자동차를 고르는 새로운 기준, ‘기가스틸(Giga Steel)’! 여러분은 자동차를 구매할 때 어떤 면을 가장 중요하게 보시나요. 출력? 연비? 아니면 디자인? 어느 하나 중요하지 않은 게 없겠죠? 여러분이 꼼꼼히 비교하고 고르는 조건들에도 기가스틸의 놀라운 기술이 숨어있습니다.

기가스틸은 자동차의 시대적 요구를 충족하는 최고의 강이며, 지금 이 순간도 끊임없이 진화하고 있습니다. 오늘 Hello, 포스코 블로그에서는 포스코가 생산하는 최고 수준의 기가스틸이 어디에 쓰이며 어떤 역할을 하는지 소개해드리겠습니다. 바로 보시죠!

소비자 만족을 위해 자동차 산업이 직면한 과제!

△ 이미지 출처 – Renault

오늘날 자동차 산업은 몇 가지 해결하기 매우 까다로운 요구에 직면하고 있습니다.

첫 번째는 연료 효율성이 뛰어날 것. 기존 대비 더 적은 연료를 소비하면서 더 먼 거리를 달리거나 더 나은 출력을 만들어 내는 것입니다. 그렇게 하자면 기본적으로 자동차 전체의 무게가 가벼워져야 하죠.

두 번째는 더욱 안전할 것입니다. 시간이 갈수록 기술 개발에 따라 자동차로 얻을 수 있는 출력이 더 커지면서 충돌 에너지도 점점 더 상승하고 있으니까요.

 

△ 이미지 출처 – Renault / 400km/h로 달릴 수 있는 자동차가 양산되는 세상입니다

100년 전까지만 해도 시속 100km/h에 도달하는 것은 그야말로 꿈에 가까운 일이었지만, 오늘날의 자동차에게 시속 100km/h는 초 단위로 극복할 수 있는 속도에 불과합니다. 따라서 소비자 안전 기준이 더 까다로워지는 것은 당연한 일입니다.

그리고 마지막 세 번째는 더욱 미려한 외관으로 만들어질 것입니다. 달리 말하면 더욱더 섬세한 디자인을 가지고 있어야 한다는 뜻으로, 특히 자동차 메이커 간 기술의 발전 수준이 비슷해지면서 이제 브랜드 간의 성능 차이는 미미해졌습니다. 따라서 소비자들은 결국 디자인에 아주 높은 관심을 가지며, 브랜드 충성도를 보이고 있죠.

 

△ 이미지 출처 – Mercedes Benz AG / 더 잘 달리면서도 연료는 적게쓰고, 거기에 안전해야 하며 심지어 고급스러워지기까지 해야 하는 시대입니다.

물론 이 외에도 아주 다양한 조건들이 있지만, 적어도 이 세 가지를 동시에 충족시켜야만 비로소 환경적, 법률적 기준을 충족하면서, 동시에 소비자들을 만족시킬 수 있는 시대입니다.

하지만 이 조건들은 그리 간단히 충족되기 어려우며, 특히 요즘처럼 자동차 산업의 패러다임의 변화를 요구받는 시대에서는 더욱더 조건들이 까다로워져서 기존의 기술이 가진 한계를 넘어서야만 하는 것이 현실이죠.

 

△ 이미지 출처 – Tesla / 전기자동차는 배터리와 전기모터라는 특징 외에도 배터리를 차체의 일부로 삼는 프레임 구조라는 특징으로 주목받고 있죠.

대표적인 예가 바로 전기자동차로의 전환입니다. 자동차가 등장한지 거의 120년 만에 시장은 내연기관과의 본격적인 이별을 맞이하려 합니다. 화석연료를 태워서 출력을 얻는 엔진이 아닌, 전기 에너지를 끌어다 모터를 이용해 휠을 구동시키는 시대로 본격적으로 넘어가려 하고 있죠.

이는 자동차 시장이 직면한 또 하나의 요구 조건이기도 합니다. 배터리는 더 많은 기술 개발을 요하고 있는 반면, 시장은 여전히 배터리의 짧은 주행 거리와 불편한 충전 환경을 가지고 있기 때문에, 결국 충전된 배터리를 덜 사용하면서도 더 먼 거리를 달려야 하는 새로운 문제와 마주하고 있습니다.

