KR20090019932A - 유도 가열용 Ｆｅ－Ａｌ계 모재, 이를 이용한 유도 가열용Ｆｅ－Ａｌ계 층 /알루미늄계 층 클래드재 및 이의제조방법 - Google Patents
유도 가열용 Ｆｅ－Ａｌ계 모재, 이를 이용한 유도 가열용Ｆｅ－Ａｌ계 층 /알루미늄계 층 클래드재 및 이의제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유도 가열용 Fe-Al계 모재, 이를 이용한 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재는 알루미늄계 층 및 상기 알루미늄계 층의 적어도 일면 상에 접합된, 3 내지 12wt%의 Al 및 잔부로 이루어지며, 상기 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 Fe-Al계 층을 포함한다. 본 발명에 따르면, Fe-Al계 층에 알루미늄계 층이 접합하여 형성된 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재의 접합 강도를 종래의 클래드재와 유사하게 유지하면서 동시에 유도 가열성 및 성형성을 월등하게 향상시켜, 제조 원가를 절감할 수 있다.
Fe-Al, 알루미늄, 클래드재, 유도 가열, 성형성
Description
본 발명은 유도 가열용 Fe-Al계 모재, 이를 이용한 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유도 가열 특성을 향상시킨 Fe-Al계 모재에 관한 것이며, 또한 이 모재와 알루미늄 계 층이 클래드 접합하여 형성되어, 종래 스테인레스강-알루미늄계 층 클래드재에 비해 향상된 유도 가열성 및 성형성을 갖는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 클래드재란 두 가지 이상의 금속재료의 표면을 금속학적으로 접합하여 일체화시킨 적층형의 복합재료로서, 이와 같은 클래드재를 재료로 적절히 조합하여 사용함으로써, 소재의 성능을 극대화시키고 고가의 소재를 절약할 수 있기 때문에 경제적으로도 큰 장점이 있다. 또한, 클래드재 소재의 조합이 다양해지고 있음에 따라 그 적용분야도 점차 확대되고 있다.
이와 같은 클래드 제품 중에서 스테인레스강 또는 Fe-Al계 층/알루미늄계 층클래드재를 이용하는 분야로서는 주방 용품을 포함한 가전 제품, 자동차 부품, 원자력 및 석유 화학용 압력 용기 등을 들 수 있으며, 이들 중 가장 큰 수요는 가전 제품이다.
클래드재 중에서 스테인레스강/알루미늄계 층 클래드재는 스테인레스강과 알루미늄의 장점을 적절히 조합시켜 사용하기 위하여 고안되었는데 이들을 클래드한 제품은 알루미늄의 낮은 비중과 높은 열전도도 및 스테인레스강의 우수한 내식성 및 가공성 등의 장점을 가지고 있기 때문에 일반 가정용 조리 용기, 전자 조리용 기구, 건자재, 플랜트에 사용되는 열 교환기 용재, 자동차, 차량, 선박 등에 그 적용이 가능하다.
스테인레스강/알루미늄계 층 클래드재는 이처럼 다양한 용도를 가지고 있으며, 각 분야에서 기존의 소재를 대체할 가능성이 매우 크다. 현재 이 클래드재의 용도가 구체적으로 가시화되어 있고 가장 많이 사용되고 있는 분야는 주방용 조리용기이다. 스테인레스강은 내식성, 가공성은 좋으나 열전도도가 매우 나쁘기 때문에 열전도도가 우수한 스테인레스강/알루미늄계 층 클래드재가 거의 모든 가열용 주방용기를 대체해 가고 있는 실정이다.
그러나, 페라이트계 스테인레스강의 경우에는 성형시 고질적인 표면 결함인 이랑(ridging, roping)이 생기고 이를 제거하기 위해서는 수십 ㎛를 연마해야 하는 등의 공정 추가로 비용이 많이 들며, 신율이 30% 정도로 낮아 클래드 또는 성형 조건이 거의 완벽하지 않으면 성형시 파손이 일어나기 쉽다. 또한 스테인레스강의 경 우에는 유도 효율이 탄소강보다 낮은 등 개선의 여지가 남아있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 유도 가열성 및 성형성이 월등하게 향상된 새로운 구조의 Fe-Al계 모재, 이를 이용한 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유도 가열용 Fe-Al계 모재는 3 내지 12wt%의 Al 및 잔부로 이루어지며, 상기 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 Fe-Al계 모재는 0.01 내지 1wt%의 C를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적은 알루미늄계 층 및 상기 알루미늄계 층의 적어도 일면 상에 접합된, 3 내지 12wt%의 Al 및 잔부로 이루어지며, 상기 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 Fe-Al계 층을 포함하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재에 의해 달성된다.
