IR52장영실상

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제목	[제17주차 IR52 장영실상] 현대중공업 / 대출력 엔진용 크랭크 샤프트
등록일	2017-04-25
내용	△왼쪽부터 현대중공업 이명규 부장, 윤영철 상무, 송민철 부장. 엔진의 피스톤 왕복 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 엔진 내 핵심 부품이 바로 크랭크 샤프트(축)다. 출력 용량이 어마어마하게 큰 선박용 엔진에는 대형 크랭크 샤프트가 필수적으로 들어간다. 외국산 제품에 비해 원가 경쟁력을 갖춘 국산 크랭크 샤프트가 올해 제17주차 iR52 장영실상 주인공으로 선정됐다. 현대중공업이 개발한 '대출력 엔진용 고강도 일체형 크랭크 샤프트'는 1만3000마력 이상 엔진에 사용할 수 있는 대형 부품이다. 선박용 엔진은 '흡입-폭발'의 2행정 엔진과 '흡입-압축-폭발-배기'의 4행정 엔진으로 구분된다. 2행정 엔진은 주로 대형 선박의 추진용으로 사용되며 4행정 엔진은 선박뿐 아니라 육상 발전용으로도 쓰인다. 개별로 제작된 부품을 조립해 만드는 2행정 엔진의 크랭크 샤프트와 달리 4행정 엔진의 크랭크 샤프트는 일체형으로 만들어 동일한 직경의 실린더에서 더 큰 효율을 나타낸다. 일체형 크랭크 샤프트는 크기가 증가할수록 기계적 물성 확보가 쉽지 않아 높은 수준의 제작 기술을 요구한다. 그래서 이 같은 제품을 만들 수 있는 곳도 일본 고베스틸 등 한두 곳에 불과하다. 그간 국내 기술로는 제작이 어려워 전량 수입에 의존해왔던 대출력 엔진용 크랭크 샤프트를 현대중공업이 국산화했다. 이를 위해 갖춘 핵심 장비는 바로 특수 단조 장치다. 크랭크 샤프트를 단조하려면 기존 프레스에 장착해 쓰는 특수 단조 장치가 필요하다. 대용량 제품을 만들기 위해서는 버스 500대 무게인 8000t의 단조 장치가 필요하지만 현대중공업은 설계 개선을 통해 외국 제조사에서 쓰는 것보다 30%가량 더 가벼운 단조 장치를 개발했다. 현대중공업은 금속 조직을 설계 형상에 따라 변형시키는 '연속 단류선 형단조 기술'을 적용해 제품 내구성을 높였으며 최소의 소재 중량으로 설계 형상을 확보할 수 있는 단조 공정 설계 기술로 소재비를 절감했다. 무엇보다 단조품 크기가 클수록 강도와 인성을 확보하는 게 어려워진다는 점을 고려해 별도의 합금 설계와 열처리 공정을 적용했다. 이로써 기존 중소형 크랭크 샤프트보다 5배 이상 큰 크기에도 불구하고 강도는 오히려 20% 더 높은 수준을 유지하도록 하는 데 성공했다. 송민철 현대중공업 부장은 "외국산 제품보다 단조 하중이 50%가량 증가된 세계 최대 용량급 단조 장치를 개발해 높은 하중으로 설계 형상에 최대한 가까운 크랭크 샤프트를 만들어냈다"며 "이를 통해 원가 경쟁력도 10% 이상 끌어올렸다"고 말했다.