‘극저온용 고망간강’ 세계시장서 주목받다

[에너지신문] 우리나라의 기술로 개발된 선박 LNG 탱크용 신소재인 ‘극저온용 고망간강’이 세계 시장에서 주목받고 있다.

지난해 12월 3일부터 7일까지 영국 런던 국제해사기구(IMO) 본부에서 열린 ‘제100차 해사안전위원회’에서 ‘LNG 탱크용 극저온용 고망간강의 적용에 관한 국제 기술표준’이 승인되면서 LNG 선박, 육상 LNG터미널 저장탱크, LNG 차량 탱크 등 다양한 산업분야에의 활용이 기대된다.

◆ 다양한 물리적 특성의 고망간강

포스코는 다양한 물리적 특성을 가지는 고(高)망간(Mn)강을 개발, 상용화에 성공해 양산 판매 중이다.

고망간강의 대표적 원소인 망간은 기존의 오스테나이트 안정화 원소로서 사용되던 고가의 니켈(Ni)에 비해 가격이 저렴하고 가격 변동성 적다.

포스코는 이러한 망간을 활용해 우수한 저온 충격 인성을 이용했다. -196℃에서도 우수한 충격인성을 가지는 극저온용 강재를 개발한 것이다. 또한 탄소와 망간의 함량 제어를 활용해 가공 경화능이 우수한 내마모용 강재를 개발했다.

가공경화능은 소재에 변형이 가해지면 더욱 단단해지는 성질이다. 기존 내마모강이 사용에 따라 일정하게 마모가 진행되는 반면 고망간강은 사용에 따라 표면에 생성되는 경화층에 의해 내마모성능이 향상되는 특징을 갖고 있다.

고망간강은 망간 합금을 다량 첨가해야하므로 기존 철강제품 생산 공정에는 많은 어려움이 있었다. 그러나 포스코는 망간을 다량 함유한 합금철을 액체 상태로 만들어 고망간강을 대량으로 저렴하게 생산하는 상용화 기술을 개발했다.

에너지산업용 고망간 내마모강, 비자성강, 극저온강의 후판제품을 개발해 에너지산업의 신소재 수요에 부응하고 있는 것이다.

◆ 엑손모빌과 손잡은 슬러리 파이프용 고망간강

내마모 성능이 기존 소재 보다 3배 이상 강한 오일샌드 슬러리파이프용 고망간강은 포스코이 세계시장 진출에 설 수 있도록 한 효자다.

망간 함유량 조절을 통해 내마모 성능이 한층 강화된 포스코의 고망간강이 세계 최대 석유 회사 엑손모빌의 오일샌드 슬러리파이프용 소재로는 최초 적용됨으로써 본격적인 세계 시장 확대의 길을 열었다.

포스코는 2017년 3월 글로벌 오일메이저인 엑손모빌과 공동개발한 ‘슬러리파이프용 고망간강’의 양산 및 공급에 합의했다.

소재 채택에 있어 업계에서 가장 엄격한 기준을 적용하고 있는 엑손모빌이 고망간강을 슬러리파이프용 소재로 최초 적용함으로써 포스코는 향후 오일샌드 산업향 슬러리파이프용 고망간강 판매 확대에 박차를 가하게 됐다.

포스코와 엑손모빌은 지난 5년 간 슬러리파이프용 소재로 고망간강을 적용하기 위해 공동으로 슬러리파이프를 제조하고 현장설치를 통해 품질을 검증했다.

2016년에는 포스코가 고망간강 및 용접기술로 약 1.2km 길이의 슬러리파이프를 제작해 엑손모빌의 캐나다 컬 오일샌드 프로젝트(Kearl Oil Sand Project)에 약 1년간 시범설치해 실제 가동 조건에서 성능을 시험했다. 시험 결과, 마모 성능이 기존 파이프 대비 우수함을 확인했으며, 적용처가 점차 확대되고 있다.

포스코는 강관사와의 협력을 통해 다양한 형태의 곡관 개발 및 파이프 구경 확대를 추진하고 있다. 이를 통해 오일샌드에서의 고망간강 입지를 한층 강화할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번에 적용된 포스코 고망간강은 기존 강관 대비 내마모성이 3배 이상 우수하고 마모가 진행될수록 더 단단해지는 특성을 지녀 슬러리파이프의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있게 됐다는 평가다.

