※ 이 영상은 2008년 11월 27일에 방송된 ＜다큐프라임 - 원더풀 사이언스 철, 세상을 움직이다＞의 일부입니다.
철은 문명과 산업화의 씨앗이자 뿌리다. 인류가 급격한 발전을 시작한 것도 철을 대량 생산하고 사용하게 된 18세기 후반, 산업혁명이 시작하게 되면서이다. 철의 주재료인 철광석과 석탄을 용광로에 넣고 쇳물을 만드는 제선공정과 제강공정 그리고 가공과정을 거쳐 만들어지는 철은 작은 바늘에서 수십만 톤의 대형선박이나 무한한 우주 공간을 항해하는 우주선에 이르기까지 인류의 꿈을 현실화시켜 온 숨은 주역이다.
한때 IT산업 등에 밀려 ‘저성장 굴뚝산업’, ‘사양산업’등으로 불리며 폄하되기도 했던 철강산업이 21세기 들어 그 진가를 재조명받고 있다.
철의 끊임없는 발전과 그 속에 숨겨진 과학, ＜원더풀 사이언스 -철, 세상을 움직이다＞에서 알아본다.
1.자동차의 대량생산을 가능하게 한, 철
철의 대량생산이 없었다면 자동차의 대량생산은 꿈도 꾸지 못할 일이었다?!
자동차에서 철강이 사용되는 비율은 약 60%로 철이 없다면 자동차 자체가 불가능한 일이다. 심지어 자동차의 타이어에도 철이 들어가 있다면? 놀랄 사람이 많을 텐데 바로 ‘스틸 타이어코드’라는 철이 들어가 타이어의 강도를 좋게 만드는데 사용되고 있다.
자동차용 강재는 운전자와 보행자의 안전은 물론 연비와도 직결되는 하이테크제품으로 수많은 철강제품 가운데 철강기술을 가늠할 수 있을 만큼 부가가치가 높은 기술의 척도다. 최근 자동차산업의 트렌드는 경량화로 전 세계가 가벼우면서도 강도는 높은 철강소재나 가공법 개발에 몰두하고 있다. 최근에 주목을 받는 기술이 바로 하이드로포밍(Hydroforming). 액체상태의 물질을 이용해 철판을 원하는 모양으로 성형하는 기술인 하이드로포밍은 튜브를 이용해서 한 번에 성형할 수 있어서 부품의 강도가 좋아지고 더불어 경량화도 25%정도 향상시킬수 있다. 그리고 두께와 강도가 서로 다른 강재를 레이저로 용접해서 한꺼번에 성형하는 기술인 TWB(Tailor Welded Blanks, 맞춤재단용접강판)도 경량화를 위한 신기술의 하나다! 현대인의 대중적인 운송수단인 자동차, 더 가볍고 강한 자동차를 향한 자동차 강재의 숨어있는 과학을 알아본다.
2. 더 튼튼하고 강한 건축을 위한 주요 소재
건축에 철이 주재료가 되면서 초고층건물들이 속속 생겨나고 있다. 우리나라에서 건설 중인 버즈 두바이는 160층, 전체높이 810m로 내년이면 세계 최고층의 기록을 갈아치우게 된다. 콘크리트보다 강도가 높고 지진에도 잘 견디는 강철은 건축에서 보강재 역할이 아니라, 주요 소재가 되어가고 있다. 최근에는 힘을 받는 부분인 구조재에 경량철을 사용해서 짓는 친환경 주택인 스틸하우스가 눈길을 끌고 있다. 일반주택보다 공사기간도 짧고 오랜 시간이 지나도 골조 등을 재활용 할 수 있으며, 건물을 지탱하는 기둥의 면적이 줄어들어 내부 설계도 자유로운 이 스틸하우스를 떠받치는 강재가 자동차에 쓰이는 것과 동일한 소재라니? 건축에서의 철의 진화를 살펴본다.
3. 합금, 철의 끊임없는 변신
철의 골칫거리가 녹이라고? 공기에 노출되거나 물을 만나면 쉽게 산화물로 돌아가 녹이 스는게 철의 문제점인데, 이 문제를 완벽하게 해결한 것이 바로 합금이다. 대표적인 철의 합금은 스테인리스강이다. 스테인리스하면 가전용품이나 주방기구만 떠오르기 쉬운데, 녹이 슬지 않고 고온에서 실시하는 소독에도 잘 견디는 장점 덕분에 의료부분에서도 널리 쓰여 인공장기에 유용하게 이용된다는 것! 인간의 생명을 연장시켜주는 철을 만나본다.
4. 파이넥스(FINEX), 철의 친환경 시대가 열리다!
철의 매력이라고 하면 재활용이 가능하다는 것을 꼽을 수 있다. 철강제품의 50%이상은 재활용이 된 것들인데 철을 재활용할 경우 새로 철강소재를 생산하는데 드는 에너지의 1/3밖에 사용되지 않는다. 음식물의 포장용기로 사용되는 스틸캔은 대표적인 재활용품이다. 특히 몸통과 아래뚜껑이 하나의 조각이고, 윗뚜껑은 따로 만들어서 붙여 만드는 투피스캔은 사소해보이지만 하이테크 제품이다.
철의 친환경성에도 불구하고 제철업이라 하면 석탄이나 철광석을 덩어리로 만드는 과정에서 어쩔 수 없이 생기는 공해물질 때문에 많은 사람들이 ‘철’이라 하면 굴뚝산업을 떠올리곤 하였다. 그러나 지난해, 이 한계를 극복할 획기적인 공법인 파이넥스(FINEX)가 개발되었다. 철의 친환경시대가 열린 것이다. 친환경적인 신 철기시대, 어떻게 가능했던 것일까?
5. 미래지향적 소재로서의 철
지구상에서 가장 오래된 소재인 철, 철은 딱딱하고 튼튼한 소재로서의 모습으로 그 자리에 머무는 것이니라, 다양한 방법과 소재로 우리 생활에서 끊임없이 발전하고 있다.
단순히 합금을 통해 철의 성능을 높이는 것이 아니라 철의 조직 자체를 제어해 미세조직을 변화시킴으로써 철의 성능을 녹이는 기술들이 속속 개발되고 있다. 차세대 후판으로 불리는 ‘TMCP강’이 바로 그 예다. 게다가 특수한 표면처리를 통해 철의 성능을 높이는 기술도 연구가 되고 있는데, 철을 만져도 지문이 남지 않는 내지문강이나, 비가 오면 건물을 스스로 청소하는 자기세정강등...철은 미래지향적 소재로 발전하고 있다. 무궁무진한 철의 발전은 어디까지일지 철의 끊임없는 발전을 만나본다.
✔ 프로그램명 : 다큐프라임 - 원더풀 사이언스 철, 세상을 움직이다
✔ 방송 일자 : 2008.11.27
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14 ноя 2022
