CN108200771B - 不锈钢及由所述不锈钢构成的配管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有低于现有不锈钢的低强度和低硬度的物性的新型结构的不锈钢。本发明的不锈钢包含，基于重量％计的C：0.03％以下；Si：大于0且在1.7％以下；Mn：1.5‑3.5％；Cr：15.0‑18.0％；Ni：7.0‑9.0％；Cu：1.0‑4.0％；Mo：0.03％以下；P：0.04％以下；S：0.04％以下；N：0.03％以下；残留物：Fe以及不可避免的杂质，并且具有奥氏体基体组织和30‑60μm的平均粒径。本发明的不锈钢可应用于在空气调节器等系统中构成配管的材料，尤其，通过高加工性能够适用于弯管的制造中。

Description

不锈钢及由所述不锈钢构成的配管
技术领域
本发明涉及一种延性不锈钢以及由所述不锈钢构成的配管。
背景技术
空气调节器，是指利用制冷循环对室内进行制冷或供暖的装置。制冷循环包括压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器，所述压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器经由配管依次连接。制冷剂经由配管在所述压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器中进行循环。
在制冷循环中的冷凝器和蒸发器形成有流路。制冷剂穿过形成于冷凝器和蒸发器的流路，并与周边进行热交换而被冷凝或蒸发，冷凝器和蒸发器作为热交换器进行运转。所述流路是用于使制冷剂流动的，由于制冷剂在其内部进行流动，因此，在广义上是包括在配管的概念。
这种配管不仅使制冷循环的各个结构要素相互连接，还用作压缩机和冷凝器的流路。现有的配管主要由铜(Cu，copper等)材料构成。但是，由铜构成的配管存在几个问题。
首先，对于铜而言，因发生腐蚀在可靠性上会受到限制。冷却器(chiller)传热管的情况下，为去除内部的鳞片(scale)等，需要进行洗管或更换。
其次，铜使用于如R32的高压的新型制冷剂的流路上并不具有充分的耐高压特性。若将由铜构成的配管用作高压的新型制冷剂的流路时，随着时间的流逝无法承受高压而具有破损的忧虑。
为弥补这种铜管的缺点，专利公开公报特2003-0074232中公开了不锈钢钢管。不锈钢钢管由不锈钢材料构成，通常不锈钢材料具有比铜材料更强的耐腐蚀性。因此，不锈钢钢管可以解决铜管会发生腐蚀的问题。而且，不锈钢材料具有充分的耐高压特性，因此在高压下也很少发生破损。
但是，包括专利公开公报特2003-0074232中公开的不锈钢钢管在内的现有的不锈钢材料，由于具有比铜材料过高的高强度和高硬度的物性，因此会发生铜管所不存在的加工性问题。
空气调节器中所使用的配管受到空间上的制约，因此不仅需要形成为直线型也需要形成为曲线型，配管的某一部分需要形成为直线型，而另一部分也可形成为曲线型。直线型配管是指，沿着直线朝向一个方向延伸的形态的配管，曲线型配管，是指沿着曲线弯曲的形态的配管。
但是，由于现有的不锈钢材料具有比铜材料过高的高强度和高硬度的物性。因此，在用不锈钢材料制作曲线型配管的过程中会伴随较多的困难。例如，即使对由不锈钢材料构成的直线型配管施加机械力而加工成曲线型配管，也不会完全发生塑性变形，而是会发生部分地弹性变形，从而存在无法实现充分加工的问题。
尤其，不锈钢材料在本质上具有高强度和高硬度的物性是众所周知的。因此，不锈钢材料的加工性是在利用不锈钢材料时被认为很难改善的。
