KR100483649B1 - 5중 접합 클래드판과 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스강판과 알루미늄판 및 동판을 일련의 순으로 적층하여 압연에 의해 접합시킨 5중 접합 클래드판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 5중 접합 클래드판은, 스테인레스강판(11)과 알루미늄판(12)과, 동판(13)과, 알루미늄판(12)과, 스테인레스강판(11)이 일련의 순으로 적층접합된 5중 적층 구조를 특징으로 하며, 알루미늄판(12)에 브러싱을 실시하는 단계(100)와; 상기 알루미늄판(12)과 스테인레스강판(11)을 300~500℃의 온도로 25∼30분간, 동판(13)을 200∼500℃의 온도로 10∼25분간 각각 가열하는 단계(200)와; 동판(23)을 로에서 인출한 후 상온으로 냉각하는 단계(300)와; 냉각된 동판에 브러싱을 실시하는 단계(400)와; 가열된 스테인레스강판과 알루미늄판 및 냉각된 동판을 스테인레스강판/알루미늄판/동판/알루미늄판/스테인레스강판의 순으로 적층하는 단계(500)와; 5중으로 적층된 적층판을 압연하는 단계(500)를 통하여 만들어진다.

본 발명의 5중 접합 클래드판은 외표면이 스테인레스강판으로 이루어져 외관이 미려하면서도 단면부를 통하여 동판의 단면이 드러나므로써 동판 고유색에 의해 장식성이 향상되며, 5중 적층 구조에 의해 열용량이 증가하여 가열된 음식물이 빨리 식는 것을 방지되고, 각 금속 판재를 대기 분위기에서 가열하므로써, 생산 설비의 최소화를 통한 제조 원가의 절감과 생산성의 현저한 향상이 가능할 것으로 기대된다.

Description

5중 접합 클래드판과 그 제조 방법{The 5-ply clad sheet made of stainless steel sheet, aluminum sheet and coppper sheet, and the manufacturing method of it}

본 발명은 스테인레스강판, 알루미늄판, 동판, 알루미늄판, 그리고, 스테인레스강판이 일련의 순으로 적층되어 결합된 5중 접합 클래드판과 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 스테인레스강판 및 브러싱 처리된 알루미늄판과, 동판을 대기 분위기의 두 가열로에서 서로 다른 가열 조건으로 각각 가열한 후 냉각된 동판의 양 표면을 브러싱한 상태에서, 냉각된 동판과 냉각되지 않은 스테인레스강판 및 알루미늄판을 스테인레스강판/알루미늄판/동판/알루미늄판/스테인레스강판의 순으로 적층하여 압연에 의해 접합시킨 5중 접합 클래드판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

주방 제품인 프라이 팬이나 냄비 주전자 등에 사용되는 보편적인 소재로는 알루미늄판, 동판, 스테인레스강판 등을 들 수 있으며, 이들을 원하는 형태로 드로잉 가공하여 상기 주방 제품들을 만들고 있으나, 알루미늄판 또는 동판으로 만들어진 제품의 경우에는 그 표면에 인체에 유해한 표면 산화물이 형성되어 실생활의 용도로는 사용하기 부족하다는 단점이 있다.

특히, 알루미늄의 경우에는 다양한 음식물에 대한 내식성이 부족할 뿐 아니라, 끓는 물과 접촉 시에는 수산화알미늄과 같은 화합물이 그 표면에 생성되어 표면 색상이 검게 변색되는 단점이 있으며, 알츠하이머병을 유발한다하여 선진국에서는 직접적인 사용을 금하고 있기도 하는 바, 알루미늄 제품의 경우에는 그 표면에 특수 코팅을 하여 사용하는 것이 일반적이다.

상기와 같은 단점 외에, 동판이나 알루미늄판의 경우 연질 재료임에도 불구하고 금속조직학적으로 볼 때 다른 철강제품에 비해 드로잉 가공성이 떨어질 뿐 아니라, 외부 충격에 의한 변형이 발생하기 쉽고 비교적 고가이기 때문에, 비교적 저가이며 적절한 드로잉 가공성과 강성을 가지며 내식성 및 표면 광택 등이 우수한 스테인레스강판이 주방 제품에 가장 널리 사용되고 있다.

그러나, 스테인레스강판의 경우 내식성은 우수하나 열전도성이 나쁘기 때문에, 드로잉 가공에 의해 만들어진 제품의 경우 가열을 했을 때 바닥면을 통한 열의 흡수가 빠르지 못하여 손실되는 열이 많고, 열이 균일하고 신속하게 분산되지 못하여 국부적인 과열이 초래되는 단점이 있다.

