현재 전세계적으로 이음매없는 고압가스 용기를 제조하는 방법은 크게 두가지 공법이 존재한다.
이중 한가지는 이음매없는 관(seamless pipe)을 사용, 열간 스피닝을 활용해 파이프 양쪽 끝단을 봉합(closing)시킨 후 한쪽에 압력을 가함으로써 용기 바닥부분을 형성하는 방법으로 일명 ‘만네스만 공법(Mannesmann-Spun Type)’이라 불린다.
또다른 하나의 방법은 강괴를 연간으로 인발한후 두부(頭部)를 스피닝하여 제조하는 ‘에르하르트 공법(Billet Piercing)’이 있다.
그러나 이러한 두가지 공법으로 고압용기를 제작하기 위해서는 특수 고강도 강을 소재로한 이음매 없는 관을 사용해야만 한다는 부분이 한계로 지적되고 있다.
만일 강괴를 소재로 사용한다면 강괴를 제조하는 별도의 공정이 필요함은 물론 고강도 소재의 성분조성기술이나 제강기술 등이 완벽하게 갖추어져 있어야만 가능하다. 설사 이러한 조건들이 충족되었다 하더라도 DDI 공법의 용기에 비해 품질이 떨어짐은 물론이다.
또한 파이프나 강괴의 경우 공차가 크고 내외면의 정밀 조도 가공이 거의 불가능하며 이따금 저부(低部)에 핀홀이 발생하는 사례가 있는 등 균일한 제품 생산이 어렵다는 점도 한계로 지적된다.
이에따라 국내외적으로 원소재를 수입에 의존하지 않으면서도 가볍고 조도가 좋으며 안전성이 보장되는 고품질 용기를 제조할 수 있는 새로운 제조공법의 필요성이 꾸준히 제기되어 왔다.
DDI 용기의 개발
이같은 전세계적인 요구에 부응키 위해 자사는 국내 제강업체와의 협력체제를 구축, 특수 고강도 후판 소재를 완전 국산화 개발했고 이를 기반으로 총 3년여에 걸쳐 ‘DEEP DRAWING & IRONING 공법’을 이용한 DDI고압용기(이하 DDI용기)의 개발에 성공했다.
DDI 용기는 원자재 조달이 용이하고 제품의 가격 경쟁력을 가질 수 있으며 제품 경량화와 내외면 조도를 100% 향상시켰다.
또한 저부 핀홀 등의 단점까지 해소, 고압가스용 용기로는 최고의 품질수준을 실현시킴으로서 일반용기는 물론 초고순도 반도체용 용기 및 CNG용기로의 사용이 적합하고 200～400bar 용기에도 적용 가능하다.
자사는 DDI 용기 개발과 함께 열처리로, 두부성형기 등 관련제조설비를 동시에 개발하는 성과를 올리기도 했다.
아울러 현재 전세계적으로 심각한 문제에 직면한 환경공해를 감소시킬 수 있는 제품 개발에도 관심을 기울여 ‘압축 천연가스 자동차용 연료용기’(이하 CNG 용기)를 개발중(NGV 2-2type)에 있는 등 국내의 환경공해 억제 정책에도 적극 동참하고 있다.
이 CNG 용기는 국내 대도시 환경공해의 주원인중 하나인 경유사용 시내버스를 대체하는 압축 천연가스버스(CNG버스)의 CNG 연료를 저장하는 용기로서 올해내에 국내 기술로 국산화시켜 전량 수입 대체함은 물론 향후 막대한 시장으로 부상중인 해외 CNG용기시장 개척에도 적극 나설 방침이다.
이와관련 자사는 현재 CNG 이동식 충전차량의 개발을 완료한 상태로 중국 등 해외시장에 수출로를 확보하고 있으며 최근 CNG버스의 보급 활성화를 위한 정부시범사업에 적극 참여하고 있다.
덧붙여 기존 고정식 충전소의 지리적 한계점을 극복하고 일시적으로 충전기능을 상실한 충전소들을 대체하기 위해 장소에 구애 없이 단시일내 저렴한 비용으로 충전소 역할을 수행하는 CNG이동식충전차량의 국내보급에도 앞장서고 있다.
DDI 용기의 제조기술
이미 언급된 바와 같이 DDI 용기를 제조하는 데에는 크게 고강도 후판소재 제조기술, 고강도 후판 딥드로잉 성형기술, 고강도 후판 DDI용 금형 제조기술 등 3가지 핵심기술이 요구된다.
먼저 가장 기본적 요소인 고강도 후판 소재의 경우 두께 10～20㎜의 고강도(망간강, 크롬-몰리브덴강) 후판을 개발해내야 한다.
