KR102173698B1 - 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법, 평강 제품 및 태양광 집광기용 미러 요소 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 한 표면이 0.03㎛ 미만의 산술 평균 조도 Ra를 갖는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법에 관한 것이고, 이 방법에서, 적어도 한 표면이 2.5㎛ 미만의 산술 평균 조도를 갖는 평강 제품을 복수의 압연 패스에서 냉간 압연하고, 냉간 압연을 통해 성취된 총 변형률이 75 내지 90%이고, 변형률이 매 압연 패스마다 감소하고, 첫 번째 압연 패스에서의 압연 압력은 200 내지 800MPa이고 최종 압연 패스에서의 압연 압력은 1,000 내지 4,000Mpa이고, 점성이 40℃에서 5 내지 10mm2/s인 압연 오일을 추가하면서 냉간 압연이 이루어지고, 압연 속도는 200m/min보다 크고, 적어도 최종 압연 패스에서의 냉간 압연은 0.01㎛ 미만인 산술 평균 조도 Ra를 갖는 작업 롤에서 이루어진다. 이어서 냉간 압연된 평강 제품은 보호 가스 분위기에서 어닐링되고 건식 재압연된다. 본 발명은 또한 상응해서 제조된 평강 제품과, 이러한 평강 제품으로 제조된 태양광 집광기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 태양광 방사 범위 내에서 고반사율을 갖는 평강 제품을 제조하는 방법과, 이 방법으로 마련되는 평강 제품과, 태양광 집광기(solar concentrator)용 미러 요소(mirror element)에 관한 것이다.
여기서 평강 제품이 언급되는 경우, 이는 별다른 언급이 없는 한 탄소강, 스테인리스 강 또는 고급 강으로 제조된 강 스트립 또는 강판뿐만 아니라 이들을 가지고 제조된 봉, 블랭크 등을 의미한다.
여기서 언급되는 종류의 미러 요소는 예를 들면 그 위로 드리워지는 태양광을 집광하고 그렇게 모아진 광을 열전달 매체가 통과하는 파이프 또는 이와 유사한 것으로 집중시키기 위한 태양열 기술에 사용된다. 이와 같은 소위 태양광 집광기를 사용하는 것을 통해, 태양광 발전에 있어서 더 큰 효율을 달성할 수 있다. 여기에는, 미러 요소가 태양광 방사 범위 내에서 최적의 반사율을 가져야 할 뿐만 아니라 이와 같은 미러 요소는 사용 시에 발생하는 기계적 응력을 견뎌낼 수 있어야 하고 또한 저렴하게 제조할 수 있어야 한다는 요건이 있다.
여기에서 언급하는 종류의 미러 요소는 예를 들어 파라볼릭 트로프(parabolic trough)형, 프레넬(Fresnel)형, 디쉬-스털링(dish-stirling)형, 타워(tower)형 발전 설비 등과 같은 발전 설비 기술에 사용된다. 이러한 시스템들의 공통적인 특징은 태양광 방사를 집광해야 한다는 것이다.
현재는 태양광 집광기용으로 유리 기판이 사용되고 있는데, 이는 한쪽 면에 증착된 은, 알루미늄 및 그 밖의 반사 성분들을 갖는다.
대안으로서, 예를 들면, 각 기판을 고반사율을 위해 필요한 낮은 조도(roughness)가 얻어질 때까지 광택 연마(polishing)함으로써 500℃를 초과하는 온도에서조차도 고반사율을 갖는 평강 제품을 제조할 수 있는 미국 특허 US 5,912,777호가 공지되어 있다.
여기에서 용어 '산술 평균 조도 Ra'가 사용되는 경우, 이는 DIN EN ISO 4287에 따라 결정된 값을 의미한다. 광택 연마된 평강 제품 표면에 있어서, 산술 평균 조도 Ra는 뚜렷한 우선 방위(preferred direction)를 갖지 않는다. 대신에 광택 연마된 제품의 표면은 광택 연마 가공의 결과로 남겨진 무질서하게 배열된 공구 자국들로 특징지어지는 표면 조직을 갖는다.
