STS 업계, 자동차 배기계 수요 감소 대비책은?
- 친환경, 전기차 수요증가 등으로 기존 자동차향 STS 수요 감소 전망 - 전기차의 경우 STS 사용량 제로 예상 - STS 업계, 자동차용 신수요 개발 및 제품 적용 확대에 집중
2019-01-04 손연오 기자
이에 포스코, 현대비앤지스틸 등 제조업체들을 중심으로 자동차용 스테인리스 대체 수요 개발에 주력하고 있다. 이에 자동차용 스테인리스 사용 현황에 대해 살펴보고 배기계용 수요 대체를 위한 업계의 노력은 무엇인지 짚어보고자 한다. [편집자 주]
자동차용 스테인리스 사용 현황
자동차 1대당 들어가는 스테인리스 양은 약 27kg 정도가 되는 것으로 파악됐다. 이 중 300계가 약 5kg, 400계가 약 22kg을 차지하고 있는 것으로 분석됐다. 현대비앤지스틸의 자료에 따르면 자동차에 들어가는 400계 제품은 배기 매니폴더, 촉매 컨버터, 리어 머플러가 배기계에 들어가며, 그 외에는 도어 트림 몰딩에 사용된다. 자동차에 적용되는 300계 제품은 배기계 쪽에서는 벨로우즈 파이프, EGR 쿨러, 테일 트림 등이 있다. 그 외에는 실런더 헤드 가스켓, 언더 커버, 도어 스텝, 브레이크패드 스프링, 트랜스버스 커버 등에 사용된다.
자동차에 들어가는 스테인리스 물량 중 배기 매니폴더와 리어 머플러에 대당 4~7kg의 400계 스테인리스가 사용되는 것으로 분석됐다. 자동차 배기계 시스템의 경우 부위별 온도 분포의 경우 400~900도 가까이 되기 때문에 고온 강도가 높고 내구성이 강한 스테인리스 소재가 사용되어 왔다. 특히 고온 피로 강도, 고온 내산화성, 가공성이 배기계 전반에서 중요한 특성이다. 그만큼 내식성이 뒷받침되어야 한다.
자동차 머플러의 중량은 자동차 1대당 18~23kg 정도다. 매니폴더의 경우 444, 429, 441 강종이 적용되며, 센터 머플러의 경우 430J1L, 436J1L 강종이 사용된다. 커넥팅 파이프의 경우 주로 409L이 적용되며, 메인 머플러의 경우 436J1L, 439, 409 강종이 사용된다. 테일트림의 경우 439나 304강이 주로 사용된다.
배기계 시스템에서 스테인리스의 경합재로는 니켈 알로이, 티타늄 알로이, 알루미늄 알로이 등이 있다. 성형성과 용접성 면에서는 스테인리스가 가장 우위에 있다. 고온 강도와 고온 부식 면에서는 스테인리스 니켈 알로이가 우수한 평가를 받고 있다. 부식 저항성의 경우 스테인리스, 니켈 알로이, 티타늄 알로이, 알루미늄 알로이 모두 좋은 평가를 받았다. 가격경쟁력 면에서는 스테인리스가 가장 우위에 있는 상황이다.
자동차 환경의 변화에 따른 STS 수요 변화
글로벌 완성차 엔진의 경우 연비 규제 대응을 위해 배기 일체형 실린더 헤드 채택, 전동화 확대가 예상되어 스테인리스 수요는 감소할 것으로 전망됐다. 물론 연비 개선과 유해가스 저감을 위해 EGR(배기가스 순환)과 EHRS(배기열 회수) 부품의 확대가 예상되어 스테리인리스 수요가 소량 증가할 것으로 예상되지만, 자동차 전체 수요는 감소할 수밖에 없을 것으로 분석됐다.
디젤차의 경우 환경 규제 강화로 향후 판매 감소가 예상되며, 글로벌 엔진 개발 동향은 고효율화와 과급기 신기술 개발에 초점이 맞춰질 것으로 전망됐다. 특히 배기 일체형 실린더 헤드가 체택될 경우 스테인리스 매니폴더는 사용되지 않게 되며 이로 인한 자동차 중량은 9.3kg이 감소하게 된다.
