KR101907839B1 - 열전도성이 우수한 클래드 강판 - Google Patents

열전도성이 우수한 클래드 강판 Download PDF

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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

조리 기구 등에 바람직하게 사용하는 것이 가능한, 열전도성이 우수한 클래드 강판을 제공한다. 본 발명은, 탄소강의 모재와, 상기 모재의 양면측에 각각 배치된 스테인리스강의 합재를 갖는 3층의 클래드 강판으로서, 식(1)로 나타내어지는 판두께비 L이 1.0 이상 5.0 이하이고, 상기 클래드 강판의 적어도 일방의 표면에는, 복수의 볼록부 및 오목부를 갖는 클래드 강판이다.
판두께비 L = 모재의 두께/합재의 두께의 합···식(1)
여기서, 상기 모재의 두께 및 상기 합재의 두께는, 상기 볼록부에 있어서의 두께이다.

Description

열전도성이 우수한 클래드 강판
본 발명은, 조리 기구 등에 사용되는, 열전도성이 우수한 클래드 강판에 관한 것이다.
전자 조리기는, 가스나 전열선에 의한 직접 가열과는 달리, 피가열체를 전자 유도에 의해 간접적으로 가열하는 것으로, 피가열체 이외에는 온도가 올라가지 않기 때문에, 화상 및 화재의 위험성이 작고, 또한, 이산화탄소의 배출량이 적은 것이 특장으로, 이용자가 증가하고 있다.
전자 조리기에 사용되는 냄비 등의 소재에는, 내식성과 유도 가열 특성의 관점에서, 합재가 스테인리스강으로 이루어지고, 모재가 저탄소강으로 이루어지는 박판 스테인리스 클래드 강판이나, 합재가 스테인리스강으로 이루어지고, 모재가 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어지는 클래드강이 사용되는 경우가 많다.
전자 조리기는, 이와 같이 안전하고 깨끗한 가열 수단이지만, 장치의 출력에 한계가 있기 때문에, 가스에 의한 가열보다 가열 속도가 느려, 조리에 시간을 필요로 하는 점이나, 국물이 식재로 침투하기 어려운 점에서 디메리트도 있다. 최근에는, 유도 가열 특성을 향상시킨 스테인리스 클래드 강판을 사용한 조리 기구가 제안되어 있다.
그런데, 클래드 강판은, 조리 기구 이외의 용도로도 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1은, 탄소량이 0.005％ 이하인 연강을 모재로 하고, 이것에 스테인리스강 또는 니켈 또는 니켈 합금을 합재로 한 2층 또는 3층 클래드강에 있어서, 모재에 있어서의 알루미늄량과 질소량의 비(Al/N)를 6 이상으로 하고, 합재에 포함되는 질소량을 0.01％ 이하로 한 클래드 강판이 제안되어 있다.
특허문헌 2에서는, 외층재가 스테인리스강, 모재가 저탄소강으로 이루어지고, 모재의 산 가용 Al 함유량이 0.10∼1.5중량％인 스테인리스 클래드 강판이 제안되어 있다.
특허문헌 3에서는, 상부재와, 중간재와, 하부재로 구성되고, 상부재가, 10.0∼30.0중량％의 Cr을 함유하는 판두께 0.3∼3.0㎜의 페라이트계 스테인리스강으로 이루어지고, 중간재가, 순도 99％ 이상의 판두께 1.0∼10.0㎜의 알루미늄으로 이루어지고, 하부재가, 판두께 3.0∼30.0㎜의 강판으로 이루어지는 클래드 강재가 제안되어 있다.
특허문헌 4에서는, 내부 모재의 표면에 모재보다 연질인 금속을 얇게 피복한 클래드재를, 표면에 모양을 넣은 압연 롤에 의해 냉간 압연 또는 스킨 패스 압연하는, 모양이 들어간 금속판 또는 무지개색 금속판의 제조 방법이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 5에서는, 조리기의 내면이 되는 금속판의 표면에 다수의 독립 돌기가 형성되고, 개개의 독립 돌기 사이에 평탄한 연속홈부가 형성되어 있는 조리 기구용 금속판 및 그 제조 방법이 제안되어 있다.
일본 특허공보 평5-14610호 일본 공개특허공보 평11-77888호 일본 공개특허공보 소64-40188호 일본 공개특허공보 평2-263501호 일본 공개특허공보 2002-65469호
특허문헌 1의 클래드 강판은, 모재인 연강의 성분을 규정함과 함께, 클래드 강판에 조질 압연을 실시함으로써, 냄비, 가마 등의 주방용 소재로서 사용하는 경우의 드로잉 가공 또는 격심한 굽힘 가공시의 균열 및 주름의 발생을 개선하는 것을 목적으로 한 것으로, 주로 가공성의 향상을 목적으로 한 제안이다. 그러나, 특허문헌 1에는, 클래드 강판의 표면 형상에 관하여 기재되어 있지 않다.
