KR20210079969A - 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법 - Google Patents

두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클래드재의 두께를 균일하게 확보할 수 있는 클래드　박판의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법은, 모재의 양 측면에 오스테나이트계 스테인리스강으로 마련되는 클래드재를 적층하고, 열간압연하는 단계; 및 열연강판을　하기 식 (1)을 만족하도록 압하율을 조절하여 냉간압연하는 단계; 를 포함한다.
식(1): finner(2/
Figure pat00005
STS-Yinner)<TSSTS
(여기서, finner는 모재의 두께 분율, YSTS, Yinner는 각각 압하량에 따른 클래드재 및 모재의 항복강도, TSSTS는 클래드재의 인장강도를 의미한다.)

Description

두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF CLAD THIN PLATE WITH UNIFORM THICKNESS VARIATION}
본 발명은 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박물로 냉간압연을 하여도, 모재의 양 측면에 오스테나이트계 스테인리스강으로 마련되는 클래드재의 두께 편차를 억제할 수 있는 클래드　박판의 제조방법에 관한 것이다.
클래드 강판은 연질의 금속소재를 모재로 하여, 일 측면 또는 양면에 니켈, 니켈합금, 스테인리스강, 황동, 강, 고탄소강, 알루미늄, 아연합금 등 다른 종류의 소재(클래드재)를 폭발 압접법, 용접법, 가열 압접법 및 압연법 등의 방법으로 압착한 것으로 접합 강판이라고도 한다. 클래드 강판은 화학적/물리적 성질이 서로 상이한 소재를 접합함으로써 각 소재의 약점은 보완하고 장점만을 취할 수 있다.
클래드재로 사용되는 금속에는 니켈, 구리, 알루미늄, 티타늄 등이 있는데 각 소재의 특성에 따라 적용되는 분야도 다르다.　한편, 한편, 클래드 강판에서 클래드재로 사용되는 스테인리스강은 내식성과 강도가 뛰어나다.
일 예로, 모재를 알루미늄으로, 클래드재를 스테인리스강을 사용하는 3중 클래딩 강판은(STS+Al+STS) 열 전도성뿐만 아니라 향균성이 우수하여 전기밥솥 등 주방용품 소재로 사용되고 있다. 전기 전도도와 강성이 요구되는 전자제품의 경우에는 구리와 스테인리스를 결합한 클래딩 강판을 적용하고 있다.
전자제품 등 정밀소재가 첨단화됨에 따라, 종래의 클래딩 공정만으로는 스테인리스강을 클래드재로 사용하는 3중 클래드 강판의 두께를 확보할 수 없어 클래딩 강판을 추가적으로 냉간압연하여 박물 형태로 생산하게 되었다.
3중 클래드 강판의 두께를 확보하기 위해 냉간압연하는 과정에서 스테인리스강의 분율이 감소할 수록, 클래드재와 모재 사이의 강도차가 클수록 냉간압연 중 스테인리스강이 국부적으로 얇아짐에 따라 클래드 강판 내의 두께 불균일 문제가 발생한다.
이에, 클래드재의 두께 편차를 억제할 수 있는 클래드　박판의 제조방법에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 클래드재의 두께 편차를 억제할 수 있는 클래드　박판의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클래드 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법은, 모재의 양 측면에 오스테나이트계 스테인리스강으로 마련되는 클래드재를 적층하고, 열간압연하는 단계; 및 열연강판을　하기 식 (1)을 만족하도록 압하율을 조절하여 냉간압연하는 단계; 를 포함한다.
