접조건 최적화 등을 수행하였고 부품사는 이를 바탕으로 고품질의 연료탱크를 제작할 수 있었다. 현재 A社는 글로벌 자동차사에 스테인리스 연료탱크를 양산 공급 중이다.

[연료탱크 내압 해석] 1.2t 0.8t, 양산 두께 조건에 부합하면서 경량화(0.8t)하는 솔루션 제공 [연료탱크 성형 해석] - 붉은색으로 표기된 부분이 압력을 더 많이 받는 부분으로 두껍게 성형되도록 솔루션 제공. [용접 조건 최적화 작업]-용접불량(미용접, 균열 발생) 개선을 위한 최적화 작업

최적 소재와 성형 방법을 도출하기 위한 연료탱크 성형/내압/용접 시뮬레이션 분석.

또 다른 부품사 S社의 경우는 당사에 적극적으로 지원을 요청한 사례다. S社는 자동차 연료주입관용 특수강종인 STS 304강재로 4차례에 걸쳐 자체 부품 테스트했으나 연료주입관에 30% 이상 크랙이 발생해 당사에 강재 개발을 요청했다. 이에 포스코는 현재 연료주입관용으로 가장 많이 사용되는 STS 304과 유사한 내식성을 가지면서, 소재의 강도를 높인 STS 304XD강을 신규 개발했다.

해외 자동차사는 연료주입관의 형상화와 가공이 어려워 부품을 별도로 제작한 후 용접하는 분리형 제작방식을 고수하고 있던 터라, 가공성이 떨어지고 부식될 가능성이 있어 당사와 S社는 다단성형을 통해 단일형 부품 제작방식으로 차별화했다. 이를 통해 북미형 승용차와 SUV에 안정적으로 공급할 수 있게 됐고 불량율도 ‘17년 70%에서 6%로 대폭 저감됐다.

 304XD 강재를 적용한 자동차 연료시스템 구조도 이미지 영상화. 자동차 그림 내 연료탱크, 연료 주입관 표시

304XD 강재를 적용한 자동차 연료시스템 구조도, 연료주입관의 내식성을 향상시켰다.

도로 주행 후 부식이 발생한 상태, 포스코 솔루션이 적용된 연료주입관, (포스코 솔루션이 적용되지 않은 연료주입관과 적용된 주입관의 부식 상태 비교 이미지)

송도 철강솔루션연구소 성형연구그룹 정양진 박사와 정한용 박사는 “실제 부품의 성능을 검증하기 위해 R&D센터와 생산라인을 수십 차례 오가며 시제품 제작과 테스트를 수행했다” 며 “경쟁력 있는 고객사와 목표한 바를 달성했을 때, 이것이 진정한 솔루션 개발의 보람이 아닐까 생각을 하게 됐다”고 제품 개발에 참여한 소감을 말했다.

③ 고객사 역량강화를 뒷받침하는 포스코의 스테인리스 솔루션 아카데미

스테인리스처럼 일반강재 대비 가공, 성형 방법에 차이가 있는 특수강의 경우는 고객사들의 사용 경험 부족으로 소재 채용을 기피하는 경우가 종종 있다. 이에 포스코는 고합금 스테인리스 강재 사용 경험이 적은 고객사들을 위해 별도의 교육 프로그램을 함께 제공하고 있다. 특히 최근에는 건축, 소방 관련 내진기준 강화로 이에대한 스테인리스 특수강의 확대 적용 방안을 고객사와 함께 모색하고 있다.

일례로 작년 10월에는 부산대 지진방재센터, 철강협회, 고객사 전문가를 초청해 내진설계 실태와 개선방안에 대해 공유하는 자리를 가졌다. 프로그램을 담당한 포스코 스테인리스마케팅실 박계병 리더는 물산업용 고강도 스테인리스 강재를 소개하며“특수강의 야금학적 배경 및 성형, 용접 등 솔루션 교육을 진행하면서 고객사의 소재 이해도를 높이고 가공 효율을 높이는 좋은 기회가 되었다”고 밝혔다.

올 하반기에는 솔루션아카데미 참석 고객사의 시장확대를 위해 홍보활동과 고객사의 공정을 개선할 수 있는 솔루션 프로젝트를 추진할 예정이다.

지난해 10월 철강협회, 학계, STST고객사 및 포스코가 공동으로 참여해 강화된 내진 규격에 대응하기 위한 솔루션을 공유하는 자리 갖는 모습

지난해 10월 철강협회, 학계, STS 고객사 및 포스코가 공동으로 참여해 강화된 내진 규격에 대응하기 위한 솔루션을 공유하는 자리를 가졌다.


포스코 스테인리스가 특별한 이유는 앞서 살펴본 바와 같이 강재뿐 아니라 기술솔루션을 함께 제공하는데 있다. 글로벌 경기침체, 원재료 가격 상승, 미중 무역분쟁, 코로나19의 여파는 철강 경기에 여전히 매섭지만, 세계에서 가장 경쟁력 있는 철강사의 지위를 지키고 있는 이유가 바로 여기 있는 것이다.

고객이 원하는 까다로운 조건을 맞춘 고부가가치 제품에는 고도의 기술력이 요구된다. 제품 개발과 고객사 판로 확대를 위해 마케팅, 생산, 기술연구원 전문가로 구성된 포스코 솔루션 팀을 꾸려 지금도 필드에서 구슬땀을 흘리고 있다.