[인터뷰] “100원짜리 하나로 수천 대 리콜”…포항 선재공장이 지킨 ‘철강의 꽃’

포스코의 포항제철소 선재 공장은 구조조정 흐름 속에서 상징적인 공간으로 거론돼 왔다. 중국산 저가 물량 공세가 가장 깊숙하게 침투한 품목 중 하나가 선재였고, 포스코 역시 수익성 악화에서 자유롭지 못했기 때문이다. 3년 전 포항 선재 공장은 일부 라인을 코일철근용으로 전환하며 신규 시장 진입을 시도했다. 이 사업은 진출 3년 만인 올해 6월 종료된다. 범용재 시장에서 돌파구를 찾기 어렵다는 현실을 보여주는 사례다.

포스코가 8대 전략제품을 미래 동력으로 낙점한 가운데 구조조정 흐름 속에 있는 선재 사업이 궁금했다. 포항제철소 선재연구그룹 전영수 연구원을 만난 이후 위기로 인식했던 선재 공장에 대한 생각은 단번에 무너졌다. 선재는 포스코 철강 기술의 가장 깊은 뿌리가 내려져 있는 곳이었다.

전 연구원은 고강도 스프링강에 대해 “철강의 꽃”이라고 정의했다. 통상 자동차강판에만 붙였던 표현이다. 그는 또 스프링, 볼트, 베어링 등 선재에 대해 “철강의 쌀”이라고 표현한다. 기계와 구조물을 이어주는 가장 작은 단위의 소재지만, 제조업 공급망 전체를 지탱하는 핵심 부품이라는 의미다.

특히 엔진 밸브용 스프링강은 자동차 수명이 끝날 때까지 엔진 피스톤의 반복 하중을 수천만 회 견뎌야 하는 대표적인 초청정강으로 꼽힌다. 전 연구원은 “전 세계 5대 철강사만 품질을 보증할 수 있는 제품”이라고 설명했다.

스프링강은 강도만 높은 소재가 아니다. 반복 피로 특성, 내부 청정도, 표면 품질, 수소취성 저항성 등이 동시에 요구되는 대표적인 고난도 소재다. 실제로 내부 불순물이 미세하게 존재해도 조기 절손으로 이어질 수 있어, 제강 단계부터 극도로 엄격한 품질 관리가 필요하다.

그는 “100원짜리 하나 팔아 가지고 부러지면 차량 수 천대가 리콜당할 수도 있거든요”라고 말한다. 작은 철선 하나지만 자동차와 제조업 공급망에 매우 중요한 소재라는 의미다. 그는 “자동차 강판은 이제 중국도 대부분 만들 수 있지만, 스프링은 여전히 기술 장벽이 존재하는 영역”이라고 말했다.

내부식 고강도 스프링강은 기술 장벽의 대표 사례다.

2014년 북미, 유럽 지역에서 제설재에 의해 자동차 서스펜션 스프링 파손 사례가 발생하자, 포스코는 내부식 스프링강 개발에 착수했다. 마케팅 조직이 시장 문제를 포착하고 기술전략실이 개발 방향을 수립하면, 기술연구원은 부식 메커니즘을 분석해 합금 설계를 진행하고, 품질기술부, 제강부, 선재부가 내부 품질과 표면 품질 관리 기술을 개발하는 등 일사분란한 시스템이 작동했다. 이후 글로벌제품기술실이 고객사와 협업해 상용화까지 연결했다. 그 결과 포스코는 2018년 독일 완성차 업체에 해당 제품을 상용화했다.

전 연구원은 “이 제품은 가격이 비싸더라도 포스코 제품을 쓰겠다는 제품”이라며 “그만큼 기술 장벽을 만들 수 있는 제품이라는 의미”라고 설명했다. 특히 연구실로부터 현장과 영업의 경계를 허문 ‘원팀(One-team)’ 체계는 기술 장벽으로 경쟁 우위를 지키는 동시에 시장성도 확보하는 동력이다. 이같은 협업은 포스코 내부를 넘어 고객사인 고려제강, 대원강업 등 전후방 산업을 하나로 묶는 강건한 생태계로 확장된다

전 연구원은 시장의 냉정함도 숨기지 않았다. “고객의 충성도는 톤당 만원 이하라는 농담을 합니다. 조금만 싸지면 언제든 공급처를 바꾸는 게 시장이죠”

그럼에도 불구하고 독보적 기술 개발은 시장에서 경쟁력을 유지하게 하는 힘이다. 포스코는 이미 2013년 세계 최고 수준인 2,300MPa급 엔진밸브용 스프링강을 개발한 바 있다. 그러나 강도가 높아질수록 수소취성 위험도 함께 커졌다. 전 연구원은 “2,000MPa급은 0.2ppm 수준 수소 농도에서도 문제가 없지만, 2,100MPa급은 0.1ppm만 유입돼도 취성이 발생할 수 있다”고 설명했다.