식(1): finner(2/
Figure pat00001
STS-Yinner)<TSSTS
여기서, finner는 모재의 두께 분율, YSTS, Yinner는 각각 압하량에 따른 클래드재 및 모재의 항복강도, TSSTS는 클래드재의 인장강도를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 finner는 0.5 내지 0.7일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모재는 상기 클래드재 대비 연질의 소재로 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모재는 니켈, 동, 티타늄 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉간압연 후, 900 내지 1,000℃에서 냉연소둔하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열간압연 전, 상기 모재 및 클래드재를 표면처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉간 압하율은 40% 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 클래드재의 두께 편차는 25% 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 클래드　박판의 두께는 0.25 mm 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉연소둔 후, 냉간압연을 추가로 실시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 클래드　박판은 클래드재의 두께 편차를 억제할 수 있어, 다양한 산업분야에 적용이 가능하다.
도 1은 모재(B)와 오스테나이트계 스테인리스강 클래드재(A)로 포함하는　클래드　강판의 모식도이다.
도 2는 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강 및 모재의 냉간 압하율에 따른 항복강도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 클래드 강판에 냉간압연시, 클래드재인 스테인리스강에 압연방향 인장응력이 작용하는 것을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 냉간 압하율 및 모재의 두께 분율에 따른 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강에 작용하는 압연방향 인장응력 값을 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예의 클래드재 두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은 비교예의 클래드재 두께 분포를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 본 발명의 일 측면인 두께 편차가 균일한 클래드　박판을 제조하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 클래드 박판은 당해 기술분야에서 통상적으로 널리 알려진 다양한 선재 제조 기술을 통해 제조할 수 있으나, 바람직하게는 후술하는 일련의 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
개시된 실시예에 따른 두께 편차가 균일한 클래드　박판은 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강판 사이에 모재를 마련하는 단계와, 모재 및 클래드재를 접합하는 단계와, 클래드 강판을 제어된 조건에서 냉간압연 단계를 포함하는 일련의 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 클래드 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법은, 모재의 양 측면에 오스테나이트계 스테인리스강으로 마련되는 클래드재를 적층하고, 열간압연하는 단계; 및 열연강판을　하기 식 (1)을 만족하도록 압하율을 조절하여 냉간압연하는 단계; 를 포함한다.
식(1): finner(2/
Figure pat00002
STS-Yinner)<TSSTS
여기서, finner는 모재의 두께 분율, YSTS, Yinner는 각각 압하량에 따른 클래드재 및 모재의 항복강도, TSSTS는 클래드재의 인장강도를 의미한다.
도 1은 모재(B)와 오스테나이트계 스테인리스강 클래드재(A)로 포함하는　클래드　강판의 모식도이다.
클래드재는 모재의 일 측면 또는 양면에 마련될 수 있다. 도 1을 참조하면, 개시된 실시예에 따른 클래드 강판은 강도 및 내식성을 확보하기 위해, 클래드재로 오스테나이트계 스테인리스강을 사용한다. 오스테나이트계 스테인리스강(A)은 STS 304, STS 316 등과 같은 300계　스테인리스강이라면 적용 가능하다.
본 발명에서 클래드재로 사용되는 오스테나이트계 스테인리스　강판의 두께는 0.12 내지 0.2 mm이다. 오스테나이트계 스테인리스 강판의 두께가 0.12 mm 보다 얇으면, 두께가 얇아　클래드　강판 제조 시 공정상에 어려움이 있으며, 또한 용접시　용융량을 확보할 수 없어 내부에 조대한 기공이 형성되게 된다. 반면, 두께가 0.2 mm를 초과하면, 고가의　스테인리스　강판의 사용량이 증가하기 때문에 가격 경쟁력을 확보할 수 없다.
모재(B)는 오스테나이트계 스테인리스강 대비 항복강도가 낮은 연질의 소재를 사용한다. 예를 들어, 상기 모재는 니켈, 동, 티타늄 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이이서, 클래드재 및 모재를 열간압연 하여 접합하는 단계를 거친다. 이와 같이 열간　클래딩　압연을 수행함으로써, 모재와 클래드재가 일체로 접합되어　클래드 강판으로 형성한다. 이 때, 열간압연 온도를 800℃ 이상으로 제어함으로써, 금속간 결합을 유도하여 클래드재와 모재사이의 계면에서의 접합력을 확보할 수 있다.