进一步，配管占据空气调节器产品整体的材料费用中的10％以上，因此针对配管的性能改善和费用降低的要求正持续地上升。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的一目的在于，提供一种新型结构的不锈钢材料，能够改善铜材料所具有的耐腐蚀性和耐压特性的问题，并且能够解决现有不锈钢材料所具有的高强度和高硬度的问题。
本发明的另一目的在于，提供一种配管，采用比现有不锈钢材料具有延性(ductility)的新型不锈钢材料来确保充分的加工性。
本发明的又另一目的在于，提供一种由不锈钢材料构成的配管及具有所述配管的系统。
本发明的又另一目的在于，提供一种利用不锈钢材料来制造配管的过程。
本发明的又另一目的在于，提供一种不锈钢配管，不会破裂且能够与其他配管结合。
本发明的又另一目的在于，通过算出与铜相似水准的极限压力和极限弯曲的力矩，来实现不锈钢配管的最小厚度。
解决问题的技术方案
为实现如上所述的本发明的一目的，本发明的一实施例的不锈钢被定义为组分、基体组织以及平均粒径。
不锈钢的组分包含，基于重量％计的C：0.03％以下；Si：大于0且在1.7％以下；Mn：1.5-3.5％；Cr：15.0-18.0％；Ni：7.0-9.0％；Cu：1.0-4.0％；Mo：0.03％以下；P：0.04％以下；S：0.04％以下；N：0.03％以下；残留物：Fe以及不可避免的杂质。
不锈钢的基体组织由奥氏体构成。不锈钢的基体组织最优选只由奥氏体构成。不锈钢的基体组织可以由奥氏体和δ铁素体构成，在该情况下，奥氏体需以颗粒面积为基准占据大部分基体组织。不锈钢可具有以颗粒面积为基准的99％以上的奥氏体基体组织，可具有1％以下的δ铁素体基体组织。
不锈钢具有30-60μm的平均粒径(average diameter)。该颗粒号码相当于ASTM(American Society for Testing and Materials：美国测试和材料学会)的颗粒号码(Grain size No.)5.0-7.0。
而且，为实现如上所述的问题，本发明公开一种由不锈钢构成的配管。配管均包括直管和弯管。由不锈钢构成的配管可使用于空气调节器等的系统中。
由不锈钢构成的配管由先前进行说明的不锈钢构成，并且不锈钢定义为与先前相同的组分、基体组织以及平均粒径。
构成配管的不锈钢的组分包含，基于重量％计的C：0.03％以下；Si：大于0且在1.7％以下；Mn：1.5-3.5％；Cr：15.0-18.0％；Ni：7.0-9.0％；Cu：1.0-4.0％；Mo：0.03％以下；P：0.04％以下；S：0.04％以下；N：0.03％以下；残留物：Fe以及不可避免的杂质。
构成配管的不锈钢的基体组织由奥氏体构成。不锈钢的基体组织最优选只由奥氏体构成。不锈钢的基体组织可以由奥氏体和δ铁素体构成，在该情况下，奥氏体需以颗粒面积为基准占据大部分基体组织。不锈钢可具有以颗粒面积为基准的99％以上的奥氏体基体组织，可具有1％以下的δ铁素体基体组织。
构成配管的不锈钢具有30-60μm的平均粒径(average diameter)。该颗粒号码相当于ASTM(American Society for Testing and Materials：美国测试和材料学会)的颗粒号码(Grain size No.)5.0-7.0。
不锈钢配管可以通过成型、熔接、切削以及拉伸来制造。不锈钢弯管可以向通过成型、熔接、切削以及拉伸来制造的不锈钢直管施加弯曲应力而制造。这样形成的不锈钢配管包括焊接部、热影响部以及外周面和内周面。
