경량화와 안전의 접점! 고장력 강판

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최근 상당수 자동차 제조사들은 신차 출시 시고장력 혹은 초고장력 강판을 사용했다는 점을 강조한다이들은 소재의 무게를 줄이면서도 보다 큰 하중을 버틸 수 있는 철강 제품을 가리키는 용어다최근 자동차 제조사들은 연비 향상을 위해 경량화를 추구하지만 동시에 안전도 포기할 수 없다또한 고장력초고장력 강판으로 섀시 전체를 만들 수 있는 것도 아니다이번 콘텐츠에서는 이러한 고강성 철강소재의 특성 그리고 이를 효과적으로 활용하고 있는 혼다의 주요 차종들에 대해 살펴본다.

 

 

고장력 강판은 단위 면적 당 견딜 수 있는 하중이 일정한 무게 대비 큰 강판을 말한다이 때 하중의 단위는 압력의 단위와 같은 MPa(메가파스칼혹은 kgf/㎟로 표기한다고장력 및 초고장력 강판의 수치는 강판이 파손되는 순간 가해지는 힘이다.

이 분야의 선진국은 단연 일본이다차체의 크기는 작으면서도 내구성이 높고 탄탄한 자동차를 만들기 위해서는 우수한 철강이 필수적이었다기초과학이 발달한 일본의 제철 기업들은 자동차 제조사들과 협력해 성형성이 우수하면서도 강도가 높은 고장력강을 개발하는 데 끊임없는 노력을 기울였다이는 1980년대까지 일본 자동차 제조사들의 선전을 이끄는 계기가 되기도 했다.

 

 

고장력 혹은 초고장력 강판으로 인정되는 인장 강도는 국가나 자동차 제조사별로 차이가 있다상당수의 일본 제조사들은 900MPa에서 1,000MPa 이상을 초고장력 강판으로 인정한다. 1,000MPa는 환산하면 약 101.9kgf/㎟에 달한다여기에 혼다가 주요 차종에 적용하는 신형 초고강력 장판은 무려 1,500MPa, 환산하면 152 kgf/㎟ 수준이다그 아래 고강력 장판이 980MPa, 780MPa, 590MPa 순이다유연성이 필요한 부분에는 210MPa 정도의 강판이 적용된다.

 

 

고장력 및 초고장력 강판은 소재의 특성상자동차에서 많은 힘의 작용을 버텨내야 하는 곳혹은 충돌 시 파손이 적어야 하는 부위에 집중적으로 사용된다차체의 하부주요 필러부 등에 사용된다원래 고장력 및 초고장력 강판은 성형이 쉽지 않기 때문에 전체에 적용하는 것은 쉽지 않았는데최근 성형 기술이 비약적으로 발전하면서 복잡한 형상으로도 성형이 가능해졌다.

그런데 섀시의 모든 부분을 초고장력 강판으로 구현할 수는 없다. 스포츠 선수의 몸을 생각하면 알 수 있다. 예컨대 프로야구 투수의 경우라면 신체 부위 중에도 강하게 단련해서 뒤틀림 등을 버텨내는 힘이 커야 하는 근육이 있는 반면, 유연성과 가동 범위가 중요한 곳도 있다

자동차의 섀시 제작 및 설계에 있어도 마찬가지다. 소재의 강성만큼 중요한 것은, 자동차의 어느 부분에, 얼마나 알맞게 강성별 강판이 적용되느냐 하는 것이다. 즉 같은 강성을 가진 강판이라도 보다 유연성을 발휘하게 설계할 것인가 보다 외력을 강하게 버티도록 할 것인가를 위치에 따라 구분해야 한다또한 맞닿아 있는 소재의 강성 간 조화도 중요하다.

자동차의 장르적 성격도 무시할 수 없다. 세단, 쿠페 등의 경우에는 경우에 따라 강한 외력을 버틸 수도 있고 유연한 움직임을 보이는 부분도 있어야 한다. 또한 초고장력 강판의 경우 파손이 잘 일어나지 않지만, 한 번 파손될 경우 복원이 쉽지 않다는 단점도 있다. 따라서 차량의 장르별 특성 등에 따라 적절하게 고장력 및 초고장력 강판의 비율을 맞추는 것이 설계의 묘이기도 하다.

 

 

10세대 어코드의 섀시를 구성하는 강성별 강판의 구성은 이를 잘 말해준다. 1,500MPa 이상인 초고장력 강판은 A, B 필러와 루프를 가로지르는 구조 그리고 좌우 도어 하단부엔진이 마운트되는 자리의 하단부 등에 적용되었다이는 전체 비율의 13.9% 수준으로 9세대 대비 2배 늘어난 수치다타 제조사에서 초고장력 강판으로 분류될 정도인 바로 그 아래 단계 980MPa 강판은 루프의 좌우 틀 및 후륜 펜더와 하부 좌우 구조를 잇는 부분에 적용된다이 역시 이전 세대 대비 3배 가량 증가한 14.9%의 비율을 보인다즉 전체 섀시의 29%를 초고장력 강판으로 구현한 것이다.

 

 

초고장력 강판의 적용을 통해 가장 크게 얻을 수 있는 이점은 역시 경량화라 할 수 있다이를 통해 10세대 어코드는 9세대 대비 5% 가량 경량화에 성공했다물론 가벼움과 안전을 동시에 구현했다어코드는 미국 고속도로 안전보험협회(IIHS)가 실시하는 신차안전도 검사에서 독보적인 성적을 구현했다특히 초고장력 강판을 적용한 부분의 충돌 안전도가 돋보였다루프와 필러의 강성을 알아볼 수 있는 전복 테스트에서는 공차중량의 최대 5배 가까이를 버틸 수 있는 능력을 보여 주었다또한 거의 모든 방향의 충돌에서 운전자 및 탑승자의 손상 정도가 최소화되는 ‘G’ 등급을 받았다.

 

 

차체하부에 적용된 초고장력 강판은 고속 선회 등 펀드라빙을 실현하려는 운전자의 욕구에도 부응한다특히 10세대 어코드에는 최고 출력 256ps의 2.0리터 VTEC 터보 엔진이 장착되는 한편개선된 서스펜션 시스템인 액티브 컨트롤 댐퍼 시스템이 적용되었다즉 역동적인 선회 주행에서 최대한 균형감을 유지할 수 있도록 설계된 것인데그 바탕에는 하부 강성 강화가 기본이 되고 있다. 1,500MPa 급 초고강력 장판이 적용된 어코드의 하부는 9세대 대비 굽힘 강성은 24%, 플로어 굽힘 강성은 12%, 비틀림 강성은 32% 향상되었다어코드는 고효율 조인트 프레임과 고성능 접착제 등을 활용해 주행 시 하중을 하부로 잘 전달시키도록 했다물론 이는 강한 부하를 단단하게 버텨내주는 소재의 섀시가 있기에 가능한 설계이다.

 

 

자동차의 개발은 소재의 싸움이라 할 수 있다자동차 소재 역시 철강이나 금속에만 의존하지는 않는다그러나 대중적인 자동차를 제작하는 데 있어 고비용의 신소재를 사용하는 것은 쉽지 않은 결정이다따라서 고장력 철강 소재는 자동차의 강성을 획기적으로 구현함과 동시에 대중이 받아들일 수 있는 비용의 한계를 넘어서지 않는 섀시 제작 소재라 할 수 있다.

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