KR100432448B1 - 크롬, 니켈을 포함하는 알루미늄 합금판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크롬과 니켈을 포함하는 알루미늄 합금판의 제조방법에 관한 것으로서, 99.7% 이상의 고순도 알루미늄 괴에 그 중량의 8∼12wt% 이상의 크롬과 니켈을 각각 첨가하여 알루미늄-크롬 합금괴와 알루미늄-니켈 합금괴를 각각 제조한 다음 용해로에서 99.7% 이상의 알루미늄 괴와 상기 알루미늄 괴 중량의 8∼10wt%씩의 중량비를 각각 가지는 알루미늄-크롬 합금괴, 알루미늄-니켈 합금괴와 상기 알루미늄 괴 중량의 100∼150wt%의 알루미늄 스크랩을 각각 장입 및 용해하고 홀딩로에서 일정시간 및 온도범위로 용해액을 보유하여 슬래브로 제조한 뒤 압연, 프레스 및 소둔 과정을 거쳐 알루미늄 합금판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하여 경질피막 과정 후에 외관이 미려한 금색의 알루미늄제 조리용기를 얻을 수 있으며 종래의 조리용기용 알루미늄 합금판으로 제조되는 조리용기에 요구되는 이중 피막 과정이 불필요하게 되어 작업공정이 단축되고 따라서 상품성이 있고 경제적인 조리용기의 생산이 가능하게 된다.

Description

크롬, 니켈을 포함하는 알루미늄 합금판 제조방법{Manufacturing method for Aluminum alloy plate containing Cr and Ni}

본 발명은 크롬 및 니켈을 포함하는 알루미늄 합금판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 크롬 및 니켈을 포함하는 조리용기용 알루미늄 합금판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 조리용기용 알루미늄 합금판은 순도 99.7% 이상의 고순도 알루미늄 괴를 주재료로 하여 상기 알루미늄 괴에 실리콘, 철, 망간 등의 합금원소를 첨가 및 용해하여, 슬래브(slab)로 제조, 열간 및 냉간압연, 프레스 및 소둔 과정을 거쳐 제조하였다. 일반적으로, 조리용기는 조리시에 항상 고온의 열을 받으므로 내열성이 요구되며, 음식물이 닿는 조리용기 내면의 경우 부식으로 인한 중금속 오염방지를 위하여 내식성이 요구된다.

따라서, 내식성과 내열성을 얻기 위하여 종래의 알루미늄 합금판을 이용하여 제조된 조리용기의 표면에 열에 강한 합성수지인 태프론(taflon)을 코팅하거나, 상기 조리용기를 피막 탱크에 넣어 전기를 통전시켜 경질피막을 하는 것이 보통이다.그러나, 상기 합금원소들을 첨가한 경우, 특히 망간을 첨가한 조리용기용 알루미늄 합금판으로 만든 조리용기의 경우 상기와 같은 경질피막을 하게 되면 망간이 피막재나 피막약품과 화학반응하여 그 표면이 흑색이나 이에 가까운 색채를 띄게 되는 이른바 '흑화현상'이 발생하여 그 외관상 미려함이나 상품성이 떨어져 후라이팬 등 특정의 경우에만 그 사용이 제한되었었다. 그러므로, 원하는 색깔의 제품을 얻기 위하여는 또 다른 피막이나 코팅 작업을 할 필요가 있었고, 새로운 피막 작업 후에도 만족스러운 색깔이나 미려한 외관을 얻기가 곤란하였었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고순도의 알루미늄 괴에 크롬과 니켈을 첨가한 알루미늄 합금괴로 알루미늄 합금판을 만들고, 이러한 합금판으로 조리용기를 성형제조함으로써 경질피막하더라도 금색의 미려한 외관을 가지게 되는 알루미늄 합금판을 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 크롬, 니켈을 포함하는 알루미늄 합금판을 제조하는 주요공정을 나타낸 공정도이고,

도 2는 본 발명과 종래의 방법에 따라 제조된 알루미늄 합금판을 이용하여 조리용기 완제품을 생산하는 공정을 나타내는 공정도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 알루미늄 합금판 제조방법은 합금로에서, 순도 99. 7% 이상의 알루미늄 괴에 상기 알루미늄 괴 중량의 8∼12wt%의 중량비를 가지는 니켈, 크롬을 각각 첨가하여 알루미늄-니켈 합금괴 및 알루미늄-크롬 합금괴를 각각 제조하는 단계와;

용해로에서, 순도 99. 7% 이상의 알루미늄 괴와, 상기 알루미늄 괴 중량의 8∼10wt%의 중량비를 각각 가지는 상기 알루미늄-니켈 합금괴 및 알루미늄-크롬 합금괴와, 상기 알루미늄 괴 중량의 100∼150wt%의 알루미늄 스크랩을 각각 장입하여 용해하는 단계와;

홀딩로에서, 상기 용해로에서 용해되어 나온 용해액에 탈가스제를 취입하여 불순물을 제거하고 냉각하여 슬래브로 제조하는 단계와;

상기 슬래브를 면삭기로 표면가공하고 열간 및 냉간압연, 프레스 및 소둔하는 단계로 이루여져 있다.

