비철금속 (Mg, Al, Cu) 기술개발동향 포항산업과학연구원신금속연구본부 박준표 ) 마그네슘관련자료제공에협조해주신한국마그네슘기술연구조합과알루미늄관련자료제공에협조해주신지식경제부, 산업기술평가원동관련자료를협조해주

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아진 내
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1 비철금속 (Mg, Al, Cu) 기술개발동향 포항산업과학연구원신금속연구본부 박준표 ) 마그네슘관련자료제공에협조해주신한국마그네슘기술연구조합과알루미늄관련자료제공에협조해주신지식경제부, 산업기술평가원동관련자료를협조해주신품산금속관계자께감사드립니다.

2 소재분야기술개발방향 1. 환경부하저감및에너지절감소재개발 : 배기가스절감, 연비향상 à 철강소재대체를위한고특성경량소재개발 - 고강도, 내열, 내마모 Al, Mg 소재 - 고전기전도, 고강도 Cu 소재 2. 품질및생산성향상 à 가격경쟁력확보를위한공정개발 - 생산성향상기술 : 주조불량률저감, 공정최적화기술 - 품질향상기술 : 결정립미세화, 크랙저감, 공정최적화기술 3. 미래기술 - 혁신공정개발 : 고합금계연속주조기술 - 초경량고가공성소재기술

3 마그네슘소재및기술개발현황 마그네슘 VS 알루미늄 VS 타이타늄 경금속비교 금속 비교 비중 원광석 가 격 ( ) 특 징 - 경량성, 전자파차폐성, 진동흡수능, 기계가공성, Magnesium (Mg) 1.74 Magnesite Dolomite 3,675 원 /Kg 치수안정성높음 - 중국, 러시아등자원편재성 - 친환경산업위한초경량재료로각광 Aluminum (Al) 2.7 Bauxite 2,380원 /Kg - 경량성, 내식성, 열 / 전기전도도높음 - 무자성, 무취, 무독등 - 전세계 1인당평균알루미늄소비량, 2007 년기준 20kg ( 소득이증가할수록소비량증가 ) - 내식성매우우수, 열팽창열전도가낮아구조물 Titanium (Ti) 4.5 Rutile Ilmenite 18,700$/ton 제작시변형이적음 -중국의소비증가및강대국원자재비축전략으로가격불안정

4 마그네슘특징 l 지각의원소중에서 6 번째로풍부, 다양한광물형태로존재 - 지각표층약 2.5% 를점유 (Magnesite, Dolomite 등 ) - 해수및염호에서도채취 / 사용 l 실용금속중최경량재료 - 비중 1.7 g/cm 3 - 비강도, 비강성이알루미늄, 철보다우수 l 진동및충격흡수성, 전자파흡수능력우수 l 우수한기계가공성 - 절삭저항이작아빠른속도로기계가공가능 마그네슘대비상대비중 (kg 당소재단가 ) 2380 원 - 기계가공에요하는동력이철강의 1/10, 알루미늄의 1/3 수준 원 1 마그네슘 알루미늄 원 3.6 아연 원 4.4 철 원 4.9 구리 8.9 l 재활용이용이하여환경친화적 - 사용후스크랩 à 회수후, 리싸이클가능

5 마그네슘합금의주요합금원소의역할 u Al : 주조성 ( 용탕유동성 ) 증대, 강도증가 (Mg 17 Al 12 금속간화합물형성 ), 내식성향상최대 9% 까지첨가 u Zn : 강도증가 ( 고용강화효과 ), 내식성개선, 주조성증대 u Mn : 내식성향상, Fe와안정된화합물형성 % 첨가 AZ 91D (Fe/Mn = 미만 ), AM60(Fe/Mn = 미만 ) u RE : 내열성향상, 금형융착현상발생, 내식성개선 u Si : 내열성향상 (Mg2Si), 내식성개선, 주조성저하 (1% 미만첨가 ) u Be : 용탕의산화방지 (5-15ppm 첨가 )

6 마그네슘합금원소의분류 ASTM 합금분류법 symbol Element symbol Element symbol Element symbol Element symbol Element A Al E RE(MM) H Th K Zr L Li M Mn Q Ag S Si W Y Z Zn 예 ) 주요마그네슘합금의구성성분 AZ 91 = Mg + 9%Al + 1% Zn AM 60 = Mg + 6%Al + 0.2%Mn AS41 = Mg + 4%Al + 1%Si AE 42 = Mg + 4%Al + 2%RE ZK 61 = Mg + 6%Zn + 0.7Zr

타소재와의특성 Materials Mg Al Fe Plastics EBS 비교 Alloy/ Grade Density (g/cm 3 ) Modulus (GPa) Stiffness W Mg /W s =(d Mg /d s )X(E s /E Mg ) 1/3 Modulus/ Density Equal Bending Stiffness to steel Thickness

7 타소재와의특성 Materials Mg Al Fe Plastics EBS 비교 Alloy/ Grade Density (g/cm 3 ) Modulus (GPa) Stiffness W Mg /W s =(d Mg /d s )X(E s /E Mg ) 1/3 Modulus/ Density Equal Bending Stiffness to steel Thickness Weight Ratio Ratio AZ91, die-cast AZ80-T5, extrusion A380.0 die-cast 6061-T6 extrusion Steel Galvanized PC/ABS, Dow (61% 절감 ) 0.38 (62% 절감 ) 0.49 (51% 절감 ) 0.50 (50% 절감 ) 1.00 (0% 절감 ) 0.65 (35% 절감 )