특허문헌 2의 스테인리스 클래드 강판은, 유도 가열 특성 및 가공성 면에서, 모재인 저탄소강의 산 가용 Al 함유량, C 함유량, Ti 함유량 및 N 함유량을 규정하는 것을 제안하고 있다. 그러나, 특허문헌 2에는, 강판의 표면 형상이나 열전도 특성에 대해서는 기재되어 있지 않다.
특허문헌 3의 클래드 강재는, 페라이트계 스테인리스와 알루미늄으로 이루어지는 클래드 강재이다. 그러나, 특허문헌 3의 클래드 강재에서는, 페라이트계 스테인리스의 내식성 및 알루미늄의 내마모성에 어려움이 있어, 조리 기구로서의 수명이 짧아질 가능성이 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 클래드 강재의 표면 형상에 관한 기재도 없다.
특허문헌 4의 압연에 의한 모양이 들어간 금속판 또는 무지개색 금속판의 제조 방법에서는, 클래드재 표면에 압연에 의해 미세한 요철을 넣음으로써, 의장성을 향상시키는 것에 착안하고 있다. 그러나, 특허문헌 4에는, 모양이 들어간 금속판 및 무지개색 금속판의 열전도 특성에 대해서는 기재되어 있지 않다.
특허문헌 5의 조리기용 금속판 및 그 제조 방법은, 조리기의 내면을 구성하는 금속판의 표면에 다수의 독립 돌기가 형성되고, 개개의 독립 돌기 사이에 평탄한 연속홈부가 형성된다. 이 금속판에는, 표면에 산화 피막이 형성된 강판을 사용할 수도 있다. 당해 조리기용 금속판은, 엠보스 롤을 사용하여 금속판을 압연함으로써 제조된다. 이 조리기용 금속판은, 가열 조리면에 눌어붙음이 발생하기 어려운 조리기로서 바람직한 금속판이기는 하다. 그러나, 특허문헌 5에는, 열전도성에 대하여 언급되어 있지 않다.
종래의 클래드 강판보다 열전도성이 우수한, 전자 유도 가열이 가능한 조리 기구용의 재료가 요망되고 있었다.
본 발명은, 조리 기구 등에 바람직하게 사용하는 것이 가능한, 열전도성이 우수한 클래드 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은, 열전도성이 양호한 클래드 강판에 대하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 과정에서, 저탄소강의 모재와, 이 모재의 양면에 배치된 스테인리스강의 합재를 갖는 3층의 클래드 강판에 대하여, 모재와 합재의 판두께비에 착안하였다. 「판두께비 L = 모재의 두께/합재의 두께의 합」(식 1)이라고 정의할 때, 판두께비 L = 1.0∼5.0인 3층 클래드 강판을 기재로 함으로써, 양호한 열전도성에 더하여, 모재와 합재의 밀착성이 우수한 클래드 강판이 얻어졌다. 그리고, 이 기재의 적어도 일방의 합재의 표면에 복수의 볼록부 및 오목부를 형성함으로써, 열전도성이 더욱 향상되는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다. 구체적으로는, 본 발명은, 이하를 제공하는 것이다.
본 발명은, 탄소강의 모재와, 상기 모재의 양면측에 각각 배치된 스테인리스강의 합재를 갖는 3층의 클래드 강판으로서, 식(1)로 나타내어지는 판두께비 L이 1.0 이상 5.0 이하이고, 상기 클래드 강판의 적어도 일방의 표면에는, 복수의 볼록부 및 오목부를 갖는 클래드 강판이다.
판두께비 L = 모재의 두께/합재의 두께의 합···식(1)
여기서, 상기 모재의 두께 및 상기 합재의 두께는, 상기 볼록부에 있어서의 두께이다.
또한, 상기 복수의 볼록부의 면적은, 상기 볼록부가 형성된 상기 클래드 강판의 표면의 면적에 대하여 20∼80％인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 볼록부 및 오목부는, 판두께 방향에 있어서의 요철차가 0.02㎜ 이상 0.2㎜ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 클래드 강판은, 저탄소강의 모재와, 모재의 양면측에 배치된 스테인리스강의 합재를 갖는 3층의 클래드 강판에 대하여, 합재의 두께의 합에 대한 모재의 두께의 비를 판두께비 L로 하였을 때에, 판두께비 L을 1.0∼5.0으로 함으로써, 양호한 열전도율을 구비하고, 모재와 합재의 밀착성이 우수한 클래드 강판이 얻어진다. 그리고, 이 3층 클래드 강판의 적어도 일방의 합재의 표면에 복수의 볼록부 및 오목부를 가짐으로써, 3층 클래드 강판의 단면적을 작게 할 수 있고, 그 결과, 열전달률을 더욱 높일 수 있다.