니켈과 크롬 용해시의 상기 합금로의 최고온도는 1200∼1300℃ 이고, 용해시간은 니켈과 크롬 각각에 대하여 30∼40분씩인 것이 바람직하며, 상기 용해로의 온도는 820∼850℃ 이고, 용해시간은 3시간∼3시간 30분인 것이 좋다.

상기 홀딩로의 유지온도는 760∼800℃이고, 유지시간은 1시간 30분∼2시간인 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명을 첨부된 도면을 기초로 하여 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 방법에 따른 크롬 및 니켈을 포함하는 알루미늄 합금판을 제조하는 공정도이다.

먼저, 99.7% 이상의 고순도 알루미늄 괴를 합금로에 장입하고 700∼800℃의 온도에서 1시간 정도 유지하여 알루미늄 괴를 용해시킨 다음 직경 4∼5㎝ 정도의 크롬 덩어리를 상기 알루미늄 괴 중량의 8∼12wt%의 중량으로 하여 용해로에 첨가시킨다.

크롬은 경질피막 시에 피막 약품과 화학반응하여 표면을 노란 색 내지는 금색으로 만들어 주는 역할을 하는데, 8wt% 이하의 크롬을 첨가시에는 경질피막 후의 제품 색깔이 탁하거나 연한 노란 색을 띄게 되므로 알루미늄 괴 중량의 최소한 8wt% 이상이 필요하다. 12wt% 이상의 크롬 장입시에는 경질피막 후의 제품 색깔이 너무 진한 노란 색이나 종래의 조리용기용 알루미늄 합금판의 경우와 유사한 어두운 색깔의 외관을 띄게 되므로 상기의 중량비로 크롬 장입량은 제한된다.

크롬 장입시의 합금로의 온도는 700∼800℃이며, 차츰 온도를 상승시켜 최고온도가 1200∼1300℃의 온도가 되도록 한다. 크롬 장입에서 용해가 끝날 때까지 30∼40분의 시간이 소요된다. 크롬 용해시의 합금로의 최고온도가 1200℃ 이하가 되면 용해되는 크롬이 알루미늄 조직 내부로 완전히 균일하게 확산되지 않을 수 있어 완성된 알루미늄 합금판에 얼룩 형태의 무늬가 생길 우려가 있으므로 1200℃ 이상의 온도가 필요하며 같은 이유에서 용해시간도 30분 이상이 필요하다. 그리고, 최고온도 1300℃ 이상의 온도로 크롬을 일정시간 유지하면 알루미늄의 산화가 급속도로 진행되고 이로 인하여 슬래그가 많이 발생하게 되어 품질과 제품수율에 큰 영향을 끼치므로 최고온도는 1300℃ 이하로 유지하여야 한다. 같은 이유로 크롬 장입시부터 최종 용해완료시까지의 시간은 40분 이하인 것이 바람직하다.

또한, 99.7% 이상 순도의 알루미늄 괴를 장입 및 용해시키고, 그 중량의 8∼12wt%의 중량비를 가진 두께 3∼4㎜ 정도의 니켈판을 크롬과 같은 용해시간과 최고온도의 제한조건으로 용해시킨다. 니켈에 대한 용해시간과 용해온도의 범위를한정하는 이유도 크롬의 경우와 같다.

니켈은 알루미늄 합금판의 조직을 미세화시키는 원소로서, 알루미늄 합금판을 냉간압연한 후 프레스할 때 표면이 갈라지거나 깨어지는 이른바 터짐 현상을 방지하기 위해 알루미늄 괴의 최소한 8wt% 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 12wt% 이상 첨가하는 경우엔 상기의 터짐방지 효과의 상승폭은 둔화되므로 경제성의 측면에서 상기의 범위로 제한하는 것이다.

니켈과 크롬의 용해과정은 순차적으로 진행되며 그 순서가 바뀌어도 상관없고 별개의 합금로에서 동시에 진행될 수도 있다.

니켈과 크롬의 용해가 완료되면 합금로에서 배출, 냉각시켜 알루미늄-니켈 합금괴와 알루미늄-크롬 합금괴로 만든다.

한편, 1000∼1300 kg인 99.7% 이상의 고순도 알루미늄 괴와, 상기 고순도 알루미늄 괴 중량의 100∼150wt%의 알루미늄 스크랩과, 상기 알루미늄 괴 중량의 8∼10wt%의 중량비를 각각 가지는 상기 알루미늄-니켈 합금괴와 알루미늄-크롬 합금괴를 용해로에 장입하고 820∼850℃의 온도로 3시간∼3시간 30분의 시간 동안 용해시킨다. 스크랩의 첨가로 용해로의 온도는 합금로의 온도보다 낮아지게 된다. 용해로의 온도범위 및 용해시간 역시 완제품의 얼룩발생방지, 알루미늄의 산화방지, 제품수율의 측면에서 제한된다.