즉, 에너지의 효율적인 이용 측면에서 상기 스테인레스강판은 알루미늄판이나 동판에 비하여 바람직하지 못한 결점을 가지고 있다.

따라서, 광택성과 강성은 우수하나 열전도성이 떨어지는 스테인레스강판의 단점을 해결하기 위하여 내산화성과 강성은 떨어지나 열전도율이 우수한 알루미늄판이나 동판과 같은 이종의 금속 판재를 상기 스테인레스강판에 접합시켜 서로의 장점을 발휘할 수 있도록 한 클래드판이 개발되었으며, 대표적인 것이 알루미늄판과 스테인레스강판의 클래드판이다.

상기 알루미늄판과 스테인레스강판이 접합된 클래드판의 경우 알루미늄판은 음식이 닿지 않고 불에 닿게 되는 외표면이나, 두 장의 스테인레스강판 사이에 접합되는 것이 일반적인 바, 이는 알루미늄판이 타 금속재료에 비하여 가볍고 열전도성이 뛰어나기는 하나 음식물에 대한 내식성이 약한 단점을 갖고 있기 때문이다.

상기 스테인레스강판과 알루미늄판이 접합된 클래드판은 스테인레스강판만으로 만들어진 주방 제품에 비하여 열의 전도성 측면에서는 향상이 이루어지나, 두 금속판의 색깔이 유사하기 때문에 장식성에 있어서는 오히려 광태석이 우수한 스테인레스강판만으로 이루어진 것 보다 떨어지는 단점이 있다.

그러나, 생활수준의 향상과 함께 주방 제품들에 대한 고급화가 요구됨에 따라 상기 알루미늄판 보다 열 전도성이 더욱 우수하면서도 장식성과 외관성이 우수한 동판을 스테인레스강판에 접합시킨 커퍼 클래드판이 개발되었다.

상기 커퍼 클래드판은 동판과 스테인레스강판의 사이에 알루미늄판을 개재시켜 통상적으로 3중 접합 클래드판으로 만들어지는 바, 동판과 스테인레스강판을 직접적으로 접합시키기 어렵기 때문에 연질의 알루미늄판이 일종의 접합부재로 사용는 것이다.

이때, 상기 동판을 사용한 3중 접합 클래드판은 동판이 표면으로 드러나기 때문에 장식성은 우수하나, 동판이 대기와 접촉하게 되어 대기중에 함유되어 있는 이산화탄소, 이산화황 및 수분 등과 동판 표면이 반응하여 인체에 해로운 녹청이 발생하게 되는 문제가 있으며, 그 제조 방법에 있어서도 다음과 같은 문제가 있다.

상기 클래드판은 일반적으로 가열된 상태의 금속 판재를 대상으로 하는 열간 압연 방법에 의해 제조되기 때문에 판재 사이의 표면 접합을 방해하는 산화물층이 형성되지 않도록 환원성 분위기 하에서 금속 판재를 가열하는 것이 중요하다.

특히, 가열시 동판 표면에 생성되는 동 산화물은 취성을 가져 표면으로부터 충격 등에 의해 쉽게 탈락되기 때문에 접합에는 치명적이다.

따라서, 3중 접합 클래드판에 사용되는 동판은 환원성 분위기가 보장되는 특수 가열로에서 가열하거나, 동판의 표면에 니켈이나 크롬 등을 도금하여 일반 가열로에서 가열하였기 때문에 분위기 가스가 공급되는 특수 가열로 또는 도금에 의해 설비 장치가 복잡해지고 제조 원가가 상승되는 문제가 있었다.

그리고, 동판을 사용하여 3중 적층 구조를 가지는 클래드판의 경우 열전도성 및 연성은 우수한 것으로 판명되었으나, 동판이 대기와 접촉하게 되어 대기중에 함유되어 있는 이산화탄소, 이산화황 및 수분 등이 동판과 반응하여 인체에 해로운 녹청이 발생하는 단점이 발견되었으며, 열전도율은 떨어지나 강성이 우수한 금속에 열전도율이 우수한 금속을 접합시켜 열 효율을 향상시키면서 접합에 의해 열용량을 증사시켜 가열시 급속히 가열되고 소화시 급속히 식는 금속 조리기구의 단점을 보완하기 위하여 상기 클래드판이 개발되었으나 3중 접합만으로는 클래드판에 충분한 열용량을 부여할 수 없었다.