평강 제품 표면을 광택 연마하는 데 수반되는 노력은 상당한데, 그 이유는 광택 연마를 위해서는 사용할 기계를 특별히 설치해야 할 뿐만 아니라 아주 긴 기계 가공 시간이 요구되기 때문이다.
따라서 고광택 마무리 강 표면을 광택 연마 없이 제작하기 위한 여러 시도가 행해져왔다. 그래서 예를 들어 일본 공개 특허 공보 JP 7155809 A호, JP 199876109 A호, 또는 JP 1992340706 A호 각각은 강판을 평균 조도 Ra가 0.01 내지 0.06㎛ 범위인 고광택 광택 연마 가공 롤을 사용하여 냉간 압연하는 것을 제안하고 있다. 그러나 이렇게 하여 평강 제품상에 마련될 수 있는 표면 조도 값은 최선의 상태라고 해봐야 Ra = 0.05㎛인 산술 평균 조도를 달성한다. 이렇게 하여 마련된 표면의 광택 및 그와 관련된 반사율은, 일반적으로, 최근에 위와 같은 평강 제품으로 제조된 미러 요소들에 요구되는 높은 요건을 충족시키기에는 불충분하다.
앞서 개요를 서술한 종래 기술을 배경으로 하여 본 발명에서 해결할 과제는, 평강 제품을 태양광에 대한 고반사율이 요구되는 태양광 집광기 또는 그 밖의 응용 기기를 제조하기에 적합하게 하는 고반사율을, 마무리 압연 상태에서 즉 광택 연마(polishing) 또는 연삭(grinding)과 같은 추가적인 미세 기계 가공이 없는 상태에서, 갖는 평강 제품을 비용 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제시하는 것이다. 또한, 이러한 방법으로 마련된 평강 제품 및 그 평강 제품의 특히 경제적인 용도가 제시된다.
상기 방법과 관련하여, 이러한 과제에 대한 본 발명에 따른 해결책은 고반사율을 갖는 평강 제품을 제조하는 동안에 청구항 1에 나타낸 단계들을 수행하는 것을 포함한다.
상기 과제를 해결한 본 발명에 따른 평강 제품은 청구항 10에 나타낸 특징을 갖는데, 여기서 강조할 점으로는, 그 특징들은 마무리 재압연된 상태의 평강 제품에, 즉 추가적인 기계적 미세 가공을 하지 않은 상태의 평강 제품에 나타난다는 것이다. 본 발명에 따른 방법은 이와 같은 평강 제품의 생산에 특히 아주 적합하다.
본 발명에 따른 평강 제품은 태양광 집광기의 생산에 있어서 최적의 경제적 이익을 제공하는데, 여기서도 다시 또 강조할 점은, 본 발명에 따른 평강 제품의 본 발명에 따른 용도는 마무리 재압연된 상태에서, 즉 추가적인 기계적 미세 가공을 하지 않은 상태에서, 특히 광택 연마를 하지 않은 상태에서 이루어진다는 것이다.
본 발명은 평강 제품의 관계된 표면이 극히 낮은 표면 조도를 갖는 경우에 그 평강 제품의 표면이 높은 방향성 반사 성질을 가지며, 그 표면의 산술 평균 조도 Ra는 0.1㎛보다 훨씬 더 작다는 지견에 기초한다.
고 광택 값을 성취하는 그러한 매끈한 표면을 제작하기 위해, 본 발명은 종래의 압연 스탠드에서 실행될 수 있고 그럼에도 불구하고 이상적으로 적합화된 결과물을 이끌어내는 압연 전략을 제안한다. 여기서, 본 발명에 따른 방법은 탄소강이나 혹은 스테인리스강에서 평강 제품을 가공 처리하는 데 있어서 동등하게 적합하다.
