최근 자동차 업계에 차체 경량화에 대한 고민이 커지고 있다고 해요. 환경규제가 강화되고 연비 개선 요구도 많기 때문인데요.
무거운 배터리가 장착되는 전기차 판매도 점점 늘어나면서 차량 경량화 문제에 대한 고민은 앞으로도 커질 것으로 전망됩니다. 해결책 가운데 하나는 부품을 가벼우면서도 강하게 제조할 수 있는 '핫스탬핑'(Hot Stamping) 기술이라고 해요.
900도 고온에서 강판 가열
핫스탬핑은 900도 이상의 고온으로 가열한 금속 소재를 금형에 넣고 압력을 가해서 성형한 뒤 금형 속에서 꺼내지 않고 급속 냉각시키는 공법인데요.
한국생산기술연구원은 "핫스탬핑 기술을 적용하면 강판의 강도를 2~3배가량 높이면서도 강판 두께는 오히려 줄일 수 있어 부품 경량화에 매우 유리하다"고 설명합니다.
기술 고도화도 계속되고 있습니다. 최근 현대제철은 현대차·기아 남양연구소와 함께 1.8GPa(기가파스칼) '프리미엄 핫스탬핑강'을 개발해 세계 최초로 양산에 성공했다고 해요.
기존 1.5GPa 핫스탬핑강 대비 인장 강도를 20% 향상시키고, 부품으로 제작하면 약 10%의 경량화가 가능하다는 게 현대제철의 설명입니다.
기가파스칼은 재료 강도를 측정하는 단위인데요. 1기가파스칼은 가로·세로 1㎜ 크기 재료가 100㎏ 무게를 버틸 수 있는 강도입니다. 기존 자동차 외부 판재보다 2배 이상 강한 수준이라고 합니다.
현대제철은 900도 이상의 고온에서 적용하는 기존 방식에서 벗어나 50도 이상 낮춘 특화 공법을 개발했어요. 온도를 낮추면 생산에 필요한 에너지 사용량을 줄일 수 있다고 하네요.
또 강판에 수소 성분이 침투하지 못하도록 막아 내부 균열이 발생하지 않도록 했습니다. 이렇게 하면 용접성을 개선하고 부식에도 강합니다. 그러니 친환경적이면서 품질도 확보했다는 것이죠.
생산기술연구원의 경우 냉각수를 금형 내에서만 순환시키는 기존 '다이'(Die, 금형) 냉각 핫스탬핑' 기술의 한계점을 개선했다고 하는데요.
기존 다이냉각 기술은 간접 냉각 방식이어서 냉각속도가 비교적 느리고, 강판이 두꺼울 경우 열전달이 어려워 냉각성능도 떨어졌기 때문입니다.
이에 따라 연구팀은 냉각수를 금형 내부뿐만 아니라 표면에 새겨진 유로(물길)에도 동시에 흐르게 하는 혼합 방식의 '직수유로분사' 냉각법을 고안했습니다. 냉각수 공급량을 최적 수준으로 제어하는 냉각수 분사·배출 장치도 제작했습니다.
전기차 수요 '기대'
핫스탬핑 기술을 활용해 만든 부품은 주요 차량에 공급되고 있어요.
현대제철은 현대차의 차세대 전기차인 제네시스 일렉트리파이드 G80(G80EV)과 신형 G90에 새롭게 개발한 핫스탬핑 강종을 공급 중이라고 하는데요.
올해부터는 매년 14만5000장을 공급할 계획이라고 해요. 이는 전기차 약 3만대에 사용할 수 있는 규모입니다.
향후 관련 수요도 계속 늘어날 것으로 관측됩니다. 특히 수요가 급증할 것으로 기대되는 전기차, 자율주행 등 첨단 기능을 넣은 차량에서 활용도가 높을 것으로 보입니다.
전기차는 배터리 무게가 상당한 비중을 차지하고, 이전에는 적었던 전장 부품 수요도 증가하고 있어서죠. 긴 주행거리를 확보하려면 차량 경량화가 중요 과제가 된다는 것입니다.
현대차와 기아도 전기차에 핫스탬핑 부품 적용 비중을 높이고 있다고 해요. 실제로 내연기관차에는 15% 정도의 핫스탬핑강을 적용하지만 전기차는 20%까지 끌어올렸다고 합니다.
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