[스틸코리아⑦] 석유·수소·해상풍력 이끄는 강선 혁신…고려제강, 신소재 기술 개발

[스틸코리아&GVC컨퍼런스=최유미 기자] 석유·수소·해상풍력 등 에너지산업이 고도화되면서 이를 지탱할 소재 기술의 중요성이 커질 전망이다. 이에 고려제강은 내SCC 강선, 스틸+CF 복합소재, Mooring rope 등 차세대 강선 개발에 박차를 가하고 있다.

조영서 고려제강 연구소 책임연구원은 5일 개최된 ‘스틸코리아 2025’의 R&D 세션에서 ‘에너지산업 소재 기술 동향 및 향후 과제’을 주제로 한 발표를 통해 세 가지 차세대 소재 기술을 소개했다.

조영서 책임연구원은 “과거 석유가 고갈돼 없어질 것이라는 예측과 달리 여전히 석유 매장량은 상당히 많이 남아 있고, 이를 시추하는 기술과 소재가 많이 개발돼 석유산업은 여전히 발전 중에 있다”고 말했다.

석유 시추에 사용되는 송유관에는 Rigid pipe와 Flexible pipe가 있다. 특히 Flexible pipe는 석유 개발환경이 심해로 바뀌면서 더욱 주목받는 강관이다. Rigid pipe 대비 간단한 설치가 가능해 설치비용이 낮다는 장점이 있지만, 심해 환경의 특성 상 석유 내 높은 CO2 함량으로 부식 가능성이 높아졌다

이에 따라 2500m 가량의 Deep Sea에서도 부식을 견딜 수 있는 내SCC 강선 개발의 필요성이 제기되고 있다

조 책임은 “10년간 사용한 송유관을 수거해 조사한 결과 CO2가 10~50bar 수준에서는 큰 문제가 없지만 그 이상부터 SCC 현상이 진행되고 있음을 관찰했다”며 “Flexible pipe는 구조상 부식성 가스나 폐수가 침투해 부식 환경이 조성되기 쉽다. 이로 인해 산업피막이 생기면 접착력이 떨어져 손상되고, 이를 기점으로 균열과 파단까지 발생한다”고 설명했다.

이에 산업계와 학계는 합금원소를 조사해 Cu, Cr, Ni, P, Si, Mn 등이 보호피막을 형성한다는 것을 확인했다. 특히 Cr을 약 3% 가량 첨가한 강선에서 조밀한 Cr(OH)3 보호 피막을 형성해 내식성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.

두 번째로는 스틸+섬유(CF) 복합소재다. 조 책임은 “수소가격은 수소운송비 40%, 수소생산비 60%로 구성되어있는데, 이 중 수소운송비를 수소운송장치를 경량화해 절감할 수 있는 방안을 모색 중”이라고 밝혔다.

그는 “기존 스틸로만 구성된 수소 운송 탱크의 경우 견딜수 있는 압력이 200bar, 트레일러 중량은 51톤인데, 스틸+CF 복합소재로 만들어진 탱크는 압력은 450bar로 늘었고, 중량은 26톤으로 감소한다”며 “이는 연비향상으로 이어져 수소운송비 및 탄소배출을 저감할 수 있고 도로파손 감소, 인성 향상 등의 효과를 기대할 수 있다”고 설명했다.

또 “스틸+CF 소재는 전단강도가 향상되고 충격강도·굽힘강도도 증가한다는 장점이 있다”며 “이러한 스틸+CF 복합소재의 핵심 개발 기술 과제로는 갈바닉 부식방지 기술, 강선 고강도화 기술, 영구접착력 유지기술, 영구 발청 억제 기술 등이 있다”고 짚었다.

마지막으로 부유식 해상풍력발전시스템용 와이어로프인 Mooring Rope를 소개했다. 조 책임은 기존 고정식 해상풍력에서 부유식으로 전환·확대되는 추세에 따라 Mooring Rope의 수요도 늘어날 것이라고 전망했다.

Mooring Rope는 스틸로만 구성된 와이어로프에서 경량화·고강도화를 위해 가운데 부분에 섬유를 넣어 복합화한 와이어로프다. 이는 내식성 및 피로수명을 2배 이상 확보해 부식, 윤활, 마모 등에 따른 교체비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있다.

마지막으로 조 책임은 향후 과제에 대해 “미래 산업에 요구되는 특성을 갖춘 강선개발이 핵심”이라며 “스틸과 탄소섬유 간 갈바닉 부식억제 기술, 스틸과 수지와의 사용 기간 내 접착력 유지 기술, 사용기간내 발청방지를 위한 스틸의 내식성 확보 등이 기술 개발 과제가 향후 경쟁력의 핵심이 될 것”이라고 강조했다.