또한, 상기 Fe-Al계 층은 1wt%이하의 탄소를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄계 층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄 합금은 0.8wt%의 Mn을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 Fe-Al계 층은 0.2 내지 1.2mm의 두께로 이루어진 것이 바람직하 다.
상기와 같은 목적은 알루미늄계 층을 준비하는 단계와, 상기 알루미늄계 층의 적어도 일면 상에 A1을 3 내지 12wt%를 함유하는 Fe-Al계을 적층하여 알루미늄계/Fe-Al계 층 적층물을 형성하는 단계 및 상기 알루미늄계/Fe-Al계 층 적층물을 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 압연된 알루미늄계/Fe-Al계 층 적층물에서 상기 Fe-Al계 층은 0.2 내지 1.2mm의 두께인 것이 바람직하다.
또한, 상기 압연하는 단계는 250 내지 400℃의 온도로 압연하여 클래드 접합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압연하는 단계 이후에, 상기 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재를 320℃에서 15분 동안 소둔하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, Fe-Al계 모재에, 3 내지 12wt%의 Al과, 0.01 내지 1wt%의 C를 포함시킴으로써, 유도 가열 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 따라서, 이러한 모재를 유도 가열 특성이 요구되는 주방 조리 용기등에 활용시 조리 용기의 열효율 향상에 크게 기여할 수 있으며, 다양한 용도로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 알루미늄계 층의 적어도 일면 상에 Fe-Al계 층이 접합하여 형성함으로써, Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재의 접합 강도를 종래의 클래드재와 유사하 게 유지하면서 동시에 유도 가열성 및 성형성을 월등하게 향상시켜, 제조 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 3 내지 12wt%의 Al 및 잔부로 이루어지며, 상기 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 것을 포함하는 유도 가열용 Fe-Al계 모재에, 0.01 내지 1wt%의 C를 더 포함함으로써, 유도 가열성이 더욱 향상된 유도 가열용 Fe-Al계 모재에 그 특징이 있다.
또한, 본 발명은 알루미늄계 층과, 알루미늄계 층의 적어도 일면 상에 접합된, 3 내지 12wt%의 Al 및 잔부로 이루어지며, 상기 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 Fe-Al계 층을 포함하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재에 그 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 유도 가열용 Fe-Al계 모재, 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 및 이의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 종래의 알루미늄계 층/스테인레스강 클래드재를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄계 층/Fe-Al계 층 클래드재를 나타내는 도면이다.
종래의 클래드는 일반적으로 도 1과 같이 스테인레스강에 알루미늄 판재를 접합하는 반면 본 발명의 클래드재는 도 2와 같이 알루미늄계 층 상에 Fe-Al계 층을 클래드 접합하여 알루미늄계 층 상에 Fe-Al계 층이 적층된 구조의 Fe-Al계 층/ 알루미늄계 층 클래드재를 형성하여, 종래의 스테인레스강을 사용하는 경우와 유사한 접합 강도를 가지면서 동시에 유도 가열성(IH) 및 성형성을 월등하게 향상시켜 표면 처리에 소요되는 비용을 절감하는데 효과적이므로, 경제적인 면에서 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 유도 가열용 Fe-Al계 모재, 이를 이용한 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 유도 가열용 Fe-Al계 모재는 Al이 3 내지 12wt%와 잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어져 있다. Al이 3wt% 이하이면, 90°자구가 생기지 못하여, 자구에 의한 마찰 열 발생 및 유도 가열 효능을 기대할 수 없으며, 12wt%이상이면, 자구가 그 이상을 증대하지 못하기 때문에 효율적이지 못하며, 가공성을 해치게 된다. 또한, 종래의 경우 탄소 함량이 0.01% 미만으로 유도 가열 특성이 기대에 못미치는 문제를 극복하기 위해서, 본 발명의 경우 유도 가열용 Fe-Al계 모재에 0.01 내지 1wt%의 C를 더 첨가함으로써 유도 가열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 다만, C가 1wt%를 초과할 경우에는 열간 및 냉간 압연이 어려운 문제가 생기므로 1wt% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 적층 클래드재는 상기 Fe-Al계 모재를 이용한 것으로서, Fe-Al계 층의 적어도 일면 상에 알루미늄계 층을 접합하여, 알루미늄계 층이 적층된 클래드재를 형성시킨다.
