한국선급 인증으로 초격차 완성, 포스코가 바꾼 K-해양방산의 미래 – 이진우·이재익 포스코 수석연구원

안녕하세요. 저는 얇고 튼튼한 ‘고장력강’이 고객사의 제품으로 완벽하게 구현되도록 돕는 ‘이용기술’을 연구하고 있습니다. 최근 탄소 저감을 위한 뼈대 경량화가 화두가 되면서 고강도 강재 수요가 크게 늘고 있습니다. 하지만 철이 강해질수록 용접은 까다로워지고, 어렵게 용접을 마쳐도 이음새의 수명이 철의 강도를 따라가지 못하는 한계가 생깁니다. 저는 바로 이 문제를 해결합니다. 고장력강 용접부의 피로 수명을 획기적으로 늘려, 고객사가 더 가볍고 강한 강재를 오랫동안 안전하게 사용할 수 있도록 최적의 솔루션을 제공하는 것이 제 역할입니다.

 반갑습니다. 포스코 강재솔루션연구그룹에서 고객 맞춤형 솔루션을 연구하고 있는 이진우입니다. 저희 연구그룹의 역할은 단순히 좋은 철을 만드는 데서 끝나지 않습니다. 소재가 고객의 현장에서 100%의 성능을 발휘하도록 최적의 기술과 가이드를 담은 일종의 ‘종합 사용 설명서’를 함께 제공합니다.

현재 제 주력 분야는 크게 두 가지인데요. 첫째는 K-방산을 이끄는 육상무기체계와 특수선(수상함)용 차세대 소재 솔루션입니다. 둘째는 중장비 및 건설기계 분야입니다. 특히 방산 분야에서 축적한 ‘극한 환경 대응 기술’과 ‘구조 최적화 노하우’를 건설 장비에 접목하여, 우리 강재가 적용되었을 때 장비의 내구성과 효율이 극대화되도록 시너지를 내고 있습니다. 한마디로 제 역할은, 소재라는 원석을 첨단 산업의 핵심 부품으로 탈바꿈시키는 ‘기술적 가교’라고 말씀드릴 수 있습니다.

▲ 신(新) 방산 소재를 적용한 차세대 함정 가상 이미지.

이번 한국선급(KR) 인증은 함정용 소재의 역할이 단순한 ‘구조재’에서 전투력을 좌우하는 ‘핵심 기능재’로 진화했고, 대한민국 함정 건조 기술이 소재 혁신을 통해 새로운 차원으로 진입했음을 보여주는 결정적 장면입니다. 첨단 무기가 정교해지는 현대전에서, 이를 감싸는 선체의 진화는 선택이 아닌 필수인데요. 포스코의 신소재는 방어력과 기동성을 동시에 확보했습니다. 연신율 35%, 충격 흡수력을 50% 이상 끌어올려 강력한 생존성을 확보하는 동시에, 선체 두께를 30%나 덜어내어 기동성과 연비까지 획기적으로 높였습니다. 우리 소재가 무기체계를 뒷받침하는 핵심 기능재로서 K-방산의 초격차를 완성하고 있다고 볼 수 있습니다. 대한민국 차세대 함정의 ‘강철 방패’를 넘어, 글로벌 방산 수출 무대에서 포스코가 핵심 파트너로 도약하는 든든한 밑거름이 될 것이라 확신합니다.

포스코의 함정용 신소재는 잠수함이 바다 깊은 곳에서 안전하게 버틸 수 있도록, 더욱 강력하고 튼튼한 철강 소재를 개발하는 방향으로 진화합니다. 먼저, 빙하와 부딪혀도 끄떡없는 기술을 응용한 고연성강은 기존보다 훨씬 더 잘 늘어나면서(연신율 35%) 충격을 흡수하는 힘은 50% 이상 강력해졌습니다. 또한, 육상 무기체계의 단단한 방탄 기술을 해양 분야에 이식한 고성능 방탄강은 강도는 유지하면서도 철판의 두께를 기존보다 약 30% 줄였습니다. 이렇게 철판이 두께를 줄이면 선체 경량화가 가능해져 기동성과 연비를 함께 개선할 수 있습니다. 이러한 소재 기술의 진보는 구조재를 넘어 핵심 기능재로의 패러다임 전환을 상징하며, 향후 K-방산 수출 확대와 글로벌 해군 함정 시장 진출에 기여할 포스코의 핵심 경쟁력이 될 것입니다.

