[비즈월드] #. 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 중량%로, 탄소(C) 0.29~0.40%, 실리콘(Si) 0.20~0.40%, 망간(Mn) 1.00~1.50%, 인(P) 0 초과 0.012% 이하, 황(S) 0 초과 0.002% 이하, 크롬(Cr) 0.10~0.30%, 보론(B) 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti) 0.027~0.037%, 몰리브덴(Mo) 0.01~0.30%, 니오븀(Nb) 0.001~0.05% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1,200~1,250℃의 온도로 재가열하는 단계, 재가열한 강 슬라브를 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계, 열간 압연된 강판을 냉각하고 680~800℃에서 권취해 강판 표면에 열연 탈탄층을 생성하는 단계, 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계, 냉간압연된 판재를 환원 분위기에서 소둔 처리하는 단계, 소둔 처리된 판재를 도금처리해 40~100g/㎡의 도금층을 형성하는 단계 및 도금처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계를 포함한다.

현대제철㈜가 2019년 9월 27일 출원(출원번호 제1020190119318호)해 지난달 6일 공개(공개번호 제1020210037106호)한 ‘핫 스탬핑 부품의 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품’이라는 명칭의 특허에 대한 요약 설명이다.

이 특허는 자동차의 승객 안전을 위한 충돌성능 향상과 경량화라는 요구를 동시에 만족하는데 중점을 둔 특허이다. 현재 등록을 위한 심사가 진행중이다.

최근 전 세계 자동차 제조업체들의 최대 현안은 전기차나 수소차 등 친환경차와 기존 내열기관 차량을 적절하게 개조한 하이브리드차 개발이다. 

이런 추세는 연소과정에서 유해가스가 발생하는 휘발유나 경유(디젤) 연료를 대처하는 것이 핵심이다.

이를 위해 선행되어야 하는 것은 전기차나 수소차를 위한 배터리와 연소장치가 될 것이다. 전기차의 1회 충전 당 주행거리를 향상시키기 위한 기술 경쟁이 날로 치열해지고 있다. 전기차의 배터리 용량을 늘리는 것에는 한계가 있기 때문이다.

이로 인해 탄소섬유나 신소재 플라스틱 등으로 차체를 만들 경우 가벼우면서도 튼튼하게 제작할 수 있지만 가격이 크게 오른다는 단점이 있다.

이런 가운데 ‘핫스탬핑’을 이용한 차량 경량화 기술이 가장 현실적인 대안으로 주목받고 있다. 

핫스탬핑이란 고온으로 가열된 강판을 금형에 넣고 프레스로 눌러 성형한 다음, 금형 내에서 담금질을 하듯이 급랭시켜 강도를 향상시키는 기술로, 복잡한 형태의 차체를 얇은 두께로 강하게 만들 수 있다.

이에 전 세계 주요 기업들이 핫스탬핑 시장의 주도권을 잡기 위해 특허 경쟁을 벌이고 있다.

특허청(청장 김용래)에 따르면 핫스탬핑 기술과 관련해 우리나라를 비롯해 미국과 중국, 유럽연합, 일본 등 지식재산 5대 강국(IP5)의 이 분야 특허출원은 2010년부터 급격히 증가하기 시작해 지난 2017년까지 연평균 20% 가까이 늘었다. 특히 2018년부터 2020년까지 최근 3년 동안의 특허등록 건수는 평균 396건으로 사상 최고치를 경신했다.

핫스탬핑 관련 특허 출원을 세부기술별로 보면 소재 관련 출원이 3163건(62.1%)으로 가장 많고, 장비 및 차체 부품 출원이 1767건(34.7%)으로 뒤를 이었다. 

소재 출원 중에서는 도금재에 대한 출원이 33.2%로 가장 많았으며, 강판에 대한 출원이 20.2%, 도금방법에 대한 출원은 7.3%를 차지한다.

핫스탬핑 소재 기술은 Mn, B 등을 첨가한 강재와 강재의 부식을 방지하는 도금재에 대한 기술이 절대 다수 차지하고 있다. 핫스탬핑 금형 내의 냉각에 의해 M변태(마르텐사이트 변태)가 일어나야 하기 때문에 경화능(hardenability)에 기여하는 Mn, Cr, B 등을 소량 첨가한 Fe-0.23C-1.18Mn-0.16Cr-0.002B(중량%)의 조성을 갖는 22MnB5강(망간보론강)이 열간스탬핑용으로 현재 유럽에서 가장 많이 이용되고 있는 것으로 알려져 있다.

또 핫스탬핑 공법을 이용한 고강도 자동차 부품은 1984년에 사부(Saab)자동차의 보강부품에 최초로 적용된 이후 유럽 각국에서 적용이 증가했다. 적용 부품 수는 1987년 300만개, 1997년 800만개, 2007년에는 1억700만개, 2012년 약 3억5000만개로 급격히 증가하고 있다.

핫스탬핑 관련 특허 출원의 국적별 현황을 보면 중국의 비중이 1819건(34.6%)으로 가장 높았고 유럽연합 1470건(28.0%), 일본 915건(17.4%)순이었다. 우리나라는 464건(8.8%), 미국은 397건(7.6%) 순이었다.  

이에 대해 특허청은 “유럽, 일본의 경우 특허권 행사를 위해 해외에 출원하는 비율이 높고 각종 침해 사건에 관련된 특허권을 다수 보유하고 있어, 핫스탬핑 기술에서 선두그룹을 형성하고 있다”라고 설명했다.

중국의 경우에는 대부분(73.2%)을 자국에 출원한 것이고, 자국 출원의 등록률이 다른 IP5에 비해 낮은 점을 볼 때, 중국의 핫스탬핑 기술수준은 아직 높지 않은 것으로 분석되고 있다. 

우리나라는 장비와 차체 부품 생산기술에서 강점을 보이고 있지만 소재 관련 출원비중은 56.4%로 유럽(69.1%), 일본(66.7%)에 비해 낮은 수준을 보였다. 

이는 주요 외국기업이 우리나라 기업을 견제하기 위해 한국 출원비중을 늘리고 있어, 핫스탬핑용 신소재 개발을 통한 대비가 필요한 시점이라고 특허청은 강조했다.

함중현 특허청 스마트제조심사팀 서기관은 “최근 분쟁이 일어난 특허는 모두 소재와 관련되어 있다는 점에서, 주요 외국기업들의 특허소재를 대체할 수 있는 신소재를 개발해 특허로 보호하는 것이 무엇보다도 중요하다”면서 “신소재에 적합한 장비 및 열처리 방법에 대한 특허도 같이 확보해 포트폴리오로 구축하는 것이 필요하다”라고 강조했다.