 

△ 이미지 출처 – ZF

과거에는 자동차 회사가 직접 내연기관의 크기를 줄이거나 새로운 소재를 사용해 무게를 줄이는 방식으로 일정 부분을 상쇄할 수 있었지만, 앞으로는 전기모터나 배터리 등이 내연기관을 대체하면서 이를 개발하는 자동차 회사와 타 산업분야가 함께 혁신을 이뤄야 하기 때문에 자동차 회사 입장에서는 이전보다 더 까다로운 환경임에 분명합니다. 하지만 소비자들의 조건과 요구는 나날이 까다로워지기만 하죠.

 

△ 이미지 출처 – BMW

이렇게 오늘날 자동차의 차체는 더 가볍게, 더 강하게, 그래서 더 경제적으로 만들어져야 하며, 나아가 더 아름다운 디자인으로 만들어져야만 합니다. 두께는 얇으면서 강도는 높아야 하고, 동시에 가공이 쉬워야만 한다는 뜻입니다. 그리고 자동차 충돌 시 충돌에너지를 흡수하는 부분과 승객 보호를 위해 버텨야 할 부분이 있어야 합니다.

정리하면 어떤 부분은 강도가 더 중요하고 또 어떤 부분은 연성이 더 중요하게 여겨진다는 뜻입니다. 이런 다양한 요구는 더욱 복잡해지고 있죠.

자동차 부위에 따라 적용되는 기가스틸이 달라진다?!

 △ 이미지 출처 – Chevrolet

이러한 요구에 맞춰 기가스틸 역시 여러 가지 조건에 대처할 수 있도록 세분화되어 있습니다.

그럼 지금부터 실제 사용되고 있는 기가스틸의 종류를 알아보고 어떤 부위에 어떤 기가스틸이 사용될 수 있는지 알아보겠습니다.

 

① CP강 

 

CP(Complex Phase)강은 주로 자동차의 측면 하단부에 쓰이는데, 이 부분은 측면 충돌 시 탑승하고 있는 승객을 보호하는 매우 중요한 역할을 담당하는 부분이며, 동시에 차체가 비틀렸을 때 이를 감쇄시키는 역할을 맡고 있습니다.

오래전 레이스카들의 경우 측면 하단부가 매우 두꺼웠는데, 이는 차체가 뒤틀리는 현상을 억제하고 드라이버를 보호할 목적에 따라 두껍게 제작했던 것입니다. 그 탓에 무게가 상당히 많이 나갈 수밖에 없었습니다. CP강은 이런 단점을 최소화한 소재입니다. 충돌 에너지가 전달되었을 때 최대한 형태를 유지하려는 힘이 강하며, 충격을 흡수하는 능력이 뛰어남과 동시에 기존 소재 대비 더 얇은 두께로도 충분히 효과를 발휘하기 때문에 실 사이드를 포함해 도어 안쪽에 들어가는 임팩트 바 등에 폭넓게 쓰이고 있죠.

 

② DP강

DP(Dual Phase)강은 용접성과 도장성 등이 좋아 가공이 쉽고 연신율*도 높은 편입니다. 우리가 앉아 있는 시트 아래를 가로지르는 시트 레일이나 기타 하체 보강재에 쓰입니다. 인장강도가 최소 980MPa에 이르는 반면 연성도 뛰어나 이들 부품의 소재로 적격이지요.

 

 

③ TRIP강

TRIP(Transformation Induced Plasticity)강은 약 5~6년부터 신차 발표회 현장에 등장하기 시작한 소재의 이름입니다. 특히 자동차 차체의 무게를 줄여 효율성을 높이려는 시도가 본격적으로 이루어지기 시작하면서 이 소재도 함께 각광을 받게 됐는데, 주로 쓰이는 부위는 승객이 탑승하는 공간 내부 부위입니다.

이 부위는 충격을 버티면서 동시에 형태를 유지해야 하며, 또한 복잡한 실내 구조에 맞게 다양한 형태로 가공되어야 하는 부위입니다. 따라서 높은 항복강도와 더불어 성형성 역시 좋아야만 하죠.

 

④ MART강(Martensite강)

MART(Martensite)강은 강철의 조직 중에서 가장 단단한 마르텐사이트 조직으로 이루어진 강으로 자동차에서는 충돌 시 탑승객을 보호하는 보강재인 범퍼빔, 도어 임팩트 빔 또는 실 사이드 등에 주로 사용되고 있습니다.