본 발명에 따른 방법의 첫 번째 단계 a)에서, 2.5mm까지의 두께까지 최적으로 열간 압연 또는 냉간 압연되고 적어도 한 표면이 2.5㎛ 미만의 산술 평균 조도를 갖는 평강 제품이 제공된다.
이렇게 제공된, 특히 코일로서 공급된 기초 소재는 이어서 적어도 다음의 조건들을 받게 되는 단계 b)에서 냉간 압연된다.
- 냉간 압연이 복수의 단계, 즉 복수의 압연 패스에서 이루어진다. 실행된 압연 패스의 횟수는, 여기서는, 각 경우에서 요구되는 시작 두께 및 최종 두께에 좌우된다. 전형적으로 본 발명에 따른 방법을 실행할 때에 적어도 10회의 압연 패스가 필요한데, 정식적으로는 적어도 12회의 압연 패스가 실시된다.
- 냉간 압연을 통해 성취된 총 변형률(forming rate)은 75 내지 90%이다. 따라서, 전형적인 시작 두께, 예를 들어 2.5mm의 시작 두께를 기준으로 할 때, 냉간 압연 후에 얻어진 스트립의 두께는 0.625 내지 0.25mm가 된다. 여기서, 태양광 집광기용 미러 요소를 성형하기 위한 것으로 의도된 평강 제품은 마무리 압연된 상태에서 예를 들어 0.4mm 두께에 이르기까지 냉간 압연된다.
- 냉간 압연하는 동안에 성취되는 변형률이 한 압연 패스에서 다음의 압연 패스로 넘어가면서 떨어진다. 따라서 냉간 압연을 첫 번째 압연 패스에서는 고 변형률, 특히 적어도 20%의 변형률로 하여 시작한다. 매 후속하는 압연 패스에서의 변형률은 이전의 압연 패스의 변형률에 비해 낮게 설정된다.
여기서는 최적으로, 변형률이 매 압연 패스마다 한 번에 5 내지 10%만큼 감소된다. 이는 각 압연 패스에서의 변형률이 이전의 압연 패스에서의 변형률의 90 내지 95%에 해당한다는 것을 의미한다. 최종 압연 패스에서, 평강 제품은 최저 변형률, 특히 10% 미만의 변형률로 냉간 압연된다.
각 압연 패스 n에서 성취된 변형률 e가 여기에서 계산되는데, 다음과 같다.
en [%] = (De - Da)/De
여기서, De = 압연 패스 n에 들어가기 전의 평강 제품의 두께이고,
Da = 각 압연 패스 n을 지난 후의 평강 제품의 두께이다.
따라서 총 변형률 eg는 전체 압연 과정에 걸쳐서 성취된, 냉간 압연 전의 평강 제품의 두께 De와 냉간 압연 완료 시의 두께 Da 간의 차이를, 두께 Da와 관련하여 나타내는 것이다.
- 압연 압력은 가공 처리되는 소재의 강도의 함수로서 설정되고, 이에 따라 첫 번째 압연 패스에서의 압연 압력은 200 내지 800MPa이고 최종 압연 패스에서의 압연 압력은 1,000 내지 4,000Mpa이다. 예를 들어, 재질 번호 1.4301인 강으로 제조된 평강 제품에 있어서의 84%의 총 변형률을 위해서는, 첫 번째 압연 패스에서의 압연 압력은 400MPa이고 최종 압연 패스에서의 압연 압력은 1,600Mpa이다.
- 냉간 압연은 점성이 40℃에서 5 내지 10mm2/s인 압연 오일을 추가하면서 실행된다.
- 냉간 압연 중의 압연 속도는 200m/min보다 크다. 이렇게 해서, 각 냉간 압연 패스 동안에 작업 롤과 평강 제품 사이에 고른 유막이 유지된다.
