배관설비공사용 표준시방서 내에 냉매배관용 STS가 개정·고시되며 관련 기술개발 현황과 향후 전망을 논의하는 자리가 마련됐다. 

 

한국철강협회 STS(스테인리스스틸)클럽은 지난 3월4일 서울 강남 포스코센터에서 ‘2026 스테인리스 냉매배관 세미나’를 개최했다고 밝혔다.

 

이번 세미나는 국토교통부 배관설비공사용 표준시방서(KCS 31-20-15)가 개정·고시되며 STS 냉매배관(PossFD) 적용 범위가 확대됨에 따라 관련 기술현황을 공유하며 향후 적용·확산 방향을 논의하기 위해 마련됐다.

 

이날 세미나에서는 △PossFD 냉매배관 소개(강형구 포스코 박사) △PossFD 냉매배관 내식성 연구 결과(이승환 포스코 박사) △PossFD 냉매배관 용접기술 개발 현황(이원배 포스코 박사) △PossFD 냉매배관 개발 현황 및 현장시공 사례(안동욱 포스코 박사) △LG전자 포스코 시공 결과 분석 및 PossFD 냉매배관 활성화 계획(최정훈 LG전자 사업부 팀장) 등으로 주제발표가 진행됐다.

연질성·가격 경쟁력 향상 ‘PossFD’

강형구 포스코 박사는 ‘PossFD 냉매배관 소개’를 주제로 발표했다.

 

PossFD는 ‘Posco Stainless Steel with Flexibility & Drawablility’라는 뜻으로 연질과 성형성이 강화된 제품이다.

 

강형구 박사는 “구리 가격이 계속 상승하는 추세로 동관 대체 필요성이 커지고 있는 가운데 PossFD는 10년 전 이미 개발이 완료됐으나 당시 동관대비 대체관으로써 메리트가 없었다”라며 “대신 해당 기간동안 실증과 솔루션, 고객경험 등을 확보하며 준비했다”고 말했다.

 

PossFD의 경질성은 구리와 스테인리스304 중간으로 구리보다 경질성이 크지만 배관으로 사용할 수 있으며 배관에 필요한 재질에 만족하는 상태다. 또한 스테인리스304보다 낮은 항복강도와 낮은 가공경화를 가지는 특징이 있다. 이와 같은 결과는 PossFD가 구리를 대체해 스테인리스관으로 사용가능하다.

 

강형구 박사는 “냉매배관을 동관으로 대체하기 위해 필요한 특징 중 하나는 구부리기 쉬운 연질특성으로 작업자들이 실내기와 실외기 연결을 쉽게 한다”라며 “연결하기 쉽게 하기 위해서는 용접 조인트도 필요하며 사용 중 부식에도 강한 내식성이 중요하다”고 설명했다.

 

이어 “세 가지 특징이 소재에 중요하다보니 필수적으로 사용할 성분들을 고려하면서도 구부리기 쉽게 만들어야 된다는 것이 요구됐다”라며 “C(탄소), N(질소), Cu(구리) 등 원소 함량을 제어해 가공경화를 최소화해 연질성을 향상시켰다”고 밝혔다.

 

한편 현재 PossFD 냉매배관은 동관 가격의 절반 수준으로 원활한 현장적용을 위해 솔루션 개발을 진행하고 있다.

 

PossFD, 대기 부식 환경서도 내식성 ‘만족’

이승환 포스코 박사는 ‘PossFD 냉매배관 내식성 연구 결과’를 보고했다.

 

에어컨 냉매배관은 구리나 알루미늄 등 경쟁소재들이 존재한다. PossFD는 이러한 소재들을 전면 대체 적용이 아닌 혼용하는 과정을 거쳤다. 이에 따라 탄소와 함께 사용했을 때 내식성 문제 발생 여부에 대한 검토 요청이 있어 이에 관한 연구가 진행됐다.

 

발표에서는 에어컨에 적용되는 엔드플레이트 부품이 소개됐다.

 

이승환 박사는 “기존 엔드플레이트에는 아연도금강판을 사용했지만 Torch브레이징으로 접합하는 부분들은 아연도금강판에서 부식으로 인한 문제가 발생했다”라며 “이와 같은 결과는 열을 가했을 때 아연도금강판에서 아연이 소모되고 그만큼 부식이 일어나는 속도가 빨라진다는 걸 예측할 수 있다”고 말했다.

 

이어 “다른 소재를 사용했을 때 부식은 전이가 낮은 비금속에서 많이 발생했다”라며 “전이가 구리보다 높은 스테인리스를 사용했을 때 스테인리스에 의해 구리가 영향을 받아 부식이 빨라지는지 여부가 우려였다”고 밝혔다.

 

스테인리스를 엔드플레이트로 사용했을 때 부식 전이가 높은 결과가 나타났지만 구리의 부식 속도를 거의 증가시키지 않은 ‘0’에 가까운 값으로 나타났다.

 

스테인리스는 다른 소재와 같이 사용해도 탄소재의 부식을 억제하기 때문이다. 이에 따라 스테인리스는 화학소재와 조합해 쓸 때 장점이 있다는 것으로 나타났다.