바다에서 쓰이는 만큼 일반 조선용 후판과 함정용 특수 강재 모두 높은 신뢰성이 필수입니다. 하지만 소재가 지향하는 핵심 목적은 다릅니다. 일반 조선용 후판은 정해진 항로의 파도나 온도에 맞춰 ‘경제성과 안정성’을 최적화하는 데 집중합니다. 반면 수상함이나 잠수함 같은 해양 방산용 소재는 전 세계 어느 바다에서든 작전을 수행해야 하며, 피탄이나 폭발 같은 극한의 전투 상황에서도 살아남아야 하므로 현존하는 최고 수준의 까다로운 규격이 요구됩니다. 일반 조선용은 용접 등 작업 효율이 좋은 ‘고효율 강재’를 주로 쓰는 반면, 해양 방산용은 특수 합금이 다량 포함되어 최고 수준의 강도와 인성(질긴 성질)을 자랑하는 ‘최상위 특수강재’를 사용한다는 것이 가장 큰 차이점입니다.

잠수함의 뼈대인 압력선체는 거센 수압과 폭발, 충격으로부터 승무원과 민감한 장비를 보호하기 위해 피로나 갈라짐 없이 원래 형태를 단단하게 유지해야 합니다. 이를 위해서는 수압을 버티는 단단함(항복강도), 부러지지 않고 유연한 성질(연신율), 충격을 흡수하는 힘(인성), 열 없이도 구부리기 쉬운 성질(냉간가공성)을 두루 갖춘 철강이 필요하며, 이음새 역시 원래 철판만큼 튼튼하게 이어주는 완벽한 용접과 용접 후의 스트레스를 없애주는 기술이 필수적입니다.

일례로 일본 타이게이급 잠수함은 수심 500m를 견디는 초고강도 철강(NS110, 항복강도 약 980MPa)을 적용했는데, 이처럼 철이 단단해질수록 유연성이 떨어지는 문제를 극복하는 것이 핵심 기술입니다. 반면 독일 212/214급 잠수함은 적의 자기장 기반 탐지를 피하고자 자석에 붙지 않는 ‘비자성강’을 썼지만, 소재가 버티는 힘에 한계가 있어 잠수 깊이가 약 250m 수준에 그칩니다. 결국 해저 충돌이나 어뢰 회피, 급격한 부상 등 극한의 위기 상황에서 잠수함이 끄떡없이 생존하려면, 이처럼 단단함과 유연성의 균형을 맞춘 첨단 철강 소재와 믿을 수 있는 용접 기술이 반드시 뒷받침되어야 합니다.

잠수함 소재의 신뢰성을 증명하기 위해서는 크게 세 단계의 평가를 거쳐야 합니다. 첫째, 손톱만한 ‘미소시험편’으로 기본 합금 설계와 물성을 수치화합니다. 둘째, 강재가 생산되면 ‘실두께 시험체’를 만들어 모재와 용접부의 강도, 인성 등 한계치를 직접 테스트합니다. 마지막으로 실제 잠수함 형태와 유사하게 조립하는 ‘구조물 단위 평가(Mock-up Test)’를 진행합니다. 이 단계에서는 실제 가공 시 발생하는 잔류 응력, 피로 수명, 폭발 시 변형 등을 최종 점검합니다. 결과적으로 하나의 강재가 개발되기 위해 수백 개의 유사 항목을 2중, 3중으로 반복 검증하게 되며, 이 가혹한 과정을 통과해야만 비로소 잠수함의 생존성을 책임질 수 있습니다.