요구되는 최소 표면 조도를 갖는 평강 제품을 제공하기 위해, 최종적으로, 최종 압연 패스에서의 냉간 압연, 최적으로는 마지막 4회의 압연 패스에서의 냉간 압연은, 원재료와 접촉하는 원주면이 평강 제품의 각 표면에 요구되는 평균 조도 이하인, 전형적으로는 0.01㎛ 미만인 산술 평균 조도 Ra를 갖는 작업 롤에 의해 실행된다. 여기서, 작업 롤은 반복해서 교환될 수 있다. 따라서, 끝에서 두 번째 패스 및 네 번째-최종 패스에서의 작업 롤들을 평균 조도가 0.01㎛ 이하인 특별히 준비된 작업롤로 교환하는 것이 실제로 이루어질 수 있다. 작업 롤 교환 전에 사용된 작업 롤의 산술 평균 조도 Ra는 예를 들면 0.08㎛ 이하의 범위에 있을 수 있다.
실제로, 본 발명에 따른 방법은 종래의 20-롤 스탠드에서 실행될 수 있다.
단계 c)에서, 위와 같이 얻어진 냉간 압연 스트립은, 예를 들어 종래의 광휘 어닐링 유닛에서 실행되는, 연화를 위한 냉간 압연 스트립 어닐링 처리를 받는다. 여기서, 어닐링은 수소 함량이 50 체적%를 초과하는 보호 가스 분위기에서 이루어진다. 평강 제품이 10.5 중량% 초과하는 Cr 함량을 갖는 스테인리스강으로 제조된 경우에는 수소에 대한 수증기의 분압 비가 여기서는 p(H2O)/P(H2) < 10-4이라야 하고, 반면에 강 중의 Cr 함량이 최대 10.5 중량%인 경우에는 p(H2O)/P(H2) < 10-3의 분압 비가 충분하다.
단계 d)에서, 본 발명에 따라 냉간 압연되고 어닐링된 평강 제품은 예를 들어 2단 압연 스탠드(two-high rolling stand)에서 1회 이상, 특히 2회의 압연 패스로 재압연된다. 이렇게 재압연하는 동안 성취된 변형률은 0.5 내지 2%이다. 늘 그렇듯이, 재압연의 목적은 어닐링 처리 이후에 존재하며 소위 '유동 줄무늬(flow lines)'를 야기할 수 있는 확연한 항복점을 제거하는 것이다. 여기서, 재압연은 이러한 효과를 낮은 변형률에서 성취할 수 있도록 건조 상태에서 이루어진다. 상기 2단 압연 스탠드의 압연 롤들은 사전에 연마되어서, 이 압연 롤들의 원재료와 접촉하는 표면은 전형적으로 0.03㎛ 미만의 산술 평균 조도 Ra를 갖는다.
본 발명에 따라 이러한 방식으로 냉간 압연된 평강 제품은 이와 같이 마무리 재압연된 상태에서 적어도 한 표면이 0.03㎛ 미만, 특히 0.02㎛ 미만의 산술 평균 조도 Ra를 갖는다. 여기서, 본 발명에 따른 평강 제품의 근본적인 특징은 상기 평균 조도 Ra가 압연 방향과 평행하게 정렬된 뚜렷한 우선 방위를 갖는다는 것이다. 따라서, 본 발명에 따라 최종 재압연된 평강 제품에 대하여 표면 이미지(topographic image)를 이용하여 압연 방향들은 명확하게 확인될 수 있다.
놀랍게도 명백해진 점은, 평강 제품이 본 발명에 따라 제조될 수 있고, 그 평강 제품은, 재압연된 후에는 이미, DIN 67530에 따라 결정되는 1,200 광택도 단위(gloss unit)를 초과하는 광택을 나타내며, 60% 초과하는 방향성 반사(directed reflection)를 가지는데, 실제로는 80%를 초과, 특히 90%를 초과하는 방향성 반사가 성취된다는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 평강 제품은 종래 방식으로 제조되어서 광택 연마된 평강 제품의 반사율과 적어도 동일한 반사율을 갖는다.
