포스코, 유전개발용 초고강도 구조용강 개발 나서

해양자원 탐사작업의 필수 선재인 '오션 로프(Ocean Rope)'가 미래 철강 소재로 최근 급부상하고 있다. 특히 해양 광물이나 원유 시추 설비에 쓰이는 유전개발용 고강도 구조용강(선재)의 경우 웬만한 기술력으로는 개발이 어려워 눈독을 들이는 철강사가 많다.

에너지를 찾기 위한 인류의 노력이 지상에서 연안, 대륙붕에 이어 심해까지 확대되면서 시추선, 탐사선 등 해양구조물에 대한 견고성과 내구성이 중요해졌기 때문이다. 덕분에 값이 비싸 부가가치 또한 높다.

해양탐사작업 환경이 더 가혹하게 바뀌면서 이를 보완하는 철강소재인 오션 로프의 개발과 공급은 우리가 놓칠 수 없는 시장으로 다가온 것이다.

특히 마지막 자원의 보고인 바다에서 에너지원을 캐기 위한 전 세계 각국의 해양산업이 급격히 성장하는 추세와도 맞물려 있다. 유수의 철강사들이 초고강도 선재 개발에 열을 올리는 것도 이 때문이다.

국내에는 현재 포스코가 초고강도 오션 로프 개발 분야에서 세계 최고 기술수준에 올라있다. 올해는 기존 개발 제품보다 강도를 더 끌어올린 '초고강도강'을 세계 최초로 개발한다는 계획이다.

오션 로프는 쉽게 말해 선재(線材)의 한 종류다. 선재라고 하면 일반인들이 쉽게 알 수 있는 게 철사다. 강가 둑의 돌망태나 철담장, 군사분계선의 철조망 등을 떠올리면 쉽다.

이 같은 간단한 구조물용 선재는 누구나 쉽게 만들 수 있다. 하지만 각종 자동차용 부품, 스프링, 베어링, 자동차타이어용 보강재로 들어가는 타이어코드강 등의 선재는 철강회사에서도 쉽게 생산, 공급하기 어려운 최고급 강재다.

특히 원유를 캐내는 해양플랜트에 쓰이는 철강재의 경우 일반인들의 생각을 뛰어넘는 기술력을 요한다. 심해에서 해양플랜트 기자재를 고정시키는 역할을 하는데, 혹독한 환경에도 잘 견뎌야 하기 때문에 매우 중요한 역할을 한다.(사진 오른쪽)

◇심해의 생명선, 오션 로프

최근 각 기업들은 심해, 북극 등 새로운 유전을 탐사하기 위해 바다에서 경쟁이 치열하다. 바다 밑바닥에 묻혀 있는 광물자원에 대한 탐사작업도 진행되고 있다.

심해로 갈수록 탐사설비 등을 지탱해주는 로프의 길이는 그만큼 더 길어지게 된다. 하지만 동시에 로프가 감긴 보빈(Bobbin, 사진 왼쪽 아래)의 용량이 부족하고 용량을 키워도 구조물을 고정하기 위해 몇 백 미터가 넘는 로프를 공급하기 어렵다. 당연히 더 깊은 곳에 구조물을 고정시키는 게 어려울 수밖에 없다.

대륙붕은 수심이 200m 이내로 비교적 얕지만 심해는 최대 3000m까지 로프를 내려 설비를 고정시켜야 한다. 해저 구조물의 생명선과도 같지만 기존 제품은 길이에 한계가 있다.

똑같은 중량으로 더 가늘고 긴 로프를 공급해야 하는 필요성 때문에 결국 로프의 강도를 높이는 대신 직경을 줄인 고강도 소재 개발이 필요해진 것이다. 로프 단면적을 줄이고 무게를 낮추면 운송비가 감소된다. 또 로프를 감는 보빈과 관련 부속설비도 소형화가 가능해 진다.