또한 향후 친환경 자동차의 판매 확대가 이뤄질 것으로 예상됐다. CO₂ 규제 강화에 따른 온실가스 감축으로 인해 자동차의 경량화와 효율 향상을 위한 연비개선, 친환경 자동차 판매 독려, 배기가스 후처리 장치 장착이 확대될 전망이다. 이에 따라 경량화, 고강성, 저원가, 내구성이 향후 소재 기술의 핵심이 될 것으로 보인다. 향후 2050년에는 전기와 수소차가 전체 자동차에서 70%를 점유할 것으로 전망된다.
전기차 이외의 친환경차에서의 스테인리스 수요는 확대될 것으로 예상되지만, 스테인리스 부품 중량은 지속적으로 감소가 될 수밖에 없다. 그렇기 때문에 배기계 이외의 타 부품에 대한 스테인리스 수요 개발이 필요하다.
기존의 내연기관차의 경우 1대당 스테인리스 배기계 물량은 20kg 정도다. 하이브리드 차량의 경우 배기계 이외에 EGR과 EHRS 부품 수요로 약 23kg 정도 스테인리스 소요되는 것으로 추정된다. 플러그인 하이브리드의 차량의 경우는 연료탱크까지 더해지면서 스테인리스 중량은 35kg으로 늘어날 것으로 분석됐다. 그러나 전기차의 경우 스테인리스 사용량은 제로가 된다. 한편, 수소연료전지차의 경우 수소전지분리판을 스테인리스로 적용할 경우 약 50kg 정도의 스테인리스 수요가 창출될 것으로 예상되고 있다.
STS 업계, 자동차용 신수요 개발 및 제품 적용 확대에 집중
배기가스 유해물질 저감을 위해 자동차 배기가스 저감 장치에 스테인리스 부품 수요가 1대단 1~3kg 정도 증가할 것으로 추정된다. 연비 개선을 위해 가솔린 차량과 친환경 차량에 EGR과 EHRS 장착이 증가하고 있으며, 300계에서 400계로 수요가 전환되는 추세다.
디젤 차량의 경우 배기가스 저감을 위한 EGR 장치에 300계가 적용되고 있으며, 가솔린 차량의 경우 연비개선을 위해 EGR 장치에 400계가 확대 적용되고 있다. 친환경 하이브리드 차량의 경우 연비개선과 배기가스 저감을 위해 스테인리스 소재가 1대당 1.5~2kg 정도 사용되고 있다.
또한 PHEV(플러그 인 하이드리드) 연료 탱크 개발에도 주력하고 있다. 이 차량의 경우 전기로 운행할 경우 연료탱크 내부 압력이 상승하기 때문에 일반 연료탱크보다 고강도성의 소재가 적용되어야 한다. 플라스틱과 일반강이 경합재이지만, 경량화 및 연료 적재량 확대로 스테인리스 부품 적용 확대를 기대하고 있다. 연료탱크로서의 요구 성능은 만족하나 수요 확대를 위해 소재비용을 낮출 수 있는 개발 전략이 요구된다.
수소 연료 전지 자동차의 판매도 확대가 될 것으로 예상된다. 연료전지스택(분리판)과 수소 배관에 스테인리스가 사용될 수 있을 것으로 보고 있다. 지난해 6월 혁신성장 장관회의에서 무공해차 보급 확대로 대도시 미세먼지 개선에 나서기 위한 국내 수소전지 자동차 보급 계획이 언급되기도 했다.
한편, 자동차 의장 소재에도 스테인리스강 확대 적용을 위한 개발과 노력이 필요할 것으로 보인다. 윈도우 크롬 서라운드 몰딩과 프리미엄 자동차 내 사운드 시스템에 스테인리스 적용이 확대되고 있다. 또한 테일 트림 외 스키드 플레이트, 도어 스커프, 트랜스버스 트림 등에도 스테인리스의 우수한 내식성과 성형성, 자동차 외장 심미성 등이 요구되고 있다.