본 발명에 따른 평강 제품과 종래의 방식으로 냉간 압연되고 나서 광택 연마된 평강 제품 사이의 또 다른 중요한 차이점은 상기 광택 연마된 평강 제품 표면은 본 발명에 따른 평강 제품의 표면보다 분명히 더 단단하다는 것이다. 반사 표면에 있어서의 이러한 이유로 인해, 본 발명에 따른 평강 제품은 전형적으로 4GPa 미만의 경도, 특히 3.5GPa 미만의 경도를 갖는다. 종래의 방식으로 광택 연마된 평강 제품에 있어서의 이와 같이 더 단단한 표면은 광택 연마 공정에 의해 야기된 표면의 변형 경화로 설명할 수 있는데, 그 이유는 광택 연마는 오로지 재결정화 어닐링 이후에 실행되기 때문이다.
반사율을 추가로 더 증가시키기 위해, 본 발명에 따라 제조되어 마련된 평강 제품에 반사 코팅계(reflective coating system)를 적용할 수 있다.
코팅은 일례로 진공 금속화 방법, 특히 연속 코팅 방법을 이용하여 적용될 수 있다. 여기서, 코팅은 적어도 하나의 반사층을 포함하고, 이 반사층은 일례로 'Al, Ag, Sn'원소들 중 하나 이상을 포함한다. 따라서, 강판을 Al-Ag 합금, Sn, Sn-Al 합금, 또는 Sn-Ag 합금으로 코팅할 수 있다. 증착 공정을 위해, PVD 공정, 마그네트론 스퍼터링, 전자 빔 증착, 및 이와 유사한 기술을 이용할 수 있다.
본 발명에 따라 제공된 평강 제품의 표면이 장기간 부식에 대한 안정성을 갖는 반사 표면으로 기능하도록 하기 위해, 반사율을 증가시키기 위한 코팅이 필요한 경우나 그의 대안으로 또는 그에 추가하여, 평강 제품(상층)에 유기 또는 무기 코팅을 적용할 수 있다.
장벽 효과를 갖는 무기 코팅으로서, 예시로서 SnO2, In2O3, Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2와, 이뿐만 아니라 예컨대 SiO2/B2O3-붕규산염(borosilicate) 유리, SiO2/P2O5-규소인산염(silicophosphate) 유리, 또는 B2O3/P2O5-붕인산염(borophosphate) 유리를 포함하는 유리와 같은 비결정 코팅계도 사용할 수 있다. 여기서, 또한 코팅 적용은 PVD 방법, 바람직하기로는 스퍼터링 또는 원자 층 부착(atomic layer deposition)과, 이뿐만 아니라 스핀 또는 침지 코팅에 의한 졸 겔 코팅(sol gel coating)과 같은 습식 화학적 방법을 이용하여 이루어질 수 있다.
상층으로서 스핀-온 유리계(spin-on glass system)를 포함하는 보호 코팅도 고려할 수 있는데, 이 경우에서는, 처음에 유기규소(organo-silicon) 또는 유기붕소(organo-boron) 화합물이 스핀 또는 침지 코팅을 이용하여 적용되고 이어서 열로 분해되어서 두꺼운 유리 코팅이 형성된다. 이 방법은 잠재적으로 가능한 코일 코팅을 이용하는 연속 코팅에 여러 이점을 제공한다.
CVD 방법을 이용하여 적용되는 Si:O:C:H-코팅(플라즈마 폴리머)과 같은 하이브리드 코팅계도 적합할 수 있다.
투명 래커(lacquer)를 포함하는 유기 상층 코팅계도 마찬가지로 연속 코팅의 가능성을 제공한다.
위에서 설명한 방식으로 마련되어 적용된 상층은 부식에 대한 보호뿐만 아니라 이와 동시에 마모에 대한 보호도 제공한다.
이하에서는 실시예들을 이용하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 그 실시예들은 아래와 같이 보여주고 있다.
도 1은 3개의 평강 제품 시료에 대해서 방향성 반사를 태양광 스펙트럼 범위에서 파장에 걸쳐서 적용되어 있는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 압연된 평강 제품 시료의 표면 사진이다.
