중소기업기술로드맵 - 무기소재공정 2016.5.12 재료연구소어광준
I II III 무기소재공정개요및범위 국내외환경분석 전략제품별기술로드맵
I. 무기소재공정개요및범위 무기소재공정 금속소재 세라믹소재
무기소재공정 4 금속소재 금속광석으로부터추출, 제련등의과정을거친원재료를정련, 주조, 성형, 가공등의공정을거쳐제조되는부품화전단계의중간재 세라믹소재 비금속무기원료에열을가하여제조하는제품을통칭하며물질, 제품, 제조공정등을모두나타냄
금속소재의범위 5 원소재의특성, 형태및용도에따라 철강소재, 경량금속소재, 비철금속소재, 분말소재, 희소금속소재, 복합소재 ( 판재, 봉재, 형재등부품화전단계의중간재형태의소재 ) 철강소재 : 철 (Fe) 을주요원소로하여, 탄소 (C), 규소 (Si), 망간 (Mn), 인 (P), 황 (S) 등 다양한합금원소를포함하는소재 경량금속소재 : 알루미늄 (Al), 마그네슘 (Mg), 티타늄 (Ti) 비철금속소재 : 산업용으로널리사용되는금속소재중철강소재와경량금속소 재를제외한모든비철금속 ( 구리 (Cu), 납 (Pb), 니켈 (Ni), 주석 (Sn), 아연 (Zn)) 희소금속소재 : 지각내존재량이적거나채굴및정련공정이어려워기타금속 에비해희소가치가높은금속 ( 리튬 (Li), 인듐 (In), 희토류원소등총 35 종 56 개원소 ) 복합소재 : 금속소재와세라믹소재의장점을융합하여특성을극대화한소재, 주 로금속을모재로하고세라믹을복합재로사용
금속소재산업 6 광석으로부터추출, 제련등의과정을거친원재료를정련, 주조, 성형, 가공등의공정을거쳐제조되는부품화전단계의중간재산업
금속소재산업현황 7
금속소재산업과타산업의연관도 8
전략제품선정 금속소재 9 주요선정조건 : 중소기업형시장특성, 중소기업진출가능분야 ( 타부서차별 ) 산업 / 시장 / 기술 분석 특허분석 2014 년후보군 기술수요 ( 신청과제분석 ) 타부처로드맵 검증위추천 최종후보군도출 철강소재 경량금속소재 비철금속소재 분말소재 희소금속소재 금속기지복합소재 + 금속플레이크금속플레이크금속플레이크금속기지철합금및나노분말구조재료및나노분말복합소재및나노분말경량금속소재경량금속소재기능재료경량금속소재금속으로이루어진철강소재적층제철강소재복합재료철강소재 자성재료고온저온저변형 알루미늄합금 주조방법전기소자부품베어링한층이불연속또는판판하지않은적층제철계금속 + 금속소재표면코팅소재크롬대체소재슬랩비합금강희소금속소재 + 고온저온고온저온저변형 저변형금속소재표면코팅소재크롬대체소재 슬랩비합금강희소금속소재 + 재료공정기술 기계 / 전자부품 소재에너지소재생체재료금속정제 / 회수재료분석 / 평가 + = 금속소재표면코팅소재크롬대체소재슬랩비합금강희소금속소재금속기지복합소재 용접 / 납땜 기타금속재료 관련기술
주요제품분류 10 대분야중분야세부제품 금속소재 철강소재경량금속소재비철금속소재분말소재희유금속소재금속기지복합소재 열연제품, 후판, 냉연, 선재전기강판, 칼라강판, 도금강판, 스테인리스스틸마그네슘, 알루미늄, 티타늄합금판재, 압출재, 다이캐스팅부품구리, 납, 니켈, 아연합금전선재, 음극 / 양극재, 인코넬, 도금용고순도금속철및비철분말초경합금, 투명전극용타겟, 영구자석, 조명용소재, 바이오용소재자동차용엔진부품, 터빈엔진부품, 우주항공용기체구조물, 자전거용구조물, 중성자차폐소재, 반도체방열소재등
II. 국내외환경분석 - 금속소재
금속소재시장규모 12 철강소재시장규모가가장크며비철금속, 경량금속순으로규모가큼. 국내시장은철강소재비중이 75% 수준으로압도적임.