8 국가별마그네슘생산량변화 Production( (Metric tons) (71%) (71%) (70%) (71%) (79%) (79%) (79%) (77%) (77%) (77%) 470 (76%) (81%) (76%) (76%) others Kazakhstan Israel Russia Canada USA China 년 2006 년 2007 년 2008 년 2009 년 2010 년 출처 : IMA 홈페이지

9 세계마그네슘분야별사용량

10 국내마그네슘잉곳수입동향 출처 : 2010 년한국마그네슘산업백서, KMTRA

11 국내마그네슘주요수요처변화 Yr 2004 Yr 2008 Yr 2011 Mg Demand Import+Recyclings 2,000 ton Automotive Parts 64.8% Electronic Parts 35.2% Electronic Parts 17.9% Wrought Auto motive Wrought 5.4% Electronic parts Mg Demand Mg Demand Import+Recyclings 3.6% Parts Import+Recyclings 14,000 ton 19,520 ton 51.5% Automotive Parts 80.2% 78.5% & Industrial Patrs 43.1% Consumption of Mg alloys Yr 2004 : 2,000 ton Yr 2008 : 14,000 ton Yr 2011 : 19,520 ton Source : 2011 년한국마그네슘산업백서, KMTRA

12 국내적용부품별현황 (2011 년 ) 소성가공재, 1,058 톤 산업공구, 63 톤 기타산업용품, 846 톤 LED( 주조재 ), 285 톤 시트벨트 46톤 기타자동차부품 2,871 톤 휴대폰 9,064 톤 시트프레임, 371 톤 키락, 606 톤 해드램프, 703 톤 스티어링컬럼, 843 톤 휠코어 2,764 톤 Total : 19,520 톤 Source : KMTRA

13 마그네슘활용분야 휴대용전자부품케이스 휴대폰케이스 & 쉴드 Mirrorless camera case 케이스 노트북케이스 갤럭시탭

14 KTX-Ⅱ 고속열차부품 Al-18Kg Mg- 12kg 6kg 감량

15 군수및우주항공부품 Sabot 대전차용탄두덮개 Momentum wheel bracket for Satellite Full bar extruded ZK60A-T5. Size: 250 x 150 x 80 mm Aviation Segment Magnesium sheet 2.0 mm AZ31B. Ring casts from AZ91C Deep drawing envelope rolling GTAW Armament components AZ80

16 포스코의마그네슘제련사업 년 3 세대공법으로 1 만톤생산, 차후 2018 년까지 10 만톤으로생산확장 East Sea 철도 Okgye harbor Gangwon-Do 국도 고속도로 Mg industrial factories (529,000m2) Mg refining factories (463,000 m2 )

포스코의판재사업 Alloyed Ingots Twin Roll Casting Cast Coils t = 3.5~6.5mm 2004.12 RIST Pilot Plant에서마그네슘 Strip Casting 성공 2006. 8 마그네슘판재공장착공 ( 순천 ) 2007. 7 마그네슘판재공장준공및생산 2008.

17 포스코의판재사업 Alloyed Ingots Twin Roll Casting Cast Coils t = 3.5~6.5mm RIST Pilot Plant에서마그네슘 Strip Casting 성공 마그네슘판재공장착공 ( 순천 ) 마그네슘판재공장준공및생산 RIST 광폭판재캐스팅장비도입 MEL사와 MOU 체결 광폭판재캐스팅장비순천이전계획및압연기도입검토 Reversing Warm Rolling Rolled Coils t = 0.4~3.0mm Postprocessing (degreasing, pickling, buffing, etc.) AZ31B sheets/coils

북미지역자동차산업정책현황 그린카전략 - 자동차배기가스규제정책재도입검토 - 2011년부터연비기준강화 - 2020년까지연료효율성 40% 로개선 오바마정부 : 빅 3 에대한구제금융의대가 => 연비향상시킨소형그린카개발요구 => 2011 년생산모델부터 40% 이상높은연비의무화공언 그린카 =

18 북미지역자동차산업정책현황 그린카전략 - 자동차배기가스규제정책재도입검토 년부터연비기준강화 년까지연료효율성 40% 로개선 오바마정부 : 빅 3 에대한구제금융의대가 => 연비향상시킨소형그린카개발요구 => 2011 년생산모델부터 40% 이상높은연비의무화공언 그린카 = 친환경차, 즉환경오염을덜시키며연료를덜먹는차라는포괄적인의미, 연료효율성이좋은경소형차는물론오염물질을조금내보내는클린디젤차와수소연료전지차, 화석연료사용을줄이는하이브리드차, 바이오연료와가솔린을동시에사용할수있는플렉스차등이모두포함됨. 이중에서한국의현대ㆍ기아차는소형차와하이브리드차부문을집중공략하고있음.

적용분야 현재중량 Mg 중량 절감무게 Chassis 64.8 39.8 24.9 Interior 51.

