철도 차량용 소재는 초기 연강에서 스테인리스 스틸로, 현재는 알루미늄이 주류를 이루고 있다. 알루미늄 압출 소재는 경전철이나 고속전철 등 다양한 철도 차종에 적용되면서 지금까지 차량 경량화에 많은 기여를 해왔다.
지난 16일 재료연구소가 마련한 소재융합 정기세미나에서 윤시영 현대로템 책임연구원은 “최근 철도 차량의 경량화는 경제성, 안정성 등 여러 면에서 한계에 직면했다”며 “이를 넘어서기 위해 알루미늄 소재의 다양화, 복합재 등 신소재 개발 적용 등 여러 연구가 이뤄지고 있다”고 설명했다.
새로운 철도차량 경량화의 주역으로 부각되고 있는 소재는 고강도 알루미늄과 복합재, 난연 마그네슘 합금 소재 등이다.
고강도 알루미늄은 가벼운 알루미늄의 장점에 강도를 높인 새로운 알루미늄 압출재로 이미 자동차 등에 많이 사용되고 있다.
복합재는 여러 소재를 결합해 만든 것으로 연강에 스테인리스, 알루미늄 등을 결합한 샌드위치 패널이 대표적이다. 이러한 복합재는 소재의 특성뿐 아니라 적층 구조 설계로 차체 경량화가 용이하다. 중량 대비 강도는 우수한 반면에 용접이 필요 없어 다양한 형상을 제작할 수 있다.
하지만 가격이 비싸고 연결 접합부의 기술적 난제를 해결하기 어렵다. 사고 시에는 수리 범위 선정에서 보수과정까지 약점이 있고, 폐기 시에는 환경 문제도 야기될 수 있다.
난연 마그네슘 합금은 가볍고 안전성까지 가미한 소재로 일본 등에서 이미 차량 적용을 위한 기술개발에 착수한 상태다.
국내는 재료연구소와 철도연 등 기관, 현대로템 등 관련 기업을 중심으로 철도 차량용 첨단 소재 연구를 지속적으로 추진하고 있다. 신소재 개발에 이어 철도 차량에 적용되면 기존 차량의 무게를 다시 대폭 낮출 수 있을 것으로 예상된다.
문제는 철도 차량의 특성상 승객 안전에 관한 최고의 신뢰도를 갖춰야 하기에 첨단 소재 개발이 실제 철도 차량에 적용되기까지는 오랜 시간이 걸린다는 점이다. 실제로 국내에서 몇 몇 복합재를 개발했고 이를 차체 일부에 적용해 시험 운행도 완료했지만 실제 양산으로 이어지지는 못했다.
윤시영 책임연구원 “철도 차량용 첨단소재를 개발 적용해 철도 차량의 경량화를 재시도해야 할 시점”이라며 “개발 신소재를 차량 부품 중 강도 및 강성에서 상대적으로 자유로운 지붕 골조 등의 분야에 우선 적용, 문제점을 보완하는 방식으로 사용을 확대해 나가야 할 것”이라고 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