경량소재시장 13 자료출처 : Markets and Markets, 2014 고강도철강 알루미늄순으로경량소재시장점유 ( 전체경량소재시장의 80% 수준 ) 자동차분야가경량소재의 79% 차지
국가별경량소재시장점유율 ( 알루미늄, 고강도철강 ) 14 자료출처 : Markets and Markets, 2014 중국 1 위 우리나라는전세계알루미늄, 고강도철강시장의 5.7-5.8% 차지 ( 세계 6 위수준 )
국가별경량소재시장점유율 ( 마그네슘, 타이타늄 ) 15 자료출처 : Markets and Markets, 2014 국내마그네슘시장은전세계 4 위수준 (8.7%) 국내타이타늄시장은전세계 8 위수준 (2.8%)
주요정책 : 연비및환경규제에따른자동차경량화 16 출처 : 2020 년국가별승용차연비및 CO2 규제현황, 2014 환경부 / 산업통상자원부 전세계적인연비향상, CO 2 규제로경량화필수적임실정 알루미늄적용에따른 경량화 - 연비향상 - 안전성향상 - 성능향상 - 재활용용이 선순환구조가능 출처 : SAE International (2015)
해외업체동향 철강소재 17 철강소재 - 원료사들의과점화대응 철강사등금속소재업체들의대형화및과점화진행 - 한정된시장, 철강제품공급과잉 판매, 원료수급측면의리스크발생 - 14 년조강생산량세계 1 위 (9,809 만톤 ) 기업인 Arcelor Mittal( 룩셈부르크 ) 은전세계에생산공장구축 ( 인도에 1,000 만톤규모일관제철소건설계획 ) - 기타업체 : 일본 NSSMC(4,930 만톤 ), 중국하북강철 (4,709 만톤 ), 중국보강 (4,270 만톤 ), 중국무한강철 (3,305 만톤 ), 중국강소사강 (3,533 만톤 ), 일본 JFE(3,141 만톤 ), 중국수강 (3,140 만톤 ) 등 (NSSMC: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation)
해외업체동향 세계철강산업지도 18 한국철강협회, www.kosa.or.kr
해외업체동향 비철 / 경량금속 19 비철금속소재 - 고부가가치비철금속소재는기술선도국이시장을지배하고독과점현상이심화되는중이며, 저부가가치의범용비철금속소재의경우중국등의생산확대로가격경쟁심화 - 커넥터및리드프레임용동판재 : 고베제강, 일본광업등이세계시장 75% 이상점유 - 일본의후루카와스카이와쓰미토모경금속의합병으로초대형알루미늄업체인 UACJ(United Aluminum Company of Japan) 사로재편 ( 13) - 세계알루미늄압연시장의 15% 를차지하는미국 ALCOA 등의비철기업은신지금에서가공재시장까지점유하며고부가가치제품생산에주력
해외업체동향 금속분말 20 금속분말 - 미국, 유럽의경우구리, 알루미늄, 아연등비철금속분말위주로, 일본의경우고베제강을중심으로철계분말집중 - 금속분말은특화된금속분말분야특성상시장점유율이대부분 5% 내외의기업들이대부분 - 미국시장의경우철분말생산업체인 GKN 사가 7.1% 의시장점유율을가지며 Siemens, Hoganas, Rio Tinto 등은 3-4% 의시장점유
해외업체동향 희소금속 21 희소금속 - 희소금속은안정적인공급대책마련을위하여국가별로희소금속비축제도를실시 - 일본의경우희소금속비축제도는 1983 년부터시작하여 2004 년독립행정법인인석유천연가스 - 금속광물자원기구 (JOGMEC) 설립 - 관련주요업체 : 타이메탈 ( 인도 ), Umicore( 벨기에 ), Heraeus( 독일 ), Johnson Matthey( 영국 ), Tanaka( 일본 ), Hemlock( 미국 ), 포강희토 ( 중국 ), Molycorp( 미국 ) 등