19 마그네슘자동차부품적용계획 현재북미평균 1 대당약 5.4kg 적용 => 2020 년까지약 182kg 적용목표 북미지역자동차부품적용예상현황 ( 단위 :kg) 적용분야 현재중량 Mg 중량 절감무게 Chassis Interior Powertrain Body Structure Total

20 북미지역자동차부품적용재료현황 2004년까지미국자동차산업은유럽보다많은양의마그네슘부품을적용함. 미국자동차회사사용마그네슘부품량은연간 55,000톤으로대당약 5.4kg 적용 (2004년기준 ) 2020년에는강판및주철의사용은 29%, 알루미늄은 53% 감소를전망 미국자동차평균무게 1,525kg에서 205kg (15%) 경량화된약 1,319kg을목표로함. 북미생산자동차적용재료현황 (1,525kg, 2005 년기준 ) ( 단위 :kg) 현재적용량 (2005년기준 ) 2020 년예상적용량 증감비율 ( 무게기준 ) Material Weight 비율 (%) Weight 비율 (%) Steel+ Cast Iron % Aluminum % Polymer/composite s % Other % Rubber & Glass % Magnesium Total 1,525 1,320-15%

21 국내자동차부품개발동향 국내마그네슘산업동향 l 국내자동차용마그네슘부품은중소형다이캐스팅부품위주 - 스티어링휠코어, 시트프레임, 에어백하우징등 l 연구기관중심으로파워트레인용내열합금개발진행중 l POSCO : Strip Casting 판재양산라인구축및제련사업진행중 TG 그랜저마그네슘사용량 적용부품중량 ( 경량화율 ) 대당사용량 시트프레임 3.3 kg (40%) 스티어링휠코어 0.5 kg (60%) 7.1 kg [ 마그네슘 Seat Frame]

국내마그네슘생산현황및향후예상 70,000 60,000 6,285 2010 년수입량기준 50,000 - 순마그네슘 40,000 30,000 20,000 10,000 0 3,606 3,380 739 8,536 4,939 2,655 6,306 9,493 4,085 12,684 14,606 31,562 22,473

22 국내마그네슘생산현황및향후예상 70,000 60,000 6, 년수입량기준 50,000 - 순마그네슘 40,000 30,000 20,000 10, ,606 3, ,536 4,939 2,655 6,306 9,493 4,085 12,684 14,606 31,562 22, 년 2005 년 2010 년 2015 년 2020 년 : 연평균 9% 성장률 - 마그네슘합금 : 2015 년까지연평균 15% 성장률, 그후 2020 년까지 20% 성장률 - 기타 ( 봉, 파우더, 그래뉼등 ) : 2010 년부터연평균 9% 성장률 순마그네슘마그네슘합금기타 ( 봉, 파우더, 그래뉼등 )

23 전세계마그네슘 2020 년사용전망예상 Cathodic protection, 40kt Nodulising, 30kt Wrought products, 49.6kt Titanium sponge, 106kt Desulphurisation, 237kt Others, 10kt castings, 683.4kt Al alloys, 529kt

24 WPM 연구과제 연구소총괄주관대학 RIST 강원연구소, KIMS, KITECH, RIST 서울대, 포스텍, 순천대, 강원대, 국민대, 연세대, 경상대 기 업 현대기아차, GMK, 오스템, 성우하이텍, 신영, MS 오토텍, 노루코일코팅, KC 케미칼, 솔루션랩, 동양강철, 센트랄, 알루텍, 성우오토모티브, 명화공업, 동남정밀

과제개요 수송기기용초경량 WPM Mg 소재개발 수송기기의에너지효율및성능을극대화하기위한

Mg 소재 총괄주관기관 : POSCO 총괄주관책임자 : 강태욱전무 연구기간 : 10.8~ 19.

총괄주관책임자 : 권오덕 ( 공정연구그룹장 ) 참여기관 : 기업 (8), 연구소 (4), 대학 (5) 제 2

25 과제개요 수송기기용초경량 WPM Mg 소재개발 수송기기의에너지효율및성능을극대화하기위한 고특성마그네슘소재제조및부품상용화기술개발 제 1 세부과제 : 고기능 Mg 판재개발 총괄과제 수송기기용초경량 Mg 소재 총괄주관기관 : POSCO 총괄주관책임자 : 강태욱전무 연구기간 : 10.8~ 19.3 참여기관 : 30 개기관 - 기업 (15), 연구소 (4), 대학 (7) 총괄주관기관 : POSCO 총괄주관책임자 : 권오덕 ( 공정연구그룹장 ) 참여기관 : 기업 (8), 연구소 (4), 대학 (5) 제 2 세부과제 : 고강도 Mg 벌크재개발 총괄주관기관 : 동양강철 총괄주관책임자 : 박상우 ( 연구소장 ) 참여기관 : 기업 (7), 연구소 (1), 대학 (2)

26 과제의중요성 범용구조재료중초경량금속소재 금속소재중비강도면에서최우수 (mild steel:34, Al5083:110, AZ31:147) 국내매장량이세계최고수준 남한추정매장량 ( 돌로마이트 ) 4.9 억톤 북한추정매장량 ( 마그네사이트 ) 40 억톤 - 세계매장량의 40~50% 점유 * 국내유일의활용가능한대규모부존자원 남한내돌로마이트주요매장지역 북한내마그네사이트주요매장지역 ( 출처 : 한국광물자원공사 ) ( 출처 : 대한광업진흥공사북한광물정보사이트 )