또한, 합재의 표면적에서 차지하는 볼록부의 면적의 비율(볼록부 면적률)을 20∼80％로 하고, 또는, 판두께 방향에 있어서의 요철차를 0.02∼0.2㎜로 함으로써, 더욱 양호한 열전도성을 유지하여, 장기간의 사용을 가능하게 한다.
도 1은 실시예에서 제작된 클래드 강판의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 클래드 강판의 볼록부 면적률 및 요철차를 설명하기 위하여, 클래드 강판의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3은 실시예의 요철 모양을 형성한 클래드 강판에 있어서의 표면의 2차원 프로필을 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 실시예의 요철 모양을 형성한 클래드 강판에 있어서의 표면의 2차원 프로필을 나타내는 도면이다.
도 5는 평판상의 클래드 강판에 있어서, 전열의 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 합재의 표면에 요철 모양을 갖는 클래드 강판에 있어서, 전열의 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 다른 평판상의 클래드 강판에 있어서, 전열의 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 클래드 강판의 표면에 요철을 부여하는 엠보스 가공을, 압연법에 의해 행하는 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이들 설명은, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
본 발명은, 저탄소강을 모재로서, 그 양면에 스테인리스강을 합재(이하, 「외층」이라고 하는 경우가 있다.)로서 배치한 3층 클래드 강판으로, 모재와 합재의 두께는, 모재의 두께/외층의 두께의 합을 판두께비 L로 할 때, L을 1.0∼5.0으로 하고, 클래드 강판의 적어도 일방의 표면에 복수의 볼록부 및 오목부를 갖는다.
(클래드 강판)
본 발명의 클래드 강판의 기초가 되는 3층의 클래드 강판(이하, 「3층 클래드 강판」이라고 하는 경우도 있다.)은, 주로 열간 압연, 어닐링 및 냉간 압연에 의해 제조된다. 구체적으로는, 3층 각각의 소재인 금속판을 중첩한 후, 추가로 그들의 양측에 Ni박 등의 박리재를 겹쳐, 이들을 스테인리스강 등의 내산화성을 갖는 금속의 박 또는 박판으로 된 봉지 안에 넣는다. 그리고, 봉지 안을 진공 배기한 후, 질소 가스 등의 불활성 가스를 충전하고, 봉지의 외부로부터 가열하여, 중첩한 금속판끼리를 확산 접합시킨다. 확산 접합시킨 후, 열간 압연에 의해 소정의 판두께가 되도록 조정하고, 추가로 어닐링과 냉간 압연을 반복함으로써, 평판상의 3층 클래드 강판을 얻을 수 있다. 한편, 후술하는 엠보스 가공 전의 최후의 공정은, 어닐링 공정인 것이 바람직하다.
3층 클래드 강판에 있어서의 모재의 종류는, 특별히 한정되지 않는다. 모재로서, 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강, 합금강 등으로 이루어지는 강판을 사용할 수 있다. 양호한 프레스 성형성이 필요시되는 경우에는, 저탄소 Ti 첨가강, 저탄소 Nb 첨가강 등으로 이루어지는 딥드로잉용 강판이 기재 강판으로서 바람직하다. 또한, P, Si, Mn 등을 첨가한 고강도 강판을 사용해도 된다.
모재에 저탄소강을 사용하는 경우에는, 예를 들어, JIS G 3141에 있어서의 SPCC가 바람직하다. 구체적으로는, 탄소 농도가 0.15질량％ 이하, 망간 농도가 0.60질량％ 이하, 인 농도가 0.10질량％ 이하, 황 농도가 0.05질량％ 이하인 것을 사용할 수 있다.
3층 클래드 강판의 합재인 스테인리스강의 종류는, 특별히 한정되지 않는다. 합재로는, 클래드 강판의 사용 환경에 따라, 페라이트계, 오스테나이트계, 또는 이상계의 스테인리스강판을 사용할 수 있다. 클래드 강판의 사용 환경이 부식에 관하여 비교적 마일드한 조건인 경우에는, 재료비가 저렴한 페라이트계 스테인리스강판을 사용할 수 있다. 내산성화나 가공성이 중요시되는 사용 환경에서는, 오스테나이트계 스테인리스강판을 합재로 하는 것이 바람직하다. 또한, 고강도 및 내공식성이 필요시되는 경우에는, 합재를 이상계 스테인리스강판으로 해도 된다.
또한, 3층 클래드 강판의 합재를 구성하는 스테인리스강판의 표면 마무리는, 공지의 수단이 적용되며, 특별히 한정되지 않는다. 모재의 양면측에 배치된 2매의 합재의 두께는, 동일한 두께여도 상관없고, 다른 두께여도 상관없다. 클래드 강판이 굽힘 가공 등의 소성 가공을 받는 경우에는, 소성 가공의 가공 방법이나 가공 후의 형상에 따라, 판두께가 다른 스테인리스강을 합재로서 사용할 수도 있다.