국내업체현황 철강 22 철강소재관련제품은대부분국내대기업들이일관제철소및대형전기로등을갖추고제품을생산하고있으며, 대기업계열사및중소철강업체에서가공을통한다양한형태의철강제품을생산 포스코의 14 년조강생산량은 4,143 만톤으로, 세계철강생산 5 위를기록 국내일관제철소는포스코와현대제철이있으며, 전기로를통한제강업체는동국제강, 동부제철, 한국철강, 대한제강, 와이케이스틸, 환영철강공업, 세아베스틸, 포스코특수강등 도금강판의경우현대하이스코, 유니온스틸, 포스코강판에서제품생산중이며, 세아제강, 휴스틸등이기타강관및선재생산, 아연관련제품은삼화비철공업등에서생산
국내업체현황 경량금속 / 비철금속 23 경량금속소재는알루미늄관련생산이주를이루며가공재의경우중견기업이상의업체에서생산중이며, 주조재의경우중소기업위주로제품생산 알루미늄합금판재는노벨리스코리아, 조일알미늄, 뉴알텍에서주로생산하고, 압출재는알루코가국내알루미늄제품의대부분을생산 동일알루미늄, 롯데알미늄, 삼아알미늄등에서알루미늄호일생산, 마그네슘합금은포스코를중심으로판재분야에대한연구개발및생산 비철금속소재분야는중소기업중심의산업기반이나구리, 아연제련의경우대기업에서주도 제련업으로생산되는전기동의경우 LS-Nikko 동제련이국내 97%, 고려아연이 3% 생산 가공업의경우동판은풍산, 이구산업 2 개사가국내총생산의 86%, 동관은풍산, 능원금속, LS 산전 3 개사가 69%, 동봉은대창, 풍산 2 개사가 75% 를차지
금속소재분야주요제품의국내업체현황 24 중분류주요제품대기업중소기업중소기업주요참여영역 중소기업 참여정도 * 중소기업 점유율 * 철강소재 열연 / 냉연제품형강, 강관, 선재, 도금강판등 포스코, 현대제철, 동부제철, 동국제강 와이케이스틸, 유니온스틸, 휴스틸 형강, 선재, 강관 경량금속소재 알루미늄판재 / 압출재마그네슘판재 / 압출재티타늄판재 노벨리스코리아, 포스코 뉴알텍, 조일알미늄, 알루코, 롯데알미늄, 이륭엑스마 알루미늄호일알루미늄압출재 고순도비철금속 비철금속소재 합금철구리합금제품 포스코엠텍, LS- Nikko 동제련 고려아연, 영풍, 코리아니켈 비철금속제련니켈합금철생산 ( 판, 관, 봉, 선 ) 분말소재 자동차용정밀부품 철분말, 동분말, 알루미늄분말등 - 대구텍, 창성, 대한소결금속, HanaAMT 분말사출성형 금속분말제조 촉매용희소금속촉매용희소금속포스코, 포스코엠텍, 고려아연, 엘앤에프, 희소금속소재이차전지양극재 ( 백금등 ) LS-Nikko 동제련한화케미칼합금철리튬이차전지양극재 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ), 높은단계 : )
국내금속산업의위기 25
해외기술동향 철강, 경량금속 26 철강소재 미국 : Steel Industry Technology Roadmap 설계, 스크랩을이용한전기로 - 박슬래브연주기공정, 직접환원철사용기술, 간접환원설비 (ITmk3) 등개발 철강대알루미늄의자동차소재전쟁본격화 (Ford F-150 알루미늄채용 ) 일본 : 철강소재성능극대화, 초미세립강, super metal, 무방향성전기강판, Half Energy 제선기술, 제강슬래그자원화, CO2 저감기술등개발 유럽 : 자동차및특수조선산업용경량화생산기술 (Hydro-forming, Tailor-Weled Blank), 고급후판양산기술, 이산화탄소저감을위한전기로배기가스이용스크랩예열기술및연속용해기술개발 중국 : 생산량확대와가격경쟁력확보를위한철강사의대규모화진행 경량금속소재 알루미늄소재는수송기기경량화의핵심소재로정밀성형성, 인성, 용접성, 강도, 도장성등의특성향상과함께공정비용저감을위한기술개발 유럽에서는마그네슘합금에대한부품제조공정으로다이캐스팅, 정수압압출, 후처리공정등에대한연구진행