1 0.1 0.01 1E-3 1E-4 1E-5 1E-6 AlMgSr 세부과제구성및추진체계 제 1

RIST 판재연구단 * 포스코 Mg 사업부 성형온도 100 성형속도 6ea/min 내식성

* 접합 : RIST, KITECH * 표면처리 : RIST, NCC, KCC Mole

5 Mg 11 Mn 4 1E-7 350 400 450 500 550 600 650 700 750

27 E-3 1E-4 1E-5 1E-6 AlMgSr 세부과제구성및추진체계 제 1 세부과제 : 고기능마그네슘판재개발 인장강도 300MPa 상온연신율 22% 에릭슨값 8mm * 서울대 / 솔루션랩 * 포스텍 * 순천대 Mg 순도 99.95% Mg 회수율 87% * RIST 강원연구소 폭 1900mm 표면품질자동차 외판수준 * RIST 판재연구단 * 포스코 Mg 사업부 성형온도 100 성형속도 6ea/min 내식성 33cycle * 성형 : 오스템, 성우하이텍, 신영, MS 오토텍, 강원대, 국민대, KIMS * 접합 : RIST, KITECH * 표면처리 : RIST, NCC, KCC Mole Fraction Liquid a-mg Mg17Al 12 CaMgSr Al 4 Sr Al 8 Mn 5 Mg 11 Mn 4 1E Temperature ( o C) 경제적판재이용기술 신합금설계 ` ( 물성예측 / 제어 ) 고효율친환경원소재제조 무결함광폭주조 / 압연판재제조 ( 초경량차체설계 )

28 세부과제구성및추진체계 제 2 세부과제 : 고강도마그네슘벌크재개발 주조연신율 15% 압출재 : TS 450MPa 단조재 : TS 380MPa 주조재 : TS 280MPa 빌렛결정립도 : 50 μm * 알루텍 압출속도 15m/min 출구온도 250 * 압출 : 동양강철, * 단조 : 센트랄, KIMS * 저압주조 : 성우오토모티브, 경상대 * 주단조 : 명화공업, KITECH * 다이캐스팅 : 동남정밀 * KIMS * 연세대 소재가공 : 전신재 소재가공 : 주조재 원소재 ( 압출, 단조 ) ( 저압주조, 주단조, 고진공 DC) 신합금설계 (Billet)

29 알루미늄소재및기술개발현황 알루미늄의특성 Al (aluminum, 13, g/mol) Density 2.70 g/cm 3 Liquid density g/cm 3 Melting point o C Boiling point 2519 o C Heat of fusion kj/mol Heat of vaporization kj/mol Specific heat capacity J/mol K (24 o C) Good reflective properties Very ductile Completely impermeable and odorless Crystal structure FCC ( nm) Electro-negativity 1.61 (Pauling scale) Ionization energy kj/mol (1 st ) Al Totally recyclable Magnetic ordering Paramagnetic Electrical resistivity 28.2 nωm (20 o C) Thermal conductivity 237 W/mK (300 K) Thermal expansion 23.1 μm/mk (25 o C) Young s modulus 70 GPa Poisson ratio 0.35 Vickers hardness 167 MPa Brinell hardness 245 MPa Lightweight, strong, long-lasting Highly corrosion resistant Excellent heat and electricity conductor

30 알루미늄제조및공정개략도

알루미늄의분류 전신용합금 알루미늄합금 주물용합금 비열처리형합금열처리형합금비열처리형합금열처리형합금 순알루미늄 (1000 계열 ) Al-Cu 계합금 (2000 계열 ) 순알루미늄 Al-Cu 계합금 (AC1X,AC5A) Al-Mn계합금 (3000 계열 ) Al-Si 계합금 (4000 계열 )

31 알루미늄의분류 전신용합금 알루미늄합금 주물용합금 비열처리형합금열처리형합금비열처리형합금열처리형합금 순알루미늄 (1000 계열 ) Al-Cu 계합금 (2000 계열 ) 순알루미늄 Al-Cu 계합금 (AC1X,AC5A) Al-Mn계합금 (3000 계열 ) Al-Si 계합금 (4000 계열 ) Al-Mg 계합금 (5000 계열 ) Al-Mg-Si 계합금 (6000 계열 ) Al-Zn-Mg 계합금 (7000 계열 ) Al-Si 계합금 (AC3A,ADC1) Al-Mg 계합금 (AC7A,ADC5,6) Al-Si-Cu-Mg 계, Al-Si-Mg 계합금 (AC2X,AC4X, ADC3,10,12)

알루미늄시장 : 세계시장 알루미늄주요생산국 단위 : 천톤 년도 계 중국 러시아 캐나다 호주 인도 2007 38,186 12,558 3,955 3,082 1,959 1,221 2008 39,959 13,178 4,190 3,120 1,974 1,307 2009 37,366 12,890 3,815 3,030 1,943 1,478 2010 41,495

32 알루미늄시장 : 세계시장 알루미늄주요생산국 단위 : 천톤 년도 계 중국 러시아 캐나다 호주 인도 ,186 12,558 3,955 3,082 1,959 1, ,959 13,178 4,190 3,120 1,974 1, ,366 12,890 3,815 3,030 1,943 1, ,495 16,244 3,947 2,963 1,928 1, ,644 18,061 3,992 2,988 1,936 1,659 < 출처 : World Metal Statistics, 2012> 생산량 ( 천톤 ) 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8, 시사점 2011 년세계총생산량 4 천 4 백만톤규모 년평균생산성장률 3.6% 2011 년세계생산량의 41% 중국점유 6,000 한국제련설비없어, 원소재전량수입 4,000 2,000 0 중국러시아캐나다호주인도

