1. 프로젝트 배경
글로벌 자동차 산업의 급속한 발전과 에너지 절약 및 배출 감축에 대한 요구 사항이 점차 강화됨에 따라, 터보차저 기술은 엔진 효율을 향상시키고 배기 가스 배출을 줄이기 위한 핵심 수단으로 자리 잡고 있다. 터보차저 터빈은 핵심 구성 요소로서, 뛰어난 고온 피로 저항성, 산화 저항성 및 크리프 저항성을 갖춘 고온 합금 재료를 필요로 한다. 현재 국내 시장에서는 고온 합금 터빈 부품의 정밀 주조 기술이 성형 정확도가 낮고, 결함률이 높으며, 성능이 불안정한 등의 문제를 겪고 있어 주로 수입에 의존하고 있다. 장쑤 보위에 합금(Jiangsu Boyue Alloy)은 니켈계 합금 용해 및 정밀 가공 분야에서 오랜 기술 축적을 바탕으로, 이 정밀 주조 프로젝트를 추진하여 고급 자동차 터보차저 터빈 부품 분야의 국내 공백을 메우고, 국내 자동차 부품 산업의 핵심 경쟁력을 강화하고자 한다.
2. 프로젝트 목표
- 자동차 터보차저 터빈에 적합한 K418 니켈계 고온 합금 재료를 개발하여 안정적인 성능을 확보하고, 자동차 등급 기술 요구사항(600℃에서 인장 강도 ≥950MPa, 800℃에서 산화 저항성 ≥1000시간)을 충족한다.
- 연간 5만 세트의 고온 합금 터빈 부품을 생산할 수 있는 정밀 주조 생산 라인을 구축하여, 재료 용해, 금형 제작, 정밀 주조, 후공정 처리에 이르기까지 전 공정을 커버한다.
- 주조 합격률 ≥98.5%, 치수 정확도 ±0.02mm를 달성하고, 국내외 유명 자동차 터보차저 제조사에 성공적으로 납품하며, 수입 대체율을 75%까지 달성한다.
3. 프로젝트 실행
- 특수 합금 소재 연구개발: 전문 연구기관과 협력하여 K418 니켈계 고온 합금(Ni≥73%, Cr 13~14%, Mo 4~5%)의 성분 비율을 최적화하고, 석출 강화 상을 강화하여 소재의 고온 종합 성능을 향상시킨다. 진공 유도 용해 기술을 도입하여 합금의 순도를 확보하고, 불순물 함량을 30ppm 이하로 낮추어 기존 제련 공정에서 발생하는 성분 편석 및 거친 결정립 문제를 해결한다.
- 정밀 주조 공정 개선: 주입 시 유체 온도장 및 응고 시 액상 온도장을 시뮬레이션하기 위해 Magma 주조 시뮬레이션 소프트웨어를 도입하여 하부 주입 시스템을 최적화하고, 주입 온도를 1550℃로 설정하여 합금 용융액의 우수한 충진 능력을 확보함. 투자 주조 + 3D 프린팅 몰드 기술을 적용하여 복잡한 터빈 블레이드 구조의 고정밀 신속 성형을 실현하고, 몰드 개발 주기를 40% 단축하며 시제품 제작 비용을 30% 절감함.
- 품질 관리 및 후처리: 스펙트럼 분석기, 금상 현미경, 인장 시험기 등을 갖추어 재료 성분 검출, 금상 구조 분석, 기계적 성능 시험 등 전 공정 품질 검사를 실시합니다. 정밀 연마 및 표면 광택 기술을 적용하여 터빈 부품의 표면 조도를 Ra 0.6 이하로 유지하고, 진공 열처리를 통해 부품의 구조 밀도 및 피로 수명을 향상시킵니다.
4. 프로젝트 성과
- 시장 실적: 본 프로젝트가 양산에 들어간 후 연간 생산액은 1억 8천만 위안이며, 국내외 유명 터보차저 제조사들과 장기 협력 관계를 구축하였고, 제품은 유럽, 동남아시아 등 지역으로 수출되고 있으며, 연간 수출량은 1만 5천 세트입니다.
- 기술 혁신: 고온 합금 터빈 부품 정밀 주조 분야의 핵심 기술을 확보하여 8건의 핵심 특허(그중 발명특허 3건)를 취득하였으며, 제품 성능은 수입 제품과 동등한 수준으로 외국 기업의 기술 독점을 타파하였다. 설계된 주조 공정 및 공정 조건은 산업 현장에서 검증을 완료하여 실제 양산에 적용 가능한 가이드라인으로 활용할 수 있다.
- 산업 촉진: 자동차 부품, 금형 제조, 시험 장비 등 상·하류 산업의 발전을 견인하고, 고급 자동차 터보차저 핵심 부품의 국산화를 추진함으로써 국내 자동차 산업의 에너지 절약, 배출 감축 및 고품질 발전을 지원한다.
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