焊接部沿着不锈钢配管的长度方向形成，热影响部沿着配管的长度方向分别形成于焊接部的两侧，外周面和内周面形成为平滑面。
不锈钢配管可以具有凹槽，所述凹槽形成于内周面和外周面中的至少一个。凹槽对施加于不锈钢配管的弯曲应力产生抵抗力，并且对在内部进行流动的制冷剂形成乱流。因配管扩口(flare)形成面和插口(socket)面之间的接合面的阶梯差而会引起制冷剂气体的泄漏。
不锈钢直管的外径为19.05mm以上，厚度为0.5-1.0mm。
不锈钢弯管的外径为15.88-19.05mm，厚度为0.6-1.0mm。
不锈钢弯管的外径为12.7-15.88mm，厚度为0.6-0.8mm。
不锈钢弯管的外径为9.52-12.7mm，厚度为0.5-0.8mm。
不锈钢弯管的外径为6.35-9.52mm，厚度为0.4-0.7mm。
发明效果
本发明的不锈钢通过包含铜(Cu)的组分；由奥氏体构成的基体组织；30-60μm的平均粒径，可具有与现有不锈钢相比低强度和低硬度的物性。在现有的不锈钢中，由于比铜过高的高强度和高硬度而提出了加工性的问题，也成为了使用不锈钢难以制造弯管的原因。
但是，本发明的不锈钢具有铜水准的强度和硬度。因此，能够确保充分的加工性，并且能够适用于在空气调节器等系统所需的配管(直管或弯管)的制造中。尤其，能够解决当利用本发明的不锈钢来制造弯管时无法充分实现塑性变形的现有问题。
而且，当利用本发明的不锈钢来制造配管时，能够确保降低热损失的效果和耐腐蚀性能。降低热损失和耐腐蚀性能作为不锈钢材料本质上的特性，即使本发明的不锈钢具有与现有不锈钢相比低强度和低硬度的物性，不锈钢也不会失去本来的特性。
而且，本发明提供一种利用不锈钢来制造配管的方法。尤其，本发明通过切削和拉伸工艺来使不锈钢配管的外周面和内周面分别制造成平滑面。外周面和内周面形成为平滑面的不锈钢配管，即使为了与其他配管相结合而扩展加工，也不会发生破裂。
由本发明的不锈钢材料构成的配管，即使形成为比铜管更薄，也可以具有与铜管相似水准的极限压力和极限弯曲的力矩。因此，通过本发明提供的不锈钢配管的最小厚度来能够设计出最佳的不锈钢配管。
附图说明
图1是将不锈钢和铜的物性进行比较的应力-变形率的图表。
图2a是示出本发明的实施例1的不锈钢的显微组织的照片。
图2b是示出本发明的实施例2的不锈钢的显微组织的照片。
图3至图6是分别示出比较例2至比较例5的不锈钢的显微组织的照片。
图7是对实施例3的不锈钢的物性进行评估的应力-变形图表。
图8是空气调节器的主要部分的结构图。
图9是示出可适用于图8中的空气调节器的配管的一例的概念图。
图10是示出可适用于图8中的空气调节器的配管的另一例的概念图。
图11是示出可适用于图8中的空气调节器的配管的又另一例的概念图。
图12是示出可适用于图8中的空气调节器配管的又另一例的概念图。
图13是示出可适用于图8中的空气调节器的翘片管(fin-tube)热交换器500的概念图。
图14是示出使用不锈钢制造配管的方法的流程图。
图15a至图15d是示出根据图14中的方法使用不锈钢制造配管的过程的剖视图。
图16是用于说明由不锈钢构成的配管和其他配管之间的连接的概念图。
图17是将不锈钢配管在柱面坐标系中表示的概念图。
图18是将不锈钢配管的截面在二维坐标系中表示的概念图。
具体实施方式
以下，参照附图更详细地说明本发明。在本说明书中，即使在互不相同的实施例中对相同、相似的结构附上相同、相似的附图标记，并用先前的说明替换其说明。本说明书中所使用的单数的描述只要在文中并没有明确指出，包含多数的描述。