즉, 종래의 2중 내지는 3중 클래드판의 경우 세라믹이나 토기류 등에 비하여 열을 장시간 보유하는 능력이 매우 떨어지는 단점이 있다.

또한, 비산화성 분위기가 아닌 일반 대기 중에서 동판을 가열시 그 표면에 발생되는 산화물 형성을 방지하기 위하여 동판의 가열을 150~200℃구간에서 실시하는 방법이 개발되기도 하였으나, 이러한 가열 방법은 가열 설비를 단순화시키는데 이점은 있으나, 동판 표면에 잔류하는 압연유 등과 같은 기름 성분이 완전히 제거되지 않고 이러한 유기물들이 접합을 방해하게 되기 때문에 동판을 가열하기전 동판 표면을 세척하는 단계가 필요로 되는 문제가 있다.

본 발명은 종래 동판을 접합시킨 클래드판과 그 제조 방법이 갖는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 표면으로 드러났던 3중 접합 클래드판의 동판 표면이 외부로 드러나지 않도록 하여 음식물 및 대기와의 접촉을 방지하여 내산화성 문제를 해결하고, 측단면부는 외부로 드러나도록 하여 동판 고유색에 의한 측면 장식성을 부여하며, 클래드판의 열용량을 증가시켜 열 보유 능력을 향상시키므로써 가열된 음식물의 보온 능력을 향상시키는 동시에, 금속간 접합을 방해하는 금속판 표면의 산화피막 형성 방지를 위하여 환원성 분위기 또는 고진공 분위기를 형성시키거나 산화방지용 도금을 실시하는데 필요한 복잡하고 고가인 설비가 필요 없는 클래드판과 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 스테인레스강판과 알루미늄판의 대기 중 가열과, 알루미늄판 및 동판 표면의 브러싱 작업에 의하여 달성된다.

본 발명의 5중 접합 클래드판은 스테인레스강판/알루미늄판/동판/알루미늄판/스테인레스강판의 5중 적층 구조를 가지며, 스테인레스강판은 양 표면이 브러싱된 알루미늄판과 함께 가열되나, 동판은 스테인레스강판 및 알루미늄판과 별도로 가열된다.

이때, 상기 알루미늄판의 양 표면은 가열전 브러싱되며, 동판은 가열 및 냉각 후 그 양 표면이 브러싱 됨에 본 발명 방법의 기술적 특징이 있다.

특히, 본 발명의 방법에서는 상기 스테인레스강판과 알루미늄판을 함께 가열하고 동판은 별도로 가열되는 바, 스테인레스강판과 알루미늄판 및 동판은 각각 300~500℃ 및 200∼500℃의 온도로 제어되는 별개의 로에서 25∼30분 및 10∼25분간씩 가열된다.

이때, 스테인레스강판 및 알루미늄판과 동판의 가열 목적에는 차이가 있는 바, 스테인레스강판과 알루미늄판의 가열은 표면 산화물을 형성시키고 압연시 상호 확산을 일으키기 위한 것인 반면에, 동판의 경우에는 표면 잔류물의 제거를 주 목적으로 하게 되며, 상기와 같이 가열 조건을 한정한 이유는 다음과 같다.

스테인레스강판과 알루미늄판은 대기 분위기 하에서 가열되는 바, 가열 온도가 300℃ 미만일 경우에는 표면 산화물층의 생성이 불완전하게 되어 열간 압연 후 각 금속판들 사이의 접합력이 부족하게 되고, 500℃를 초과하게 되면 산화물층의 생성이 과다할 뿐 아니라 필요 이상으로 치밀하게 형성되어 그 조직이 안정화됨으로써 열간 압연시 산화물층의 균열이 불충분하여 오히려 금속판들 간의 접합력을 떨어뜨리게 된다.

즉, 상기 스테인레스강판과 알루미늄판의 두 금속 표면에 생성된 산화물이 압연시 균열되고, 균열된 산화물층이 서로 엇갈려 정합되는 동시에 상호 확산에 의해 두 금속판 사이의 접합이 이루어지게 되는 바, 스테인레스강판과 알루미늄판 사이의 접합력은 가열 온도 300℃ 부근에서부터 적절한 값을 갖게 되고, 온도 상승과 함께 상승되어 400℃부근에서 가장 높은 값을 보인 후 온도 상승에 따라 감소하여 500℃에서 바람직한 접합력의 최소 값을 보인 다음 급격히 감소하게 된다.

