고품질 제품과 친환경 철강 솔루션으로 고객사에게 만족을 선사하고 이산화탄소 배출량 저감을 위해 노력하는 포스코! 전문가가 직접 포스코의 새로운 강재들을 차례로 소개한다.
포스코 강건재마케팅실 강건재솔루션그룹, 손창영 수석연구원
해수환경 특화 강재 POSEIDON500으로 부식 문제 해결한 포스코
포스코는 지난 2년간 염분에 대한 저항성이 우수한 특화 강재 POSEIDON500을 이용한 신규 공법 개발로, 항만 구조물의 내구성과 경제성을 모두 높였다. 해수는 염분을 포함하고 있어 일반적인 환경에 비해 철강재가 빨리 부식한다. 특히, 비말대(splash zone)라고 불리는 바닷물의 최고 수위 바로 위는 파도로 해수에 직접적으로 노출되면서 산소 공급이 원활해져 부식이 집중적으로 일어난다. 포스코는 해수환경에서 부식 문제를 해결하고자 특화 강재 POSEIDON500을 개발했다. 이 강종은 일반적인 구조용 강재보다 비말대 부식에 대한 저항성이 40% 이상 향상되고, 크롬(Cr)과 같은 고가의 합금성분을 1%로 줄여 스테인리스강 대비 경제성을 확보했다. 또 특화 강재의 재료 특성을 고려한 최적의 공법 솔루션을 제공해 자재비를 10~15%가량 절감했다. 이런 강점을 바탕으로 2023년 하반기에 LNG터미널 건설 프로젝트에 2만톤, 2025년에는 항만 안벽과 호안 구조재로 2만톤을 공급할 예정이다.
고성능∙저비용 강재에 최적의 구조물 솔루션 제공까지, 고객 만족도 향상
포스코의 항만∙해양구조용 특화 강재가 시장에서 좋은 평가를 받는 이유는 강재 개발 단계부터 구조물 적용 단계까지 고객의 니즈를 바탕으로 경제성을 염두에 두고 연구∙개발했기 때문이다. 일반적으로 내식성이 우수한 강재로 스테인리스강을 먼저 떠올리지만, 이는 크롬(Cr) 성분을 12% 이상 포함하고 니켈(Ni) 등 고가 합금 원소를 첨가해 가격이 비싸다. 항만 강관파일처럼 많은 양을 필요로 하는 구조용 강재로 스테인리스강을 사용하면 사업성이 낮아 보다 저렴한 소재가 필요하다.
포스코는 이점에 주목해, 강재 개발 시 크롬(Cr) 성분 1% 내외 저원가 성분으로 설계했다. POSEIDON500은 비말대에서 일반적인 구조용 강재보다 부식에 대한 저항성이 40% 이상 향상되도록 개발했다. 해수에 노출되면 표면에 크롬 산화층을 형성해 부식을 억제하는 방법을 사용한 것이다.
일본 철강사도 내해수강을 개발해 선박이나 플랜트에 적용한 바 있는데, 이는 항복강도 240MPa 수준이었다. 반면 포스코가 개발한 해양 구조용 강재는 항복강도가 380MPa, 인장강도가 590MPa로 세계 최고 수준을 자랑한다. 또한 포스코는 강재의 실제 사용 환경을 고려한 최적 구조물 솔루션을 제공해 국내 고객의 만족도가 높다.
5년간의 해수 부식성능 검증 통과, 저가 수입재에 비해 월등한 POSEIDON500
POSEIDON500 개발에 착수한 2010년 이전까지 항만 강관파일로 STP275, STP355를 사용했는데, 이는 주로 국내로 대규모 유입된 저가의 수입산 열연재로 조관했다. 포스코는 이런 저가 수입 강재에 대응할 방안을 고심했고, 항만 관련 발주처, 시공사와 설계사 주요 관계자의 목소리에 귀를 기울였다. 여러 의견을 들어본 후 저가 수입 강재로는 내식성과 강도 측면에서 고객의 기대를 충족시키지 못한다는 사실을 파악하고 포스코 연구진이 직접 강재 개발에 나섰다.
당시 일본에서도 항복강도 245MPa급 내해수강을 개발했는데, 가격이 높아서 항만 구조물 적용은 실패했고, 조선용 해수배관으로만 제한적으로 사용하고 있었다. 포스코는 항복강도를 380MPa 수준으로 높이고 내식성을 40%가량 향상하면 경제성 확보가 가능하다고 판단, 연구∙개발에 집중했다.
도전적으로 시작한 연구는 우여곡절을 겪으며 점점 무르익었다. 포스코는 강재 개발 당시 간편한 실내가속 부식시험만으로 부식성능을 검증해 되도록 빨리 시장에 출시하고자 했다. 그러나 KS규격과 해수부 설계기준 등록 과정에서 2년 이상의 장기간 부식성능검증 결과가 필요하다는 심의의원의 완강한 반대 의견에 부딪혔다. 자칫 개발 중단으로 이어질 수 있는 위기였다. 포스코는 이때 어려운 검증과정이 오히려 수입재의 무분별한 국내 유입을 막는 ‘방어막’ 역할을 할 수 있다는 점에 주목했다. 위기가 ‘특화 강종 탄생’의 기회로 반전되는 순간이었다.
1년간의 세부계획 끝에 서해∙남해∙동해를 대표하는 시화∙광양∙포항에 비말대, 간만대, 해중부로 나눠서 장기폭로 부식시험체를 설치하고 5년간 모니터링해 해수 부식성능을 검증했다. 포스코는 이를 바탕으로 2013년에 KS 규격, 2015년에는 해수부 항만∙어항 설계기준에 등록하면서 시장진입에 필요한 모든 관문을 통과했다.
적용 범위 확대하며 항만분야 기술발전 선도하는 POSEIDON500
▲항만∙해양구조물 적용 사례.
포스코는 강재 개발 후 항만 구조물 신규 공법개발으로 적용 범위를 넓혀 나갔다. 2016년 포항 신항 강관파일에 초도적용해 국내 잔교부두*부터 적용했고, 2019년 신서천 화력발전 입출하부두 JETTY 강관파일 등 석탄화력 항만시설, 2020년 진해 잠수함 기지 자켓 구조, 2023년 광양 준설토 투기장 해상 가교기초, 2023년 광양 제2LNG 터미널 JETTY** 자켓 구조∙강관파일 등 항만 구조 형식별로 적용범위를 확대했다.
특히, 진해 잠수함 기지에는 강관파일뿐만 아니라 자켓구조에 POSEIDON500 후판도 개발해 공급했다. 이를 기반으로 광양 제2LNG 터미널에는 강관파일과 자켓구조 모두에 POSEIDON500 열연과 후판을 공급할 계획이다. 또, 2023년에는 항만 안벽과 호안에 적용할 수 있는 ‘벽강관말뚝’도 전문시공사∙설계사와 공동으로 개발해 2024년부터 본격적으로 적용할 예정이다. 세계적으로 POSEIDON500과 같은 내해수강은 주로 조선용 해수배관과 항만 시트파일에 일부만 적용했는데, POSEIDON500은 항만 주부재인 강관파일과 자켓구조에 쓰이면서 항만분야 기술발전을 선도하고 있다.
*잔교부두 : 육지와 인접하여 강관파일 시공 후 그 위에 콘크리트 슬래브를 타설하여 만든 접안시설.
**JETTY : 육지로부터 돌출된 말뚝지지 구조의 접안시설, 석탄이나 LNG 수송선과 같이 큰 배가 접안하기 유리하다.