기획특집/ 국내 주물(주조) 산업의 오늘과 내일(월간 메탈넷코리아 2008년 08월호)

기획특집/ 국내 주물(주조) 산업의 오늘과 내일

오늘은 입니다.

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국내 주물(주조) 산업의 오늘과 내일
월간[메탈넷코리아] 취재부

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인터뷰 1: 납품단가 현실화로 안정적인 경영기반 확보가 필요{대광주공 대표 류옥섭}
주물공장은 얼마 전부터 주로 환경문제 때문에 코크스를 연료로하는 큐포라 조업방식에서 전기용해방식을 채택하고 있다. 아시다시피 전기로는 생철을 기계로 압축하여 만든 소위 압축고철을 99%이상 사용하기 때문에 연기나 분진발생이 거의 없다고 본다. 또한 이산화탄소 발생량도 많지 않다.

인터뷰 2: 친환경 기술개발은 주물업계에 당면한 시급한 과제{영풍정밀 이세영 공장장}
영풍정밀(주)은 수출에만 전념하고 있지만 주변 협력업체들의 의견에 따르면 국내 주물업계 동향은 자재 조달과 인력난에 많은 어려움을 겪고 있다고 한다. 그러나 세계적으로 동반 상승되고 있는 원부자재비에 대한 문제는 국외로 수출하고 있는 영풍정밀이라도 어려움이 없다고는 할 수 없다.

인터뷰 3: 열악한 환경개선으로 인력난의 물꼬를 트자{태경연주㈜ 오 영 환 이사}
국내 산업 정책은 사회적인 인식부터 정책 육성 방향까지 IT산업 분야로 기울어 있기 때문에, 주물산업은 자연스레 침체되어 있었다고 말할 수 있다. 한동안 주춤해 있던 국내 주물산업은 당장에 큰 발전을 기대하기는 어렵지만, 꾸준한 성장률을 보이고 있는 최근의 동향으로 봤을 때 서서히 발전

1. 주물과 주조
금속을 가열하여 녹인 다음, 필요한 모양의 거푸집(鑄型)에 부어 냉각, 응고시켜서 제품을 만드는 방법을 주조라고 한다. 소성가공, 분말야금, 용접 등과 아울러 중요한 금속가공법중의 하나이다. 또한 용융금속은 거푸집의 형상에 따라 어떠한 모양도 취할 수 있으므로, 모양이 복잡한 공업제품이나 창작미술공예품 등 주조방법으로 만들어진 많은 금속제품이 있다.

금속, 합금을 녹여 목적하는 형상을 갖춘 형(型)의 공동(空洞)에 흘려 넣어 응고시켜서 일정한 모양으로 만든 금속제품을 주물(casting)이라고 한다. 금속제품에는 주물 이외에 간단한 형상으로 주조한 주괴(鑄塊)하는 일종의 주물을 원재료로 하며 이것에 단조(鍛造)나 압연 등의 가공을 가해 제작한 단조품이나 압연품, 그리고 그것을 용접해서 제작한 용접품 등이 있다. 주물은 단조품이나 압연품에 비해 결정조직이 거칠고, 성분의 편석 (偏析: 응고의 편차)이나 가공(氣孔)을 포함하는 경우가 흔히 있어 재질이 무르다.

그러나 주물은 형상이 복잡한 물품의 대량생산에 적합하므로 자동차 등의 내구(耐久)소비재 등 기타의 기계부품으로 널리 이용되고 있다. 주물은 용융금속이 응고한 뒤에 열처리를 하는 경우는 있으나 소성가공 등으로 그 이상의 변형을 가하는 일은 없다. 응고한 그대로의 조직, 즉 주조조직으로 충분한 강도를 지녀야 한다. 따라서 이상조직(二相組織) 등으로 만들기 때문에 비교적 합금량이 많은 것이 특징이다. 예를 들면 주철은 강(鋼)보다도 탄소량. 규소량이 많으며 알루미늄 합금주물도 10% 이상의 규소를 함유한다.
또 구리합금도 청동주물에서는 10%까지 주석을 함유하며, 황동주물에서는 40%까지 아연을 함유한다.

2. 주물(주조)의 기원
주물의 기원은 신석기시대 후기에 토기 소성용(燒成用)의 요로(窯爐)에서 금이나 구리를 녹이는 1000℃ 이상의 온도를 실현시켰을 때로 거슬러 올라간다. 가장 오래된 주물은 메콩강 상류지방에서 발견된 BC 4500년 무렵의 청동도끼로 알려져 있다. 중근동(中近東)에서는 BC 4000∼BC 3500 년에 구리도끼가 석제(石製)의 개방형으로 주조되었고, BC 3000∼BC 2500년에는 청동이 제련되어 자루구명이 난 청동공구를 심봉(心俸)주형으로 주조하는 기술이 유럽에도 전해졌다.

