[배 이야기]선박이 철을 쓴 이유는? “가장 흔해서”

8000TEU급 컨선 1척 건조에 1만6571t 철판 소요

STX조선해양이 지난 14일 진해조선해양기지에서 세계 최대 크기의 선박인 40만t급 초대형 광석 운반선(VLOC)을 진수하고 있다.

[아시아경제 채명석 기자] 조선소 도크에서 건조되는 거대한 선박은 모두 철판을 잘라 용접을 해 이어 붙여서 만든다.

일부 집기 등을 제외하면 현대의 거대 선박은 모두 철판을 사용해 만드는데, 철로 만드는 이유는 아주 단순하다. 지구에서 가장 많은, 가장 흔한 재료가 바로 철이기 때문이다.

철은 지각(지표에서 중심으로 16km까지)에서 산소, 규소, 알루미늄 다음으로 가장 많은 성분을 차지하며 지구핵까지 포함하면 산소 다음으로 많다. 따라서 선박뿐만 아니라 자동차, 건축물, 기계 등등 부피나 용적이 조금이라도 크면 거의 어김없이 철이 주요 재료로 사용된다.

철은 판재나, 관, 혹은 형강 등으로 다양하게 가공돼 사용되는데, 그중에서 편평한 직사각형 모양의 판재가 가장 흔히 사용된다. 철 판재는 크게 가공방식에 따라 열연강판, 냉연강판으로 나뉘는데 특히 6mm 이상의 열연강판을 후판이라 하며 선박 선체의 주재료가 된다.

한국철강협회가 발표한 수요업종별 철강 원단위 조사 보고서에 따르면 8000TEU(TEU는 20피트 길이 컨테이너) 컨테이너 선박을 건조할 때(내연기관 제외) 총 1만6571t의 철강재가 소요된다. 이중 중후판이 84.4% 차지하고, 형강이 14.0% 정도 차지한다. 특히 글로벌 조선 빅4가 입주한 한국은 전체 철강중 조선업이 가장많은 물량을 소비하고 있다.

철은 고로에서 철광석과 연료탄을 함께 녹여 산화·환원 과정을 통해 출하된 쇳물(용선)을 다시 전기로에 넣어 산소를 불어넣어줌으로써 불순물을 없앤 깨끗한 쇳물인 ‘용강’을 만든후 이 용강을 연속주조공정에 넣어 액체 상태인 쇳물이 고체상태의 반제품, 즉 슬래브(후판·열연용), 블룸(대형 봉·형강 및 소형 판재용), 빌릿(소형 봉·형강 및 선재용) 등으로 생산된다.

반제품은 다시 섭씨 800℃ 이상(철은 녹는점은 1250℃)으로 가열한 강 덩어리인 롤러로 연속적인 힘을 가해 늘리거나 얇게 만드는 과정을 거쳐 열연강판과 후판이 생산되며, 열연강판은 다시 일반 상온(0~30℃)에서 압연해 0.3mm~3mm 정도의 얇고 표면이 매끈한 철판으로 가공한 것이 냉연강판이다.

28일 준공식을 가진 연산 200만t 규모의 포스코 광양 신후판 공장

철판재는 강성에 따라 다시 ‘연강(Mild Steel)’, ‘고장력강(High Tension Steel)’으로 철판재를 분류하는데 연강은 무겁고 표면이 거친 단점은 있지만 가격이 저렴하고 가공이 쉬워 선체의 주요재료로 활용된다. 1980년 전후 온도제어를 통해 압연 생산되는 TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)강이 새롭게 개발되면서 강성과 표면상태가 우수한 제품도 출시되고 있다. 연강은 기호로 ‘SS330’과 같이 표기하는데 330은 인장강도(330N/㎟)를 나타낸다.

연강의 강성을 높이고 경량화하는 가장 쉬운 방법은 탄소 함유량을 높이는 방법이 있으나 용접성이 나쁘고 온도 변화에 따른 강성의 약화 때문에 소량의 규소와 망간을 첨가해 이러한 결점을 개선한 ‘저합금 고장력강(High Tension Steel)’이 주로 선박에 활용되고 있다. 일반 연강보다 인장 강성이 높아 구조부재의 경량화가 가능한 장점이 있으나 상대적으로 가격이 비싸다.

선박용 고장력 강판은 규소 0.6%, 망간은 1.5% 이하의 제품이 가장 많이 사용되며 최근 첨가물(바나듐, 티타늄, 몰리브덴 등) 가공방법 개선으로 인장 강도뿐만 아니라 용접성, 내식성, 내마모성 등도 점차 향상되고 있다. 일반상선에서 고장력강이 사용되는 곳은 용골, 갑판, 해치 코밍, 마스트 등이며 경량화가 중요한 군함에서는 선체 외판에도 활용된다.

이외에도 온도 변화나 부식위험이 있는 액상화물창에는 크롬과 니켈 등이 첨부된 스테인리스강이 적용되는데 액화천연가스(LNG)선이나 화학제품 운반선의 화물창 등에 사용된다. 스테인리스강은 철재임에도 자성을 뛰지 않는 경우가 있는데 이는 첨가물에 따라 그 특성이 결정된다.

최근에는 내마모성, 내부식성, 경량화 등 기능적 필요에 따라 다양한 비철금속이 함유된 스마트 철 합금 개발이 활발하게 진행되고 있어 선박은 점차 가벼워지면서도 강성은 뛰어난 방향으로 발전할 전망이다.

한편, 조선사에 공급되는 후판은 생산설비의 능력과 운송능력의 제한으로 인해 일정한 폭과 길이로 제공되는데, 조선사의 입장에서는 후판의 폭이 넓을수록 선박 부품으로 사용되는 후판의 수가 줄고, 용접 등의 시간을 줄여 원가를 절감하고, 후판을 덜 붙여 만드는 만큼 제품의 내구성 또한 향상될 수 있다.

동국제강 당진 후판공장 압연 공정

POSCO홀딩스 가 지난 3월 준공한 광양제철소 후판공장은 세계 최대인 5300mm 초광폭 후판의 시험생산에 성공한 데 이어 4500~5300mm의 초광폭 후판 제품을 매월 1만t 이상 안정적으로 생산하고 있다.

전 세계에서 5300mm 초광폭 후판 제품을 생산할 수 있는 철강사는 포스코 외에도 신일본제철·JFE스틸·안산강철·딜링거 등이 있으며, 국내에서는 지난 2009년 완공한 동국홀딩스 의 당진 후판공장이 4600mm의 광폭 후판을 생산한 것이 최고 기록이었다.
<자료: HD한국조선해양 · 삼성중공업 · 한화오션 · · HJ중공업 ·성동조선해양>

채명석 기자 oricms@