자사는 그동안 DDI 용기의 개발을 위해 산학연 공동연구를 필두로 각계 기관 단체 및 대기업 등과의 협력.기술자문.기술지도 등을 총망라, 선진국에서만 가능했던 고강도 후판 소재 3종을 2년여에 걸쳐 국산화시키는데 성공했다.
이러한 소재 산업분야에서의 신소재 개발은 국내 관련업체들에게 새로운 해외시장을 개척할 수 있는 동기를 부여하고 있다.
고강도 후판 딥드로잉 성형의 경우 수평왕복동식 DDI공법을 적용하는데 내부 직경의 변화없이 두께를 감소시키면서 길이를 늘려 성형한다. 기존의 기술로는 깊이 2000㎜ 이상의 컵(cup)은 성형이 곤란했으며 고강도 후판을 사용한 2000㎜이상의 딥드로잉 성형은 6～7단계를 거쳐야만 원하는 수준의 결과를 얻어낼 수 있다.
그러나 자사는 3단계 공정만으로 10～20㎜의 고강도 후판을 두께 4～10㎜, 깊이 2000㎜ 이상의 컵으로 성형하는데 성공해 국내 딥드로잉 기술을 크게 향상시켰다.
마지막으로 고강도 후판 DDI용 금형 개발을 위해 Tractrix형 DDI금형을 제작, 그동안 국내에서는 실현가능성이 낮다고 평가되었던 10～20㎜의 고강도 후판을 깊이 2000㎜까지 딥드로잉할 수 있음을 증명했다.
이로인해 DDI공법으로 200～400bar의 용기를 제조할수 있게 되었으며 특히 315Φ까지의 150～300bar 용기를 개발.생산해 해외시장 개척 및 국제 경쟁력 상승기반을 갖추게 됐다.
DDI 용기의 특징
기존 파이프 용기 제조공정과 DDI 공법과의 차이는 후판 고강도 강을 소재로 한다는 점을 비롯 인삼염 피막처리와 무산화 열처리를 통한 조직의 미세화와 성형시 원활한 가공 구현 그리고 컵(cup) 프레스로 저부성형함으로서 저부 핀홀을 봉쇄, 안전성을 확보할 수 있다는데 있다.
이처럼 DDI공법으로 제조한 DDI용기는 기존 공법을 활용한 고압용기에 비해 다음과 같은 기술적 특징을 지닌다.
먼저 제품 두께의 공차를 최소화함으로서 10% 이상의 제품 경량화를 이루었고 그만큼 내용적도 증가한다.
조도 측면에서 보면 냉간 소성가공으로 내면 정밀도를 유지하기 때문에 기존 파이프용기가 30마이크론의 조도를 보이는 것과 달리 DDI 용기는 성형직후 0.3마이크론이라는 100% 향상된 탁월한 조도를 자랑한다.
또한 냉간 DDI 성형으로 제품 조직을 미세화하면서 내구성이 향상됐고 저부 핀홀이 全無해 안전성 측면에서도 월등한 우위를 보인다.
이러한 이유로 자사의 DDI용기는 현재 제품의 우수성을 세계적으로 인정받아 미국(DOT), 독일(TUV), 캐나다(TC), 일본(KHK), 중국(SQLO) 등의 정부로부터 형식승인 및 공장승인을 획득하여 활발한 수출이 이루어지고 있다.
개발의 파급효과
DDI공법 및 DDI용기의 국산화는 개발성공 자체뿐만 아니라 산업적, 경제적으로도 막대한 파급효과를 미친다.
가장 피부에 와닿는 경제적 효과로서 국가적으로 원자재 수입대체로 외화 절감이 가능하고 산업체들 입장에서는 강괴 제조공장 및 파이프 공장의 필요성이 없어져 투자비를 대폭 절감할 수 있다. 고품질 제품의 생산기술 확보로 국제경쟁력이 강화된다거나 소재 및 용기산업체들의 해외시장 개척 등 비가시적인 잠재적 효과도 무궁무진하다.
산업적으로도 소재의 완전국산화에 따른 원자재 수급안정 및 대외경쟁력 확보, 국내최대인 딥드로잉 금형을 실현한데 따른 설계.소재.가공기술의 향상, 고순도 반도체 및 의료용 용기 분야 100% 수입대체, 200～400bar 고압가스용기 개발, CNG용기 개발로 인한 수입대체 및 해외시장 개척, 군수.항공.우주산업 등 첨단산업 부품개발 응용 등의 분야에서 다각적 의미의 파급효과가 예견된다.
이외에도 청정 소화기 및 소화장치의 국산화와 해외시장개척, CNG용기 등 자동차 공해 저감 부품 응용 개발 등이 가능해졌다.
