일본, 연비절감을 위한 신소재 개발 현장

- 차량용 부품소재 업체들의 신소재 개발 현주소 -

보고일자 : 2008.4.2.

윤영석 나고야무역관

ysyoon@kotra.or.kr

□ 배경

 ○ 오존층 파괴에 의한 지구온난화 문제에 관심이 높아지는 가운데, 일본 완성차업계에서는 연비 개선을 위한 차체 경량화에 박차를 가하고 있음. 이에 대응하기 위해 각 차량용 부품소재 업체에서는 ‘하이텐’, ‘전자(電磁)강판’, ‘에코코트S’ 등 신소재 개발에 여념이 없음.

□ 차량용 신소재의 대표주자들

 ○ ‘하이텐’이라 불리는 고장력 강판

  - ‘하이텐’은 특수합금의 첨가와 결정구조의 재고에 의해 통상의 강재보다 장력을 큰 폭으로 개선한 제품

  - 동일 장력이라면 더 박형으로 제조가 가능해 차체 경량화에 크게 기여함. 동시에 최근 몇 년간 완성차 메이커에서는 충돌 안전성을 감안, 새로운 보강재를 장착할 필요성을 느끼게 됨에 따라 강도를 보증하는 ‘하이텐’에 대한 수요는 절대적이라 할 수 있음.

  - 그러나 대부분 프레스 가공에 의해 생산되는 자동차용 강판은 강도가 세질수록 가공에 어려움이 따른다는 딜레마에 봉착할 수밖에 없어 가공성을 유지하면서 강도를 향상시키는 것에 관련업계의 노하우가 집결될 수밖에 없음.

  - 이런 와중에 JFE스틸에서는 ‘NANO 하이텐’이라 불리는 독자 개발 강판으로 여타업체와 차별화를 꾀함. 이것은 철의 결정구조 안에 작은 화합물들을 균일하게 배치함으로써 강도 향상과 동시에 성형성 확보도 가능함. 그 작은 화합물을 더 균등하게 배열하면 할수록 강도가 향상됨.

  - ‘NANO 하이텐’의 화합물은 기존 하이텐의 약 1/10에 상당하는 3나노미터임. 이로써 이 회사는 장력으로 1㎡당 1180메가파스칼(120㎏)의 열연강판의 상품화에 성공함.

  - 한편, 자동차용 하이텐의 강도로 최첨단을 달리고 있는 제품은 고베철강소 제품임. 1984년 980메가파스칼 급의 하이텐 양산화에 성공해 2007년에는 가공성의 지표가 되는 인장력을 종래 제품의 1.3배로 높여 ‘코베 수퍼 하이텐’의 양산을 개시함. 녹 방지를 위한 용융아연 코팅강판이기도 해 내부식성이 요구되는 차체나 차체 하부에 하이텐을 사용할 수 있게 됨.

  - 일반적으로 강도와 인장력을 양립하기 위한 소재로 실리콘이 널리 알려져 있지만, 코팅가공에 어려움이 있음. 코베철강소은 이러한 단점을 역으로 이용, 실리콘을 최소한 사용하면서도 코팅공정의 조건을 최적화해 양산에 성공함.

 ○ ‘전자(電磁)강판’으로 HV용 모터에 공헌

  - 최근 하이브리드 차량(이하 HV)의 보급에 따라 모터에 사용되는 전자(電磁)강판의 개발에 관련업계의 귀추가 주목되고 있음. 전자석의 철심으로 이용되는 전자(電磁)강판을 더 고효율화함으로 인해, 모터의 전력 사용량을 절약하면서 소형화가 가능하기 때문

  - 일반적으로 전자(電磁)강판은 철손(鉄損)을 줄이든지 자속밀도(자력의 강도)를 높임으로써 효율 향상을 꾀할 수 있음.

  - 철손(鉄損)이란, 전기 에너지를 동력으로 전환할 때 발생하는 손실분임. 강판의 두께를 얇게 만들면, 손실은 줄지만 그만큼 모터의 토르크가 약해짐. 반대로 자속밀도를 높이면, 토르크는 강해지지만 그만큼 강판를 두껍게 만들지 않으면 안 된다는 딜레마를 안고 있음.

  - 이러한 문제를 해결하기 위해 각 메이커들이 독자적인 방법으로 접근을 모색하고 있는 가운데, 스미토모 금속공업에서는 강판에 인 성분을 늘림과 동시에 소둔(반복적인 열처리)공정으로 저철손 및 고자속밀도를 양립함. 이 결과, 종래 자재대비 HV용 모터의 구동률을 2% 향상시킴. 특히 저속주행이나 발진 시의 손실분을 20% 줄이는 데 성공했으며, 에어컨 압축기 모터에서도 동일 출력 시 철심의 체적이 1/2로 줄어 소형화에 성공함.

 ○ 재활용이 용이한 연료탱크용 강판 ‘에코코트S’

  - 경량화와 에너지 절약뿐만이 아닌 업계 전반에서 친환경의 욕구는 점차 높아지고 있는 가운데, 재활용이 용이하다는 점도 완성차 메이커에 납품 시 큰 채용변수로 자리잡고 있음. 신일본제철에서는 납을 사용치 않은 자동차 연료탱크용 강판 ‘에코코트S’을 개발함. 구주를 중심으로 강화되고 있는 환경규제에 대응해 현재 주류인 수지제의 대체소재로서 영업을 확대 중

  - 표면을 주석과 아연으로 코팅함으로써 납이나 크롬산염의 사용을 중지했으며, 코팅층의 조직을 제어함으로써 내부식성도 큰 폭으로 향상시킴. 향후 이용확대가 예상되는 바이오연료는 가솔린보다 부식성이 높아 연료탱크도 더 강한 내부식성이 요구되고 있는 와중에 등장한 ‘에코코트S’에 관심이 집중되고 있음.

  - 연료탱크는 차체 중 차지하는 면적이 클 뿐 아니라 차량 설계 시에도 제일 마지막에 결정되는 경우가 많기 때문에 형상이 복잡해 성형이 용이한 수지제품이 주류를 이루었음. ‘에코코트S’는 내부식성의 향상과 함께 기존 이상의 박형 제작을 가능하게 함으로써 경량화를 달성했으며, 동시에 프레스 가공기술의 발전에도 기여해 복잡한 형상을 가공하는 데에도 적합함.

  - 이 결과, 기존의 수지제품과 비교해 단점으로 지적됐던 부분들이 거의 극복된 상태이며, 수지제품보다 월등한 재활용성을 겸비해 구주를 중심으로 수요증가가 기대됨.

□ 총론

 ○ 하루가 다르게 치열해지고 있는 전 세계 자동차시장에서 GM 등 미국 완성차 메이커의 퇴보와 함께 특히 저연비의 중소형 차량 및 HV 부문에서 일본 완성차 메이커의 약진이 두드러지고 있음. 이러한 구도변화는 일본 완성차 메이커의 자주적인 생산성 향상 노력과 더불어 부품소재 메이커들의 끊임없는 신소재 개발 노력이 일궈낸 결과임.

자료원 : 일본 주요 일간지 및 주간지(일경신문, 공업신문, 주간 동양경제 등)