중국에서는 BC1700년 무렵 황허강[黃河(황하)] 중류지방에 청동문화가 형성되었고, 은대(殷代)에는 소성점토 조각을 짜맞춘 주형으로 주형으로 복잡한 무늬와 미려한 주물표면을 가진 다양한 형태의 제기(祭器)를 주조하는 기술을 가지게 되었다.
청동에 이어서 제철기술이 근동에서 BC 1500∼BC 1000 년에 생기고, 중국에서도 BC400년 무렵부터 철제련이 시작되었는데, 때를 같이하여 주물 기술도 개발되어 BC100년에는 주철제(鑄鐵製) 농기구가 다량 생산되기에 이르렀다. 유럽에서는 14세기부터 주철이 생산되었다.

우리나라에서는 기원전 3~4세기경에 사암제주형을 청동의 칼이나 구리거울(동경)을 만들어 사용하였고 기원전 1세기 경에는 밀납 주형을 사용한 주조기술(현재 Lostwax주조법)이 발달되어 이때 만들어진 무기, 미술공예품, 일용품 등이 여러 유적에서 출토되고 있다. 특히 고려말부터 신라시대에 이르는 6~8세기에 만들어진 여러 불상과 법종은 미술적인 가치도 뛰어나지만 당시의 주조기술이 매우 발달되었음을 알 수 있다.

3. 제조기술의 혁신
주철주물에 대해서는 구상(球狀) 흑연주철의 발명을 빼놓을 수 없다. 구상흑연주철의 최초의 발견자는 영국의 Morrogh와 Williams 이다. 이들은 1948년 주철 용탕중에 Ce를 첨가하여 주조상태에서 구상흑연을 발견하였고 같은 해 미국의 Gagnebin 은 Ce 대신에 Mg를 사용해서 구상흑연주철을 발견하였다. 구상흑연주철이 발견됨으로써 따라 무르다는 주철의 약점이 아주 없어져 강도부재(强度部材)에도 쓰이게 되었다.

1977년 M. Johansson에 의해 구상흑연주철을 오스템퍼링처리 함으로써 100㎏.f/㎟ 이상의 고강도구상흑연주철의 제조법을 개발하여 자동차의 크랭크샤프트나 무거운 하중(荷重)에도 견뎌내는 주철관 등에 많이 사용되고 있다. 또한 주철을 녹이는 데는 저주파 유도전기로가 사용되었고, 강설에 가탄(加炭)하여 주철용탕을 만들 수 있어 성분이나 온도의 제어, 용탕 유지 등을 쉽게 조작할 수 있게 되었다.
강주물 분야에서는 주조 방안 등에 컴퓨터를 이용하여 완전한 주물을 만들기 위한 논리적 해명이 진행되고 있다. 구리합금 분야에서는 선박의 추진기 재료로서 알루미늄을 10% 함유하는 알루미늄 청동 사용이 늘어나고 있고, 경합금주물에서는 특히 알루미늄 다이캐스팅이 많이 이용되고 있다. 규소를 10% 함유하는 실루민 합금이 사용되며 고 순도 아연 지금(地金)을 정련기술 향상으로 쉽게 만들 수 있게 되어, 종래의 납, 카드뮴 등의 불순물로 인해 물러서 사용할 수 없었던 아연 다이캐스팅을 오늘날은 널리 사용할 수 있게 되었다.

주물공장 생산능률은 주형 제조기술에 의해 지배된다고 해도 과언이 아니다. 제 2차 세계대전까지의 주형은 규사에 점토와 물을 섞어 점결(粘結)한 것이었으나, 그 뒤 많은 새 조형법이 연이어 탄생하였다. 페놀수지를 점결제로 하는 셸몰드법은 점결제로 사용한 유기물이 주입된 뒤 열 분해하여 점결력을 잃기 때문에 주물사(鑄物砂)의 재생이 아주 쉽다. 물유리(water glass)를 점결제로 하고 탄산가스를 불어넣어 반응시켜 단 시간에 경화시키는 탄산가스법은 주형 강도가 크고 건조형을 대신하는 것으로 보급되었다.

