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튼튼한 자동차 만드는 튼튼한 도구!

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작성일14-12-01 10:56 조회2,628회

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튼튼한 자동차 만드는 튼튼한 도구!


재료硏 강전연 박사팀, ㈜포스코특수강과 내구성이 우수한 금형용 신합금 개발


차량 연비와 안전성 향상을 위한 고강도 강판 수요 증대에 대응 가능해


 


 


 


 수송기기에 대한 안전이 강조되면서 이를 제조하는 도구에 대한 안정성 확보도 이슈가 되고 있다.


 



 재료연구소(소장 강석봉) 철강재료연구실 강전연, 이태호 박사는 ㈜포스코특수강 기술연구소(소장 김선구) 제품개발팀 손동민 과장, 대구카톨릭대학교 정우창 교수팀과 공동으로 마모가 잘 되지 않고 오래 사용할 수 있는, 고강도 강판 성형에 특화된 냉간금형용 신합금을 개발했다.


 이는 자동차 차체나 부품 등을 제조하는 금형을 만드는 데 사용할 수 있다.


 이번 연구성과는 산·학·연이 협력하여 개발한 것으로 시장 공급을 앞두고 있다.



 이번에 개발된 기술을 적용하면 기존에 사용된 합금이나 최신의 일본산 소재 보다 특성이 뛰어난 금형 제조가 가능해 지속적으로 증가하고 있는 자동차의 고강도 강판 적용에 따른 수요에 효과적으로 대응할 수 있으며, 수입 금형 소재 시장 잠식도 막을 수 있을 것으로 기대된다.


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 냉간금형용 합금은 다양한 금속소재를 상온에서 변형, 절단하는데 사용되는 금형을 구성하는 주요 소재이다. 자동차를 포함한 다양한 기계·장치, 전자기기 부품 제조를 위한 기반 기술로 산업 현장에서 중요시되고 있다.


 


 일반적으로 내마모성이 뛰어난 소재는 강한 충격에도 잘 견딜 수 있는 인성이 상대적으로 부족해 장기간 반복되는 하중에 대한 피로수명이 저하되는 경향이 있다. 연구팀은 소재 내에 존재하는 탄화물 입자 크기와 분포 등을 최적화하는 합금 조성을 도출하여, 우수한 내마모성을 가지면서도 동시에 피로수명이 크게 향상된 신합금을 개발했다.


 


 연구팀은 실제 차량의 철제 바퀴(steel wheel) 성형 공정에 해당 소재로 제작한 금형을 투입했다.


 기존 금형으로 총 3만개의 제품 제작이 가능했던 반면, 해당 금형으로는 5만4천개 이상을 생산하여, 수명 80% 이상 연장됐다. 금형 당 생산 가능한 부품 수 증가는 부품 제조 산업의 수익성 제고에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.


 


 지난 수년간 완성차 업계에서는 연비 향상을 위한 차량 경량화와 차체 안정성 확보를 목표로 고강도 강판의 개발 및 적용에 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 강판의 강도가 높아질수록 이들을 성형하기 위한 금형의 가동 환경도 가혹해져 관련 기술 개발이 시급했다. 금형의 조기 마모와 파손은 잦은 보수·교체 작업으로 인한 생산성 저하와 제조 비용 증가, 부품 신뢰성 저하 등을 초래하고, 이는 곧 소비자에게 비용 및 위험 부담을 가중시키는 요인이 될 수 있기 때문이다.


 이에 따라 완성차 업체 및 부품·금형 업체에서는 고강도 강판을 확대 적용하기 위한 선결 과제로 내구성이 향상된 금형을 제조하기위한 신합금 개발을 요구해 왔다.


 전통적으로 제조업 전반의 근간 산업으로 기능해온 금형·공구강 시장은 현재 세계 시장규모가 약 100억불(한화 약 10조)에 이르며, 국내 시장도 연간 4600억원 수준에 이르고 있다.


 


 향후 차량에 대한 연비 규제가 강화되고 하이브리드나 연료전지 및 전기 자동차 등의 개발 및 보급에 의해 세계 자동차 시장이나 기술이 재편되면 금형강의 신합금 개발 수요가 증가하고, 경쟁도 심화될 것으로 예상했다.


 


 이미 국내 완성차 업체 및 협력사들에서 고급 수입 소재를 실제 생산에 적용하기 시작해, 국산 소재의 시장 점유율 하락이 우려되는 상황에서 국내 기술로 개발된 신합금의 보급은 소재 산업 뿐 아니라 향후 자동차 산업의 수익성 제고에 중요할 것으로 보인다.


또 차체의 고강도 부품 성형 뿐 아니라 다양한 기계, 전자기기 부품 성형을 위한 일반적인 공구 소재로도 활용 가능하여 제조업 전반에도 상당한 영향을 끼칠 것으로 기대된다.


 


 연구를 주도한 강전연 박사는 “고강도 강판 성형에 특화된 국산 신합금 개발이 국내 자동차와 관련 산업 경쟁력 강화의 기반이 될 것”이라며 “현재 금형을 제작하고 활용하는 산업 현장에서의 다양한 요구 사항들을 수렴하여 이번에 개발한 합금 외에도 각 요구 사항에 특화된 다양한 신합금들의 개발을 추진하고 있다”고 밝혔다.


 


 한편 이번 연구는 산업통상자원부의 산업소재핵심기술개발사업 중 ‘1GPa급 초고장력 강판 프레스 성형용 장수명 냉간 금형 소재 제조기술개발’ 과제를 통해 수행되었다.


 현재 2 건의 국내 특허가 등록 진행 중이고, 1 건의 PCT 출원을 완료했다.