포스코는 이를 해결하기 위해 국내 최초로 일본 정밀 수소분석기를 도입했고, 수소취성 평가 시스템도 구축했다. 현재는 대한금속재료학회 수소분과 등을 중심으로 고강도강 수소취성 억제 기술 개발도 진행 중이다.

최근 시장의 관심이 높은 전기차(EV)와 로봇 대한 얘기도 이어졌다. 전기차 전환은 스프링강 산업에 두 가지 변화를 만들고 있다. 하나는 엔진이 사라진다는 점, 다른 하나는 배터리 무게 증가다. 엔진밸브용 스프링 수요는 감소할 수 있지만, 배터리 무게를 지탱하기 위한 고강도, 대구경 서스펜션 스프링 수요는 오히려 확대될 수 있다.

다만 전 연구원은 “아직은 시장 규모가 작다”며 “지금은 기름값도 안 나올 정도”라고 현실적인 평가도 덧붙였다. 또 “철강 산업 패권이 영국에서 미국, 일본, 한국을 거쳐 중국·인도로 넘어가고 있다”며 “그 흐름 자체를 막을 수는 없다”고 말했다.

하지만 보안부품, 안전부품, 초청정 스프링강, 고신뢰 소재 같은 영역에서는 여전히 기술 장벽이 존재하며, 포스코가 글로벌 최상위 경쟁력을 유지하고 있다는 설명이다. 전 연구원은 인터뷰 말미에서 “철강은 국가 안보 산업”이라며 “변화를 두려워하지 않고 기술 개발을 이어가는 것이 결국 제조업을 지키는 힘”이라고 말했다.

다음은 전영수 연구원과 나눈 일문일답 주요 내용이다.

<Q> 지난번 광양제철소 인터뷰 당시 이순기 박사는 고망간강을 산업 문제를 해결하는 솔루션형 소재’라는 메시지를 들었습니다. 이번 주제인 선재, 특히 스프링강은 자동차 산업에서 어떤 문제를 해결하는 소재라고 설명할 수 있을까요?

철강이 모든 산업의 기초가 된다고 하여 흔히 산업의 쌀이라는 별칭이 있습니다. 같은 맥락으로 선재는 철강 산업의 쌀이라고 부릅니다. 선재로 만들어지는 주요부품인 스프링, 볼트, 베어링 등은 기계와 구조물을 하나로 묶어주고 이어주는 가장 작은 단위의 필수 강재로 사용되고 있기 때문입니다.

그 중 스프링은 철강 품질의 꽃이라고 알려져 있으며, 표면과 내부품질 모두 가장 엄격하게 관리하는 제품입니다. 이러한 관점에서 스프링은 '철강의 품질문제'를 선행해서 해결하고 선도하는 소재라고 할 수 있습니다. 스프링강을 생산하며 얻은 청정도 관리 노하우가 新모빌리티용 강재, 극한지역 에너지용 강재, 피지컬(Physical) AI 에 사용되는 고품질의 강재를 생산할 수 있는 토대가 되었습니다.

<Q> 포항제철소의 스프링강 연구개발은 어떻게 진행되나요? 연구팀과 원팀으로 활동하는 연관 부서, 고객사까지 협업은 어떻게 이뤄지고 있나요?

스프링강의 연구개발은 주요산업 변화를 예측하여 선행하는 제품개발과, 품질 및 원가 개선을 위한 공정기술 개발을 함께 진행하고 있습니다. 이러한 제품개발 및 제조기술 개발을 위한 협력, 소통으로 시너지를 창출하기 위해, 포스코는 One-team을 운영하고 있습니다.

고객사로부터 시장의 니즈를 예측하고 반영하는 마케팅실과 이러한 니즈를 분석하고 전략을 수립하는 기술전략실, 新제품 및 혁신 공정기술 개발을 선행하는 기술연구원과 이를 실현하는 품질기술부, 제강부, 선재부 등의 포항제철소가 있으며, 개발된 기술을 고객과 협의하고 상용화하는 글로벌제품기술실, 그리고 마지막으로 제품을 판매하고 다시 新수요를 발굴하는 마케팅실이 One-team으로 운영되고 있습니다.

"한 가지 사례로, 2014년 극한 지역에서 제설제에 의한 부식으로 자동차 서스펜션용 스프링강이 다수 파손되었던 사례가 있습니다."