(엠보스 가공)
본 발명의 클래드 강판은, 그 적어도 일방의 표면에 복수의 볼록부 및 오목부를 갖고 있다. 클래드 강판의 표면에 볼록부 및 오목부를 포함하는 요철 모양을 형성함으로써, 클래드 강판의 일방의 가열면측에서 타방의 비가열면측으로의 열전도성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 요철 모양을 부여하는 수단으로는, 예를 들어, 엠보스 가공을 적용할 수 있고, 구체적으로는, 압연법, 프레스 가공 등을 이용할 수 있다.
엠보스 가공법으로는, 엠보스 롤을 사용한 압연법이 생산성이 우수하다. 압연에 사용하는 엠보스 롤이 마모 혹은 결손되어도, 절삭 가공이나 에칭 가공에 의해, 엠보스 롤의 프로필을 재가공하는 것이 가능하다. 그 때문에, 당해 압연법은, 비용 부담이 작은 점에서도 바람직하다.
상기의 압연법을 이용하는 경우, 예를 들어, 도 8에 나타내는 바와 같은 4단 압연기를 사용할 수 있다. 이 4단 압연기는, 상측 워크 롤로서 요철 모양이 부여된 단 형성 롤(40)과, 하측 워크 롤로서 요철 모양이 없는 플랫 롤(11)을 배치하고, 각각에 백업 롤(42, 43)을 구비한 구조를 갖고 있다. 단 형성 롤(40)은, 축 방향 및 둘레 방향에, 복수의 대경부 및 소경부를 배치한 롤 형상을 갖고 있다. 페이 오프 릴(44)로부터 4단 압연기에 송급된 클래드 강판(46)은, 단 형성 롤(40)의 상기 롤 형상에 의해 소정의 요철 모양이 전사되어, 표면에 복수의 볼록부 및 오목부가 형성된 클래드 강판(이하, 「요철 클래드 강판」이라고 하는 경우도 있다.)(47)이 얻어진다. 그 후, 당해 복수의 볼록부 및 오목부가 형성된 요철 클래드 강판(47)은, 권취 릴(45)에 수납된다. 한편, 클래드 강판(46)의 양면에 요철 모양을 형성하는 경우에는, 하측 워크 롤로서, 플랫 롤(41) 대신에 단 형성 롤(도시 생략)을 배치하여, 상술한 바와 같은 압연 작업을 행하면 된다.
(볼록부 면적률)
클래드 강판에 있어서의 볼록부의 면적은, 볼록부가 형성된 클래드 강판의 표면의 면적에 대한 비율(이하, 「볼록부 면적률」이라고 하는 경우도 있다.)이 20∼80％인 것이 바람직하다. 도 2는, 볼록부 면적률의 정의를 설명하기 위한 모식도로, 강판 표면에 복수의 볼록부 및 오목부가 늘어선 형상을 나타내고 있다. 일반적으로, 볼록부 면적률은, 볼록부가 강판 표면을 점유하는 면적의 비율을 말한다. 본 명세서에 있어서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 볼록부의 정상부터 오목부의 바닥까지의 거리를 볼록부 높이(H)로 하였을 때에, 볼록부 높이(H)의 10％를 h(= 0.1×H)로 하면, 볼록부 높이(H)로부터 10％ 낮은 높이(H-h = 0.9H)에 있어서, 볼록부의 각각의 면적(W(1), W(2),···W(n))을 총합한 면적이 표면 전체의 면적(W)에서 차지하는 비율에 의해, 볼록부 면적률을 정의하였다. 즉, 볼록부 면적률은, 이하와 같이 나타내어진다.
[수학식 1]
Figure 112018037917392-pct00001
볼록부 면적률은, 이하와 같이 구할 수 있다. 먼저, 클래드 강판의 표면으로부터 임의로 추출된 영역에 있어서, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같은 판두께 방향을 세로축으로 한 2차원 프로필을 취득한다. 다음으로, 당해 2차원 프로필에 의해 나타내어지는 볼록부에 대하여, 볼록부의 정상부터 오목부의 바닥까지의 거리(볼록부 높이(H))를 측정한다. 이 볼록부 높이(H)는, 볼록부의 양측에 위치하는 오목부 각각과의 거리로 구한다. 다음으로, 구한 볼록부 높이로부터 0.1배를 빼서 기준점을 구한다. 그리고, 각 볼록부에 대하여 당해 기준점 사이에 포함되는 부분의 면적의 총합을, 추출한 영역의 전체 면적으로 나눔으로써, 볼록부 면적률을 산출한다. 도 3, 도 4에 있어서, 볼록부에 있어서의 면적을 측정하는 부분의 일례를 W(i)로 표시하였다.
