KR20040063552A - 자성의 철판이 삽입된 알루미늄/스텐레스 클래드 판재 및그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 Al/STS 클래드는 자성의 철합금을 삽입하여 IH특성 및 성형성을 향상시키며, 산화방지 및 원할한 접합을 위하여 철합금을 용융도금 방법으로 알루미늄을 미리 코팅하는데 특징이 있다.

Description

자성의 철판이 삽입된 알루미늄/스텐레스 클래드 판재 및 그 제조 방법{MAGNETIC STEEL-INSERTED Al/STS CLAD AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 알루미늄/스텐레스 클래드 판재에 관한 것이다.
현재 클래드 판재 중에 가장 많이 사용되고 있는 것은 알루미늄(Al)과 스텐레스 강의 조합으로 된 알루미늄/스텐레스(이하, Al/STS로 약칭함) 클래드 판재이다. 가볍고, 열전도성이 우수한 알루미늄에 내식성과 강도가 좋고, 색상이 미려한 스텐레스 강의 성질을 조합하여 주방용품 등에 널리 쓰인다. 수 년전 까지만 해도 스텐레스 강은 색상이 미려하고 내식성이 우수하고 성형이 잘되는 오스테나이트 계 스텐레스 강을 사용하였다. 도 1은 종래의 Al/STS 클래드 판재를 도시한 것으로, 오스테나이트 계 스텐레스 강(304, 이하 '304'로 약칭함) 사이에 단층 또는 여러층의 알루미늄 합금이 삽입되어 있고, 이를 딥드로잉(Deep drawing)으로 성형한 것이다. 경우에 따라서는 안쪽의 304가 없는 구조로 제조할 수도 있다.
한편 최근에는 냄비, 밥솥 등은 전기에 의한 유도가열하는 이른바 IH(Induction Heating) 히터의 사용이 크게 늘어나고 있다. 이는 IH 가열 방식으로는 용기 자체가 발열되므로 높은 화력을 쉽게 얻을 수 있고, 열효율이 높으며 조작이 간편하고 안전하기 때문이다. IH는 자기장의 변화에 따른 이력손실 (hysteresis loss)과 와전류 손실 (eddy-current loss)에 의한 것으로 전자는 자성물체에만 해당되고 후자는 모든 전도체에서 일어날 수 있다. 그러나 가정용 IH히터는 주파수가 그다지 높지 않아 주로 와전류 손실에 의한 열발생은 미미하고 이력손실에 의한 열발생이 크다.
따라서 최근에는 IH특성을 살리기 위하여 내식성, 성형성 등이 우수하고 미관은 좋으나 비자성인 304 대신에 자성을 지닌 SUS 430 계통의 페라이트계 스텐레스 강(이하, 페라이트계 스텐레스 강을 430으로 약칭함)을 사용한다. 도 2는 304와 430 사이에 단층 또는 여러층의 알루미늄 합금을 삽입하고 자성이 있는 430을 바깥쪽에 위치하도록 성형한 것이다. 이 경우에도 역시 안쪽의 304가 없을 수 있다. 이러한 구조가 현재 IH용 주방용기의 대부분을 차지하고 있다.
그러나 430의 경우 성형시 고질적인 표면결함인 이랑(소위 ridging 또는 roping이라고도 함)이 생기고, 이를 제거하기 위해서는 수십 내지는 수백 ㎛의 깊이로 표면을 연마해야 하는 등 코스트가 많이 든다.
또한, 페라이트계 스텐레스는 신율이 30% 정도로 클래드 조건이나 성형조건이 거의 완벽하지 않으면 성형시 파손이 일나나기 쉽다.
또한, 열효율의 관점에서도 그다지 좋은 구조가 아니다. 430과 같은 자성재료는 소위 스킨효과(skin effect)가 커서 표면부위에서 열발생이 집중된다. 이 경우 스텐레스는 열전도성이 나쁘므로 대류에 의한 열손실이 크기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은 비자성인 304를 이용하면서도 IH특성이 우수한 클래드 판재를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 성형성이 우수하며, 제조가 용이한 클래드 판재를 제공하는데 있다.
도 1은 비 IH 특성의 Al/STS의 클래드 구조.
도 2는 IH 특성의 Al/STS의 클래드 구조.
도 3은 본 발명의 Al/STS의 클래드 구조.
도 4는 도 3에서와 같이 Fe를 접합한 Al/STS의 클래드 조직의 광학현미경 사진.
도 5는 도 2에서와 같이 제작한 클래드 판재를 딥 드로잉한 후 바깥쪽에서 관찰한 사진.
도 6은 도 3에서와 같이 제작한 클래드 판재를 딥 드로잉한 후 바깥쪽에서 관찰한 사진.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
304:오스테나이트계 스텐레스 강
430:페라이트계 스텐레스 강
본 발명에서는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 오스테나이트계 스텐레스강 사이에 자성을 가진 철 또는 철합금을 삽입 및 접합한 Al/STS 클래드 판재를 제공한다.
구체적으로 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재로 구성되는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재에 있어서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재 사이에 자성을 가진 철 또는 철합금 판재가 삽입 및 접합한 알루미늄/스텐레스 클래드 판재를 제공한다.
상기 철 또는 철합금 판재는 산화방지를 위하여 표면에 알루미늄층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
성형성 및 IH특성을 고려하여 철 또는 철합금 판재의 두께는 0.2 ~ 1.5mm 정도가 적절하다. 한편, 오스테나이트계 스텐레스강은 얇을수록 좋으나 0.1mm정도 이하에서는 클래드 압연시 어려움이 있으므로 그 이상이 바람직하다.
또한, 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재를 준비하고, 자성을 지닌 판재를 준비하고, 상기 철 또는 철합금 표면에 알루미늄층을 형성시키고, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재 사이에 알루미늄층이 형성된 철 또는 철합금 판재를 삽입하여 적층시키고, 적층된 판재들을 압연하고, 압연한 판재를 확산처리하는 것을 포함하여 이루어지는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재 제조 방법을 제공한다.