本发明的不锈钢与现有不锈钢相比，表现出低强度和低硬度的特性。本发明的不锈钢具有铜材料水准的强度和硬度。通过对本发明的不锈钢材料测量屈服强度、拉伸强度、硬度以及延伸率，并将其与铜材料等进行比较，能够确认不锈钢的低强度和低硬度的特性。当不锈钢具有铜材料水准的强度和硬度的特性时，则能够解决现有不锈钢中成为问题的加工性问题。
不锈钢的低强度和低硬度的特性是由不锈钢的组分、基体组织以及平均粒径而决定。以下，对用于决定不锈钢的低强度和低硬度的特性的各个项目进行说明。以下，若没有特别表示，则各个含量为重量比(weight percent，wt.％)。
1.不锈钢的组分(composition)
(1)碳(C，carbon)：0.03％以下
本发明的不锈钢包含碳(C)和铬(Cr，chromium)。碳与铬发生反应而析出碳化铬(chromium carbide)，由此铬在晶界或其周边枯竭，从而形成腐蚀的原因。因此，优选保持碳的含量低。当碳的含量超过0.03％时，不锈钢难以具有铜材料水准的强度和硬度，从而很难实现利用低强度和低硬度的特性来确保充分的加工性。因此，在本发明中，将碳的含量设定为0.03％以下，使得不锈钢具有铜材料水准的低强度和低硬度，并通过其确保充分的加工性。
(2)硅(Si，silicon)：大于0，并在1.7％以下
奥氏体与铁素体或马氏体相比，具有更低的屈服强度。因此，本发明的不锈钢为了具有铜材料水准的低强度和低硬度的物性，不锈钢的基体组织应由奥氏体构成。
但是，硅是用于形成铁素体的元素。硅的含量越高，基体组织中的铁素体的比例越高，而且，铁素体的稳定性会变高。因此，优选保持硅的含量低。当硅的含量超过1.7％时，不锈钢难以具有铜材料水准的强度和硬度，并由此难以确保充分的加工性。因此，在本发明中，将硅的含量设定为1.7％以下，使得不锈钢具有铜材料水准的低强度和低硬度，并通过其确保充分的加工性。
(3)锰(Mn，Manganess)：1.5-3.5％
锰是为抑制不锈钢的基体组织相变为马氏体而所需的元素。假如锰的含量小于1.5％时，无法充分体现出由锰产生的相变抑制效果。因此，在本发明中，将锰的下限设定为1.5％，由此能够充分获得由锰产生的相变抑制效果。
但是，锰的含量越高，不锈钢的屈服强度越上升，因此不锈钢无法具有铜水准的低强度特性。因此，在本发明中，将锰的上限设定为3.5％，使得不锈钢能够具有低强度特性。
(4)铬(Cr，Chromium)：15.0-18.0％
铬是用于提高不锈钢的初始腐蚀抗性(Corrosion Initiation Resistance)的元素。初始腐蚀是指，未腐蚀的母材(base material)在不存在腐蚀的状态下最初开始发生腐蚀的现象；初始腐蚀抗性是指，抑制最初在母材发生腐蚀的性质。当铬的含量低于15.0％时，不锈钢无法具有充分的初始腐蚀抗性。因此，在本发明中，将铬的下限设定为15.0％，使得不锈钢能够具有充分的初始腐蚀抗性。
但是，若铬过多，则不锈钢的强度会增加，相反，延伸率会降低。当铬的含量超过18.0％时，不锈钢的强度的增加幅度和延伸率的降低幅度变大，从而难以确保不锈钢的充分的加工性。因此，在本发明中，将铬的上限设定为18.0％，使得不锈钢能够确保充分的加工性。
进一步，由于铬是价格高的元素，因此，铬的含量会对不锈钢的经济性产生影响。因此，将铬的含量设定为上述范围，以确保不锈钢的经济性。
(5)镍(Ni，Nickel)：7.0-9.0％
