세아제강, CRA계 클래드 강관 제조 기술 및 전용 용접 기술 최종 확보
수소산업과 각종 에너지 산업에서 주목받는 高경제성·高효율성 제품
국내 철강업계, 클래드 후판 국산화에 이어 전문적 가공 기술 확보...수입 대체 효과↑

국내 철강업계와 철강금속연구기관들이 소재·부품 기술개발 사업인 ‘CRA(Corrosion Resistant Alloy, 내부식합금) 광폭 압연클래드 판재 국산화’에서 또 하나의 역사적 성과를 이뤄냈다. 주관 기관인 세아제강을 비롯한 8개 단체가 클래드강관 소재 기술 개발을 완료했다. 지난 2020년 시작된 해당 소재 사업은 올해로 3년 차 연구 과제가 성공리에 종료됐다. 
　
최근 세아제강과 철강 실수요 업체, 압력용기 제작업체, 철강·금속 연관 연구소들은 산업통상자원부가 주관하는 소재·부품 기술개발 사업에서 협력하여 광폭 압연 클래드 후판을 이용한 강관 및 압력용기 제조 기술 개발에 성공했다. 

■ 국산화 필요성이 높았던 ‘클래드 강관’에너지 분야 등 신수요 시장에 ‘적격’ 
　
클래드 후판은 두 가지 이상의 다양한 금속을 높은 온도와 압력을 통해 접합한 뒤 각 금속의 장점만을 취한 특수 후판 제품으로 기존 후판에 스테인리스 또는 내부식합금 소재를 얇게 압연하여 붙여 강도와 내식성을 끌어올린 특징을 가진 소재다.
　
기존 클래드 강관은 소재인 클래드 판재 자체가 전적으로 수입(일본, 유럽)에 의존했기 때문에 제조와 활용에 제약이 많았다. 이에 국내 시장은 단순 협착한 클래드 판재를 사용하거나, 내부식성 합금재와 용접된 강관, 고비용의 일본 및 유럽산 클래드 판재를 수입해 사용한 제품 등이 작은 규모로 공급되고 있었다.   
　
반면 국내 철강업계는 해외의 경우처럼 대규모로 안정적 품질을 가진 클래드 강관 개발 필요성이 커졌다. 스테인리스 등 CRA계 소재가 향후 성장 가능성이 무궁무진한 수소 산업에서 수소취성에 강한 강점을 갖고 있기 때문이다.
　
더구나 CRA계 적용 클래드 강관은 수소와 접촉하는 부문에는 내식성과 가공성, 성형성이 좋은 CRA계 소재를 적용하고 일반적인 제품 및 설비의 구조 부문에는 상대적으로 값이 저렴하고 내구성이 견고한 탄소강 제품을 적용하면 수요자가 원하는 경제성까지 확보할 수 있다. 이에 단가가 상대적으로 높은 스테인리스나 다른 CRA계 소재만 사용한 강관보다 소비자들의 관심과 선택이 증가하고 있는 추세다.  
　
게다가 클래드 강관은 다른 에너지 산업에서도 큰 주목을 받고 있다. 일반적인 해양플랜트 구조물과 원유 수송용 강관은 지하수, 바닷물 등에 포함된 산성분과 원유에 있는 이산화탄소 등으로 인해 부식 효과가 발생한다. 이에 대형 실수요자(석유화학, 해양구조물, 시추선, 화력·원자력 발전소, 대형 저장운송 선박, 수송 배관 사업자 등)들은 잦은 강관 교체로 인해 높은 비용을 치러야 했고 상당한 불편함을 호소했다. 이 문제에서도 CRA계 클래드 강관을 적용하면 소비자는 최초 구매 가격에 부담을 가질 수도 있으나, 장기적으로 교체 비용 감소와 안정적 이용으로 경제성을 확보할 수 있다.  

■ 정부, 소부장 국산화 위해 산학연 연구 지원
　
이 같은 시장 가능성을 확인한 세아제강은 이번 정부 소재 연구 사업에서 클래드 판재를 이용한 강관 및 압력용기 제조 기술 개발을 맡고 있는 2세부의 주관 기관으로 참여했다. 회사는 공동 개발 첫해인 2020년부터 같은 2세부 소속 기관인 한국금속재료연구조합, 동양철관, 클래드코리아, 우양HC, 포항금속소재진흥원, 서울대, 한밭대 등과 함께 클래드 후판을 사용한 강관 제품의 제조 기술을 개발하고 안정적인 제조 기반을 구축하려 노력했다. 
　
기존의 클래드 강관은 오버레이 용접(Overlay welding) 공법을 이용하여 탄소강관 내면 용접으로 CRA 층을 확보해야 했다. 세아제강과 2세부 기관들은 1세부가 개발·생산한 클래드 후판으로 오버레이 용접 없이 클래드 강관을 제조했다. 그 결과 세아제강과 2세부가 개발한 제품은 오버레이 용접 진행 시에 나타날 수 있는 열 변형과 치수 불균일 등의 단점을 해소할 수 있었다. 또한 클래드 후판을 사용한 클래드 강관 제조 방식은 오버레이 용접 공법보다 생산성이 높은 것으로 판명됐다. 이에 세아제강과 2세부 기관들은 고부가가치 강관 제조 기술력을 최종 확보한 것으로 평가받고 있다. 