포스코는 이 같은 시장의 요구에 대응해 2009~2010년 수요사와 함께 심해 유전개발용 고강도 구조용강을 개발해 상용화(사진 왼쪽 위)했다. 지난해에는 세계 최고의 강도를 자체 개발해 수요사들에게 공급하고 있다. 국내 업체들은 포스코가 이 강재를 개발하기 전 대부분 일본제철소에서 공급받아 사용했었다.

지난해 개발한 세계 최고 강도의 오션 로프에 포스코는 로마 신화에 나오는 바다의 신인 '넵튠(NEPTUNE)'에서 영감을 얻어 '포스-넵튠(POS-NEPTUNE)'이라는 규격명을 붙였다.

올해는 기존 개발재보다 한층 더 강도를 높인 초고강도강을 세계 최초로 개발한다는 계획이다.

◇새끼 꼬듯 비비꽈서 완성

해양구조용 오션 로프는 재료제조와 가공기술 두 가지 공정이 완벽하게 조합돼야 공급할 수 있는 고부가가치 강이다.

가공 공정은 6~13㎜직경의 선재를 신선가공성 확보 및 고강도화하기 위해 LP(Lead Patenting, 담금질의 일종) 열처리 후 아연도금 해 최종 1~5㎜직경의 와이어를 만든다.

이 와이어 수백가닥을 새끼 꼬듯 서로 꼬아서 만드는 스트랜딩(Stranding) 및 마무리 공정을 거치게 되면 직경 약 100㎜의 심해저 유전개발용 케이블이 완성된다.

◇오션 루프 어떻게 개발했나?

포스코가 개발한 오션 루프인 포스-넵튠은 개발요청 당시 생산하지 않는 강종이었다. 국내 수요사가 일본에서 고가로 수입하고 있어 어려움이 있다는 요청에 신속하게 개발에 들어가게 됐다.

개발초기에는 해양구조용 루프에 대한 기본정보도 없었다. 하지만 기존에 개발된 강도와 동일한 등급의 제품을 하루빨리 만들어야 하는 상황이었다.

이를 위해 포스코는 수요사와 관련 부서 담당자간 유기적인 협력체계를 구축해 소재개발에 나서 기존 수입재를 완벽히 대체하는 소재를 만들었다. 또 최종제품의 강도를 올리기 위한 성분설계와 균일한 강도를 얻기 위한 냉각방법도 개발해 양산 체계까지 구축했다.

새 제품에 대한 이해에 이어 강도를 높이는 과정에서 제품의 목표 물성을 만족시킬 수 있는 강도와 신선가공성 향상을 통한 최적의 고유성분계와 미세조직까지 찾아냈다.

이 과정은 물성 확보뿐 아니라 수요사 공정을 감안해 검토됐고 개발 초기부터 고객사와 공동으로 방향을 설정했다. 시험테스트 결과는 신속하게 공유하고 토의를 거쳐 후속 실험의 효율을 높여 시간을 줄였다.

특히 새끼 꼬듯 비틀어 가공해도 끊어지지 않고 오랜 시간 바닷물에 잠겨 있어도 파괴되지 않게 하기 위해 소재 내부 개재물, 중심부 편석, 외부 표면 흠, 금속조직 등을 엄격히 관리하고 있다.

이러한 유기적인 협력관계 덕분에 개발 착수 후 2년 만에 양산에 성공한 것이다.

포스코는 올해 기존 개발재보다 강도를 한 단계 더 끌어올린 초고강도강을 세계 처음으로 개발해 늘어나는 해양에너지 산업강재 수요에 대응할 예정이다.

포스코 관계자는 "이번 넵튠 선재 개발은 포스코와 수요사가 협업해 완성한 윈윈 전략 사례"라며 "소재-가공 공동기술 개발로 급증하고 있는 전 세계 해양산업 성장에 대응해 매년 공급량을 확대할 예정"이라고 말했다.

bom@newsis.com