여기서, 클래드 강판의 볼록부와 오목부는, 상기의 2차원 프로필의 데이터를 직선 근사하고, 또한, 그 직선의 경사를 보정하여 수평으로 함으로써, 기준선(M)을 특정한다. 표면에 있어서, 당해 기준선(M)보다 위에 위치하는 부분을 측정 대상의 볼록부로 한다.
당해 볼록부 면적률이 20％ 미만이면, 요철 모양을 압연법에 의해 형성할 때에, 단 형성 롤의 대경부에 의해 오목부를 형성하는 비율이 높아지고, 압연 하중이 증대되어 압연 롤로의 부하가 증대되기 때문에, 압연 롤의 수명이 저하되어, 제조 비용의 상승을 초래한다. 한편, 볼록부 면적률이 80％를 초과하면, 열전도성을 향상시키는 효과가 작다.
(요철차)
요철 클래드 강판의 판두께 방향에 있어서의 요철차는, 0.02∼0.2㎜인 것이 바람직하다. 당해 요철차는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 볼록부 높이(H)에 상당한다. 본 명세서에 있어서는, 당해 요철차는, 다음과 같이 산출되었다. 강판의 표면에 있어서의 임의의 영역 면적(예를 들어, 100㎟의 범위 내)에 있어서, 2차원의 윤곽 형상을 5지점 측정하여, 각각의 볼록부 높이를 구하였다. 그들 볼록부 높이의 평균값에 의해 당해 요철차로 하였다. 이 요철차가 0.02㎜ 미만이면, 클래드 강판의 사용에 따라 마모되기 쉬워지기 때문에, 장기간의 사용이 곤란해진다. 그 한편으로, 이 요철차가 0.2㎜를 초과하면, 요철 모양을 압연법에 의해 형성할 때에, 압연 하중이 증대되어 압연 롤의 부하가 증대되기 때문에, 롤 수명이 저하되어, 제조 비용의 상승을 초래한다. 또한, 클래드 강판의 가공 경화가 현저해지기 때문에, 요철을 부여한 후의 가공성에 큰 영향을 미친다.
이와 같이, 클래드 강판은, 볼록부 면적률을 20∼80％, 요철차를 0.02∼0.2㎜로 함으로써, 양호한 열전도성을 유지하여 장기간의 사용을 가능하게 할 수 있다.
(요철 모양)
상술한 바와 같이, 클래드 강판은, 엠보스 가공에 의해, 볼록부 및 오목부를 포함하는 요철 모양을 형성한 것을 사용할 수 있다. 요철 모양의 배열은, 규칙적이어도 되고, 부분적 또는 전면적으로 랜덤이어도 된다. 예를 들어, 도 1에 나타내는 바와 같은, 랜덤한 요철 모양을 형성해도 된다.
요철 모양의 표면을 갖는 클래드 강판에 대하여, 그 단면 및 2차원 프로필을 도 3, 도 4에 나타낸다. 도 3은, 볼록부 면적률이 약 80％, 요철차가 약 0.06㎜인 요철 모양을 갖는 클래드 강판에 있어서의 2차원 프로필이다. 도 4는, 볼록부 면적률이 약 55％, 요철차가 약 0.20㎜인 요철 모양을 갖는 클래드 강판의 2차원 프로필이다.
도 3 및 도 4에 있어서의 요철 모양은, 볼록부 면적률이 20∼80％, 요철차가 0.02∼0.20㎜의 범위에 있는 예이다. 클래드 강판의 표면에 복수의 오목부를 형성한 것에 의해, 클래드 강판의 단면적이 감소하기 때문에, 클래드 강판의 열전도율이 높아진다. 또한, 클래드 강판 표면의 요철 모양은, 그 배열 방향의 무질서성이 높으면, 예를 들어, 조리 기구의 소재에 요철 클래드 강판이 적용된 경우에는, 물이 비등하는 기점이 분산되어, 조리 기구 내에서 균일하게 발포하여, 식재에 균일하게 열이 전해지기 때문에, 조리 시간이 단축되는 점에서 효과적이다. 또한, 본 발명은, 클래드 강판에 비교적 큰 요철 모양이 형성되어도 된다. 특히, 이 요철 모양을 압연법에 의해 형성한 경우에는, 가공 경화에 의해 기계적 강도도 상승하므로, 내마모성이 우수하여, 장기간의 사용에 견디는 클래드 강판을 얻을 수 있다.
(판두께비 L)
클래드 강판의 판두께비 L은, 모재의 두께와 합재의 두께의 합에 대하여, 다음의 식(1)로 정의된 것이다.