그리고, 동판의 경우에도 대기 분위기 하에서 가열되는 바, 상기 스테인레스강판 및 알루미늄판과 달리 동판의 가열은 동판 표면에 잔류하는 압연유나 기타 오염물을 열분해시켜 증발시키기 위한 것으로, 가열 온도가 200℃ 미만일 경우에는 표면 오염물의 증발이 충분히 일어나지 않아 알루미늄판과의 접합력을 떨어뜨리게 되며, 500℃를 초과하게 되면 필요치 않은 표면 산화물층의 생성이 과다하여 브러싱에 의해 제거되기 어렵게 되어 알루미늄판과의 접합력을 떨어뜨리게 되기 때문이다.

또한, 가열에 의해 표면 오염물이 제거된 상기 동판은 로에서 인출되어 상온 상태로 냉각된 후 그 표면이 브러싱되므로써 가열시 생성된 표면 산화물이 제거되는 바, 브러싱에 의해 동판 표면의 산화물이 제거되는 동시에 수 많은 스크래치가 동판 표면에 형성되므로써 동판의 표면 에너지가 증가되어 알루미늄판과의 접합이 더욱 효과적으로 이루어지도록 한다.

즉, 동판과 알루미늄판의 접합은, 상온으로 냉각된 상태의 동판과 가열된 상태인 알루미늄판의 압연에 의해 이루어지는 바, 스테인레스강판과 달리 동판의 표면 산화물은 알루미늄판과의 접합을 방해하기 때문에 제거되는 것이며, 스테인레스 강판 표면의 산화물 역할을 수행하도록 동판 표면에 형성시킨 스크래치와 알루미늄판 표면의 산화물이 결합하면서 두 금속간의 접합이 이루어지게 된다.

그리고, 가열 시간의 경우는 상기 시간 범위가 가장 바람직하며, 금속 판재의 두께, 면적, 표면 상태 등 소재 조건에 따라 변화될 수 있는 변수이기는 하나, 상기 시간 범위의 최소치에 미치지 못하면 스테인레스강판과 알루미늄판의 표면 산화물 형성과 동판의 표면 잔류물 분해증발이 완전치 못하고, 최대치를 벗어나게 되면 각 판 표면의 산화물이 과다하면서 치밀하게 형성되어 스테인레스강판과 알루미늄판의 경우에는 접합력이 떨어지게 되고, 동판의 경우에는 그 산화물을 제거하기 어렵게 되기 때문이다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 본 발명 5중 접합 클래드판의 단면 모식도를, 도 2에 본 발명 제조 방법의 블록도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 본 발명 5중 접합 클래드판은, 스테인레스강판(11)과 알루미늄판(12)과, 동판(13)과, 알루미늄판(12)과, 스테인레스강판(11)이 일련의 순으로 적층되어 접합된 5중 적층 구조를 가지므로써, 상기 동판(13)을 중심으로 그 양 면이 서로 대칭되는 구조이다.

이때, 상기 스테인레스강판(11)과 알루미늄판(12) 및 알루미늄판(12)과 동판(13) 사이의 각 계면에는 제1 및 제2 산화물층(11')(12')이 개재되는 바, 스테인레스강판(11)과 알루미늄판(12) 사이의 제1산화물층(11')은 스테인레스강판(11)과 알루미늄판(12) 표면 각각의 산화물층이 압연에 의해 서로 균열되면서 정합된 것이며, 알루미늄판(12)과 동판(13) 사이의 제2산화물층(12')은 알루미늄판(12) 표면의 균열된 산화물층이 브러싱에 의해 형성된 동판(13) 표면의 스크래치성 요철과 정합된 것이다.

물론, 스테인레스강판(11)과 알루미늄판(12) 사이에 개재된 제1산화물층(11')의 정합에도 알루미늄판(12) 표면의 스크래치성 요철이 작용되며, 상기 두 산화물층(11')(12')에는 열 및 압연 압력에 의한 확산부도 미세하게 생성된다.

상기와 같이 최외층에 열전도율이 가장 떨어지는 스테인레스강판이 위치하므로써, 일측 스테인레스강판으로 공급되는 열은 알루미늄판을 통하여 동판측으로 신속하게 공급되나, 반대측 스테인레스강판에 의해 외부로의 방열이 억제됨으로써 두 스테인레스강판 사이에 축적되는 열이 증가하여 쉽게 식지 않는 특성을 갖게 된다.