33 알루미늄시장 : 세계시장 주요알루미늄소비국 단위 : 천톤 생산량 ( 천톤 ) 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 년도계중국미국일본독일인도 ,441 12,347 5,545 2,197 2,008 1, ,903 12,412 4,905 2,250 1,935 1, ,664 14,300 3,854 1,522 1,227 1, ,050 15,854 4,242 2,025 1,912 1, ,345 17,628 4,060 1,945 2,103 1, < 출처 : World Metal Statistics, 2012> 2011 년전세계소비량 4 천 2 백만톤규모 년평균성장률 3.2% 시사점 2011 년세계소비량의 41.7% 중국점유 한국 : 1,233 천톤 ( 세계 6 위규모, 2011 년 ) 0 중국미국일본독일인도

34 알루미늄시장 : 세계시장동향 주요알루미늄생산국및 Major 기업전략 미국 (ALCOA) 생산 172 만톤 (5 위 ), 소비 424 만톤 (2 위 ) 추진전략 - 차별화우위전략및다기술집약적생산전략 - 열처리및합금분야기술에대한우위선점 / 유지 - 단위당단가에의한고부가가치실현전략유지 ( 세계압연시장 15% 점유 ) 캐나다 (ALCAN) 생산 293 만톤 (3 위 ), 소비 57 만톤 (10 위 ) 추진전략 - 고수익형산업변화를통한자국산업발전추진 - 원가우위전략을통한경쟁력우위유지추진 - 설비투자를통한대량생산체제구축, 고정비절감 ( 세계압연시장 17%, 박시장 25% 점유 ) 노르웨이 (HYDRO) 중국 ( 광동알루미늄外 ) 생산 109만톤 (8위) 추진전략 - 공정기술의개발및친환경적기술개발추진 ( 주조, 소성가공, 성형가공분야의해석기법도입 ) - 가변생산공정연구진행 ( 소량 / 다품종 / 고품위제품 ) ( 세계압연시장 5%, 박시장 25% 점유 ) 생산 1,619만톤 (1위), 소비 1,241만톤 (1위) 추진전략 - 신규설비투자및기술도입으로고도성장세유지 ( 압연, 압출분야에대해대규모의설비투자 ) - 정부지원으로해외원광석개발및제련공정현대화 * 생산 / 소비수치 : 세계순위, 2010 년기준

35 알루미늄시장 : 국내시장동향 알루미늄수요변화 ( 소재기준 ) 총 1,677 천톤 총 1,984 천톤 알루미늄용도별수요변화 총 1,677 천톤 총 1,984 천톤

36 알루미늄시장 : 국내기술수준 주조용소재 대형부품 사형주조, 소형부품 금형주조및다이캐스팅을위주로생산 주조품의고품질화를위한반용융주조, 고압주조방식이도입되고있음 알루미늄부품 마그네슘부품으로대체 고강도내압부품의경우알루미늄부품의점유가지속될것으로판단 자체기술개발보다는국외의설비를도입하여생산하는경우가많으며독자적인생산방식은미보유 압출용소재 건축용샤시를포함한구조용압출형재가중소규모영세업체를위주로생산 수송기기용고강도재의경우두레에어메탈이알코아사로인수합병됨에따라국내업체로는동양강철, 보원경금속등에서고강도재의생산을적극시도하고있음 합금설계에의한새로운소재의개발보다는기존소재의압출재생산위주로연구가이루어지고있음. 압연용소재 전문압연업체인대한전선과대한알루미늄이알칸 ( 현, 노블리스코리아 ) 에인수합병됨으로서국내업체로는조일알루미늄, 대호알루미늄, 서울경금속등이있음. 중국의알루미늄의저가공세에대응하기위해품질의고급화에노력 1000계알루미늄보다는고부가가치인고강도압연소재의생산에주력할필요 자동차, 항공기등수송기기용고강도재및열처리형합금판재 기술및설비미보유상태로국내생산이불가함.

37 알루미늄시장 : 국내기술수준 구분국내기술수준국외기술수준 선진국대비 주조산업 - 저압주조방식위주 - 다이캐스팅에의한부품제조기술 - 주조기술개발보다는장비수입을통한부품생산위주 - 주조용합금설계기술개발 - 고압주조, 반용융주조법등선진주조기술개발및확보 - 주조제품의단가를낮추기위한주조기술개발에중점 80% - 저합금계위주로생산 - 압출용고강도알루미늄소재합금압출 - 주로건축용소재에사용개발기술확보 산업 - 첨단압출기술개발 70% 압연산업 - 비열처리형소재에국한 - 열처리형고강도재의생산은없음 - 알루미늄호일, 건축용판재위주로생산 - 고강도알루미늄판재합금설계기술확보 - 열처리및비열처리형고강도제품생산 70% 종합 년초반대형알루미늄기업해외매각으로인한기술개발능력의침체기에접어듬. - 중견업체의경우자금난, 연구인력및시설미비등으로자체연구개발은현실적으로부족함 - 원천기술및소재개발보다는부품개발위주의연구및생산활동이이루어지고있음 à 신합금개발및소재의고품질화를위한정부주도의연구개발이절실한상황임

