현대제철, 금속으로 미래 모빌리티 시대를 앞당기다
미래 모빌리티 시대에 금속은 어떤 역할을 맡게 될까요?
현대제철의 프리미엄 1.5GPa MS 강판은 평탄도와 내균열성 모두를 크게 개선했습니다현대제철은 최근 ‘프리미엄 1.5GPa MS(Martensitic) 강판’을 개발했습니다. 기존의 동일 규격 강판과 비교해 평탄도(평평한 정도)와 내균열성(갈라지는 것을 버티는 성질)을 크게 개선한 것이 특징이라 프리미엄이란 이름이 붙었죠. GPa(Giga Pascal,기가파스칼)는 재료의 압축강도 및 인장강도를 측정하는 데 사용하는 단위입니다. 1GPa는 1㎟ 면적당 100kg 이상의 하중을 견딘다는 뜻입니다. 1.5GPa라면 1㎟ 면적당 150kg의 하중을 견딜 수 있죠.
현대제철의 프리미엄 1.5GPa MS 강판은 제작 과정부터 다릅니다. 일반적으로 1.5GPa MS 강판을 제작할 때는 높은 강도를 얻기 위해 급속냉각과정을 거치기 마련입니다. 하지만 급속냉각과정은 양날의 검과도 같습니다. 해당 과정을 거칠 때 평탄도가 떨어지거나, 균열의 주요 발생원인 중 하나인 수소가 침투하는 등 품질 확보가 어렵다는 단점이 있습니다.
현대제철의 프리미엄 1.5GPa MS 강판은 전기차의 배터리 케이스 등 다양한 친환경차 부품에 쓰일 수 있습니다그래서 현대제철은 이런 문제를 해결하기 위해 급속 냉각을 대체하는 열처리 기술과 수소의 침투를 최소화하는 기술을 개발해 제조 공정에 적용했습니다. 또한, 머신러닝 기법을 활용해 원소재 제작 단계부터 합금원소의 조합을 최적화했습니다. 덕분에 강도를 1.5GPa로 유지하는 동시에 3㎜ 이하의 평탄도를 실현할 수 있었죠. 프리미엄 1.5GPa MS 강판은 전기차의 배터리 케이스, 범퍼, 루프사이드 보강재 등 다양한 곳에 적용할 수 있습니다. 특히 경량화와 충돌 내구성을 동시에 충족해야 하는, 전기차 관련 주요 부품인 배터리 케이스 분야에 적용이 기대됩니다.
현대제철은 세계 최초로 1.8GPa 프리미엄 핫스탬핑 강판의 개발과 양산에 성공했습니다한편, 현대제철은 세계 최초로 1.8GPa급 프리미엄 핫스탬핑 강판의 개발과 양산에 성공했습니다. 이는 새로운 제조 공정을 적용한 덕분입니다. 현대제철과 현대자동차 남양연구소 기초 소재 연구센터는 기존 강판을 900℃ 이상의 고온으로 가열해 금형에 넣고 급속 냉각시키는 일반적인 핫스탬핑 방식에서 벗어나, 가열로의 온도를 50℃ 이상 낮춘 특화 공법을 개발했습니다. 해당 공법은 강판에 수소 성분 침투를 방지할 수 있어 내부 균열의 가능성이 현저히 적으며 부식에도 강합니다. 또한, 생산에 필요한 에너지 사용량이 줄어든 만큼 제조 과정도 더 친환경적입니다.
수많은 강판이 모여 탑승자를 지키는 단단한 차체를 이루듯, 자동차는 금속의 집합체입니다특히 1.8GPa급 프리미엄 핫스탬핑 강판은 기존의 1.5GPa 핫스탬핑 강판과 비교하면 인장강도가 20% 높습니다. 또한, 부품 제작 시 약 10%의 경량화가 가능합니다. 경량화와 충돌 안전성이 모두 개선된 것이죠. 1.8GPa급 프리미엄 핫스탬핑 강판은 현재 제네시스 G80 전동화 모델의 센터필러 아우터 어퍼 보강재, G90의 센터필러 아우터 어퍼 보강재와 사이드실 아우터에 사용되고 있습니다.