 

이어 각 소재들로 배관을 만들어 내식성을 평가한 결과도 발표됐다.

 

이승환 박사는 “에어컨 냉매배관과 같은 경우 내부는 냉매가 흘러 부식에 의한 손상이 적지만 외부는 대기 부식 환경에 놓여 이를 고려해야 했다”라며 “스테인리스관은 손상 깊이 정도가 타 소재대비 낮게 분포돼 보편적인 대기 부식 환경에서 스테인리스가 내식성 측면에서 충분한 이점이 있다는 결과가 도출됐다”고 밝혔다.

 

고주파 브레이징장치 개발, 작업안정성·작업속도 개선

이원배 포스코 박사는 ‘PossFD 냉매배관 Brazing 용접기술 개발 현황’에 대해 설명했다.

 

브레이징(Brazing)용접기술은 모재가 녹지 않는 온도까지 가열해 용가재(Filler Metal)만 녹이는 기술이다. 현재 에어컨용 용접기술은 △Torch △Induction △Furnace 등으로 나뉜다.

 

에어컨 배관에 사용되는 부품별 소재에 따라 브레이징 기술이 다르게 적용된다. △실내·외기에 적용되는 Cycle배관 △상업용 시공배관 △건설용 매립배관 등에는 주로 구리가 사용되며 Cycle배관에는 기술개발을 통해 일부 PossFD가 적용된 상황이다. 기본적으로 Torch브레이징기술이 사용되고 있다.

 

스테인리스는 구리에 비해 열전도율이 25배 떨어지는 특성으로 모재 가열속도가 낮다. 또한 스테인리스는 부동태피막이 있어 때문에 구리용 용가재가 잘 젖지 않는 단점이 있다. 부동태피막을 약화시키기 위해 산화방지 Flux를 도포하는 작업이 필요하지만 해당 과정이 복잡하며 구리보다 브레이징 시간이 소요된다.

 

구리에 쓰이는 브레이징소재는 BCup이지만 스테인리스는 BAg(AG>30%) 사용으로 비용이 증가한다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 PossFD 동종과 PossFD·구리를 이종접합해 Torch브레이징하고 있다.

 

그러나 구리 가격 상승으로 올라간 가격을 PossFD를 적용하면 원가절감이 가능하지만 PossFD에 적합한 브레이징 비용이 증가해 소재가격 효과는 없는 것으로 나타났다.

 

이원배 박사는 “PossFD 고성형 소재에 더해 브레이징 패키지 솔루션 개발에 착수해 테스트 중에 있다”라며 “용접은 저원가 용접재료와 산화방지 Flux를 개발함에 따라 Torch브레이징이 가능하게 했으며 휴대용 고주파 브레이징장치를 개발해 작업안정성과 배관 작업속도를 개선시켰다”고 말했다.

 

용접재료 원가를 절감하기 위해 Ag함유량을 최소화했으며 액상선은 900℃ 이하로 융점을 저하했다. 또한 소구경 제조가 가능하게 만들어 양산 생산이 가능하도록 개발했다.

 

PossFD 동종 접합강도를 알아보기 위해 진행된 비틀림 시험에서 △CuZn+5Ag 개발재 모두 모재 파단이 발생 △CuZn 상용재 모재·계면 파단 혼재 △BCuP5(Ag15%+P6%) 상용재는 계면 파단이 발생했다. 이에 따라 개발 소재가 높은 수준의 접합부 강도가 확보됐다는 것을 알 수 있다.

 

내식성 평가에서는 공식깊이가 △Torch브레이징·전해연마 △Torch브레이징 △로브레이징 등 순으로 낮았다.

 

이원배 박사는 “기존 Torch브레이징은 화재 위험과 작업난이도가 높다는 한계가 있어 무화염 고주파 브레이징방식 적용이 검토됐다”라며 “PossFD는 비저항이 높으며 열전도율이 낮아 고주파 인덕션브레이징 효율이 우수해 단상 220V 전원을 사용하며 무게 약 10kg 이하인 휴대용 고주파 용접기를 개발했다”고 밝혔다.

 

해당 용접기는 수직·수평방향별로 용접조건이 최적화됐으며 공정별 CO₂ 배출량 분석결과 Torch브레이징 보다 배출량이 낮았다.

 

이원배 박사는 “현장도입을 위해 브레이징 교육과 실습을 지원하고 공정별 가이드북도 제공하고 있다”라며 “현장 테스트용 고주파 브레이징 장비 대여 및 기술지원도 가능하다”고 알렸다.

 

무용접 조인트, 화재안전·시간단축 등 현장시공 개선

안동욱 포스코 박사는 ‘PossFD 냉매배관 개발현황 및 현장시공 사례’를 공유했다.

 

동관 용접작업 시 시공 현장에서 유해가스 발생, 화재 위험 등 문제가 발생한다. 이러한 문제와 현장에서 시공성을 개선하기 위해 포스코는 무용접 조인트기술을 고객사인 대천과 에버테크코퍼레이션 등과 개발했다.