Q. 철강의 강도를 높이면 오히려 충격에는 취약해질 수도 있다고 하는데요. 해양 방산용 철강 개발 시 강도와 인성을 함께 확보하기 위해 포스코에서는 어떤 기술적 접근을 하고 있나요?

개발하며 가장 어려운 부분이지요. 철판의 강도를 높이면 충격에 약해지고, 이를 보완하면 용접이 틀어지는 악순환이 발생하기 때문입니다. 포스코는 이 까다로운 한계를 두 가지 혁신으로 돌파하고 있습니다. 첨단 제어 압연(TMCP) 기술과 미세 조직 정밀 제어 기술을 통해 강도와 인성을 동시에 확보하고자 연구 중이며, 최근에는 AI를 결합해 강도와 인성(유연성)을 모두 잡은 최적의 합금 비율을 찾아내는 기술이 정착되고 있습니다. 또 소재와 용접재를 처음부터 한 세트로 묶어 동시 개발해, 나중에 아귀가 맞지 않아 원점으로 돌아가야 했던 시행착오를 없애면서 전체 개발 기간을 획기적으로 단축해 내고 있습니다.

해양 방산용 철강 개발은 국가 안보와 외교적 민감성 때문에 설계부터 운용까지 모든 기술이 철저한 보안 속에 관리됩니다. 기술 개발은 주로 방위사업청 주도의 국책 과제로 진행되며, 그 성과는 국가 자산으로 귀속됩니다. 고객사가 범용기술 개발을 요청한 경우 ‘JDP(공동개발프로젝트)’ 형태로 개발이 진행됩니다.

가장 대표적인 사례는 2019년 한화오션(구 대우조선해양), 한국선급(KR)과 함께 진행한 ‘고장력강 용접부 피로설계 기술 개발’ 프로젝트입니다. 독일 HDW가 기술이전한 설계기술을 적용하여 설계가 진행되었으나 결국 국산화를 추진하게 됐고, 이후 3사가 협력하여 국산 설계 기술을 확보하게 된 과제였습니다. 향후, 국산화된 용접재료와 용접솔루션까지 적용이 되면, 고성능 대형잠수함의 자력생산 기반이 구축될것으로 기대됩니다.

포스코는 방산 기관의 핵심 소통 창구인 양대 중공업사의 특수선사업부와 초기 설계 단계부터 밀착 협력하는 ‘사전 공동 기획(Early Supplier Involvement) 체계’를 구축하여 차세대 함정용 소재를 개발하고 있습니다. 이번 개발된 신소재의 한국선급(KR) 인증 역시 HD현대중공업 특수선 사업부 협업하고, 방산기관들과 소통하여 이룬 성과입니다. 방산용 강재는 단순한 고강도를 넘어 방호 성능, 용접성, 현장 조립 정합성 등 복잡한 상충 조건을 동시에 만족해야 하는 난제가 있습니다. 그래서 협업 과정에서는 제조기술, 부품화 가능성, 특수 방호 성능 검증 방법, 그리고 최종적인 규격화(Spec-in)까지 밀접하게 의견을 교환합니다.

이러한 현장 중심의 긴밀한 기술 교류(Spec-in)는 연구실에서 놓치기 쉬운 ‘현장의 현실’을 조기에 반영할 수 있게 해줘 연구실 단위의 한계를 조기에 보완해 주었습니다. 결과적으로 5~10년 이상 소요되는 방산 R&D 특유의 구조적 한계를 극복하고 단기간 내 실제 함정 적용을 가능하게 하는 핵심 경쟁력이 되고 있습니다. 포스코는 무기체계의 운용 개념을 선제적으로 공유 받고, 요구 성능을 조율하며 ‘소재와 구조 설계의 동시 진화’를 이끌어냈습니다. 지금의 협업체계가 왜 중요한지 보여주는 상징적 사례입니다.