镍是用于提高不锈钢的腐蚀生长抗性(Corrosion Growth Resistance)的元素。腐蚀生长是指，已在母材上发生的腐蚀扩展到较大范围并进行生长的现象；腐蚀生长抗性是指，抑制腐蚀生长的性质。腐蚀生长抗性在概念上与初始腐蚀抗性存在差异。当镍的含量低于7.0％时，不锈钢无法具有充分的腐蚀生长抗性。因此，在本发明中，将镍的下限设定为7.0％，使得不锈钢能够具有充分的腐蚀生长抗性。
但是，若镍过多，则不锈钢的强度和硬度将会增加。当镍的含量超过9.0％时，不锈钢的强度和硬度的增加幅度变大，由此难以确保不锈钢的充分的加工性。因此，在本发明中，将镍的上限设定为9.0％，使得不锈钢能够确保充分的加工性。
进一步，由于镍是高价格的元素，因此镍的含量会对不锈钢的经济性产生影响。因此，将镍的含量设定为上述范围，以确保不锈钢的经济性。
(6)铜(Cu，Copper)：1.0-4.0％
铜是为了抑制不锈钢的基体组织相变为马氏体而所需的元素。当铜的含量小于1.0％时，无法充分体现出由铜产生的相变抑制效果。因此，在本发明中，为了充分获得由铜产生的相变抑制效果，将铜的下限设定为1.0％。尤其，为了使本发明的不锈钢具有铜水准的低强度和低硬度的物性，必须将铜的含量严格管理为1.0％以上。随着包含1.0％以上的铜，本发明的不锈钢被分类为铜系不锈钢。
铜的含量越高，铜的相变效果将会增加，但其增加幅度将会逐渐减小。而且，当铜的含量超过4.0％时，相变抑制效果将会发生饱和。铜是高价格的元素，因此铜的含量会对不锈钢的经济性产生影响。因此，为了在铜的相变抑制效果发生饱和的范围内确保不锈钢的经济性，将铜的上限设定为4.0％。
(7)钼(Mo，Molybdenum)：0.03％以下
(8)磷(P，Phosphorus)：0.04％以下
(9)硫磺(S，Sulfur)：0.04％以下
10氮(N，Nitrogen)：0.03％以下
钼、磷、硫磺以及氮作为在钢铁的半成品中原先包含的元素，使不锈钢发生硬化。因此，优选尽可能地保持低的含量。钼能够提高不锈钢的耐腐蚀性，但与提高耐腐蚀性的优点相比，具有使不锈钢硬化的更大缺点。因此需要将其管理在0.03％以下。为防止不锈钢的硬化，分别将磷、硫磺以及氮设定为0.04％、0.04％以及0.03％以下。
2.不锈钢的基体组织(matrix structure)
不锈钢的基体组织，由组分和/或热处理的条件决定。通常，不锈钢的基体组织区分为奥氏体(Austenite)、铁素体(Ferrite)以及马氏体(Martensite)。根据各自的基体组织，不锈钢的物性变得不同。
本发明的不锈钢具有奥氏体基体组织。奥氏体，相当于与铁素体或马氏体相比表现出低屈服强度和低硬度的特性的基体组织。进一步，后述的平均粒径是，使不锈钢的结晶大小生长而满足的限定事项。当以相同的条件对上述三个基体组织进行处理而使结晶大小生长时，奥氏体能够具有最大的低强度和低硬度的效果。
不锈钢的基体组织最优选只由奥氏体构成。但是，由于将不锈钢的基体组织控制成只由奥氏体构成是非常困难的，因此不锈钢除了奥氏体以外还会包括其他的基体组织。在该情况下，为了具有低强度和低硬度的特性，不锈钢应具有以颗粒面积为基准90％以上、优选99％以上的奥氏体基体组织。例如，在不锈钢具有奥氏体基体组织和δ铁素体基体组织的情况下，不锈钢应具有以颗粒面积为基准的99％以上的奥氏体基体组织、1％以下的δ铁素体基体组织。
根据基体组织，不锈钢的物性变得不同。为了对基于基体组织的不锈钢的物性进行评估，设定实施例1和实施例2并互相进行比较。
图2a是示出本发明的实施例1的不锈钢的显微组织的照片。图2b是示出本发明的实施例2的不锈钢的显微组织的照片。