또 염화비닐막을 이용하여 사형(砂型) 속을 진공으로 하고 외부압력으로 주형을 굳히는 V프로세스법은 점결제를 전혀 쓰지 않는 방법이다. 그러나 점토와 수분으로 주물사를 점결하는 재래의 사형법(砂型法)은 조형이 간단하고 경비도 적게 들어 사형용 조형기가 고속화, 고압화, 대형화됨으로써 현재에도 조형법의 주류를 이루고 있다. 최근에는 정밀주물 제작법으로 다시 옛날의 납형법(蠟型法)이 부활되고 있다.
이것은 로스트왁스법(Lostwax)이라고도 하는 것으로, 정밀한 금형인 왁스제의 모형을 만들어 이것을 내화물 분말과 에틸실리케이트 용액의 혼합 이상물(泥狀物)에 묻혀 건조, 소성해서 왁스를 녹여내고 주형 하는 방법이다. 이 방법은 터빈블레이드와 같은 복잡한 곡면을 다른 가공법으로는 만들어내기가 어려운 부품의 제작이나 또는 소성가공, 절삭가공 등을 할 수 없는 특수합금형 부품의 제작 등에 널리 응용되고 있다.

이번 2008 메탈넷코리아에서 실시한 설문조사에서 주요생산제품의 재질을 묻는 질문에 회주철을 37.5%로 가장 많이 생산하고 있는 것으로 나타나고 있고, 그 다음으로 구산흑연주철이 34.4%, 주강과 비 철 합금 주물이 각각 9.4%, 동합금주물과 경합금주물이 각각 3.1%씩 생산하고 있다고 답하고 있다.

2008년 주물(주조) 업계실태설문조사 통계자료
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4. 국내 주물(주조)산업의 현실과 생산현황

5. 국내 주물산업의 취약기술과 대처방안

6. 주물의 종류와 적용분야
주물은 재질에 따라서 주철주물, 강주물(鋼鑄物). 구리합금주물, 경합금(輕合金) 주물로 나뉜다.

(1) 주철주물
용해로는 큐폴라(cupola)가 보급되고, 연료는 코크스가 사용되며, 송풍(送風)에 있어서는 전력에 의해송풍기가 사용되고부터 용해량, 용해속도, 용해온도가 뚜렷하게 향상되었다. 또 주철의 재질도 탄소,규소, 망간 등의 각 양을 조절함에 따라 여러 가지로 변화한다는 사실을 알게 되었고, 선철(銑鐵)이나강설(鋼屑)의 배합에 의해 펄라이트 바탕에 균일하게 조각모양의 흑연이 분포하는 이른바 국목(菊目조직의 주철주물도 만들 수 있게 되었으며, 이 재료가 내마모성이 뛰어나고 인장강도도 커서 기계품에 적합하다는 것도 밝혀졌다.

그리고 19세기 말에는 반사로를 사용, 주철을 용해하여 성분을 잘 정해서 이것을 내면에 금형(金型)을 댄 주형에 부어넣음으로써 주물 표면을 단단하게 하는 칠드주물에의한 롤의 제조에 성공하였다. 이 롤은 강의 압연에 널리 사용되었다. 이어서 가단(可鍛)주철 주물 조에 성공하고, 백주철주물(白鑄鐵鑄物)을 풀림처리함으로써 연성(延性)이 풍부한 주철을 만들 수 있게되어, 철관용의 연결재료로서 수도보급에 의한 방대한 수요를 메울 수 있었다.

(2) 강주물
강주물은 용해온도가 높고 응고 수축률이 커서 기공(氣孔)이나 핀홀 등의 공극(空隙)이 생기기 쉬워 주조에 고도의 기술이 필요하다. 19세기 말까지는 주로 평로(平爐)가 사용되어 용해시간이 길고 온도도 불충분하여 양질의 주물을 얻기가 어려웠다. 그러다가 20세기에 들어서자 에루식(式) 전호로(電弧爐)가 출현하여 양질의 주강품을 만들 수 있게 되었다.

(3) 구리합금주물
구리합금주물은 도가니로 안에서 용해된다. 구리88%, 주석10%, 아연2%의 청동이 제일 많이 사용되는데 이를 포금(砲金)이라고도 한다. 구리합금은 내식성(耐蝕性), 내해수성(耐海水性), 인성(靭性)이 뛰어난 함선(艦船) 방면에 널리 사용된다. 그런 의미에서 20세기에 들어서면서부터 함선의 프로펠러의 재료로 각국의 해군에서 활발한 연구를 추진하였다. 대표적인 것은 아연 40%, 망간5%, 알루미늄1%이하의 망간황동, 그리고 아연10%, 또는 15%, 규소4%의 실진 청동이다.

(4) 경합금주물
경합금주물은 알루미늄계, 마그네슘계가 모두 20세기 초부터 제조되었다. 주조용 알루미늄합금으로는니켈을 함유하는 Y합금, 규소를 함유하는 실루민, 구리를 함유하는 라우탈, 마그네슘을 함유하고 내식성이 있는 히드로날륨 등이 항공기공업의 발전에 따라 각각 특징적으로 응용하여 사용되고 있다.
한편 마그네슘합금은 알루미늄, 알루미늄과 아연, 망간 등과의 합금이 사용되었는데, 용해 할 때에 산화방지를 위한 손을 써야 하므로 좀처럼 보급되지 않았다.