판두께비 L = 모재의 두께/합재의 두께의 합····식(1)
합재는, 모재의 양면측에 배치되어 있으므로, 식(1)에 있어서는, 양면측에 형성된 합재의 두께의 합이다. 모재의 두께 및 합재의 두께는, 볼록부에 있어서의 두께이다.
판두께비 L이 1.0 미만이면, 클래드 강판에 있어서, 합재가 차지하는 비율이 크다. 합재(스테인리스강)가 모재(탄소강)보다 상대적으로 열전도도가 낮은 소재이기 때문에, 클래드 강판의 열전도도가 저하되는 경우가 있다. 또한, 클래드 강판이 가공을 받아 압축 응력이 작용할 때, 모재 및 합재의 쌍방의 연성이 다르기 때문에, 가공부에 있어서 모재와 합재가 박리될 우려가 있다. 그 한편으로, 판두께비가 5.0 초과이면, 합재가 차지하는 비율이 과도하게 적어진다. 그 때문에, 클래드 강판이 굽힘 가공 등의 소성 가공을 받았을 때에, 합재(스테인리스강판)의 파단을 초래할 가능성이 있다. 따라서, 판두께비 L은, 1.0∼5.0의 범위 내가 바람직하다. 그 하한은, 1.5가 보다 바람직하고, 2.0이 더욱 바람직하다. 그 상한은, 4.0이 보다 바람직하고, 3.5가 더욱 바람직하다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 발명은, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 다음의 4종류의 3층 클래드 강판을 제조하였다. 한편, 제조한 4종류의 3층 클래드 강판의 판두께는, 모두 0.8㎜이다. 이하에서는, 「판두께비 L」을 「판두께비」라고 기재하는 경우도 있다.
(1) 모재가 두께 0.64㎜의 SPCC(JIS G 3141)로 이루어지는 냉간 압연 강판(이하, 「SPCC」라고 한다.)이고, 그 양면측에 0.08㎜의 SUS304로 이루어지는 합재를 배치한, 판두께비 4.0의 3층 클래드 강판
(2) 모재가 두께 0.56㎜의 SPCC이고, 그 양면측에 0.12㎜의 SUS304로 이루어지는 합재를 배치한, 판두께비 2.3의 3층 클래드 강판
(3) 모재가 두께 0.48㎜의 SPCC이고, 그 양면측에 0.16㎜의 SUS304로 이루어지는 합재를 배치한, 판두께비 1.5의 3층 클래드 강판
(4) 모재가 두께 0.72㎜의 SPCC이고, 그 양면측에 0.04㎜의 SUS304로 이루어지는 합재를 배치한, 판두께비 9의 3층 클래드 강판
다음으로, 상기 중, 판두께비가 4.0, 2.3, 1.5인 각 3층 클래드 강판을 사용하여, 도 8에 나타내는 바와 같은 4단 압연기에 의해, 당해 3층 클래드 강판의 표면에 볼록부 및 오목부를 형성하는 엠보스 가공을 실시하여, 실시예 1∼실시예 6의 요철 클래드 강판의 시험편을 얻었다. 엠보스 가공의 가공 조건은, 4단 압연기에 있어서의 단 형성 롤의 직경이 110㎜이고, 표 1에 나타내는 요철차에 따른 압연 하중을 설정하고, 압연 속도를 0.5m/min으로 행하였다.
비교예 1, 2는, 엠보스 가공을 실시하지 않은 3층 클래드 강판이다.
한편, 요철 클래드 강판의 볼록부에 있어서의 판두께비는, 요철 모양을 형성하기 전의 3층 클래드 강판에 있어서의 판두께비와 다르지 않았다.
제조된 요철 클래드 강판의 표면에 형성되어 있는 요철 모양의 볼록부 면적률 및 요철차는, 클래드 강판으로부터 임의로 추출한 면적 100㎟의 부분에 대하여, 형상 측정기(컨트레이서)에 의해 확대한 프로필로부터 측정하였다. 2차원 프로필의 일례로서, 실시예 1 및 4의 클래드 강판에 대하여, 판두께 방향을 세로축으로 한 2차원 프로필을 도 3, 도 4에 나타낸다. 표 1에, 제조한 요철 클래드 강판의 여러 특성을 나타낸다.
판두께비 L 요철차(mm) 볼록부 면적률(%)
실시예 1 4.0 0.06 80
실시예 2 2.3 0.06 80
실시예 3 1.5 0.06 80
실시예 4 4.0 0.20 55
실시예 5 2.3 0.20 55
실시예 6 1.5 0.20 55
비교예 1 1.5 - -
비교예 2 9.0 - -
(열전도 특성의 평가 시험)
열전도율의 평가 시험은, 다음의 순서로 행하였다. 소정의 표면적(A)과 두께(B)로 통일한 시험편을 제작하고, 그 표리의 양면에 열전대를 장착한 후, 시험편을 전자 조리기에서 일정한 출력(E)으로 가열하고, 시험편의 표리의 양면에 있어서의 각 온도를 측정하였다. 측정된 온도로부터 온도차(D)를 얻어, 하기의 식(2)에 의해 열전도율(C)을 산출하였다. 이 열전도율(C)이 클수록, 시험편 내를 가열면에서 비가열면측으로 이동하는 열량이 크기 때문에, 열이 전해지기 쉬운 것을 나타내고 있다.