도 3은 광택 연마된 평강 제품 시료의 표면 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 냉간 압연된 평강 제품 시료에 있어서 순수 냉간 압연된 상태에서와 코팅을 적용한 이후의 상태에서 태양광 스펙트럼 범위의 방향성 반사를 파장에 걸쳐서 적용되어 있는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 평강 제품을 제조에서 수행되는 냉간 압연의 패스 스케쥴의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 압연된 평강 제품 시료의 표면 사진이다.
도 3은 광택 연마된 평강 제품 시료의 표면 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 냉간 압연된 평강 제품 시료에 있어서 순수 냉간 압연된 상태에서와 코팅을 적용한 이후의 상태에서 태양광 스펙트럼 범위의 방향성 반사를 파장에 걸쳐서 적용되어 있는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 평강 제품을 제조에서 수행되는 냉간 압연의 패스 스케쥴의 개략도이다.
태양광 집광기용 미러 요소를 강 스트립 형태로 제조하기 위한 평강 제품의 생산을 위해, 열간 압연되고 탈스케일 처리된 열연 스트립인 코일 형태의 기초 소재를 사용하였다. 2.5mm 두께의 기초 소재는 재질 번호가 1.4301인 표준화 강을 포함하고, DIN EN ISO 4287에 따라 결정된 2.4㎛ 미만의 산술 평균 조도 Ra를 가졌다.
기초 소재는 12개 스테이지에서 20-롤 스탠드 상에서 최종 두께 0.4mm까지 압연되었다. 따라서 달성된 총 변형률 eg는, eg = (2.4 - 2)/2.4 = 83%이다.
첫 번째 압연 패스에서, 20% 초과하는 변형률 e1로 압연이 이루어졌다. 후속하는 11회의 패스에서, 각 패스마다의 변형률은 각각 5%에서 10%의 사이에서 감소되었고, 이에 따라 냉간 압연의 최종 압연 패스에서는 10% 미만의 변형률 e12가 압연에 사용되었다(도 5 참조).
작업 롤들은 냉간 압연할 평강 제품과 접촉하는 원주면에 80nm의 산술 평균 조도 Ra를 갖는다. 9번째, 10번째, 11번째, 그리고 12번째 압연 패스를 위해, 20-롤 스탠드의 작업 롤들은 산술 평균 조도 Ra가 10nm 미만인 특별히 제작된 작업 롤로 교체되었다.
12회의 냉간 압연 패스 동안에 압연 압력은 평균 1,600MPa이었다.
냉간 압연 단계들 각각은 점성이 40℃에서 8mm2/s인 압연 오일을 추가하면서 실행되었다. 작업 롤과 평강 제품 사이에 충분한 유막을 유지시키기 위해, 200m/min을 초과하는 압연 속도로 압연이 이루어졌다.
이렇게 해서 얻어진 냉간 압연 평강 제품은 수소 가스 함량이 50%를 초과하는 보호 가스 분위기 하에 있으며 수소에 대한 수증기의 분압 비 p(H2O)/p(H2)가 10-4 미만인 광휘 어닐링 유닛에서 광휘 어닐링 처리되었다.
끝으로, 어닐링 처리된 냉간 압연 스트립은 2단 압연 스탠드에서 압연력이 150t인 2회의 패스에서 건식 재압연, 즉 오일 또는 압연 에멀젼 없이 재압연되었다. 평강 제품과 접촉하는 2단 압연 롤들의 원주면은 20nm의 산술 평균 조도 Ra를 가졌다.