7. 국내 주물(주조)산업의 중요성과 당면과제

8. 국내 주물(주조) 기술개발 현황

9. 2008년 1/4분기 국내 주물생산동향
한국주물공업협동조합(이사장: )에서 231개 조합원사를 대상으로한 조사에 의하면 008년 1/4분기중 일일업체평균생산량은 1월 23.0톤, 2월 25.1톤, 3월 24.0톤을 나타내고 있다. 2008년 1/4분기중 3월은 주물 총생산량이 138,870톤을 나타내어 일일 업체 평균 생산량이 24.0톤으로써 2007년 3월 전년동기생산에 비해서 2.6%의 감소율을 보였고 올 1월에 비해서는 4.7%의 증가율을 나타내며 2월에 비해서는 4.1%의 감소율을 나타내고 있다.

재질별 생산동향에서는 2008년 1/4분기중 조합원사의 주철주물 생산량은 3월의 업체 평균 생산량이 614.9톤으로 2007년 3월 대비 6.4%의 감소율을 보였고, 2008년 1월 및 2월에 비해서는 각각 0.7%와 9.0%의 증가율을 나타내고 있다. 용도별 생산동향 용도별 동향을 보면 조합원사별 총생산량을 해당 업체별 주력품목 총생산량으로 간주하여 산출한 2008. 1/4분기 중의 월별 용도별 주물생산량 중 가공기계용, 선박용, 농기계용은 증가율을 보였으나 섬유기계용은 감소를 나타내고 있다. 자동차용 업체평균 생산량은 3월 1,348.5톤으로 2007년 3월 전년동기대비 9.8%의 감소율을 나타내며 토목건설용 업체평균 생산량은 3월 299.4톤으로 2007. 3월 전년동기대비 14.7%의 감소율을 나타내고 있다.

지역별 생산동향을 보면 조합원사의 2008년 1/4분기 중의 지역별 생산동향은 인천?경기지역, 대구?경북지역, 부산?경남지역, 충청?전라지역의 조사대상업체수가 72개사, 60개사, 76개사, 23개사로써 인천?경기, 부산?경남지역이 전년대비 증가를 나타내고 있으며 부산?경남 지역의 업체평균생산량은 858.3톤으로 2007. 3월 전년동기대비 0.7%의 증가율을 나타내고 있다고 밝혔다.

10. 국내 조업 중인 주물업체의 현황

11. 맺 음 말
주물은 모든 산업의 기초가되는 뿌리이다. 이런 말이 나올 만큼 주물산업은 전반적인 산업에 미치는 영향이 매우 크다고 할 수 있다. 다행 이도 주물산업은 1980년 대에 호황의 터널을 지나 95년을 전후하여 반 토막으로 구조조정과 IMF를 지나 2002년을 기점으로 주물업체의 수가 증가하고 있으며 주물산업의 성장도 소폭이지만 꾸준한 추세로 성장을 하고 있으나 기본적인 환경여건이 좋지 않은 상황에서 3D 업종으로 기능인력의 노령화와 원자재 가격의 상승과 인력의 수급부족으로 다시금 주춤거릴 수 있다.

주물은 기초산업으로 선진국에서는 국가가 중점적으로 지방정부를 이용하여 보호 육성을 하고 있지만 국내 실정은 어렵기만한 것으로 나타나고 있다. 특히, 진해 마천 주물공단은 해양 환경, 공해유발 등의 이유로 이전을 해야하는 시점에서 이전을 위해 경남 밀양에 위치를 선정하고 밀양시와 합의하였지만 부지매입 등 지방정부의 대처가 수동적인 것으로 전해지고 있다.
모든 산업의 기초가 되는 주물산업이 소폭이나마 성장을 하는 주물산업의 발목이 잡히면 무서운 기세로 추격 해 오고 있는 중국이나 기타 여러 나라에 뒤쳐질 수도 있다. 중국의 주물기술이 아직까지는 국내 기술을 따라 올 수는 없다지만 자원이 풍부하고 인력이 넘쳐나는 중국이 언제 우리 목덜미를 잡을지는 알 수 없는 일이기에 방심하지 말아야 할 것이다.

국내의 기술력이 어느 정도의 괘도에 오르고 있고 또한 기술개발에 아낌없는 투자를 하고 있는 업체가 늘어나고 있기 때문에 중앙중부나 지방정부에서 적극적인 지원과 관심을 보여주고 주물업계는 친환경 소재개발에 힘을 쏟고 국내의 경쟁력보다 해외경쟁력을 확보를 한다면 머지않아서 세계 10위권이 아니라 세계 최고가 될 날도 있을것이라 기대 해 본다.

<취재.정리: 메탈넷코리아 취재부장 임숙희 기자>

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