实施例1和实施例2的不锈钢，具有与先前在[1.不锈钢的组分]项目中进行说明的组分相同的组分。而且，实施例1和实施例2的不锈钢，具有相当于[3.不锈钢的平均粒径]中要进行说明的颗粒号码5.0-7.0的平均粒径。不过，实施例1的不锈钢具有只具有以颗粒面积为基准的99％以上的奥氏体基体组织、和1％以下的铁素体基体组织，相反，实施例2的不锈钢只具有奥氏体基体组织。
将实施例1和实施例2的不锈钢互相进行比较的结果，在如下的表1中示出。
[表1]
Figure BDA0001624903250000091
从表1中可知，实施例2的不锈钢具有比实施例1的不锈钢的低强度和低硬度的物性。而且，实施例2的不锈钢具有比实施例1的不锈钢更高的延伸率。由此，为了实现不锈钢的低强度和低硬度的物性，不锈钢优选只由奥氏体基体组织构成。δ铁素体基体组织的比例越高，不锈钢的强度和硬度越高，因此，即使不锈钢具有δ铁素体基体组织，其比例也应为以颗粒面积为基准的1％以下。
在不锈钢具有1％以下的δ铁素体基体组织的情况下，与δ铁素体均匀地分布于晶粒整体相比，局部地聚集(密集)在特定晶粒而分布更有利于低强度和低硬度的实现。
3.不锈钢的平均粒径(average diameter)
不锈钢的平均粒径由组分和/或热处理的条件决定。不锈钢的平均粒径会对不锈钢的强度和硬度产生影响。例如，平均粒径越小，不锈钢的强度和硬度越变大，平均粒径越大，不锈钢的强度和硬度越小。
在本发明中，为了确保不锈钢的低强度和低硬度的特性，不锈钢的平均粒径限制为30-60μm。通常，奥氏体组织的平均粒径小于30μm。因此，需通过制造工艺和热处理来将平均粒径生长为30μm以上。根据美国材料试验协会(American Society for Testing andMaterials，ASTM)的基准，30-60μm的平均粒径相当于5.0-7.0的颗粒号码(Grain sizeNo.)。与此相反，小于30μm的平均粒径相当于ASTM的颗粒号码的7.5以上。
若不锈钢的平均粒径小于30μm或不锈钢的颗粒号码大于7.0，则无法具有本发明中所要求的低强度和低硬度的特性。尤其，不锈钢的平均粒径(或颗粒号码)相当于用于决定不锈钢的低强度和低硬度的特性的核心因子。
根据不锈钢的平均粒径，不锈钢的物性变得不同。为了对基于平均粒径的不锈钢的物性进行评估，分别设定比较例和实施例并互相进行比较。
比较例1为铜，比较例2至比较例5为颗粒号码7.5以上的不锈钢，本发明的实施例3为颗粒号码6.5的不锈钢。
图3是示出比较例2的不锈钢的显微组织的照片。比较例2的不锈钢具有以颗粒面积为基准的99％以上的奥氏体基体组织、和1％以下的δ铁素体基体组织，并且具有相当于ASTM的颗粒号码9的平均粒径(约为15至17μm)。
图4是示出比较例3的不锈钢的显微组织的照片。比较例3的不锈钢具有以颗粒面积为基准的99％以上的奥氏体基体组织、和1％以下的δ铁素体基体组织，并且具有相当于ASTM的粒号码7.5的平均粒径(约为24至27μm)。
图5是示出比较例4的不锈钢的显微组织的照片。比较例4的不锈钢只具有奥氏体基体组织，并且具有相当于ASTM的颗粒号码9的平均粒径。
图6是示出比较例5的不锈钢的显微组织的照片。比较例5的不锈钢只具有奥氏体基体组织，并且具有相当于ASTM的颗粒号码7.5的平均粒径。
实施例3的不锈钢，具有相当于ASTM的颗粒号码6.5的平均粒径(约为39至40μm)。参考图2a或图2b，实施例3的不锈钢的显微组织的照片能够预想到与实施例1或实施例2的显微组织的照片实质上相同或相似(例如，在实施例1或实施例2为ATSM的颗粒号码6.5的情况)。
