[Report] 초고장력강(AHSS)의 개발과 자동차 경량화 기술의 상관관계

– 연비 개선과 탄소배출 저감을 위한 소재 혁신의 흐름 –

1. 서론

지속 가능한 미래를 향한 전 세계적인 흐름 속에서, 자동차 산업은 연비 개선과 탄소배출 저감을 위한 기술 혁신을 지속적으로 추진하고 있다. 그 중심에는 차량의 ‘경량화’라는 핵심 과제가 있으며, 이를 달성하기 위한 주요 기술 중 하나로 ‘초고장력강(Advanced High-Strength Steel, AHSS)’이 주목받고 있다. 본 보고서에서는 AHSS의 기술적 발전과 자동차 산업 내 적용 현황, 그리고 관련 기업들의 최신 동향을 바탕으로 그 상관관계를 분석한다.

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2. 초고장력강(AHSS)의 개요

초고장력강은 일반 강보다 훨씬 높은 인장 강도(700MPa 이상)를 가지면서도 성형성이 우수한 소재로, 자동차의 차체 구조물에 널리 활용된다. 1세대 AHSS는 Dual Phase(DP), Transformation Induced Plasticity(TRIP) 강종 등이 있으며, 2세대와 3세대에서는 성능을 더욱 향상시킨 강종들이 개발되고 있다.
• 1세대 AHSS: 높은 강도와 비교적 우수한 성형성. 현재 자동차 차체의 주요 골격에 널리 사용.
• 2세대 AHSS: 높은 연성과 강도를 동시에 달성. 대표적으로 TWIP(변형쌍정 유도 소성)강.
• 3세대 AHSS: 성형성과 용접성까지 개선한 최신 강종으로, 자동차 산업의 차세대 주력 소재로 부상.

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3. 자동차 경량화와의 연관성

경량화는 차량의 에너지 효율 향상, 주행 성능 개선, 그리고 탄소배출 저감을 위한 필수 전략이다. 전통적인 철강 소재 대신 알루미늄, 탄소섬유 등의 대체 소재도 시도되고 있으나, 비용과 충돌 안전성, 대량 생산성 측면에서 AHSS가 가장 현실적인 대안으로 간주된다.
• 무게 감소 효과: 기존 고장력강 대비 약 10~25% 무게를 줄일 수 있음.
• 안전성 유지: 경량화에도 불구하고 차량 충돌 시 승객 보호 성능은 오히려 향상 가능.
• 비용 효율성: 알루미늄 대비 저렴한 단가로 대량 적용에 유리.

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4. 구조 설계의 변화

AHSS를 적용함에 따라 차량 설계 방식에도 혁신이 이루어졌다. 특히, **멀티매터리얼 설계(multi-material design)**가 확산되며 차량의 각 부위에 맞는 최적 강도를 가진 소재를 조합하는 방식이 대세로 자리잡았다. 차체 바닥 구조(BIW, Body-in-White), B필러, 사이드멤버, 서브프레임 등 주요 부위에 고강도 강판이 집중 적용되고 있으며, 이에 따라 설계 초기부터 소재 선택이 반영되는 ‘소재 기반 설계(material-driven design)’ 트렌드가 강화되고 있다.

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5. 관련 업체 및 산업 동향

(1) 포스코 (POSCO)

세계적인 철강사인 포스코는 AHSS 기술 개발에 적극적이다. 대표적으로 GIGA Steel이라는 초고장력강 브랜드를 통해 1.5GPa 이상의 인장 강도를 가진 제품군을 상용화했다. 포스코는 현대자동차, 기아, 테슬라 등과 협력하여 고강도-경량화를 동시에 실현하는 자동차 프레임 개발을 진행 중이다.

(2) ArcelorMittal

세계 최대 철강회사 아르셀로미탈은 3세대 AHSS ‘Fortiform’ 시리즈를 개발하여 자동차 산업에 공급하고 있다. BMW, GM 등 주요 완성차 업체와 협력하여 다양한 구조 부위에 적용 중이다.

(3) 현대제철

현대자동차 그룹 계열사인 현대제철은 고강도 자동차용 강판 개발에 매년 수천억 원을 투자하고 있으며, 최근에는 1.8GPa급 핫스탬핑강 생산을 확대하고 있다. 친환경 공정과 함께 고강도 소재를 동시에 확보하려는 전략을 추진 중이다.

(4) SSAB (스웨덴)

SSAB는 강도와 성형성이 뛰어난 AHSS 제품 ‘Docol’을 중심으로 유럽 내 전기차 제조사에 공급을 확대하고 있다. 특히 전기차 배터리 보호 구조물용 고강도 강판에서 경쟁력을 인정받고 있다.

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6. 전망 및 결론

자동차 산업은 전동화, 자율주행, 친환경화를 중심으로 급변하고 있다. 이러한 변화 속에서도 차량 경량화는 여전히 중심 과제로 남아 있으며, AHSS는 그 과제를 실현할 수 있는 핵심 소재로 자리매김하고 있다.

앞으로는 3세대 AHSS 기술의 상용화 확대와 함께, AI 기반 설계 기술, 디지털 트윈 등을 활용한 스마트 소재 설계가 본격화될 것으로 보인다. 또한, 탄소중립 사회로의 전환 속에서 친환경 제강 공정(예: 수소환원 제철) 과의 연계도 AHSS의 지속 가능성을 강화할 중요한 요소가 될 것이다.

결론적으로, 초고장력강의 기술 발전은 자동차 경량화와 직접적인 상관관계를 가지며, 이는 연비 개선, 안전성 강화, 환경 규제 대응 등 자동차 산업의 주요 과제를 해결하는 중요한 열쇠가 되고 있다.