스프링 고객사와 접촉하는 마케팅실은 기술전략실과 소통하여 '내부식 스프링강' 개발이 필요하다는 기술전략을 수립하였습니다. 이를 기술연구원에서는 부식파괴의 메커니즘을 분석하여 합금설계를 하고, 품질기술부를 주관으로 제강부와 내부품질, 선재부와 표면품질 관리기술을 개발하고, 글로벌제품기술실에서 스프링사와 협정을 하고 독일 완성차에 '18년 상용화 하였습니다. 이렇게 단순한 제품개발은 포스코의 선재관련 모든 부서가 소통하고 협업하여 기술개발을 진행하고 있습니다.

<Q> 스프링강은 여러 품질 요소가 동시에 요구되는데, 연구 현장에서 가장 까다로운 품질 과제는 무엇인가요?

스프링강은 철강 품질의 꽃이라고 알려져 있는데, 그 이유는 스프링강이 반복하중을 견디기 위해 청정도 관리가 가장 엄격하기 때문입니다. 자동차의 엔진에 사용되는 엔진밸브용 스프링은 전세계 5대 고로사에서만 품질을 보증할 수 있는 청정강 입니다.

자동차의 수명이 끝날때까지 엔진 피스톤의 반복하중을 천만회 이상 버텨야 하는 제품인데, 스프링 내부에 불순물이 있으면 조기 절손이 발생합니다. 따라서 엄격한 청정도를 보증하기 위한 제강기술 개발은 끊임없이 진행하고 있습니다.

<Q> 자동차 업계는 보다 높은 수준의 경량화·고강도화를 요구하고 있습니다. 고강도화가 진행될수록 소재 개발에서 가장 어려워지는 부분은 무엇입니까?

자동차의 경량화 니즈에 대응하기 위해 포스코는 '13년 세계 최고강도인 2,300MPa급의 엔진밸브용 스프링강 제품을 개발하였습니다. 반면 고강도 구현을 위해 합금성분을 많이 넣기 때문에 불순물에 대해서 취약해지는 문제가 있었습니다.

이러한 청정도 관련 품질문제는 포스코의 기술력으로 극복할 수 있었으나, 가장 어려운 점은 사용환경 중 유입되는 수소에 의해 발생하는 소위 수소취성 이었습니다. 소재의 강도가 증가함에 따라 강중 수소 민감도 또한 증가 합니다. 가령 2,000MPa급 강도를 갖는 스프링은 0.2ppm 의 수소농도에서도 파괴가 발생하지 않지만, 2,100MPa급으로 5%의 강도 상승만으로도, 0.1ppm의 수소농도만 유입되더라도 수소취성이 발생합니다.

2,300MPa급 엔진밸브용으로 개발된 제품을 변속기 및 연료분사장치 등 다양한 자동차 부품에 사용함에 따라 예측이 어려운 경로로 수소가 유입되고 이러한 수소에 의한 취성이 발생한 사례가 다발했던 점이 어려웠습니다.

포스코는 이러한 위험을 방지하기 위해, 강도는 2,200MPa급으로 낮추지만 표면처리기술을 활용하여 반복하중을 버틸 수 있는 제품개발을 상용화 진행중에 있으며, 학계에서는 대한금속재료학회를 중심으로 최근 수소분과를 발족하여 고강도강의 수소취성 억제 기술 개발에 매진하고 있습니다.

<Q> 전기차(EV) 전환은 스프링강의 수요와 기술 방향을 어떻게 바꾸고 있습니까?

전기차는 스프링강 기술개발 관점에서 2가지의 특징이 있습니다. 첫째 엔진이 사라지는 점과 둘째 배터리 무게가 증가하는 점입니다. 반복하중에 대한 수명 요구가 가장 엄격한 엔진밸브용 스프링강은 사라지지만, 해당 품질관리에서 얻은 노하우를 배터리 무게에 대응하는 서스펜션용 제품개발에 응용하고 있습니다.

차량의 무게가 증가하면 서스펜션 스프링강은 그 반복하중을 버티기 위해 고강도화 또는 대구경화가 요구 됩니다. 이러한 고강도화 제품개발은 엄격한 청정도와 수소취성 저항성 개선 기술개발이 요구되며, 엔진밸브용 스프링강 제조기술 개발을 통한 노하우를 활용한 제품을 상용화할 수 있습니다.

즉, 내연기관의 제품개발 근본기술을 활용하여 전기차 전환 기술개발을 대응하고 있습니다. 또 다른 하나는 대구경화의 요구에 대응하여 제강사의 스프링강 표면품질, 스프링사의 성형기술 등이 요구 됩니다.

흔히 스프링을 우리말로 용의 수염과 같이 생겼다 용수철이라고 일컫는데, 이러한 스프링 형상으로 성형을 위해서는 대구경 서스펜션을 용의 수염과 같은 형상으로 성형할 수 있는 제조기술도 필요하여, 유럽을 중심으로 스프링 성형기술 개발도 활발히 진행되고 있습니다.