환경이슈 자동차경량화와알루미늄 27 자동차용알루미늄 - 40 년간지속성장 (~7 lbs/yr) - 자동차외판, 차체적용시작 - 북미픽업트럭 10 종중 7 종에서알루미늄바디적용 성장동력 - 자동차메이커의알루미늄적용확대 ( 15 10% 25 16%, +14 lbs/yr) - 새로운적용부품 ( 차체, 외판 ) - 판재및압출재 : +128 lbs/vehicle 경량자동차차체및외판부품 알루미늄사용량증가 : 철강대비 39% 경량화 * 운전비용절감 : 10% 경량화 6.5% 연비향상 * All-Aluminum SUV 기준 (Land Rover Range Rover)
기술이슈 Alcoa Micromill 28 미국포드 : 픽업트럭 F-150 의 Full Body 소재로알루미늄을선정 70 년대맥주캔을철에서알루미늄으로전환한이래알루미늄업계의최대희소식
해외기술동향 비철금속, 분말 29 비철금속소재 환경규제에따른비철소재의생산및부품화공정의환경친화형공정으로변화, 순환자원화를위한재활용기술개발 구리산업에서저에너지, 고생산성, 친환경공법으로자용로공법, 비쯔비시공법, ISASMELT/ AUSMELT 공법적용 일본히타치금속은도금용아연에함유된납, 카드뮴을절감한친환경아연도금기술개발 중국, 인도 : 아연광산개발 + 재활용기술개발, 제강분진으로폐기되던아연분진을재활용하는공정개발 분말소재 재료개발, 공정개발, 평가및부품설계등의분야로구분 나노분말제조가능한졸 - 겔 (sol-gel), 역미셀 (reverse-micelle) 등의액상법과화학기상응축, 아크방전등분말성형공정에서는치밀화와입자성장의관점에서새로운소결방법개발 평가및부품설계분야에서는자동화와컴퓨터활용에집중하고있으며, 3D 프린팅용소재기술로금속분말기술재조명
기술이슈 3D 프린팅과금속분말 30 금형제조, 인공관절, 우주항공등다양한분야에서활용가능
국내기술동향 (I) 31 철강소재 일관제철의경우품질, 조업기술면에서세계최고수준의경쟁력 고부가가치강생산기술은선진국에비해낙후 선진국보다우수한단위설비당생산성확보, 하지만원자력제철, 수소환원제철등신기술및원자력발전, 심해유전등특수용도용철강소재기술부족 포스코 : 전단용접방식의연속열간압연기술실용화, 환경친화적 Finex 상용화플랜트준공 현대제철 : 고부가가치의고강도내충격용 H 형강개발 고기능 TRIP/TWIP 강박판주조기술, 변태강화형용융아연도금강판기술, 친환경자동차용 UHSS 급열연및냉연강판소재등친환경자동차용고장력표면처리강판등제품별고장력, 경량, 극한환경대응철강소재기술개발중 발전소발전기용고망간 / 고질소강의경우실험실적인규모의연구는진행되었으나실생산제조기술개발이필요 풍력발전용플랜지및베어링용강재, 플랫폼용선재등을개발중이며, 극지, 심해등의극저온용주강품소재개발중 화력발전소탈황설비용내식강제조기술, 냉각해수설비용 Hyper 듀플렉스스테인리스강제조기술, IGCC 발전소용내열압력용기소재기술등에대한기술개발중 태양전지기판용박판스테인리스소재의경우고가의설비, 고난이냉연기술등으로국내기술미확보상태
국내기술동향 (II) 32 비철 / 경량금속소재 그린수송, IT 융합등의핵심기반소재로서신시장창출및신성장동력원으로핵심비철소재기술력확보가필요 알루미늄의경우중소 / 중견기업중심산업재편으로기업자체 R&D 가미진한상태였으나최근자동차용소재개발, 주조불량저감, 생산성향상기술등의연구진행 ( 고강도, 고성형성달성및저비용화구현연구진행 ) 마그네슘은박판주조고성형성판재제조, 고강도마그네슘온간 / 열간고속압출기술개발중 비철 / 경량금속소재 분말금속소재관련대기업전무, 정부출연연구소중심으로기술개발진행 성형 / 소결분야는선진국에근접한기술을확보 분말자체는수입에의존하는상태로새로운조성의합금개발과공정변수제어에따른입자제어기술필요 희소금속소재 자원부족, 협소한국내시장규모에따른희소금속소재기술경쟁력저하 범국가적희소금속광산및소재공정연구투자진행하고있으며, 포스코, LG 등대기업중심으로희소금속사업에신규투자진행 산업통상자원부주도로희소금속관련원천기술개발추진