38 Quantity used, kg/vehicle Aluminum quantity, kg/vehicle Al 사용비율 (%) Aluminum quantity, kg/vehicle 자동차용알루미늄사용량추이 일반소형승용차주요재료구성비 철강특수강알루미늄플라스틱 US Europe Japan Korea Year 자동차용알루미늄합금수요변화추이 Wrought Castings (45%) (45%) (25%) (35%) (35%) (28%) 자동차용알루미늄수요변화 ( 유럽 ) Wrought Castings 2 (5%) (5%) 38 (6%) 4 (6%) 61 (12%) 13 (12%) 자동차용알루미늄수요변화 ( 한국 )

39 알루미늄기술개발동향 : 정부지원과제현황 알루미늄분야의연도별신규연구개발지원현황 (NTIS, )

40 알루미늄기술개발동향 : 정부지원과제현황 지식경제부연구과제지원중알루미늄분야의사업별지원현황

41 알루미늄기술개발동향 : 정부지원과제현황 Fig. 알루미늄분야의지원과제주관기관별지원현황 (NTIS, )

42 알루미늄기술개발동향 : 정부지원과제현황 알루미늄분야의지원과제적용공법별지원현황 (NTIS, )

43 알루미늄기술개발동향 : 정부지원과제현황 알루미늄 분야 R&D 지원현황 20 년간지식경제부를통하여지원된연구개발지원 : 106 건 - 대부분 2~3 개발기간으로연간 10 건이상의연구개발지원 < 최근 5 년간알루미늄부품소재관련주요중대형과제현황 > 사업명과제명총괄기관사업기간 부품소재 차세대사업 산업원천 소재원천 저가고강성알루미늄가변곡률압출소재및부품개발 차세대차량용고안전경량 Al 차제부품개발 Uni-Aluminum 기술개발 상 / 조직복합제어고비강도화기술 동양강철 자동차부품연구원 한국생산기술연구원 포항산업과학연구원 ~ ~ ~ ~ 총액 ( 억원 )

44 알루미늄기술개발동향 : 주요과제소개 (1) 저가고강성알루미늄가변곡률압출소재및부품개발 가변곡률 가변곡률압출 정밀 / 고속압출 Guiding Dies 고속정밀압출용소재개발 Modify 합금개발 (A5XXX, A6XXX, A7XXX) Recycling 주조빌렛 열간가스성형 설계자유도증가 고성형성 ( 연신율 20%) 엔진크래들 (A5XXX 계열 ) 범퍼백빔 (A7XXX 계열 ) 서스펜션암 (A6XXX 계열 )

45 알루미늄기술개발동향 : 주요과제소개 (2) 차세대차량용고안전경량 Al 차체부품개발

46 알루미늄기술개발동향 : 주요과제소개 (3) 상 / 조직복합제어고비강도화기술 재활용 (4 세부 ) 형주조 (1 세부 ) 원광석 제련 합금제조 Strip Casting/ (3 세부 ) Slab 주조 빌렛 / 자유단면재주조 (2 세부 ) 판재 압출 압연 소성변형 봉재 / 형재 가공및표면처 Al 부품 단조 이형단면재 리 반응고주조 전산모사 (5 세부 )

47 알루미늄기술개발동향 : 주요과제소개 (3) 상 / 조직복합제어고비강도화기술 상 / 조직복합제어임계성능향상저비용화 과제명개발목표 (2012 년 ) 첨가원소절감형고온안정상분포제어기술 [1 세부, 자동차부품연구원 ] - 고온인장강도 (250 ): 250 MPa - 고주기피로강도 (130 ): 140 MPa - 저주기피로변형 (250 ): 0.2 고품질자유단면형상재고속주조기술 [2 세부, 포항산업과학연구원 ] 저비용 / 고강도용탕직접압연기술 [3 세부, 재료연구소 ] 유해성분제어 Scrap to Virgin 화기술 [4 세부, 한국생산기술연구원 ] 비평형액상성형제어전산모사기술 [5 세부, 한국생산기술연구원 ] - 주조속도 : 빌렛 (180φ): 210 mm/min, 자유단면재 : 110 mm/min - 등축정률 ( 미세화제미첨가시 ): 빌렛 :75%, 자유단면재 : 50% - 압출재강도-연성지수 :7000MPa - 연주재강도-연성지수 : 11,900 MPa% - 제조공정비용 : 70%(DC대비 ) - 평균이방성지수 : 개재물크기 : 30 μm이하 - 유해원소 Fe 함량 : 0.3% 이하 ( 전신재 ), 0.5% 이하 ( 주조재 ) - 회수율 : 75% 이상 - 결함및기계적성질 ( 경도, 인장강도 ) 예측정확도 : 70% 이상 - 계산가능합금원소수 : 7성분 - 비평형상태물성치계산정확도 : 85% 이상

48 1 세부 : 첨가원소절감형고온안정상분포제어기술 기존내열알루미늄합금 금속간화합물석출 첨가원소 10 종이상 핵심기술 고온안정고용체제어기술 In-line 열처리기술 분산강화분포제어기술 가공성 / 주조성 석출된금속간화합물의조대화에따른고온특성저하 금속간화합물석출및접종원소첨가에따른원소재가격상승 압출및압연특성저하주조성저하 첨가원소절감형고온안정상분포제어알루미늄합금 고온안정고용체강화첨가원소 3 종이하가공성 / 주조성 고온에서안정한고용체에의한고온특성향상 열역학적반응기구에기초한강화기구로첨가원소절감 원소재방위제어에따른기계가공성향상, 첨가원소제한에따른주조성향상