슬러리파이프는 오일샌드 ‘슬러리(Slurry, 모래·물·오일의 혼합물)’로 인해 마모가 빨리 발생해 설비 유지·보수에 많은 비용이 들었다. 그러나 이번 고망간강 적용으로 전체적인 운영 비용이 대폭 절감되고 파이프 교체에 따른 유지·보수 기간이 줄어들어 오일 생산량도 늘릴 수 있게 됐다. 플랜트 가동 효율성을 증가시킬 수 있을 것이라는 기대를 갖게하는 이유다.향후 포스코는 고망간강을 활용해 슬러리파이프 뿐만 아니라 오일샌드 산업내 다양한 방면에서 최고의 시너지를 낼 수 있게 협력을 한층 더 강화할 계획이다. 이를 통해 오일샌드 슬러리를 포함한 다양한 광물의 이송용 강관 및 설비 뿐만 아니라 건설중장비 등으로 적용을 확대해 나갈 계획이다.

◆ 세계 표준 기술 등재되다

극저온인성(극저온에서 깨지는 않는 성질)이 대폭 강화된 포스코의 극저온용 고망간강이 2017년 5월 국제 재료 및 규격 관련 표준기구인 ASTM Int’l에 표준기술로 등재됐다.

ASTM Int’l(American Society for Testing and Materials International, 미국재료시험협회)은 금속·비금속 등 모든 재료의 시험연구 및 규격을 입안·제정하능 일을 관장하는 기구다. 현재까지 140개국 3만명 이상의 전문가가 참여해 1만 2000개 이상의 기술 표준을 제정했다.

ASTM에 등재된 기술들은 미국 뿐만 아니라 전세계에서 기술자들의 표준 또는 시방서로 사용되고 있다. 따라서 ASTM 등재는 포스코의 극저온용 고망간강이 세계적으로 믿고 사용할 수 있는 소재로 인정받았다는 것을 의미한다.

이번에 세계 표준기술로 등재된 극저온용 고망간강은 포스코가 10여년간 연구 끝에 자력 기술로 개발한 고부가가치 소재로 포스코 WP(World Premium) 대표 강종이다.

극저온용 고망간강은 -196℃의 극저온에서도 견딜수 있는 강재로 LNG(Liquefied Natural Gas, 액화천연가스) 저장 및 이송에 적합하며, 기존 탱크 제작에 사용되던 니켈강, 알루미늄 합금 등의 소재 대비 용접성이 우수하고 가격 경쟁력이 뛰어나다.

포스코는 ASTM Int’l 등재로 신규 강종개발 및 상용화를 적극 추진하는 등 기술력 측면에서도 경쟁 철강사들보다 한발 앞서 나가고 있다는 평가다.

테레사 센드로스카(Teresa Cendro wska) ASTM Int’l 대외협력부문 부사장은 “포스코는 신 철강기술의 ASTM Int’l 표준화 업무를 주도하는 대표적인 철강 회사다”라며 “최근 고망간강의 신규 표준제정을 통해 철강 기술력을 입증함으로써 타업체들에게도 모범이 되고 있다”고 말했다.

2018년 7월에는 ISO(국제표준규격)에 LNG 추진선 연료탱크소재로서 고망간강이 등록됐다.

2018년 12월 3일부터 7일까지 진행된 IMO(국제해사기구) MSC(해사안전위원회) 100차 회의에서는 ‘LNG 탱크용 극저온용 고망간강의 적용에 관한 국제 기술표준’이 승인됐다.

순수 우리나라 기술로 개발된 선박 LNG 탱크용 신소재 ‘극저온용 고망간강’이 세계적인 상용화를 위한 첫 발을 내딛은 것이다.

기존 IMO 규정에 따르면 LNG 탱크의 소재는 Ni합금강, 스테인리스강, 9%Ni강, 알루미늄함금의 4종에 대해서만 승인하고 있었지만 이 위원회를 통해 고망간강 역시 LNG 탱크용 소재로 사용될 수 있게 된 것이다.

극저온용 고망간강은 경쟁소재와 비교했을 때 충격 인성 및 인장강도와 같은 기계적 성질이 우수하다. 특히 강재 및 용접재료의 가격이 경쟁소재 보다 저렴해 기존 소재를 대체할 수 있을 것으로 전망된다.

포스코는 현대미포조선이 건조한 LNG 추진 벌크선(LNG를 연료로 사용하는 벌크선)의 LNG 연료탱크 소재로 극저온용 고망간강을 공급한 바 있으며, 앞으로도 선급 및 조선사와 협의를 통해 친환경 선박인 LNG 연료추진선의 연료탱크소재로서 고망간강 적용 확대를 적극 추진할 예정이다.

현재 포스코는 광양LNG 터미널에 2020년 상업운전을 목표로 건설중인 5호기 20만kL LNG 저장탱크도 고망간강을 채택해 건설하고 있다.

정부 특례고시를 통해 LNG 저장탱크에도 고망간강을 적용하고 있으며, 국내 기술진의 노력을 통해 가공 및 용접시공기술을 세계 최초로 개발하고 있다. LNG 저장탱크의 안전하고 완벽한 시공을 통해 고망간강의 우수성을 증명해 나가는 것은 향후 남은 과제다.