특허동향분석 금속소재분야 33 전체적으로꾸준한출원추세를보이며, 미국이 39% 의점유율로가장많은특허보유
대표기술군분석 34 전체유효특허대상출원건수를기준으로다출원국제특허분류 (IPC) 상위 10 위를도출하여대표기술군선별하여중소기업만을대상으로 IPC 상위 10 위를추가도출하여대표기술군에반영
PEST 분석 금속소재 35 구분촉진요인저해요인 정책경제사회기술 - 국가기반산업유지와첨단산업발전에핵심적인소재 - 국가별관리극대화예상 - ( 산업통상자원부 ) 희소금속의국가적으로비축관리시스템구축 - 자동차, 건설, 조선등관련전방산업의꾸준한성장 - 디스플레이, 전기모터, 풍력발전등첨단산업의성장 - 자동차분야의경우경량고강도소재에대한수요증가 - 글로벌금융위기의진정국면, 셰일가스개발, 3D 프린팅등지속적인호재로전반적인산업환경개선 - 자동차, 전기전자등금속소재의전방산업에대한활발한연구개발진행 - 2012년이후 LCD TV 등을중심으로고급가전에대한생산및수출증가 - 철강소재, 경량금속소재, 비철금속소재의경우국내의산업기반이안정적으로구축되어있으며대기업및중견기업을중심으로한기술개발이활발히진행 - 경쟁력확보를위한고부가가치고특성금속소재의개발요구증가 - 기술선진국과신흥공업국의상호견제로성장저하우려 - 중국의긴축재정정책으로인하여철강을비롯한금속소재의수요감소가능 - 중국의경제성장둔화및유럽재정위기의재부상 - 국내자동차산업의생산감소, 조선건조량감소, 건설경기침체등복합적인원인으로인한내수및수출감소 - 금속소재의원료보유국의정책에따라금속소재의수급및가격변동이발생하는원료공급자우위의시장구조형성 - 국내금속소재업체의경우원료에대한자체수급율이낮아해외주요금속매장국가의정책과가격변동에대응이취약 - 선진국대비고부가가치금속소재에대한경쟁력이낮고단순가공에의한저부가가치형산업구조형성 - 고특성금속소재에대한국내생산및연구기반이취약하여기초연구에머무르고있는상황으로대부분수입에의존 전방산업 공급자우위 기반산업 첨단산업 고특성 전주기적 건재 시장구조 지속성장 기반소재 고부가가치 기술개발 국가기반산업및첨단산업의핵심소재로서정부의지속적인육성및정책유지 국내전방산업의지속적인성장과함께첨단산업의육성으로금속소재수요확대전망 고부가가치의고특성금속소재개발및전주기적통합기술개발필수
III. 전략제품별기술로드맵
중소기업관심기술현황 37
경량금속소재특허동향분석 38
경량금속소재요소기술분석 39
경량금속소재요소기술후보군 40
경량금속소재핵심기술선정 41 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가
경량금속소재연구목표선정 42
경량금속소재의중소기업형로드맵 43
희소금속소재특허동향분석 44
희소금속소재요소기술분석 45
희소금속소재요소기술후보군 46
희소금속소재핵심기술선정 47 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가
희소금속소재연구목표선정 48
희소금속의중소기업형로드맵 49
금속플레이크및나노분말특허동향분석 50
금속플레이크및나노분말요소기술분석 51
금속플레이크및나노분말요소기술후보군 52
금속플레이크및나노분말핵심기술선정 53 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가
금속플레이크및나노분말연구목표선정 54
금속플레이크및나노분말의중소기업형기술로드맵 55
금속기지복합재료특허동향분석 56
금속기지복합재료요소기술분석 57
금속기지복합재료요소기술후보군 58
금속기지복합재료핵심기술선정 59 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가
금속기지복합재료연구목표선정 60
금속기지복합재료의중소기업형기술로드맵 61