“113억5000만원 투입 ‘PQ 인코넬 718’ 국산화”
“10회 녹여 모두 만족해야 승인…40년 이력 보관”
▲송덕용 한화에어로스페이스 항공사업부 소재설계팀 수석 연구원이 5일 서울 강남구 대치동 포스코 타워에서 열린 '스틸 코리아 2025-금속 재료 GVC 컨퍼런스'에서 'K-항공 엔진 소재 개발 현황 및 추진 전략'을 주제로 발표하는 모습. 사진=박규빈 기자
“항공 엔진은 1~2mm의 작은 결함으로도 대형 사고가 발생할 수 있습니다. 만약 특정 '잉곳(Ingot, 금속 주조 덩어리)'에서 제작된 부품에서 결함이 발생할 경우, 동일 잉곳 부품이 적용된 모든 전투기는 다 운항 중지 상태(Grounding)에 빠지게 됩니다. 이는 곧바로 전력 공백과 유지·보수비 급증, 일정 지연 등 심각한 피해로 이어집니다."
송덕용 한화에어로스페이스 항공사업부 소재설계팀 수석 연구원은 5일 서울 강남구 대치동 포스코타워에서 열린 '스틸 코리아 2025-금속 재료 GVC 컨퍼런스'에서 'K-항공 엔진 소재 개발 현황 및 추진 전략'을 주제로 발표하며 이같이 말했다.
송 수석은 “항공 소재 연구·개발(R&D)은 기존 산업용과는 근본적으로 다르다"고 선을 그었다. 그는 “산업용 R&D가 정량적 목표를 정해놓고 여러 조건 변수를 바꿔가며 연구한다면 항공용 소재는 처음부터 '어떤 원료를 어떤 공정을 통해 어떤 조건으로 결과까지 가져와야 한다'는 것이 완벽하게 정해져 있다"며 “그걸 만족할 수 있는 기술이 중요하다"고 강조했다.
결함 하나에 '전투기 올스톱'... 10단계 EVS로 원천 차단
▲항공용 가스 터빈 엔진 소재 부품 신뢰성 확보 절차. 사진=박규빈 기자
전투기 운용 불능과 같은 재앙을 막기 위해 송 연구원은 한화에어로스페이스가 '엔지니어링 업체 입증 시스템(EVS, Engineering Vendor Substantiation)'이라는 극도로 엄격한 절차를 필수적으로 적용하고 있다고 밝혔다.
이 시스템은 개발 대상 선정→입증 요구서 수립→계약·발주→공정 개발(고정공정 확보, EVS/MOS 분석)→공정 확립(EVS 입증 계획 수립)→승인용 시편 제작(각 Heat별 데이터 확보)→판정(요구도 만족 여부 검토)→표준화(EVS 승인, AVL 등재)→양산 감사(Audit)→문서 보관 등 총 10단계로 구성되며, 마지막 단계에 이르기까지 모든 과정을 체계적으로 관리된다.
“10번 중 10번 성공, 40년 보관"…완벽을 요하는 신뢰성
송 수석은 EVS 승인 과정의 혹독함을 구체적으로 설명했다.
그는 “단순히 1번 녹여서 만족시켰다고 바로 승인해주는 게 아니고, 현재 기준으로는 10번을 녹여서(10 Heats) 10번을 다 만족해야만 승인해준다"고 언급했다. 이어 “한화에어로스페이스는 항공 엔진 5개사의 OEM으로서 승인권을 가지고 있고, 세아창원특수강 같은 소재 업체들은 우리에게 엔진의 승인을 받기 위해 이러한 과정들을 같이 수행하고 있다"고 부연했다.
또한 그는 “소재 업체는 이 모든 1년의 서류들을 최장 40년까지 다 보관해야 한다"며 “항공용 소재는 적용된 후 이력 관리를 하고 있어 언제 어떤 이슈가 발생할지 모르기 때문에 그 소재의 수명이 다할 때까지 모든 이력을 보관해야 하는 의무 조항이 존재한다"고도 했다.
송 수석은 '장수명 항공 엔진용 베어링 소재 국산화 기술 개발 사례(2021.12~2024.12)'를 예시로 들며 진공 유도 용해(VIM)·진공 아크 재용해(VAR)·단조(Cogging) 공정·잉곳의 상중하 및 표면·중간·중심 부위별 5개소 시편 채취 샘플링 계획, '1 용해'에서만 수백 장에 달하는 '성적서 패키지'가 산출되는 실제 개발 과정을 공개했다.