상술한 바와 같은 방식으로 가공 처리된 본 발명에 따른 2개의 평강 제품 시료 E1 및 E2에 있어서 원자힘 현미경(atom force microscopy)을 이용하여 결정된 조도 값들과, 백광 간섭법(white-light interferometry)을 이용하여 결정된 조도 값들과, 재압연 후의 상태에서의 방향성 반사가 표 1에 제시되어 있다. 표 1은 또한 종래의 방식으로 제조되고서 조사 중에 그 표면이 광택 연마된 비교 시료 V에 있어서의 위에 대응하는 값들도 비교를 위해 제공하고 있다.
| 조도 Ra [㎛] | 조도 Ra [㎛] | 방향성 반사 | |
| 백광 간섭법 | 원자힘 현미경 | 코팅 없음 | |
| E1 | 0.023 | 0.012 | 63.3 |
| E2 | 0.015 | 0.012 | 64.4 |
| V | - | 0.004 | 65.4 |
태양광 스펙트럼 범위에서 방향성 반사를 측정한 결과가 도 1에 상세하게 도시되어 있다(시료 E1: 연속 선, 시료 E2: 파선, 비교 시료 V: 연속 선). 재압연 후이면서 냉간 압연은 되었지만 광택 연마는 되지 않은, 본 발명에 따라 제조된 시료는 이미, 압연하고 이어서 광택 연마함으로써 초기에 상당한 노력을 기울여서 제조한 비교 시료의 반사율과 실질적으로 동일한 반사율을 갖는다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따라 압연된 평강 제품과 조도의 관점에서 비교하기 위해 사용된 고도로 광택 연마된 시료 간의 명백한 차이를 입증할 수 있었다. 표면 이미지(도 2 참조)에 의하면, 각 평강 제품을 압연한 압연 방향을 명백하게 확인할 수 있다. 따라서, 도 2로부터는 직선 형태로 특징지어지는 조도의 우선 방위를 검출할 수 있다. 그러나 비교를 위해 사용된 광택 연마된 시료 V에 있어서는 위와 같은 우선 방위가 존재하지 않는다(도 3 참조).
평강 제품 시료들의 반사 능력을 코팅의 적용에 의해 어떻게 더 증가시킬 수 있었는지를 조사하기 위해, 전자 빔 증착을 이용하여 본 발명에 따른 평강 제품 시료 E1에 90 내지 100nm의 은 코팅을 마련했다. 이 코팅의 결과, 태양광 스펙트럼 범위에서의 방향성 반사가 약 93%까지 증가하였고, 이렇게 함으로써 종래의 유리 거울의 크기 수준에 도달했다. 도 4에, 본 발명에 따른 시료 E1의 코팅 전의 반사율이 파선으로 도시되었고, 반면에 코팅 후의 반사율은 연속선으로 그려져 있다.
끝으로, 나노-인덴터(Nano-Indenter) 측정에서, 시료 E1, E2, V의 반사 표면의 경도가 조사되었다. 여기서, 광택 연마된 비교 탐침의 경도는 분명히 더 높았다. 측정 결과를 표 2에 정리했다.
| 시료 | 경도 [GPa] | 탄성 계수[GPa] |
| E1 | 3.8 +/- 0.6 | 179 +/- 26 |
| E2 | 3.6 +/- 0.3 | 171 +/- 15 |
| V | 5.0 +/- 0.2 | 202 +/- 8 |
Claims (15)
- 적어도 한 표면이 0.03㎛ 미만의 산술 평균 조도 Ra를 갖는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법으로서,
a) 적어도 한 표면이 2.5㎛ 미만의 산술 평균 조도를 갖는 평강 제품을 마련하는 단계;
b) 상기 평강 제품을 복수의 압연 패스에서 냉간 압연하는 단계로서,
- 냉간 압연을 통해 성취된 총 변형률(forming rate)이 75 내지 90%이고,
- 변형률이 매 압연 패스마다 감소하고,
- 첫 번째 압연 패스에서의 압연 압력은 200 내지 800MPa이고 최종 압연 패스에서의 압연 압력은 1,000 내지 4,000Mpa이고,
- 점성이 40℃에서 5 내지 10mm2/s인 압연 오일을 추가하면서 냉간 압연이 실행되고,
- 냉간 압연 중의 압연 속도는 200m/min보다 크고,
- 적어도 최종 압연 패스에서의 냉간 압연은 원재료와 접촉하는 원주면이 0.01㎛ 미만인 산술 평균 조도 Ra를 갖는 작업 롤에서 실행되는, 냉간 압연하는 단계;
c) 얻어진 냉간 압연 평강 제품을 수소 함량이 50 체적%를 초과하는 보호 가스 분위기에서 어닐링하는 단계; 및
d) 어닐링된 평강 제품을 0.5 내지 2%의 변형률로 건식 재압연하는 단계,