상기와 같은 본 발명의 5중 접합 클래드판은, 알루미늄판(12)의 양 면에 브러싱 작업을 실시하여 각 표면에 스크래치를 형성시키는 단계(100)와; 상기 알루미늄판(12)과 스테인레스강판(11)을 직립시킨 상태에서 300~500℃의 온도로 25∼30분간, 동판(13)을 200∼500℃의 온도로 10∼25분간 대기 분위기의 서로 다른 로에서 각각 가열하는 단계(200)(200')와; 가열된 동판(23)을 로에서 인출한 후 상온으로 냉각하는 단계(300)와; 냉각된 동판의 양 면에 브러싱 작업을 실시하는 단계(400)와; 가열된 스테인레스강판과 알루미늄판을 가열로에서 인출한 후 스테인레스강판/알루미늄판/동판/알루미늄판/스테인레스강판의 순으로 적층하여 5중 적층판을 만드는 단계(500)와; 상기 5중 적층판을 압연하는 단계(500)로 이루어진다.

이와 같은 일련의 공정을 통하여 제조되는 본 발명의 5중 접합 클래드판은, 알루미늄판을 기준으로 하여 30∼40%의 압하율이 부여되도록 압연이 이루어지며, 압연을 위한 적층시 스테인레스강판과 알루미늄판은 가열된 상태이고, 동판은 상온으로 냉각된 상태이다.

그리고, 압연시 상기 알루미늄판의 압하율이 30%에 미치지 못하면 금속판들 사이에 충분한 접합력이 형성되지 못하게 되고, 40%를 초과하게 되면 가공경화량이 과다하게 되어 최종 클래드판의 가공성이 떨어지게 된다.

또한, 알루미늄판과 동판의 양 면에 실시하는 브러싱 작업은 샌드 블라스팅으로 대체하여도 무방하며, 스테인레스강판과 알루미늄판의 가열시 작업의 편리성을 위하여 두 금속판을 겹친 상태에서 일측 모서리부를 용접 등으로 결합시키면 스테인레스강판과 알루미늄판을 한장의 금속판과 같이 다룰 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 5중 접합 클래드판은 외표면이 스테인레스강판으로 이루어져 외관이 미려하면서, 단면부를 통하여 고유색을 갖는 동판의 단면이 드러나므로써 장식성이 향상되며, 5중 적층 구조에 의해 열용량이 증가하여 세라믹이나 토기류 그릇과 같이 가열된 음식물이 빨리 식는 것을 방지하여 주는 장점이 있다.

또한, 본 발명 방법은 각 금속 판재를 환원성 내지는 진공이 아닌 대기 중에서 가열하므로써, 생산 설비의 최소화를 통한 제조 원가의 절감과 생산성의 현저한 향상이 가능할 것으로 기대된다.

도 1은 발명 일실시에 클래드판의 단면 모식도.

도 2는 본 발명 제조 방법의 공정 블록도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11. 스테인레스강판 12. 알루미늄판

13. 동판

Claims (3)

1. 동판을 중심으로 그 양 면에 알루미늄판과 스테인레스강판이 순차적으로 각각 적층 접합된 5중 접합 클래드판에 있어서,

   스테인레스강판(11)과 알루미늄판(12) 사이에 스테인레스강판(11) 표면의 산화물층과 알루미늄판(12) 표면의 산화물층이 정합된 제1산화물층(11')이 개재되고, 알루미늄판(12)과 동판(13) 사이에는 알루미늄판(12) 표면의 산화물층과 동판(13) 표면의 스크래치성 표면 요철이 정합된 제2산화물층(12')이 개재된 것을 특징으로 하는 5중 접합 클래드판.
2. 동판을 중심으로 그 양 면에 알루미늄판과 스테인레스강판이 순차적으로 각각 적층 접합된 5중 접합 클래드판을 제조하는 방법에 있어서,

   알루미늄판(12)의 양 면에 브러싱 작업을 실시하는 단계(100)와;

   상기 알루미늄판(12)과 스테인레스강판(11)을 직립시킨 상태에서 300~500℃의 온도로 25∼30분간, 동판(13)을 200∼500℃의 온도로 10∼25분간 대기 분위기 하의 서로 다른 로에서 각각 가열하는 단계(200)와;

   가열된 동판(23)을 로에서 인출한 후 상온으로 냉각하는 단계(300)와;

   냉각된 동판의 양 면에 브러싱 작업을 실시하는 단계(400)와;

   가열된 스테인레스강판과 알루미늄판을 가열로에서 인출한 후 스테인레스강판/알루미늄판/동판/알루미늄판/스테인레스강판의 순으로 적층하는 단계(500)와;

   5중으로 적층된 적층판을 30∼40%의 압하율로서 압연하는 단계(500)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 5중 접합 클래드판의 제조 방법.
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