49 2 세부 : 고품질자유단면형상재고속주조기술 기존 DC 주조에의한압출재제조 핵심기술 EMC, EMS system 설계및제작기술 고품질빌렛및자유단면형상재고속주조기술 표면및내부크랙 Free 주조기술 등축정률향상기술 인고트 용해빌렛주조절단열처리압출 결정립미세화제첨가원가상승및결함의원인 -주조속도낮음 -표면및내부결함발생 - 주상정조직형성 -자유단면재: 압출및다단단조 -장시간열처리 -압출압높음 -압출속도낮음 -제품실수율낮음 EMC/EMS 에의한고품질자유단면형상재고속주조기술 인고트용해빌렛 / 자유단면재주조절단열처리압출 / 단조 결정립미세화제미첨가 -EMC 에의한응고제어로고속주조 -EMS 에의한교반으로등축정률향상 - 내부결함및 crack 감소 - 자유단면재제조공정단축 - 열처리시간단축 - 저압, 고속압출 - 제품실수율향상

50 3 세부 : 저비용 / 고강도용탕직접압연기술 기존 DC 주조에의한판재제조 핵심기술 고합금계알루미늄합금설계기술 저비용용탕직접압연기술 고 / 액계면제어기술 연속판재제조공정최적화기술 상 / 조직복합제어강도및성형성향상기술 인고트용해슬라브주조절단면삭예열열간압연절단마무리압연 산세 최종제품 표면처리및도장 소둔처리 최종압연 용탕직접압연에의한판재제조 기존공정대비 50% 비용절감 인고트용해박판주조

산업국내알루미늄 4 세부 : 유해성분제어 Scrap to Virgin 화기술 알루미늄산업구조 기존 Recycling

/ 성형알루미늄최종부품 Dirty Scrap 재생지금 ( 저급 ) S2V Recycling Clean Virgin

5% 에너지소요 Scrap 을 Virgin 급으로재활용하여 Al 소재가격대폭하락및가격경쟁력향상 핵심기술

51 산업국내알루미늄 4 세부 : 유해성분제어 Scrap to Virgin 화기술 알루미늄산업구조 기존 Recycling vs. S2V Recycling 알루미늄제련 / 정련 전량수입 기존기술 제강용탈산제 알루미늄용해 / 주조알루미늄가공 / 성형알루미늄최종부품 Dirty Scrap 재생지금 ( 저급 ) S2V Recycling Clean Virgin ( 가공용 ) 소재가격 30% 감소 Al 수입량 50% 감소 환경유해물질 20% 감소 1 차지금대비 3.5% 에너지소요 Scrap 을 Virgin 급으로재활용하여 Al 소재가격대폭하락및가격경쟁력향상 핵심기술 Micro-filtering을이용한개재물제거기술 강제유동을이용한미세기공제거기술 열역학 속도론에기반한유해성분제거기술 용탕가공을통한미세조직제어기술

52 5 세부 : 비평형액상성형제어전산모사기술 기존주조공정의전산모사기술 핵심기술 열역학이론도입비평형응고특성전산모사 액상성형공정중의상변화예측기술 고속연속주조공정의전산모사기술 기계적성질예측기술 연속주조해석 열유동응고해석 조직해석 - 단순형상해석 - 평형상태물성치사용 - 평형상태물성치사용 - 전자기장해석과연계가어려움 - 상변화예측모델없음 - 기계적성질예측초보단계 비평형액상성형제어전산모사기술 - 자유단면형상주조해석 - 전자기장해석과연계 - 비평형상태물성치사용 - 상변화예측모델고려 - 비평형상태물성치사용 - 기계적성질예측기술적용 연속주조해석 열유동응고해석 조직해석 고온안정상분포전산모사자유단면형상재전산모사용탕직접압연전산모사용탕반응및결함전산모사

53 동소재및기술개발현황 동합금의특성에따른사용용도 배관용 Tube 선박용프로펠러지붕재화학공학해양공학담수화설비 열교환기에어컨냉장고내연기관 열전달 11% 부식저항 21% 스프링성강도, 7% 전기전도도 60% Connector 材 Lead Frame 材전선및 Wire Connector 材전기스프링전기접촉부품프로펠러 미려함 1% 건축, 장신구

동합금에참가되는원소 색상 (Color) Zn Ni Pb Te S 강도 (Strength) P Zn Cr Zn 절삭성 (Machinability) Bi Si Zr Al Sn Cu Ag Fe Ni Si Mn 내식성 (Corrosion Resistance) Al Cd Sn Fe Ni Sn Mn Si 내마모성 (Wear Resistance) Al

54 동합금에참가되는원소 색상 (Color) Zn Ni Pb Te S 강도 (Strength) P Zn Cr Zn 절삭성 (Machinability) Bi Si Zr Al Sn Cu Ag Fe Ni Si Mn 내식성 (Corrosion Resistance) Al Cd Sn Fe Ni Sn Mn Si 내마모성 (Wear Resistance) Al 첨가원소화학기호합금 주석 (Tin) Sn 청동 (Bronze) 주석 (Tin), 인 (Phosphorus) Sn P 인청동 (Phosphorus Bronze) 알루미늄 (Aluminum) Al 알루미늄청동 (Aluminum Bronze) 아연 (Zinc) Zn 황동 (Brass), 단동 (Red Brass) 니켈 (Nickel) Ni 백동 (Copper-Nickel) 니켈 (Nickel), 아연 (Zinc) Ni Zn 양백 (Nickel Silver)