　
■ 異種 소재 사용에 따른 상이한 성형-용접 문제 확인
　 
다만 세아제강과 2세부 기관들의 클래드 후판을 활용한 강관과 압력용기 개발 사업이 순탄했던 것만은 아니었다. 클래드 판재류 특성상, 이종(異種) 소재 간의 물성 차이에 따른 성형/용접 문제를 해결해야 했기 때문이다.
　
이에 CRA 소재 특성에 따른 클래드 강관 용접 기술도 상이했다. 더구나 적합한 용접 조건을 만족하지 못할 경우에는 접합부를 따라 균열과 기공 등의 결함이 발생하기가 쉽다. 세아제강 등은 오랜 고민과 연구 끝에 클래드 강관 성형 방법 및 전용 용접 기술개발을 통해 최종적으로 문제를 해결할 수 있었다. 
　
세아제강은 클래드 강관 성형 방법을 확보하기 위해 탄소강과 CRA계 소재의 성형 최적 조건 도출 목적의 프레스 벤딩(Press bending/JCO) 전용 툴을 개발했다. 아울러 회사는 에지 벤딩(Edge bending/Pre-bender) 시뮬레이션 및 설계를 진행하였으며 도출된 조건에 따라 강관 성형을 수행할 때 성형 컨트롤 시스템(성형 간격과 깊이 변화에 따른 곡률 변화 데이터)을 적용했다. 그 결과, 포밍 스텝(Forming step) 자동화로 진원도 0.3% 수준의 클래드 강관을 제조할 수 있었다.
　
또한 세아제강은 클래드 후판을 이용한 용접 기술 개발에도 공을 들였다. 클래드 후판을 이용한 강관 제조 시에는 탄소강의 용접부와 CRA 층의 이종 용접에 대한 개발이 필요하다. 
　
이에 세아제강은 클래드 소재 탄소강 부문에 잠호용접(Submerged Arc Welding/SAW)을 실시했다. 그 과정에서 회사는 CRA 층의 용접을 수행하는 방법에 있어 어떤 용접 절차가 적정한지를 알아보기 위해 다양한 용접방법을 실시했다. 이에 세아제강은 최종적으로 일반 탄소강과 CRA 강재 간의 용접성 향상 및 희석비 최소화를 확보할 수 있는 ESW(Electro Slag Welding)를 사용하기로 결정했다. 
　
더 나아가 세아제강은 CRA 층의 용접 최적화를 위해 용접부 내·외면 개설 깊이 비와 깊이/폭 최적 설계도 수행했다. 특히 세아제강은 최적설계 확보과정에서 CRA 층의 용접부 개선형상 확보를 위해 전용 와이-커터(Y-cutter) 카트리지가 필요하다고 판단하고 자체 제작에 성공했다. 이어서 세아제강은 이 전용 와이-커터 카트리지를 특허로 등록하기 위해 특허출원까지 완료했다.  
　 
또한 세아제강은 클래드 강관의 용접 최적화 연구를 위해 내면 잠호용접 형상을 오목한 형상으로 만들 수 있는 용접입열조건 연구를 수행했다. 회사는 잠호용접 입열 조건별 비드(bead) 형상 평가를 수행하여 잠호용접 수행 시 이종 용접 간의 희석이 최소화되는 조건 도출에 성공했다.
　

■ 지난해 시제품 생산으로 제품 우수성 확인 
　
특히 세아제강과 2세부 기관들은 지난 2021년, 탄소강-CRA계 강관 시제품 제작과 품질 시험을 진행하여 의미 있는 성과를 달성했다. 시험 결과 클래드부와 용접부 사이의 입계부식과 용접부 계면 적합성 평가에서 세계 최고 수준인 노 크랙(No crack)을 달성하였으며 클래드 강관 엘심(L-seam) 클래드부 전단 평가에서는 평가 기준인 210MPa보다 높은 390MPa를 달성했다. 이는 세계 최고 수준으로 볼 수 있다.
　
이에 세아제강과 2세부가 개발한 클래드 강관 제품은 금속학적 제조 방식(오버레이클래드)을 탈피한 국내 기술로 기계적 제조 방식(압연 클래드) 개발했다고 공식적인 인정을 받게 됐다. 특히 세아제강은 기술의 원천성과 핵심성 수준 등을 업계와 실수요 업계에서 높게 평가받을 수 있는 계기를 마련했으며 관련 특허와 국제표준 등 지식재산권 확보로 기술 선점이 가능해지게 됐다.
　
이는 국내에서 해외 유수 업체에 대응할 수 있는 압연클래드 소재를 이용한 클래드 강관 대형 전문사가 탄생했다는 뜻과 다름없다. 세아제강 측에서도 자사 클래드 강관이 작지 않은 수입 대체 효과를 거둘 것으로 기대하고 있다. 아울러 회사는 적극적 해외시장 개척을 통해 수출 성과도 달성할 예정이다. 
　
세아제강의 조희현 R&D센터장은 “국내외 선진 사들과 기술 경쟁의 기반을 확보하게 되어 기쁘고, 차별화된 고부가가치 강관 제조 기술력을 보유함으로 기업 이미지를 제고할 것으로 기대한다”라며 “국내 최초로 소재(클래드 후판)-부품(강관&압력용기 제조)에 대한 국내 산업생태계(Value-Chain) 구축에 성공함에 따라 국산 소재-부품 자립도가 향상될 것으로 전망된다”라고 밝혔다.
　
한편, 세아제강은 클래드 강관 제품 개발이 완료됨에 따라 제품 인증 및 벤더(Vendor) 등록을 진행하여 상용화 및 시장진입에 박차를 가할 예정이다.