상기 철 또는 철합금 판재는 자성 모멘트가 430 보다 큰 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 탄소강을 사용하였으나, 이외에도 자성 모멘트가 430 보다 큰 다른 철계 합금이 사용 가능하며, 순철도 사용 가능하다.
본 발명의 알루미늄/스텐레스 클래드 판재는 페라이트계 스텐레스를 사용하지 않으면서도 IH특성을 이용할 수 있고, 외관의 미려함, 내식성 및 성형성 등에 있어서 우수한, 이상적인 클래드 판재라고 할 수 있다.
또한, 철합금은 대개 상온에서도 쉽게 산화되어 유통 및 보관과정에서 녹이 쉽게 발생할 뿐 아니라, 클래드를 위해서 가열하면 철은 산화되어 클래드 접합이 어려운 단점이 있는데, 본 발명에서는 철합금을 표면처리하여 유통 및 보관과정에서 녹이 슬지 않고, 클래드시에 가열해도 산화되지 않아 오스테나이트계 스텐레스 강과 철합금의 접합을 용이하게 한다.
본 발명의 클래드 판재는 철합금이 알루미늄과 스텐레스강 사이에 중간재로 삽입된 상태에서 열간압연하여 접합시킨 후, 다시 확산처리하면 알루미늄이 철합금에 확산되면서 강력한 접합을 이루게 된다. 확산처리시 가열 온도는 200 ~ 400℃의 범위가 적당하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명하며, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않고 청구범위 내에서 다양한 변형과 응용이 가능할 것이다.
실시예
철(또는 철계 합금)으로서 1.1mm 두께의 일반 저탄소강 판재를 준비한 후, 표면에 용융 알루미늄을 도금하여 약 15㎛ 두께의 알루미늄 층을 얻었다. 이렇게 알루미늄이 도금되면 대략 550℃까지 산화되지 않는다.
표면에 알루미늄이 형성된 철, 오스테나이트계 스텐레스 강 및 알루미늄합금(Al3003)을 준비한 후, 각각을 도 3에 도시된 바 같이 304/Al코팅된Fe/Al합금/304 의 순서로 적층한 다음, 28%정도의 압하율로 압연하여 접합하고, 접합된 적층체를 330℃에서 30분간 확산처리하였다.
본 실시예에 사용된 알루미늄 합금 이외에도 Al3004 또는 Al1000 등이 사용될 수 있다.
도 4는 상기 실시예에 의하여 Fe가 내부에 삽입, 접합된 Al/STS 구조의 수직단면을 보여주는 사진이다.
확산 처리가 끝난 적층체는 도 3에 도시된 바와 같이 딥드로잉에 의하여 성형하였다.
본 발명과의 비교를 위하여 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 430/Al 합금(Al3003)/304 클래드 판재를 준비하고, 딥드로잉에 의하여 성형한 후, 430쪽 즉 성형체의 바깥쪽에서 관찰한 사진을 도 5에 도시하였다. 도면 우측 상단의 확대사진을 보면 표면에 깊은 이랑이 생겨 있음을 알 수 있다.
한편 본 발명에 의한 방법으로 만든 304/Al이 코팅된 Fe/Al합금(Al 3003)/304 클래드 판재를 딥드로잉에 의하여 성형한 후, 바깥쪽의 304 표면을 관찰한 사진을 도 6에 도시하였다. 도 5의 비교예에서와 달리 이랑이 전혀 없음을 알 수 있다.
또한 비교재인 430/Al3003/304 클래드 판재의 경우, 430에서 크랙이 발생하는 경우가 나타나는데, 본 발명의 클래드 판재에서는 크랙이 전혀 나타나지 않았다. 이는 430의 연신율이 30%내외인데 반하여 304의 연신율은 60%정도에 이르기 때문다.
본 발명의 클래드 구조 및 제조방법을 이용하면 Al/STS 계 클래드를 IH 특성을 향상시킬 수 있고 성형성을 크게 향상시킬 수 있어 경제적이고 특성이 우수한 클래드 판재의 제조가 가능하다.

Claims (7)

  1. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재로 구성되는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재에 있어서,
    알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재 사이에 자성을 가진 철 또는 철합금 판재가 삽입 및 접합한 알루미늄/스텐레스 클래드 판재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 철 또는 철합금 판재는 표면에 알루미늄층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 철 또는 철합금 판재의 두께는 0.2 ~ 1.5mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄/스텐레스 클래드 판재는
    오스테나이트계 스텐레스강/알루미늄 또는 알루미늄 합금/철 또는 철합금/오스테나이트계 스텐레스강 의 순서로 적층되는 구조인 것을 특징으로 하는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자성을 가진 철 또는 철합금은 페라이트계 스텐레스강 보다 자성 모멘트가 큰 것을 특징으로 하는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재.
  6. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재를 준비하고,
    자성을 지닌 판재를 준비하고,
    상기 철 또는 철합금 표면에 알루미늄층을 형성시키고,
    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재 사이에 알루미늄층이 형성된 철 또는 철합금 판재를 삽입하여 적층시키고,
    적층된 판재들을 압연하고,
    압연한 판재를 확산처리하는 것을 포함하여 이루어지는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 확산처리는 200 ~ 400℃의 범위의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 알루미늄/스텐레스 클래드 판재 제조 방법.
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