초고장력

초고장력은 세계 자동차 철강 협회에서 인장강도 590MPa, 환산시 60kg/㎟급 이상으로 정하고 있다.

개요

1953년 자동차 안전의 아버지로 불리는 벨라 발레니에 의해 사고 시 차량의 운동에너지를 흡수하는 크럼플 존(Crumple Zone)과 탑승공간의 손상을 최소화하기 위한 세이프티 존(Safety Zone)이 적용된 3-Box 구조의 차량이 세계 최초로 선보인 이후 승용차량의 외형은 지금까지도 크게 변하지 않았다. 하지만 최근 각국 정부는 신차 충돌 테스트를 통하여 탑승자는 물론이고 보행자의 부상까지 고려하는 등 테스트 항목과 기준을 점차 확대하고 있는 한편, 유해 배기가스 배출기준과 연비 기준도 계속 높아지고 있다. 이러한 현실에서 자동차 제작 업체는 안전과 무게, 즉 강하면서도 가벼운 차체를 제작하기 위해 끊임없이 노력하고 있으며 차체는 계속하여 진화하고 있다.

강하면서 가벼운 차체 제작이라는 양립하는 두 목적을 동시에 달성하기 위하여 제작사들은 고분자 복합재료, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 등 다양한 소재를 차체에 적용하고 있다. 이러한 소재들은 비중 대비 강도가 강하다는 장점이 있지만 생산 과정에서 다량의 유해 배기가스를 배출하기도 하고 대량생산 기반이 충분치 않아 생산단가가 비싸고 차체에 일부를 적용할 경우 다른 부분과의 접합이나 접촉 부식 등 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 이유로 현재까지 차체 구조재료로 가장 폭넓게 이용되는 재료는 철(Fe)이며 적용 부위와 적용 목적에 따라 다양한 인장강도의 철강 재료가 사용된다. 특히 유럽의 신차 충돌 테스트에서는 측면 기둥 충돌시험을 실시하고 있기 때문에 유럽에서 판매되는 대부분의 차량들이 초고장력 강판(Ultra High Strength Steel)의 사용을 늘리고 있으며 최근 국내에서 생산하는 차량들도 이러한 흐름에 발맞춰 초고장력 강판의 적용을 늘리는 추세이다. 초고장력 강판의 기준은 일반적으로 인장강도 1,000N/㎟ 이상의 강판을 의미하며 차종에 따라 다르지만 주로 B필러와 사이드 멤버 혹은 사이드 루프 프레임에 적용하여 측면 충돌로부터 세이프티 존을 확보하기 위하여 적용하는 것이 일반적이다.

현대자동차와 기아자동차는 초고장력 강판 적용 수준을 AHSS 기준인 60kg/㎟ 이상부터 퍼센트를 기록하고 있다. 하지만 토요타는 100kg/㎟ 이상 강판부터 초고장력 강판 적용 수준을 표기하고 있다. 현대 기아차보다 초고장력 강판 적용 수치가 낮을 수밖에 없다. 르노삼성은 SM6 출시와 함께 아예 130kg/㎟급 강판 적용 비율을 앞세우고 있다. 수치적인 적용 비율은 낮을지 모르지만 일반적인 초고장력 강판보다 2배 이상 강력하다는 점을 부각시키고 있는 것이다. 제네시스 측이 EQ900을 출시했을 때 강조한 부분은 51%(인장강도 60kg/㎟ 기준)의 초고장력 강판을 사용했다는 점이다. 이때 벤츠 S-클래스나 BMW 7시리즈와 같은 프리미엄 대형 세단의 평균 적용 비율은 27%라고 비교하기도 했다. 하지만 해외 프리미엄 브랜드는 강철만으로 차량을 제작하지 않는다. 알루미늄 합금을 비롯해 마그네슘 적용 비율도 증가시키고 있으며, 최근에는 탄소섬유도 사용하고 있다. 수치적인 초고장력 강판 적용 비율 자체는 낮아졌을 수 있다. 하지만 이들은 보다 견고하면서 무게도 감소시킬 수 있고 안전성능까지 강화시킬 수 있도록 다양한 재료를 접목시키고 있다. 초고장력 강판 적용 비율이 무의미해지는 것이다. 또한 초고장력 강판 자체가 만능은 아니다. 특성상 연성이 부족해 가공이 힘들다는 한계가 있다.

역사

우리가 타는 자동차의 강판은 큰 틀에서 세 가지 정도로 나눠 볼 수 있다. 90년대 이전의 자동차들은 인장강도 280MPa (Mega Pascal)급의 일반강판(MS: Mild Steel)을 주 재료로 만들어졌다. 하지만 안전 법규의 강화에 따라 조금 더 튼튼한 340MPa급의 고장력강판(HSS: High Strength Steel)이 개발되어 확대되기 시작했고 이후에도 440MPa급으로 보다 강화된 고장력 강판이 개발되기도 했다. 그리고 금속 조직학적으로 완전히 새로운 이상조직강(DP: Dual Phase Steel) 내지는 다상조직강(CP: Complex Phase Steel)이라는 강판이 개발되었다. 바로 이때 초고장력 강판 (AHSS:Advanced High Strength Steel)이라는 용어가 등장하였고 내놓으라 하는 철강사를 중심으로 인장강도 590MPa급 이상의 강판을 만들어내기 시작하였다. 이후 780MPa, 980MPa, 1180MPa, 1470MPa급 강판이 순차적으로 개발되었고 이 모든 강판들이 AHSS의 범주에 들어가므로 공통적으로 초고장력 강판이라고 칭하고 있다. 사전적인 뜻은 연질의 조직에 경질 조직을 첨가해 강도를 높인 것이다. 쉽게, 다양한 철 성분 중 최고 수준으로 높은 강도를 갖는다고 생각하면 된다. 현재 세계 자동차 철강 협회는 인장강도 590MPa, 환산시 60kg/㎟급 이상을 AHSS(초고장력강판)로 정의하고 있다. 강판은 인장 강도의 크기에 따라 270MPa 이하의 일반 강판(Mild Steel, MS), 270~700MPa의 고장력 강판(High Strength Steel, HSS), 700MPa 이상의 ‘초고장력 강판(Advanced High Strength Steel, AHSS)’으로 구분되며, 초고장력 강판 중 1000MPa 이상의 초고장력 강판을 UHSS(Ultra High Strength Steel)로 별도 구분하기도 한다.

참고자료

• 김선웅 기자, 〈(Tech Review) 그래서 초고장력 강판은 무엇인가?〉, 《오토뷰》, 2016-03-07
• 오상미 기자, 〈더 가볍게~ 더 강하게~ 초고장력강 부품 성형기술 핫스탬핑 관련 특허출원 활발〉, 《기계신문》, 2019-05-13
• 스핀모터스, 〈(QnA) 초고장력 강판이란??〉, 《네이버 블로그》, 2016-03-12

같이 보기

• 자동차
• 철강
• 운동에너지
• 보행자
• 테스트
• 배기가스
• 재료
• 현대자동차
• 기아자동차
• 토요타
• 르노삼성
• 제네시스
• 벤츠
• BMW
• 알루미늄
• 마그네슘

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