“113.5억원 투입"…'꿈의 소재' 인코넬 718 국산화 총력
▲인코넬 718 소재 부품 국산화 기술 개발에 관한 설명 자료. 사진=박규빈 기자
송 수석은 현재 진행 중인 핵심 소재부품 국산화 프로젝트를 상세히 공개했다. 가장 핵심이 되는 소재는 '꿈의 소재'로 불리는 초내열합금 '인코넬(Inconel) 718'이다.
그는 “터보팬 항공 엔진의 필수 핵심 소재인 인코넬 718의 잉곳·빌릿·주조·단조품 제조 기술 개발은 국내 항공 엔진 국산화의 기반이 되는 사업"이라며 관련 3개 과제를 소개했다.
PQ 인코넬 718 형단조품에 투입된 비용은 총 113억5000만원으로, 2023년 4월부터 60개월간 엔진의 심장인 터빈 디스크 등 핵심 회전체에 쓰이는 '프리미엄 품질' 잉곳 제조 기술 개발이 진행 중으로 세아베스틸이 주관한다.
송 수석은 “특히 'PQ 인코넬 718'은 국내 최초로 R&D를 진행하는 프리미엄급"이라며 “성분도 더 타이트하고 요구 물성도 상향된 조건인 이유는 사용 환경이 뜨거운 곳에 오랫동안 노출되고 순간적인 기동 변화·충격·진동을 다 견뎌야 하기 때문"이라고 밝혔다.
그는 “초내열합금 소재는 고청정도를 위한 '특수 정련 설비'가 필수"라며 “가장 높은 신뢰도가 요구되는 회전체 부품의 경우 미세한 결함까지 극도로 제어하기 위해 '트리플 멜팅(Triple Melting)' 공정이 적용된다"고 설명했다.
'트리플 멜팅'은 진공 유도 용해(VIM)→전기로 슬래그 재용해(ESR) 또는 진공 아크 재용해(VAR)→VAR를 거치는 극도로 복잡하고 비용이 많이 드는 공정이다.
TiAl 블레이드, 1000°C 초내열 환경에 도전
▲경량 내열 경량 내열 티타늄알루미나이드(TiAl) 합금 저압 터빈·압축기 블레이드 개발에 관한 슬라이드. 사진=박규빈 기자
인코넬 718과 더불어 엔진 경량화를 위한 '경량 내열 티타늄알루미나이드(TiAl)' 소재 국산화 현황도 공유했다.
총 82억7000만원이 투입되는 TiAl 주조품 LPT는 2024년 7월부터 54개월간 저압 터빈(LPT) 블레이드 개발이 목표다. 성능 목표는 1000°C 환경에서 비강도 100MPa/g/cm³ 급을 견디는 것이다.
60억원이 들어가는 TiAl 단조품 HCP는 2024년 12월부터 60개월 간 고압 압축기(HPC)·터빈 블레이드 개발이 목표다. 700°C 환경에서 버티고 비강도 150 Mpa/g/cm³급 성능을 확보하는 게 핵심이다.
송 수석은 “TiAl은 가볍지만 매우 취성이 강한 소재"라며 “터빈 블레이드 소재의 TiAl 마스터 잉곳 제조 기술과 단조품 성형 기술을 확보하기 위한 핵심 R&D로, 현재 랩 스케일에서 진행 중이며 내년까지 공정 확정 단계 진입을 계획하고 있다"고 설파했다.
韓 항공 엔진 생태계 구축…“협력사, 450개서 4만5000개로 확대"
송 수석은 “한화에어로스페이스는 소재 업체를 직접 소유하고 있지 않고 항상 소재 업체와 협력하는 관계"라며 “엔진 설계 체계 업체로서 소재에 대해 인증해주고, 이 인증된 부품을 채택할 수 있게 가이드 라인을 제시한다"고 했다. 그는 “현재 한화의 협력사가 450여 개인데, 앞으로 항공 엔진이 국산화된다면 450개가 아니라 뒤에 0 한 두 개를 더 붙여 4만5000개 이상의 협력사로 구성된 항공 엔진 생태계를 국내에 확실히 구축하는 것이 최종 목표"라며 발표를 마쳤다.
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