철강의 미래 모습

 철강의 미래 모습

 

철은 인류의 역사에서 아주 중요한 역할을 해왔다. 미래사회에서도 철은 그 중요성을 더해갈 것으로 보인다. 많은 재료중에서 어떻게 철이 지금과 같이 중요한 역할을 차지하고 또 유지할 수 있었을까? 그 이유는 다음과 같다.
대부분의 경우에 철강은 다른 재료보다 적은 비용으로 좋은 기계적 특성을 얻어낼 수 있다. 철강의 가격대 성능비가 뛰어난 가장 중요한 이유는 1. 철강을 만드는데 있어 가장 중요한 원료인 철(철광성, 산화철)이 지구 표면 가까이 집중적으로 많이 분포되어 있으며, 광석을 채취하고 그것으로부터 순수한 철을 생산하는데 드는 비용이 다른 재료에 비해 상대적으로 저렴하다. 2. 다른 합금 원소들을 첨가하고 여러 종류의 열처리를 함으로써 철강의 성질은 다양해질 수 있다. (인장강도, 압축 강도, 강도, 인성, 온도 저항, 내식성 등) 3. 철강은 재사용된다. 즉 낡은 철강 구조물들은 철강 생산의 주요 원료로 다시 사용할 수 있다. 이는 새로운 철강을 만드는데 비용면에서도 매우 효과적이다. 철강이 가진 가장 큰 단점이라면 무겁다는 것이다. 즉 철강의 비중은 상대적으로 밀도 (약 7.8)가 높다. (그러나 이것이 항상 단점은 아니다.) 따라서 강도가 더 높으면서도 가벼운 새로운 철강에 대한 개발에 힘을 쏟고 있다.
철강은 앞으로도 이러한 지배적 역할을 융지할 것이고 철강으로 만들어지는 새로운 세계가 기다리고 있다.

 

철강은 많은 다른 재료들, 즉 알루미늄과 같은 비철금속, 플라스틱, 그리고 세라믹 등과 함께 널리 사용될 것이다. 이런 재료들은 현재도 신제품을 개발 중에 있고, 생산자들은 경쟁력을 더욱 더 높이기 위해 노력하고 있다. 철강 생산자들도 같은 목적을 가지고 노력하고 있다. 고객들은 당연히 철강이 좀 더 좋은 품질들의 값싼 재료가 되기를 바란다. 마찬가지로, 우리 모두 철강이 환경 친화적 재료가 되기를 원할 뿐만 아니라 생산과정도 환경 친화적이기를 원한다. 이것이 앞으로 해결해야 할 과제이자 중요한 요구사항이다. 철강 산업은 철강의 품질과 철강 생산 공정을 개선하여 그러한 요구사항을 충족시켜야 한다. 환경, 요구 사항들과 고객들의 요구를 충족시키기 위해 품지과 공정이 어떻게 개선될 수 있는지를 알아보자.
환경적 도전
철강에 대한 환경적 요구와 성질들
1. 철강은 항상 그래왔듯이 생물학적으로 안정된 물질이다.그래서 식품 산업과 같은 위생이 강조되는 곳에서는 어디서든 철강을 사용해 왔다. 이러한 관점에서 철강은 있는 그대로 환경친화적 재료이다. 2. 철강은 전형적인 재활용 재료이다. 모든 철강은 재용융을 통해서 재활용 할 수 있으며, 고철은 철강 산업의 주원료의 하나이다. 그러나 오래 된 모든 철강 제품이 공장으로 다시 돌아가게 할 수는 없다. 만일 고철을 자연상태에 그대로 두면 철강은 점차 철광석으로 변해 간다. 그러므로 철은 영구적인 순환과정에 포함되어 있다고 할 수 있다. 환경과 철강 산업을 위해 가장 좋은 것은 철이 포함된 모든 폐품이 철강 산업으로 돌아와 재활용되는 것이다. 우리 모두는 모든 고철이 100% 재활용될 수 있는 미래를 만들기 위해 각자의 자리에서 최선을 다해야 할 것이다.
환경적 요구와 생산공정
'철과 환경'에서는 우리 철강 산업이 어떻게 공해 물질의 배출을 현저하게 감소시켜 왔는가를 볼 수 있다. 제조공정과 정화 방법에 대한 새로운 기술들이 소개됨에 따라 모든 공해 물질 배출은 꾸준히 감소하고 있다. 그러나 아직 중요한 문제가 남아 있다. 현재로서는 이산화탄소를 정제할 수 있는 어떠한 산업 기술도 존재하지 않는다는 점이다. 이산화탄소의 발생을 줄이는 단 한가지 방법은 화석 연료의 사용을 줄이는 것이다. 지구의 가장 중요한 환경 문제로 여겨지는 '온실 효과'는 석유나 석탄을 연료로 사용하는 공장들과 자동차에서 배출되는 다량의 이산화탄소 때문에 발생한다. 철강 산업 또한 이러한 환경 문제의 원인이 되지만, 상대적으로 비교해볼 때 적은 범위이다. 철강산업에서 배출된 이산화탄소량은 전체 배출량의 10%에도 미치지 않는다.
품질개선에 대한 고객들의 요구
철강은 다른 재료에 비해 저렴하며 우수한 성질 - 강도, 가공성, 내식성 등 -을 갖는다. 현재사회에서 철강재료가 지배적 역할을 해 올 수 있었던 것은 철강의 우수한 특성 때문이었다. 철강이 가진 단점중 하나는 무겁다는 것이다. 즉, 철강은 비중이 약 7.8로 상대적으로 높은 밀도를 가지고 있다. 따라서 철강산업에서 연구 개발의 중요한 목표는 특정한 요구 사항을 만족시키면서 가벼운 철강을 개발하는 것이다. 강도는 건설에 사용되는 재료에서 가장 중요한 특성의 하나이다. 강도가 높을수록 건물을 짓는데 재료가 적게 든다. 개선된 성질을 갖는 새로운 철강을 개발하는 작업이 계속되고 있다. 예를 들어, 파괴 강도나 항복 강도로 측정되는 강도는 계속적으로 증가해 왔다. 옆의 그림은 용접 강판이 발전한 예를 보여주고 있다. 우리는 지금까지 자연 법칙에 의해 정해진 강도의 한계를 연구해 왔다. 이론적인 최대 강도는 약 13,000MPa로, 옆의 그림에서와 같이 지금 생산된 것 중에서 가장 높은 강도를 지니는 철강의 항복 강도보다 2-3배 높은 수준이다. 이상과 같이 여전히 철의 성질을 개서해야 할 과제가 많이 남아 있다.
더 싼 재료를 위한 구매자의 요구
이 요구는 생산비용을 낮추고 철강을 더 저렴하게 생산할 수 있는 더 효과적인 방법을 연구함으로써 만족시킬 수 있다. 철강은 수천년 동안 생산되어 왔다. 물론 이러한 긴 기간동안 생산방법도 발전되어 왔다. 발전은 매우 느리게 진행되었지만, 최근 100년 동안은 비약적으로 빨르게 진행되었다. 그리고 이러한 발전은 계속될 것이다. 100년 역사를 갖고 있는 고로 방식도 계속 발전하고 있으며, 더욱 더 효율적으로 되고 있다. 코크스 사용량을 줄이는 것도 시급한 과제중의 하나이다.
자료 제공: 포항공대 철강대학원