소재 자체의 강도가 굉장히 높기 때문에 일반적으로 사용되는 프레스 가공이 아닌 롤포밍* 방식으로 부품을 생산하며, 기존 부품보다 얇은 두께로도 동일한 성능을 낼 수 있기 때문에 경량화 효과도 매우 우수한 강입니다.

 

 

⑤ HPF강

HPF(Hot Press Forming )강은 가공방법에 따른 분류라고 봐도 좋습니다. 통상적으로 철강재는 강도가 강하면 강할수록 가공이 어렵습니다. 단단하며 동시에 원래 상태로 돌아가려는 힘이 강하기 때문에 일반적인 프레스로 가공할 경우 원하는 형태를 쉽게 얻지 못하죠.

HPF강은 높은 강도를 얻으면서도 동시에 원하는 형태로 만들어 내는 기술로 얻어진 철강재입니다. 핫 프레스 포밍이라 불리는 공법을 통해 제작되는데, 통상적으로 950℃까지 가열한 후 저온 금형에서 프레스하고 냉각시켜 원하는 형태와 강도를 얻는 기술입니다.

이렇게 만들어진 HPF강은 매우 높은 강도를 얻으면서 동시에 형태를 자유롭게 만들어 낼 수 있어서 충돌이나 전복으로부터 승객을 완벽히 보호해야 하도록, 형태가 복잡한 B필러를 비롯해 구부러짐이 심한 루프 사이드레일과 A필러에 쓰이죠.

*포스코는 이 분야에서도 세계 최고 수준인 2GPa급 제품의 생산에 성공했습니다.

 

⑥ PHT강

자동차 차체를 지탱하는 샤시는 자동차가 주행할 때 노면에서 받는 진동이나 충격을 흡수하고 비틀림을 완화시켜 승차감을 높이는 역할을 담당하기 때문에 내구성과 비틀림 저항성이 크게 요구됩니다.

내구성과 비틀림 저항성을 얻으려면 초고강도와 인성이 필요한데, 이때 Q&T(Quench & Tempering)라는 열처리법이 사용됩니다. 이 방법을 사용하면 열처리 전의 소재 상태에서는 강도가 낮아 부품 형태로 만들기 쉬운 장점이 있으며, 성형 후에는 950℃까지 가열하거나 아니면 열간성형후 수냉각을 하고 이어 뜨임 열처리를 행하게 됩니다.

이렇게 탄생되는 PHT(Post Heat Treatment)강은 Q&T 열처리를 거치기 때문에 후열처리강이라고도 불립니다. 이 과정에서 초고강도와 인성이 동시에 얻어지며, 주로 강관 형태로 샤시 현가시스템의 스테빌라이저 바, 토션빔 등에 쓰이면서 경량화에 크게 기여하게 됩니다.

포스코의 기가스틸로 자동차의 안전과 효율을 동시에!

△ 이미지 출처 – Renault

지금까지 살펴본 여섯 가지 종류의 소재는 현재 널리 활용되고 있는 포스코 기가스틸의 대표적인 제품들입니다. 그리고 이 소재들은 저마다 가지고 있는 가공성과 강도, 생산 비용 그리고 생산 단계에서 얻을 수 있는 효율성까지 각자의 이점들을 가지고 있기 때문에 쓰임새도 다양합니다.

그리고 이러한 소재에 구조역학이 결합될 경우 종전의 소재 대비 더 얇은 두께로도 충분한 강도를 얻을 수 있기 때문에 궁극적으로는 더 가벼운 무게의 실현을 달성시켜줍니다.

따라서 기가스틸은 시대가 자동차에 요구하는 점점 더 까다로워지는 조건인 더 높은 안전성과 더 높은 효율성을 만족시킬 수 있는 매우 훌륭한 솔루션이라 할 수 있죠.

 

△ 이미지 출처 – Renault

지금도 수많은 연구진이 더 나은 가공성과 더 높은 강도를 목표로 다양한 소재를 연구하고 있습니다. 이와 같은 연구 성과에 힘입어, 앞으로 열릴 새로운 자동차의 패러다임에서도 포스코의 기가스틸은 여전히 최고의 솔루션으로 폭넓게 활용될 것입니다.