e) 선택적으로, 상기 재압연에 후속하여 재압연된 상태의 평강 제품을 반사 코팅으로 코팅하는 단계를 포함하는, 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
단계 a)에서 마련된 평강 제품의 두께가 최대 2.5mm인 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
냉간 압연 후에 얻어진 평강 제품의 두께가 최대 0.4mm인 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
단계 b)에서의 냉간 압연은 적어도 10개의 스테이지에서 실행되는 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
단계 b)에서, 변형률이 매 압연 패스마다 5 내지 10% 감소하는 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
단계 b)에서, 냉간 압연의 첫 번째 압연 패스에서의 변형률이 적어도 20%인 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
단계 b)에서, 냉간 압연의 최종 압연 패스에서의 변형률이 10% 미만인 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
단계 d)에서의 재압연은 원재료와 접촉하는 표면이 0.03㎛ 미만인 산술 평균 조도 Ra를 갖는 작업 롤에서 실행되는 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
선택적으로 실행되는 단계 e)에서, 코팅이 진공 금속화 방법에 의해 평강 제품에 적용되는 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품을 제조하는 방법. - 고반사율 평강 제품으로서,
마무리 재압연된 상태에서 상기 평강 제품의 적어도 한 표면이,
- 우선 방위가 압연 방향에 평행하게 정렬된 상태에서 0.03㎛ 미만의 산술 평균 조도 Ra와,
- DIN 67530에 따라 결정된 1,200 광택도 단위를 초과하는 광택과,
- 60%를 초과하는 방향성 반사를 갖는, 고반사율 평강 제품. - 청구항 10에 있어서,
적어도 한 표면이 0.02㎛ 미만의 산술 평균 조도를 갖는 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품. - 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
적어도 한 표면이 4GPa 미만의 표면 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품. - 청구항 10에 있어서,
a) 적어도 한 표면이 2.5㎛ 미만의 산술 평균 조도를 갖는 평강 제품을 마련하는 단계;
b) 상기 평강 제품을 복수의 압연 패스에서 냉간 압연하는 단계로서,
- 냉간 압연을 통해 성취된 총 변형률(forming rate)이 75 내지 90%이고,
- 변형률이 매 압연 패스마다 감소하고,
- 첫 번째 압연 패스에서의 압연 압력은 200 내지 800MPa이고 최종 압연 패스에서의 압연 압력은 1,000 내지 4,000Mpa이고,
- 점성이 40℃에서 5 내지 10mm2/s인 압연 오일을 추가하면서 냉간 압연이 실행되고,
- 냉간 압연 중의 압연 속도는 200m/min보다 크고,
- 적어도 최종 압연 패스에서의 냉간 압연은 원재료와 접촉하는 원주면이 0.01㎛ 미만인 산술 평균 조도 Ra를 갖는 작업 롤에서 실행되는, 냉간 압연하는 단계;
c) 얻어진 냉간 압연 평강 제품을 수소 함량이 50 체적%를 초과하는 보호 가스 분위기에서 어닐링하는 단계; 및
d) 어닐링된 평강 제품을 0.5 내지 2%의 변형률로 건식 재압연하는 단계,
e) 선택적으로, 상기 재압연에 후속하여 재압연된 상태의 평강 제품을 반사 코팅으로 코팅하는 단계를 포함하는, 방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품. - 청구항 10에 있어서,
적어도 10.5 중량%의 Cr 함량을 갖는 스테인리스강으로 제조된 것을 특징으로 하는 고반사율 평강 제품. - 청구항 10에 따라 개발된 평강 제품으로 제조된, 태양광 집광기용 미러 요소.
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