현대제철의 1.8 GPa 프리미엄 핫스탬핑 강판은 G80 전동화 모델과 G90에 사용되고 있습니다친환경차의 증가와 함께 고강도 경량화 소재의 수요는 계속 증가할 것으로 보입니다. 배터리의 증가는 자동차의 무게를 늘리기 때문에, 주행거리 확보를 위해서는 자동차를 더욱 가볍게 만드는 기술이 필요하거든요. 따라서 현대제철은 친환경 자동차 소재 시장 선점을 위해 충남 예산에 22기, 울산에 2기의 핫스탬핑 설비 라인을 구축해 연간 최대 5,800만 장의 생산 체제를 갖췄습니다. 이는 국내 최대이자 세계 3위의 규모입니다.
현대차 넥쏘의 수소연료전지 스택에는 현대제철의 금속분리판이 들어있습니다현대제철의 노력은 강판에만 국한되지 않습니다. 현대제철은 현대자동차 넥쏘의 수소연료전지 스택에 사용되는 금속분리판도 만듭니다. 금속분리판은 수소연료전지 스택 안에서 수소와 산소가 통과할 수 있는 길을 만드는 핵심 부품 중 하나입니다. 수소전기차 1대당 1,000여 개에 달하는 금속분리판이 필요하죠. 따라서 현대제철은 수소전기차 증가세에 맞춰 금속분리판 생산 설비를 확충하고 있습니다. 2022년에는 수소전기차 연간 3만 9,000대 제작 규모의 생산 체계 구축을 목표로 하고 있습니다.
현대제철의 기술력이 집약돼 있는 ‘H-솔루션 EV(H-Solution EV)’ 콘셉트카또한, 현대제철은 지난 2019년에 모빌리티 전문 브랜드 ‘H-솔루션(H-Solution)’을 런칭했습니다. H-솔루션은 고장력강·핫스탬핑 등 자동차용 소재는 물론, 제품의 성능과 품질을 높일 수 있는 물성·성형·용접·방청·도장·부품화를 전부 아우르는 기술과 서비스를 뜻합니다. 이를 통해 안전하고 친환경적인 초고강도 경량 차체를 실현하는 것이 목표죠.
H-솔루션 EV 콘셉트는 전기차의 특성에 맞춘 위상최적화 설계를 적용했습니다이런 브랜드 특성을 담은 ‘H-솔루션 EV(H-Solution EV)’ 콘셉트카는 현대제철의 기술력을 보여줍니다. 전기차의 특성에 맞춘 위상최적화로 설계한 차체가 대표적이죠. 위상최적화는 제품의 성능 목표, 주어진 조건 등에 맞춰 설계 공간 내에서 최적의 형태를 찾고, 재료 분배도 최적화하는 방식입니다. 다양한 고강도 경량 소재를 적재적소에 적용한 덕분에 H-솔루션 EV의 차체는 동급 전기차와 비교해 약 9% 가볍습니다. 또한, 1.5GPa, 1.8GPa 강판을 크로스 멤버, 프론트 필러 등 다양한 부위에 사용한 덕분에 평균 강도가 동급 전기차와 비교해 약 52%나 높은 863MPa를 기록했습니다.
H-솔루션 EV 콘셉트의 스몰 오버랩 충돌 시뮬레이션또한, H-솔루션 EV의 프론트 멤버는 알파벳 ‘A’형으로, 프론트 멤버에 전달된 충격이 사이드실로 전달됩니다. 이는 최적의 충격 하중 전달 구조를 고려한 것으로, 차체 충격량을 최소화합니다. 또한, 사이드실은 배터리 마운트 멤버를 없애 배터리를 실을 공간을 최대한 확보하는 동시에, 내부를 보강해 배터리 보호와 측면 충돌 성능 확보라는 일거양득의 효과를 거뒀습니다.
현대제철의 친환경차 관련 기술은 우리가 당장 체감하기 어려운 부분일지도 모릅니다. 우리가 보고 만질 수 없는, 자동차의 기본을 이루는 부분을 담당하기 때문이죠. 하지만 기본기에 충실한 결과물의 완성도가 높은 것처럼, 현대차그룹이 선보일 혁신적인 미래 모빌리티가 제공하는 다양한 혜택에서 현대제철의 노력을 확인할 수 있을 것입니다.
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