첨가되는 성분들의 중량비율은 상기 알루미늄 합금판으로 성형제조한 조리용기의 경질피막 후의 색깔과 관련하여 정해진다. 즉, 색깔에 영향을 미치는 크롬의 함량은 알루미늄 함량의 0.4∼0.65wt%일 때 가장 선명한 금색을 띄게 되며, 이러한범위의 크롬 함량을 가지는 알루미늄 합금판을 제조하기 위하여 상기와 같은 비율로 중량비율을 조정하는 것이다.

니켈의 함량은 상술한 바와 같이, 조직 미세화 및 터짐 현상 방지를 위하여 상기의 중량 비율로 첨가되는 것이다.

99.7% 이상의 고순도 알루미늄 괴의 중량은 1000∼1300kg인 것이 좋으나, 노의 크기나 작업조건을 고려하여 그 이상이나 이하의 중량을 선택할 수도 있다. 그러나, 첨가되는 구성요소들간의 중량비율은 상기와 같이 정하는 것이 바람직할 것이다.

다음의 용해작업을 위하여 용해로를 비워야 할 필요가 있으므로 용해로의 용해액은 용해로에서 배출되어 홀딩로에서 일정시간 동안 보유된다.

홀딩로 과정은 일반 합금 생산과정에서 통상적으로 거치는 과정이며, 단순히 합금을 보유할 뿐 아니라 탈가스제 등 약품을 취입하여 용해액에 개재되어 있는 불순물과 가스를 제거하는 과정이기도 하다.

상기 홀딩로에서 용해액은 760∼800℃의 온도범위로 1시간 30분∼2시간 동안 유지된다. 용해액이 상기 온도 및 시간 범위 이하로 유지될 경우 완성품인 알루미늄 합금판에 얼룩이 발생할 수 있고, 상기 범위 이상으로 유지될 경우 냉각 수축시 합금판 표면과 표면과 가까운 판 상단부에 수축공 등의 결함이 다수 발생하여 추후 면삭 과정에서 제거하여야 하고 이로 인해 제품수율이 감소할 우려가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 중요하다.

홀딩로에서의 불순물제거 및 탈가스 과정을 거친 용해액은 냉각되어 슬래브형태로 만들어지며, 면삭기에서 표면의 굴곡을 제거하고, 열간 및 냉간 압연 과정을 거쳐 프레스하여 원형 형상의 반제품으로 만든 뒤에 소둔로에서 응력제거와 기계적 특성 회복 과정을 거쳐 최종제품인 알루미늄 합금판으로 된다.

도 2는 본 발명의 알루미늄 합금판을 이용하여 조리용기 완제품을 생산하는 공정(도 2의 a)과 종래의 알루미늄 합금판을 이용하여 조리용기 완제품을 생산하는 공정(도 2의 b)을 비교한 공정도이다. 도 2에서 보여지듯, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판을 성형하여 조리용기를 만든 후 경질피막 과정을 거치면 미려한 금색의 외관을 가진 조리용기가 만들어지므로 또 다른 코팅이나 피막 과정이 불필요하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 합금판 제조방법은 종래의 망간, 실리콘, 철을 첨가한 알루미늄 합금판 대신 크롬과 니켈을 첨가한 알루미늄 합금판 제조방법에 관한 것으로서, 조리용기의 내구성, 강도, 내열성, 내부식성을 위한 경질피막 과정을 거치면 금색의 미려한 외관을 가진 조리용기를 만들 수 있어 상품성이 있는 조리용기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 경질피막 후 흑색이나 이에 가까운 색채를 가지게 되는 종래의 조리용기용 알루미늄 합금판이 미려한 외관을 위하여 또 다른 코팅이나 피막 과정을 요구하며, 그러한 과정 후에도 만족스런 색깔을 얻지 못하는 것에 비하여, 본 발명의 방법에 따른 알루미늄 합금판으로 제조된 조리용기의 경우 이러한 이중피막 작업이 불필요하게 되어 작업공정이 단축되어 더욱 경제적으로 조리용기를 생산할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 합금로에서, 순도 99. 7% 이상의 알루미늄 괴에 상기 알루미늄 괴 중량의 8∼12wt%의 중량비를 가지는 니켈, 크롬을 각각 첨가하고, 1200~1300℃의 온도로 상기 니켈 및 크롬 각각에 대하여 30~40분간 용해함으로써, 알루미늄-니켈 합금괴 및 알루미늄-크롬 합금괴를 각각 제조하는 단계와;

   용해로에서, 순도 99. 7% 이상의 알루미늄 괴와, 상기 알루미늄 괴 중량의 8∼10wt%의 중량비를 각각 가지는 상기 알루미늄-니켈 합금괴 및 알루미늄-크롬 합금괴와, 상기 알루미늄 괴 중량의 100∼150wt%의 알루미늄 스크랩을 각각 장입하고, 820~850℃의 온도로 3시간~3시간 30분간 용해하는 단계와;

   홀딩로에서, 상기 용해로에서 용해되어 나온 용해액을 760~800℃의 온도로 1시간 30분~2시간 유지함과 동시에, 탈가스제를 취입하여 불순물을 제거하고 냉각하여 슬래브로 제조하는 단계와;

   상기 슬래브를 면삭기로 표면가공하고 열간 및 냉간압연, 프레스 및 소둔하는 단계로 구성되는 알루미늄 합금판 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제