한편, 열간압연 전, 상기 모재 및 클래드재를 표면처리하는 단계를 포함할 수 있다. 브러싱 작업을 통해 모재 및 클래드재의 표면 오염물질과 산화막을 제거함으로써 클래드재와 모재간 계면의 균일성을 확보하고 접합력을 향상시킬 수 있다. 클래딩 접합 후, 클래딩 강판의 두께는 0.6 내지 1.0 mm 이다.
다음으로, 클래딩 강판을 냉간압연하는 단계를 거친다. 냉간압연을 통해, 박물 형태의 클래드 박판을 제조할 수 있다. 냉간압연 시, 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강의 두께가 균일한 클래드 박판을 형성하기 위해, 냉간 압하율을 제어할 필요가 있다.
도 2는 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강 및 모재의 냉간 압하율에 따른 항복강도를 나타내는 그래프이다.
냉간압연 단계에서, 클래드 강판에는 접합에 의해 클래드재와 모재에 동일한 냉간 압하율이 적용된다. 도 2를 참조하면, 소재에 인가되는 냉간 압하율이 클수록, 소재의 항복강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 상대적으로 경질인 클래드재가 연질인 모재 대비 강도와 가공경화가 높으므로, 냉간 압하율이 증가할수록 클래드재와 모재사이의 강도차이가 증가하게 된다.
도 3은 클래드 강판에 냉간압연시, 클래드재인 스테인리스강에 압연방향 인장응력이 작용하는 것을 설명하기 위한 모식도이다. 도 2를 참조하면, 압연롤에 의해 동일한 응력을 부여할 경우, 상대적으로 연질인 모재는 압연방향으로 더 연신되고, 연신된 모재와의 계면접합력에 의해 클래드재에 동일한 변형률을 발생시키는 압연방향의 인장응력이 발생한다.
이 때, 인장응력 값이 스테인리스강의 인장강도를 초과하면, 클래드재에서 국부적으로 네킹에 의한 두께 감소가 일어나고, 이는 클래드재의 두께 불균일을 유발한다.
따라서, 냉간압연 중 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강에 발생하는 압연방향 인장응력을 크기를 예측하고 이를 통해 냉간 압하율을 제어하는 것이 필수적이다.
도 4는 냉간 압하율 및 모재의 두께 분율에 따른 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강에 작용하는 압연방향 인장응력 값을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강에 작용하는 압연방향 인장응력의 크기는 클래드재의 두께 분율이 낮을수록, 냉간 압하율이 증가할수록 커지는 것을 확인할 수 있다.
본 발명자들은 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강에 발생하는 압연방향 인장응력의 크기는 모재와 클래드재 사이의 항복강도 차이 및 모재의 두께 분율과 관련이 있다는 사실을 확인하고, 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강에 발생하는 인장응력의 예측값을 finner(2/
Figure pat00003
STS-Yinner)로 도출하였다. 여기서, finner는 모재의 두께 분율, YSTS, Yinner는 각각 압하량에 따른 클래드재 및 모재의 항복강도를 의미한다.
모재의 두께 분율은 클래딩 강판을 제조하기 전에 결정되므로, 냉간압연 단계에서는 압하량을 제어함으로써 모재와 클래드재 사이의 항복강도 차이(YSTS-Yinner)를 조절하고자 하였다. 모재의 두께 분율은 전술한 클래드재의 두께를 고려하여, 0.5 내지 0.7의 범위로 한정할 수 있다.
소재에 인가되는 냉간 압하율이 클수록, 오스테나이트계 스테인리스강에 작용하는 압연방향 인장응력이 증가하는 경향이 있으므로, 냉간 압하율은 모재와 클래드재 사이의 항복강도 차이 및 모재의 두께 분율을 고려한 임계압하율 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
냉간압연 후, 냉연소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 확산을 촉진시켜 클래드재와 모재사이의 계면에서의 접합력을 확보할 뿐만 아니라, 전위 등의 결함을 초기화하는 완전 재결정을 유도하기 위해 900 내지 1,000℃의 온도범위에서 1분 이상 냉연소둔 과정을 거칠 수 있다.