상기 Fe-Al계 층은 3 내지 12wt%의 Al 및 잔부로 이루어지며, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 또한, Fe-Al계 층에서, Al이 3wt%이하이면, 90°자구가 생기지 못하고, Al이 12wt% 이상이면, 90°자구가 그 이상 증대하지 못하고 가공성을 해치기 때문에, Al은 3 내지 12wt%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 Fe-Al계는 탄소를 더 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소를 첨가함으로써, 자구의 움직임에 마찰을 더욱 크게 하여 유도 가열 효과를 더욱 상승시킬 수 있다. 그러나 탄소의 함량이 1.0wt%를 넘으면, 열간 및 냉간 압연이 어려워 제조하기가 어려운 문제가 있다. 따라서, 탄소는 1.0wt%이하를 첨가한다. 종래의 페라이트 스테인레스강은 자구가 거의 180°로 되어 있으나, 본 발명에 따른 Fe-Al계 합금은 (Al의 농도가 3-12%의 경우) 자구 (magnetic domain)가 90°각도로 되어 있는 경우가 많다. 이러한 90°자구는 외계 자장의 변화에 의해서 움직이게 되며, 이로 인해 큰 마찰열을 발생하여 유도 가열 효능을 크게 상승시킬 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 그 효과가 종래의 페라이트 스테인레스강보다 우수할 것으로 기대된다. 또한 종래에 클래드재로 많이 사용되던 페라이트계 스테인레스강이 상 변태를 일으키지 않아 성형시 이랑(ridging)의 원인이 되고 있으나, 본 발명에 따른 Fe-Al계 합금은 이랑이 생기지 않는다는 장점도 있다. 또한 Fe-Al계 합금에 탄소를 적정량 첨가하여 유도 가열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
탄소에 의한 유도 가열성(IH)의 향상과 열전달 무게 등을 고려해서 Fe-Al계 층의 두께를 0.2 내지 1.2mm 범위로 제한하는 것이 바람직하며, 상기 두께가 0.2mm 이하인 경우는 유도 가열성 효과가 작고, 1.2mm를 초과하는 경우에는 열전달이 늦고 무거워지는 문제가 발생한다.
알루미늄계 층은 Fe-Al계 층에 사용된 것과 동일하게 알루미늄 단일 금속 또는 알루미늄 합금이 사용되는 것이 바람직하다. 그 중에서도 주방용에서는 성형이 잘되는 AA1050(순수 Al), AA3003(0.8wt%의 Mn이 함유된 Al-Mn합금), AA3004 등을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 접합되는 알루미늄계 층의 두께는 상기 Fe-Al계 층 형성에 사용되는 알루미늄계 층의 두께와 크게 달라 일반적으로 클래드재의 주문자의 요구에 따라 달라지며, 대개 1.0 내지 5mm정도의 범위가 사용되며, 접합 방법은 당 분야에서 수행되는 일반적인 클래드 접합과 동일하게 실시하며, 일반적으로 250 내지 400℃에서 압연 과정을 통해 클래드 접합을 한다.
즉, 본 발명에 따른 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재를 제조하는 방법은 다음과 같이 수행한다. 먼저, 1 내지 5mm의 두께를 갖는 알루미늄계 층을 준비한다. 그 다음, 알루미늄계 층의 적어도 일면 상에 A1을 3 내지 12wt%를 함유하는 Fe-Al계을 적층하여 알루미늄계 층/Fe-Al계 층 적층물을 형성한 후, 알루미늄계 층/Fe-Al계 층 적층물을 압연한다. 여기에서 압연은 250 내지 400℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 이 후 압연된 알루미늄계 층/Fe-Al계 층 적층물을 320℃에서 15분 동안 소둔 처리한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면 및 본 발명의 실시예를 통하며, 본 발명에 따른 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재와 이의 제조방법을 설명한다.
두께 0.5㎜의 페라이트계 스테인레스 강(비교재; sus430)과, Fe-8Al-0C (발 명재 1; 탄소의 함량이 불순물 수준)인 Fe-8Al-0.11C(발명재 2), Fe-8Al-0.23C(발명재 3)의 두께 3.5㎜의 알루미늄 합금인 AA1050(순수 Al)을 적어도 일면 상에 적층한 다음, 300℃에서 압연하여 최종 두께 3.0mm의 클래드 판재를 제조하였다. 상기에서 제작된 클래드 판재를 320℃에서 15분 동안 소둔(어닐링) 처리하였다.
상기와 같이 제조된 클래드 판재를 지름 350㎜로 블랭킹(blanking)한 다음, 3ℓ크기의 밥솥 형상으로 딥 드로잉하고, 그 표면 외관을 비교하였다.
그 표면 외관은 도 3 및 도 4를 참조하여 확인할 수 있다. 도 3은 종래의 알루미늄계 층/스테인레스강 클래드재를 딥 드로잉하여 외부에서 관찰한 사진을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄계 층/ Fe-Al계 층 클래드재를 딥 드로잉하여 외부에서 관찰한 사진을 나타낸 도면이다. 도 3에서 보는 바와 같이 종래의 스테인레스강을 이용하는 경우에는 이랑(확대된 부분)이 심하게 나타나는데, 본 발명재인 Fe-Al계 합금을 이용한 클래드에서는 이랑이 관찰되지 않는다.