이번 함정용 소재의 성공적인 선급 인증은 연구개발, 생산, 품질, 마케팅 부서가 완벽하게 조화를 이룬 ‘원팀(One-Team)’ 협업 체계의 결실입니다. 연구소가 설계한 고기능성 소재를 바탕으로, 생산 부서는 압연 및 열처리 공정의 기술적 한계를 극복하는 현실적 양산 솔루션을 제시했고, 품질 부서는 엄격한 인증 기준을 통과할 정밀 검증 체계를 구축했습니다. 여기에 마케팅 부서가 방산 시장의 고객 니즈를 적기에 전달하여 실제 함정 설계에 즉시 반영되도록 방향을 조율함으로써, 부서 간의 긴밀한 피드백이 ‘연구실의 기술’을 ‘현장 맞춤형 제품’으로 신속하게 전환시키는 촉매가 되어 까다로운 인증 과정을 단기간에 효율적으로 완수할 수 있었습니다.

포스코는 선체구조용 후판 분야에서 글로벌 톱티어 수준의 품질과 양산 능력을 입증하며 국내 조선 및 함정 산업의 핵심 기반으로 자리 잡았습니다. 차세대 특수강 분야에서는 여전히 앞서가는 부분이 있는 미국, 독일 등 군사 선진국을 뛰어넘기 위한 전략적 도전을 이어가고 있죠. 이를 위해 단순한 기술 추격에 머물지 않고, 국가 방산 연구기관 및 조선소 특수선 설계부문과 ‘밀착형 공동 연구 체계’를 구축하여 ‘소재 개발-제조 기술-함정 설계’가 하나의 유기체처럼 움직이는 ‘포스코만의 독자적 발전 모델’을 구축하는 전략을 추진하고 있습니다. 이런 밸류체인(Value Chain) 통합형 협업 생태계는 향후 포스코가 차세대 함정 소재 기술의 패러다임을 주도하는 퍼스트무버로 도약하는 가장 강력한 핵심 경쟁력이 될 것이라 믿습니다.

▲ 잠수함 가상 이미지. 사진 출처: my posco

최근 우크라이나 전쟁 등 현대전의 양상을 분석해 보면, 향후 잠수함용 철강 기술의 패러다임은 ‘무인화 확대’와 스텔스 성능 등 ‘극한의 은밀성’으로 요약할 수 있습니다. 유인 잠수함의 위험을 분산할 무인 드론에 적용하기 위해 한 차원 높은 수준의 고강도 강재가 필수적이며, 일본 등 주변국 역시 비밀리에 소재 성능을 지속적으로 개량하고 있는 상황입니다. 이에 대응하여 우리나라도 무장 탑재력을 높일 선체 대형화, 더 깊은 바다를 견디는 ‘초고장력 강재’, 그리고 얕은 수심에서 적의 자기장 탐지를 원천 차단하는 ‘고강도 비자성(Non-magnetic) 강재’ 개발로 나아가야 합니다. 결국, 주변국과 대등하거나 그 이상을 뛰어넘는 고기능 특수강과 이를 완벽히 구현할 용접·가공 기술의 고도화가 우리가 선점해야 할 명확한 미래 방향성이라고 봅니다.

잠수함의 생명인 ‘은밀성’을 완성하는 초고장력강은 50년 전보다 강도가 2배 향상되며 과거 ‘꿈의 소재’를 현실로 만들었습니다. 중요한 점은 이러한 최첨단 방산 기술이 향후 선박 경량화와 탄소 저감 등 민간 산업으로 확대되어, 다가올 저탄소 고장력강 시대를 이끌 든든한 초석이 된다는 것입니다. 포스코가 그 주역이 될 수 있도록 노력하겠습니다.

소재 혁신은 연구실의 성과에 머무를 때보다 현장에 적용될 때 비로소 진정한 가치를 갖는다고 생각합니다. 포스코는 연구, 생산, 품질, 마케팅은 물론 조선소와 연구기관 등 파트너와의 긴밀한 협업을 통해 그 가치를 현실로 만들어 왔습니다. 앞으로도 축적된 기술과 실행력을 바탕으로 차세대 함정 소재의 경쟁력을 높여가겠습니다. 포스코가 대한민국 방산 소재 기술의 기반을 다지고 글로벌 경쟁력 확보에 책임 있게 기여하고 싶습니다.