한편, 클래드　박판의 두께를 확보하기 위해 전술한 냉간압연-냉연소둔 일련의 과정을 2회 이상 반복하여 수행할 수 있다.
이와 같이, 모재의 두께 분율과 함께 냉간압연시 압하율을 제어하여 최종 냉연 소둔재를 제조할 경우, 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강의 두께가 균일한 클래드 박판을 제조할 수 있다.
이에 따라 제조된 클래드　박판의 두께는 0.25 mm 이하이고, 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강의 두께 편차는 25% 이하일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
실시예
클래드재로 0.12 mm의 두께를 갖는 STS 316L　스테인리스강을, 모재로 0.56 mm의 두께를 갖는 알루미늄판을 적층하고, 열간압연하여 0.8 mm 두께의 3중 클래드　강판을 제조하였다. 제조된 클래드 강판을 하기 표 1의 조건에 따라 냉간압하율을 달리하여 냉간 압연을 실시하고, 950℃에서의 1분동안 소둔 열처리를 실시하여 최종두께 0.22 mm의 클래드　박판을 제조하였다.
초기 1차 냉연 후 두께
(압하율)		 소둔 2차 냉연 후 두께
(압하율)		 소둔 3차 냉연 후 두께
(압하율)
실시예 0.8 mm 0.52 mm (35%) 950℃ /
1분		 0.34 mm (35%) 950℃ /
1분		 0.22 mm
(35%)
비교예 0.8 mm 0.42 mm (48%) 0.22 mm (48%) -
도 5 및 도 6은 각각 실시예 및 비교예의 클래드재 두께 분포를 나타내는 그래프로, 클래드　박판의 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강 위치에 따른 두께를 측정한 결과이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예의 경우 클래드재의 두께편차는 ±7 μm 이내의 범위인 반면, 비교예의 경우에는 클래드재의 두께편차가 ±14 μm 이내의 범위로 도출되었음을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 모재 및 모재의 양 측면에 오스테나이트계 스테인리스강으로 클래드재를 마련한 클래드 박판을 제조하는 경우, 냉간압연시 냉간 압하율을 모재와 클래드재 사이의 항복강도 차이 및 모재의 두께 분율을 고려한 임계압하율 이하로 제어하여 클래드재인 오스테나이트계 스테인리스강의 두께가 균일한 클래드 박판을 제조할 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 모재의 양 측면에 오스테나이트계 스테인리스강으로 마련되는 클래드재를 적층하고, 열간압연하는 단계; 및
    열연강판을　하기 식 (1)을 만족하도록 압하율을 조절하여 냉간압연하는 단계; 를 포함하는 클래드 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
    식(1): finner(2/
    Figure pat00004
    STS-Yinner)<TSSTS
    (여기서, finner는 모재의 두께 분율, YSTS, Yinner는 각각 압하량에 따른 클래드재 및 모재의 항복강도, TSSTS는 클래드재의 인장강도를 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 finner는 0.5 내지 0.7인 클래드 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모재는 상기 클래드재 대비 연질의 소재로 마련되는 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모재는 니켈, 동, 티타늄 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    냉간압연 후, 900 내지 1,000℃에서 냉연소둔하는 단계;를 더 포함하는 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    열간압연 전, 상기 모재 및 클래드재를 표면처리하는 단계;를 더 포함하는 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    냉간 압하율은 40% 이하인 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    클래드재의 두께 편차는 25% 이하인 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    클래드　박판의 두께는 0.25 mm 이하인 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서,
    냉연소둔 후, 냉간압연을 추가로 실시하는 단계;를 더 포함하는 두께 편차가 균일한 클래드　박판의 제조방법.
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