더 강하고 가벼운 암모니아 탱크…재료연, SCC 평가기술 개발

무수 암모니아 접촉 탄소·망간강 실제 항복강도 상한 규제 대응

SCC 발생 조건·수명·손상 위험 분석…시험 데이터베이스 구축

KIMS·포스코·삼성중공업·한화오션·4개 대학 공동연구

산·학·연 공동연구기관이 참여한 “항복강도 440 MPa 이상 강재의 무수 암모니아 선박 적용을 위한 재료 건전성 평가기술 개발” 국가연구개발사업 착수회의 참석자들이 기념사진 촬영하고 있다. ⓒ한국재료연구원

무수 암모니아 저장탱크에 항복강도 440메가파스칼(MPa)을 넘는 국산 고강도 강재를 적용하기 위한 안전성 검증기술 개발이 시작된다.

한국재료연구원(KIMS)은 포스코·삼성중공업·한화오션·4개 대학과 함께 국내 최초로 ‘무수 암모니아 응력부식균열(SCC) 통합평가 플랫폼’ 공동개발에 착수했다고 5일 밝혔다.

현행 국제가스운반선규정(IGC Code)은 무수 암모니아와 접촉하는 탄소·망간강의 최소 항복강도를 355MPa 이하, 실제 항복강도를 440MPa 이하로 제한한다. 무수 암모니아 환경에서는 강재가 인장력을 받는 과정에서 미세한 균열이 생기고 확산하는 SCC가 발생할 수 있기 때문이다.

항복강도가 높은 강재를 사용하면 저장탱크를 얇고 가볍게 제작할 수 있다. 연료 소비와 제작비를 줄이고 적재 공간을 늘릴 수 있지만, 강도가 높다고 암모니아 환경에서 균열에 견디는 성능까지 자동으로 높아지는 것은 아니다.

연구진은 실제 암모니아 선박의 운용환경을 실험실에 구현해 고강도 열가공제어(TMCP) 강재와 용접부의 균열 발생 조건을 평가한다. TMCP 강재는 압연과 냉각 과정을 조절해 강도와 저온 인성, 용접성을 높인 철강재다.

플랫폼에는 무수 암모니아 환경 제어와 응력 부여, 전기화학 분석, 실시간 균열 관측 기술이 통합된다. 강재의 미세조직과 용접부 특성, 암모니아 온도가 균열 발생과 진행에 미치는 영향도 분석한다.

전기화학 분석에 인공지능(AI)과 계산과학을 접목한 가속시험법도 개발한다. 다양한 운항 조건에서 강재의 수명과 손상 위험을 예측하고 시험 결과와 균열 원인 등을 축적한 데이터베이스를 구축할 계획이다.

KIMS는 플랫폼과 전기화학·AI 기반 진단기술 개발을 총괄한다. 포스코는 고강도 TMCP 강재와 용접부 평가기술을 맡고 국립한국해양대학교·국립창원대학교·부산대학교·조선대학교는 균열 원인 분석과 수명 예측, 평가기준 및 표준화를 담당한다.

삼성중공업과 한화오션은 실제 암모니아 추진선의 설계·운용 조건을 반영해 기술의 산업 적용 가능성을 검증한다. 연구는 산업통상부와 한국산업기술기획평가원의 조선산업기술개발사업 지원을 받아 수행된다.

재료연은 연구 결과를 국산 고강도 강재의 선급 승인과 한국산업표준(KS) 제정, 국제규정 개정 대응에 활용할 계획이다.

장영준 KIMS 책임연구원은 “암모니아 저장탱크 규제 완화를 위해서는 더 강한 철강재를 개발하는 것뿐만 아니라, 해당 강재가 실제 무수 암모니아 환경에서도 안전하게 사용될 수 있음을 객관적으로 입증하는 평가기술이 필요하다”며 “평가기술을 확보하는 국가가 국제기준을 선도하는 만큼, 이번 연구가 우리나라의 독자적 평가기술과 신뢰성 데이터 확보로 이어지길 기대한다”고 말했다.