 

대천과는 PossFD 조관기술을 개발했다. 무용접 스테인리스 냉매배관은 동관처럼 쉽게 구부릴 수 있으며 동관대비 부식 저항성이 우수하다.

 

안동욱 박사는 “PossFD만의 기술은 슬리팅 코일·관형화 시 성형롤 마모에 따른 정밀치수형상 유지가 가능하다”라며 “튜브와 플러그 마찰력을 줄여 소성가공 부하를 감소시킴으로써 정밀치수 확보가 가능하며 내외면 용접 비드 제거도 할 수 있다”고 말했다.

 

또한 유사강종대비 약 5~20배 높은 생산 속도를 유지할 수 있으며 고주파 열처리방식과 알루미늄 냉각로 적용으로 급속냉각을 구현해 내식성을 향상시켰다.

 

에버테크코퍼레이션과는 무용접 조인트기술을 개발했다.

 

안동욱 박사는 “무용접으로 화재 발생 위험이 없으며 비 숙련공도 간단하게 삽입하는 것만으로 시공이 가능해 용접 조인트대비 시공시간이 11배 단축된다”라며 “해당 조인트에는 PossFD가 삽입돼야 하는 필요 깊이가 존재해 라인마킹이 있는 곳까지 넣으면 되며 고정장치도 존재해 조인트가 빠지는 상황도 방지했다”고 설명했다.

 

원터치 조인트에 서비스밸브를 더한 ‘무용접 조인트 일체형 서비스 밸브’도 개발하며 경제성을 확보하고 누기도 방지했다. 내압테스트와 열충격테스트를 진행한 결과에서 둘 다 이상이 없는 것으로 알려졌다. 결과적으로 PossFD와 무용접 조인트 기술을 통해 기존 공법대비 약 30% 수준의 비용절감 효과가 예상된다.

안동욱 박사는 "PossFD와 무용접 조인트기술은 △국가신기술(NET: New Excellent Technology) △SOC 기술 마켓 혁신기술 △미국 UL(Underwriters Laboratory) 마크 △KS D 3576표준 △KCS 31 20 15 △산업통상부 장관상 수상 등을 획득했다"라며 "현재 PossFD는2017년 개발 초기 공동주택에 일부 적용한 후 △학교 △단독주택 등에도 적용되며 문제없이 사용되고 있다"고 말했다.

 

2021년부터 현장적용, 누설·부식 無

최정훈 LG전자 사업부 팀장은 ‘LG전자 포스코 시공 결과 분석 및 PossFD 냉매배관 활성화 계획’에 대해 발표했다.

 

LG전자는 지난 2016년도부터 PossFD를 검토했으나 용접이나 경제성 등으로 보류했었다가 2021년도부터 본격적으로 검토와 레퍼런스 현장을 구축해 데이터를 수집해가고 있다.

 

LG전자는 2021년 연구소에서 PossFD와 무용접 조인트에 대한 별도 테스트를 진행했다. 그 결과 6가지 항목 중 한 가지 작업선에서만 오류를 발견했다.

 

핸드컷으로 절단 시 단면부가 안쪽으로 밀려났으며 쏘우컷으로 절단 시에는 단면부가 불규칙하게 나타났다. LG전자는 쏘우컷 절단 시 오링이 파괴되며 기밀성이 해치게 됐다고 예상했다. 이에 따른 부분은 핸드컷방식으로 배관을 절단하게 하며 현장 작업자들 교육을 통해 품질을 확보하고 있다.

 

최정훈 팀장은 “처음 PossFD와 무용접 조인트를 적용한 현장은 2021년 포스코 광양제철소 직원생활관으로 총 40개 지점에 적용했으나 스테인리스 배관으로 모두 적용한 것은 아니다”라며 “한 부분은 동관으로 설치하거나 동관 사이 무용접 조인트를 사용하는 등의 지점도 있다”고 밝혔다.

 

이어 “설치 후 4년이 지난 시점 테스트 검수를 진행했는데 누설에 대한 흔적은 없었다”라며 “일부 황동 플레어부분에서 부식이 확인됐으나 수분에 의한 방청이 일어난 것으로 보인다”고 설명했다.

 

현재까지 광양포스코 홍보관에는 1,000세트, 인재창조원 식당에는 약 1,200세트 등을 설치 적용한 상태로 설치 당시 이상은 없었다. 두 곳 모두 설치 후 2년이 지나지 않아 아직 현장검증은 이뤄지지 않았다. 2024년 설치된 포항 기술연구원에는 400세트를 설치했으며 2025년 말 현장검증에서 누설이나 부식 등 문제는 없었다.

최정훈 팀장은 “현재 포스코 내부 5개 현장과 외부 1개 현장에 시공을 완료했다”라며 “냉매배관이 시장에 잘 적용할 수 있도록 지속적인 테스트를 이뤄나갈 것”이라고 말했다. 이어 “건설현장에서 화기 사용이 거의 퇴출될 예정으로 보이며 동관에서 스테인리스 배관으로 변화하는 흐름”이라며 “LG전자가 선제적인 대응을 해 포스코와 좋은 모델을 만들 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.