55 동합금의미래 Copper 사용량의지속증대전망 IT 산업발전 얇고가벼운고정밀, 고강도, 고전도도소재 수요증대 각국가별에너지절약정책우선추진 : LED, solar system LED 소비량지속증대. LED Sales (Billion U$) Year

각국가별산업화에따른 Copper 수요증대 Power cable, building, housing application, ACR tube - 개발도상국의산업화에따른필수원재료사용증대 Stage First (Infrastructure) Mineral changes of per capita consumption before

56 각국가별산업화에따른 Copper 수요증대 Power cable, building, housing application, ACR tube - 개발도상국의산업화에따른필수원재료사용증대 Stage First (Infrastructure) Mineral changes of per capita consumption before after Industrialization cement under 1kg 500 to 1,000kgs Second copper under 1kg Around 10kgs Third aluminum under 1kg 10 to 30kgs Copper 는산업화에필수요소임 (The world bank group. September 2006)

57 Healthcare Market 의성장예상 Hospitals, antibiotic material - Copper 의살균특성. 전세계병원에서항균물질로다양하게응용할수있는 Copper 를채택할것임 Cu and Cu Alloy 는효과적인박테리아살균제로작용가능 (CDA Publication No.182 September 2005)

58 전기 전자부품용동합금의구분 황동 (Brass) 1. 화학성분 : Cu-Zn 2. 주요특징 : 우수한도금성우수한가공성가격이비교적저렴 인청동 (Phosphorus Bronze) 1. 화학성분 : Cu-Sn-P 2. 주요특징 : 우수한강도스프링성우수한내식성우수한가공성 고기능성동합금 (High Performance Alloy) 1. 화학성분 : Cu+ 다양한합금원소 2. 주요특징 : 우수한내열성우수한응력완화특성높은전기전도도

59 부품소재에따른동합금종류및요구특성 부품소재사용합금요구특성 Connector Lead Frame 인청동 (Cu-Sn-P) 황동 (Cu-20~40%Zn) PMC26 (Cu-Ni-Si-Sn) C194 (Cu-Fe-Zn-P) PMC90 (Cu-Fe-Zn-P) C7025 (Cu-Ni-Si-Mg) 높은강도 / 스프링강도우수한내연화특성고강도 / 고전기전도도 IC용및 TR용소재 Cu-Wire TP (Tough Pitch Copper) 고전기전도도 Key Blank 소재 Pb-Free Nikel Silver (Cu-Zn-Ni) 우수한절삭성 PCB 용동박 Junction Box 용소재 TP (Tough Pitch Copper) OFC (Oxigen Free Copper) Red Brass (Cu-5~10%Zn) DK3 (Cu-Fe-Ni-Sn) CAC16 (Cu-Zn-Mg-Fe) C194 (Cu-Fe-Zn-P) 고전기전도도, 내굴곡성 우수한굽힘가공성 고전기전도도

60 전기 전자부품용동합금의강화기구 목표 : 고강도, 고전도 Low alloy Electrical Conductivity (%IACS) or Dispersion strengthened alloys Solid solution alloys Precipitation Strengthened Alloys Tensile Strength (MPa) From Electronic Connector Handbook, p. 419, Robert, Mroczkowski, McGraw-Hill, 1993 The strengthening mechanism of conducting copper alloys

61 동주조기술발전동향 생산능력및효율향상 l용해재료관리 lmother Alloy 사용 l용해로, 주조설비의고효율재배치 lpower Share System 적용, 대용량용해로도입 l완전연속주조법채택 (V.C.C, V.S.C) 주괴품질개선 l조업의자동화및조업조건의 SPC Data 화 l용탕처리기술개발 ( 탈Gas, 진정, 탈산 ) l출탕방법개선 ( 보온로, Turndish) l탕면자동조절장치도입 l주형개선 (Cr 도금또는 Graphite사용 ) l주괴품질검사장치도입

62 압연기술발전동향 생산성 l 코일의대형화 l 고속압연 l 광폭압연 -6Ton 이상 -500mpm 이상 mm 이상 박판화 l 판형상개선 l 두께정도개선 - 크라운조절압연기 - 판형상자동조절장치 - 자동두께조절장치 고품질화 l표면품질개선 l표면검사 l판형상교정및잔류응력제거 l절단품질개선 - 고품질의산세 Buffing 또는 Grinding 장치 -Bright Annealing 소둔설비 - 표면자동검사기 -Tension Levelling -Tension Anenaling -Strand Annealing -Cutter 경증대 - 초정밀절단설비

63 동합금개발방향 New Alloy - 고전도도합금 - 고강도합금 - 우수한내응력이완특성 - 우수한내연화특성 생산합금의확대및특성개선 - 질별확대 -10% Sn 인청동 -Hyper 인청동 -가공특성개선 인청동대체합금 -Sn 최소첨가 (3% ) - 기타합금첨가 (Fe, Zn, Si) -HCC 주조 SCC 주조 Be-Copper 대체합금 - 고강도합금원소첨가 (Ti, Sn) 하이브리드자동차용동합금개발 - 전기특성및전기전도도양호합금

슬라이드 1

슬라이드 1 Various Aspects of Engineering 1. Design - Effective Design = Structure + Material 2. Manufacturing - Fabrication(-ing technology) - Performance Test 3. After-Service - Reliability and Maintenance - Failure