상기의 비교재와 본 발명에 따른 클래드 판재(1,2,3)의 접합 강도, 유도 가열 특성을 측정하여 이하의 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 접합강도 (N/5mm) | 유도 가열성(초) |
| 비교재 (Fe-18Cr 스테인레스) | 132 | 460 |
| 발명재 1 (Fe-8Al-0C ) | 125 | 432 |
| 발명재 2(Fe-8Al-0.11C ) | 120 | 427 |
| 발명재 3(Fe-8Al-0.23C ) | 121 | 423 |
<측정방법>
1. 접합강도: T형 테스트로 인장하여 박리시키면서 접합강도를 측정하였다.
2. 유도 가열 특성: 밥솥으로 성형한 후에 17℃의 물을 1500 ㎖ 넣고 2kw의 유도 가열 조리기에서 100℃까지 도달하는데 걸리는 시간을 측정하였다.(5회 평균) 오래 걸리면 유도 가열성이 나쁜 것을 의미한다.
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재의 접합 강도는 비교재와 유사하지만, 실제 사용되고 있는 일반적인 규격치인 60N/5mm을 크게 상회하고 있는 것이며, 유도 가열성은 비교재 보다 현저하게 향상된 것을 알 수 있다. 또한 본 발명재(1,2,3)의 경우, 탄소의 함량이 증가함에 따라 유도 가열성이 향상되는 것으로 나타나는 것을 알 수 있다.
도 1은 종래의 알루미늄계 층/스테인레스강 클래드재를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄계 층/Fe-Al계 층 클래드재를 나타내는 도면
도 3은 종래의 알루미늄계 층/스테인레스강 클래드재를 딥 드로잉하여 외부에서 관찰한 사진을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄계 층/Fe-Al계 층 클래드재를 딥 드로잉하여 외부에서 관찰한 사진을 나타낸 도면
Claims (11)
- 유도 가열용 Fe-Al계 모재로서,3 내지 12wt%의 Al 및 잔부로 이루어지며, 상기 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 모재.
- 제1항에 있어서,상기 잔부는 0.01 내지 1wt%의 C를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 모재.
- 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재로서,알루미늄계 층; 및상기 알루미늄계 층의 적어도 일면 상에 접합된, 3 내지 12wt%의 Al 및 잔부로 이루어지며, 상기 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 Fe-Al계 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재.
- 제3항에 있어서,상기 Fe-Al계 층은 1wt%이하의 탄소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재.
- 제3항에 있어서,상기 알루미늄계 층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재.
- 제5항에 있어서,상기 알루미늄 합금은 0.8wt%의 Mn을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재.
- 제3항에 있어서,상기 Fe-Al계 층은 0.2 내지 1.2mm의 두께로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재.
- 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 제조방법에 있어서,알루미늄계 층을 준비하는 단계;상기 알루미늄계 층의 적어도 일면 상에 A1을 3 내지 12wt%를 함유하는 Fe-Al계을 적층하여 알루미늄계/Fe-Al계 층 적층물을 형성하는 단계; 및상기 알루미늄계/Fe-Al계 층 적층물을 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 압연된 알루미늄계/Fe-Al계 층 적층물에서 상기 Fe-Al계 층은 0.2 내지 1.2mm의 두께인 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 압연하는 단계는 250 내지 400℃의 온도로 압연하여 클래드 접합하는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재를 제조하는 방법.
- 제8항에 있어서,상기 압연하는 단계 이후에, 상기 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재를 320℃에서 15분 동안 소둔하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열용 Fe-Al계 층/알루미늄계 층 클래드재 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070084231A KR20090019932A (ko) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | 유도 가열용 Ｆｅ－Ａｌ계 모재, 이를 이용한 유도 가열용Ｆｅ－Ａｌ계 층 /알루미늄계 층 클래드재 및 이의제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070084231A KR20090019932A (ko) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | 유도 가열용 Ｆｅ－Ａｌ계 모재, 이를 이용한 유도 가열용Ｆｅ－Ａｌ계 층 /알루미늄계 층 클래드재 및 이의제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090019932A true KR20090019932A (ko) | 2009-02-26 |
Family
ID=40687470
Family Applications (1)
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| KR1020070084231A KR20090019932A (ko) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | 유도 가열용 Ｆｅ－Ａｌ계 모재, 이를 이용한 유도 가열용Ｆｅ－Ａｌ계 층 /알루미늄계 층 클래드재 및 이의제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20090019932A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016178538A1 (ko) * | 2015-05-06 | 2016-11-10 | 김주홍 | 클래드재 및 이를 이용한 인덕션 렌지용 조리용기 |
-
2007
- 2007-08-22 KR KR1020070084231A patent/KR20090019932A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016178538A1 (ko) * | 2015-05-06 | 2016-11-10 | 김주홍 | 클래드재 및 이를 이용한 인덕션 렌지용 조리용기 |
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