C = (E×B)/(A×D)·····식(2)
가열 시험은, 요철 모양을 부여한 요철 클래드 강판으로부터 일변의 길이가 50㎜인 정방형 시험편을 잘라내고, 이것을, 출력을 500W로 설정한 전자 조리기에 세트하여, 시험편의 가열면이 목표의 온도가 될 때까지 가열하였다. 열전도율은, 가열 온도에 따라 변화하기 때문에, 목표 온도는, 100℃, 300℃ 및 500℃로 하였다.
산출된 열전도율(W/m·K)에 기초하여, 열전도 특성을 평가하였다. 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 평가 기준은, 비교예 1을 기준으로 하여, 열전도율이 50％ 이상 향상된 것을 「◎」, 25％ 이상 50％ 미만의 향상이었던 것을 「○」, 5％ 이상 25％ 미만의 향상이었던 것을 「△」, 5％ 미만의 향상이었던 것을 「×」로 각각 표시하였다.
(가공성의 평가 시험)
가공성의 평가는, 다음의 순서로 행하였다. 요철 모양을 부여한 요철 클래드 강판으로부터, 장변측의 길이가 50㎜, 단변측의 길이가 20㎜로 이루어지는 장방형의 시험편을 잘라냈다. 이 장방형 시험편을 사용하여, 그 장변측의 중앙부에서 밀착 굽힘을 행한 후, 중앙부 부근의 가공부에 있어서의 균열의 유무를 육안에 의해 관찰하여 평가하였다. 표기한 결과를 표 2에 나타낸다. 균열이 관찰되지 않은 시험편을 「○」, 균열이 관찰된 시험편을 「×」로 표시하였다.
열전도성 평가 가공성
평가
100℃ 300℃ 500℃
열전도율
(W/m·K)		 평가 열전도율
(W/m·K)		 평가 열전도율
(W/m·K)		 평가
실시예 1 53.7 ◎ 50.5 ○ 44.2 ○ ○
실시예 2 43.2 △ 41.6 △ 37.9 △ ○
실시예 3 37.6 △ 36.6 △ 33.7 △ ○
실시예 4 56.7 ◎ 53.3 ◎ 46.6 ○ ○
실시예 5 45.6 ○ 43.9 ○ 40.0 ○ ○
실시예 6 39.7 △ 38.7 △ 35.6 △ ○
비교예 1 35.7 - 34.8 - 32.0 - ○
비교예 2 61.0 ◎ 60.0 ◎ 42.0 ○ ×
(열전도성의 평가 결과)
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼실시예 6은, 강판 표면에 요철 모양이 부여된 요철 클래드 강판으로서, 판두께비 L이 1.0∼5.0이다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼실시예 6의 요철 클래드 강판은, 비교예 1의 요철 모양이 부여되지 않은 클래드 강판에 비하여, 양호한 열전도성을 갖는 것이 판명되었다.
요철 클래드 강판은, 복합 재료이기 때문에, 판두께 방향에서 온도 구배 θ가 변화하는 열전도 특성을 갖는다. 모재(SPCC)의 열전도율과 합재(SUS304)의 열전도율을 비교하면, SUS304의 열전도율이 SPCC의 열전도율보다 작으므로, 합재(스테인리스강)의 온도 구배 θ1 > 모재(탄소강)의 온도 구배 θ2가 된다.
도 5와 도 6은, 어느 쪽도 판두께비 L이 4.0인 클래드 강판의 가열 시험에 있어서의 열의 전달 방법을 나타내는 모식도이다. 도 5, 도 6에, 열원(도시 생략)으로부터 가열면(X)에 대한 가열 방향(Z)을 나타낸다. 이러한 가열을 한 경우, 도 5에 나타내는 바와 같이, 요철 모양을 부여하지 않은 3층 클래드 강판(1)의 가열면(X)의 온도(t1)와, 그 반대면의 온도(t0)의 차(D)는, 판폭 방향의 어느 위치에서도 대략 동일해진다. 그러나, 도 6에 나타내는 바와 같이, 요철 모양을 부여한 요철 클래드 강판(2)에서는, 판두께가 작은 부분(오목부)에 있어서의 온도차(D')는, 판두께가 큰 부분(볼록부)에 있어서의 온도차(D)와 비교하여, 판두께 방향에 있어서의 탄소강의 두께가 작기 때문에, 온도차(D)보다 작아진다. 이와 같이, 요철 모양을 부여한 요철 클래드 강판은, 판두께 방향 및 판폭 방향의 어느 것에 있어서도 온도 구배가 변동된다.