<Q> 포스코의 주요 기술 중 가장 의미 있는 성과를 몇 개 꼽으신다면?

제설제가 사용되는 극한지역에서도 내구성이 우수한 내부식 서스펜션용 스프링과 승객의 편의성 향상을 위한 트렁크 자동개폐용 초고강도 스프링강 제품 2가지를 꼽고 싶습니다. 자동차 부품은 안전이 최우선 입니다. 주행중 서스펜션 스프링이 급작스럽게 파손되면 차량 전복사고가 발생할 수 있는 위험이 있습니다.

이러한 리스크를 극복하기 위해 개발된 내부식 스프링강은 단순한 기술개발을 넘어서 나와 내 가족의 안전을 보장할 수 있는 제품이라는 사명감으로 개발하였습니다. 극한의 원가절감 속에서도 승객의 안전을 위해 고급 내부식 서스펜션 스프링을 채용해주시는 자동차사에 감사함을 전하고 싶습니다.

그리고, 최근 승객의 편의사양에 대응하는 많은 전장부품이 개발되고 있습니다만, 철강이 기여하는 부분은 크지 않습니다. 반면 트렁크에 내장된 초고강도 고성형성 스프링강 덕분에 많은 사람들이 자동개폐의 편의성을 느낄 수 있어서 성취감이 큽니다. 강도가 증가함에 따라 성형이 부족한 부분을 보완하기 위해 포스코, 열처리사, 스프링사가 소통하고 협업하여 기술개발 하였습니다.

<Q> 일본 유럽 중국 업체들과 비교했을 때 포스코 선재, 스프링강 기술의 경쟁력은 어디에 있다고 보십니까?

선재제품은 중국의 저가 물량공세와 국내 인구감소에 따른 지속적 수요감소로 인해 많은 어려움이 있습니다. 선재와 같이 기술이 성숙된 제품은 단순한 기술의 우위만으로는 품질의 일본과 원가의 중국과의 경쟁에서 앞서나가는 것이 어렵습니다.

반면 승객의 안전과 직결되는 보안부품 또는 품질의 기술장벽이 있는 스프링강 등은 신제품 기술개발을 통해 시장을 선도할 수 있는 기회가 있는 것이 특징입니다. 선재 전체 경쟁력은 품질과 원가 부분을 종합적으로 고려했을 때 제품 경쟁력 향상이 필요한 상황이나, 기술이 제품의 경쟁력을 나타내는 스프링강은 글로벌 TOP 경쟁력을 보유하고 있습니다.

<Q> 앞으로 포스코 선재 연구가 향해야 할 다음 시장은 어디라고 보십니까?

新Mobility, Physical AI 등 선재 수요산업의 구조적인 변화에 맞춰, 품질 및 원가만으로 경쟁하는 기술 성숙된 분야를 넘어서 제품의 기술력이 곧 경쟁력인 수요산업을 발굴하여 집중하고자 합니다.

<Q> 스프링강 연구를 하시면서 이 기술이 산업 현장을 바꿨다고 느낀 순간이 있었나요?

스프링강은 강도가 높기 때문에 철강 부품 중 수소취성 민감도가 가장 높은 제품 중 하나 입니다. 고강도 서스펜션 스프링강 상용화 초기에 수소에 의한 스프링 성형중 취성파괴가 발생하는 사례가 있었습니다.

수소는 눈에 보이지도 않고, 강중 수소를 측정해도 흔적이 없기 때문에, 정황증거를 통해 수소취성 방지 기술개발이 필요함을 설득해야 하는 어려운 점이 있습니다만, 수소주입 모사시험과 강중 수소농도 방지 기술을 고객사에 적용하고 개선이 확인이 된 뒤로 수소취성 연구가 철강산업 전반에 확산되었습니다.

포스코는 국내 최초로 일본의 정밀 수소분석기를 도입하여 수소취성 평가 시스템을 구축하였고, 포스텍 등 국내외 학계로부터 많은 지원하에 고강도강의 수소취성 저항성 개선기술 개발을 선도하고 있습니다.

<Q> 마지막으로 후배 연구원들에게 전하고 싶은 말이 있다면 부탁드립니다. 오랜 시간 축적해야 하는 소재 연구에서 가장 중요한 태도는 무엇이라고 보십니까?

철강산업의 패권이 영국에서 시작되어, 미국, 일본 한국을 거쳐 중국, 인도로 넘어가고 있는 상황에서 역사의 흐름을 뒤바꿀 수 있는 가장 강력한 동력은 기술개발입니다. 변화를 두려워하지 않고, 다양한 경험을 통해 혁신적인 아이디어를 도출하여 국가의 안보 산업인 철강업을 지탱해 주셨으면 합니다. 감사합니다.