도 7에, 판두께비 L이 1.5인, 요철 모양을 부여하지 않은 3층 클래드 강판(3)의 가열 시험에 있어서의 열의 전달 방법을 나타내는 모식도이다. 3층 클래드 강판(3)의 판두께(B)는, 도 5의 3층 클래드 강판(1)과 동일하다. 판두께비에 따라서도 판두께 방향에서의 온도 구배가 다르기 때문에, 그에 따라 가열면(X)의 온도와 그 반대면의 온도차도 달라진다. 판두께(B)가 동일하여도, 판두께비 L이 도 5의 3층 클래드강보다 작은 경우에는, 열전도율이 작은 합재(스테인리스강)의 비율이 커지므로, 온도차(D”)는 온도차(D)보다 커진다.
이상과 같이, 클래드 강판의 표면에, 요철차가 크고, 또한 볼록부 면적률이 작은 요철 모양을 형성하는 것에 더하여, 탄소강과 같은 열전도율이 큰 모재의 판두께 비율을 높게 함으로써, 보다 양호한 열전도성을 갖는 요철 클래드 강판을 얻을 수 있다.
(가공성의 평가 결과)
표 2에, 실시예의 요철 클래드 강판 및 비교예의 클래드 강판에 대하여, 밀착 굽힘에 의해 가공성을 평가한 결과를 나타낸다. 실시예 1∼6 및 비교예 1은, 합재의 스테인리스강판에 균열은 발생하지 않았다. 그 반면, 비교예 2에서는, 구부린 시험편의 외측의 스테인리스강에 균열이 발생하였다. 비교예 2는, 판두께비(탄소강/스테인리스강)가 9.0으로, 합재(스테인리스강)의 두께가 상대적으로 작다. 시험편에 밀착 굽힘 가공이 실시되면, 시험편의 표면에 작용하는 인장 응력이 합재에 집중된다. 그 때문에, 비교예 2의 시험편에서는, 합재(스테인리스강)의 기계적 강도를 초과하는 응력 집중이 작용하여, 균열에 이른 것으로 추측된다. 또한, 판두께비(탄소강/스테인리스강)가 7.0 이하이면, 밀착 굽힘 가공이 가능하였다.
이와 같이, 본 발명의 조건을 만족함으로써, 열전도성이 양호하고, 또한 가공시의 균열의 발생이 보이지 않아, 제품으로서의 가치를 높일 수 있었다.
1, 3 요철 모양을 부여하지 않은 3층 클래드 강판
2 요철 클래드 강판
11, 21, 31 탄소강
12, 13, 22, 23, 32, 33 스테인리스강
24 오목부
25, 26 볼록부
B 클래드 강판의 판두께
SP, SP” 탄소강의 두께
SU, SU” 스테인리스강의 두께
SP' 오목부에 있어서의 탄소강의 두께
SU' 오목부에 있어서의 스테인리스강의 두께
t1, t1', t1” 가열면에 있어서의 온도
t0, t0', t0” 가열면과 반대측의 면에 있어서의 온도
D, D', D” 가열면의 온도와, 가열면과 반대측의 면에 있어서의 온도의 차
X 가열면
Z 가열 방향
θ1 스테인리스강의 온도 구배
θ2 탄소강의 온도 구배
40 상측 워크 롤(단 형성 롤)
41 하측 워크 롤(플랫 롤)
42 백업 롤
43 백업 롤
44 페이 오프 릴
45 권취 롤
46 요철 모양을 부여하지 않은 3층 클래드 강판
47 요철 모양을 부여한 요철 클래드 강판

Claims (3)

  1. 탄소강의 모재와, 상기 모재의 양면측에 각각 배치된 스테인리스강의 합재를 갖는 3층의 클래드 강판으로서,
    식(1)로 나타내어지는 판두께비 L이 1.0 이상 5.0 이하이고,
    상기 클래드 강판의 적어도 일방의 표면에는, 복수의 볼록부 및 오목부를 갖는 클래드 강판.
    판두께비 L = 모재의 두께/합재의 두께의 합···식(1)
    여기서, 상기 모재의 두께 및 상기 합재의 두께는, 상기 볼록부에 있어서의 두께이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 볼록부의 면적은, 상기 볼록부가 형성된 상기 클래드 강판의 표면의 면적에 대하여 20∼80％인, 클래드 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 볼록부 및 오목부는, 판두께 방향에 있어서의 요철차가 0.02㎜ 이상 0.2㎜ 이하인, 클래드 강판.
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