图7是对实施例3的不锈钢的物性进行评估的应力-变形图表。图表的横轴是表示不锈钢的位移(displacement)(mm)，图表的纵轴表示施加于不锈钢的应力(stress)(N/mm2)。
从图表中可知，测量出不锈钢的屈服强度(yield strength)约为156.2MPa，测量出不锈钢的拉伸强度(tensile strength)约为470MPa。
对本发明的不锈钢的物性进行评估的结果，即使将组分、基体组织以及平均粒径从实施例3一点一点地变更，也能测量出具有约为160MPa以下的屈服强度、约为480MPa以下的拉伸强度、约为120Hv以下的硬度(hardness)以及60％以上的延伸率(enlongation)。而且还测量到：本发明的不锈钢与其形状为管(tube)或薄板(sheet)无关地，具有所述范围内的物性。
将本发明的不锈钢与其他比较例进行比较的结果在如下的表2中示出。
[表2]
Figure BDA0001624903250000111
比较例1为铜管，具有100MPa的屈服强度、270MPa的拉伸强度、100Hv的硬度以及45％以上的延伸率。由于铜具有低强度和低硬度的物性，因此作为空气调节器等的制冷剂配管而被商用化。但是，如先前进行说明那样，铜具有由腐蚀引起的可靠性的问题以及作为针对新型制冷剂的配管的不适合的问题。
而且，比较例2至比较例5中的不锈钢具有与本发明的不锈钢相似的组分和基体组织，但其颗粒号码为7.5以上。比较例2至比较例5中的不锈钢具有200MPa左右的屈服强度、500MPa左右的拉伸强度、130Hv左右的硬度以及50％以上的延伸率。颗粒号码大于7.5的比较例2至比较例5中的不锈钢具有比铜过大的高强度和高硬度的物性。因此，比较例2至比较例5中的不锈钢，即使能够解决铜的因腐蚀产生的问题，但会存在不适合加工成制冷剂配管的加工性的问题。
与此相反，本发明的不锈钢具有约为160MPa左右的屈服强度、约为480MPa左右的拉伸强度、约为120Hv以下的硬度(hardness)以及60％以上的延伸率(enlongation)。因此，本发明的不锈钢不仅能够解决比较例2至比较例5的不锈钢中的加工性的问题，还能解决比较例1的铜中的腐蚀的问题。而且，本发明的不锈钢具有充分的耐高压特性，因此可适用于如R32的新型制冷剂的高压配管。
而且，铜的热导系数为388W/mK，不锈钢的热导系数为16.2W/mK。材料的热导系数越高，制冷剂的流动过程中的热损失越会变大。因此，材料的热导系数越高，循环效率越会降低。不锈钢的热导系数不过是铜的热导系数的4％的水准，因此，当用不锈钢构成循环配管时降低热损失，从而能够提高循环效率。
如以上进行说明那样，本发明的不锈钢具有作为不锈钢的自身特性的高耐腐蚀性和耐高压特性，还具有铜材料水准的低强度和低硬度的物性。因此，通过解决加工性的问题来能够具有适用于配管的充分条件。
以下，对本发明的由不锈钢构成的配管以及具有所述配管的系统等进行说明。
图8是空气调节器的主要部分的结构图。
空气调节器100是具有由不锈钢构成的配管131、132、133、134的系统的一例。因此，具有由不锈钢构成的配管131、132、133、134的系统，并非是必须限定于空气调节器100，即使是其他类型的系统，只要具有由不锈钢构成的配管131、132、133、134，就相当于本发明中进行说明系统。
空气调节器100包括室外机110和室内机120。在一个室外机110可连接有一个以上的室内机120，这样连接的室外机110和室内机120可作为一个系统进行运转。而且，空气调节器100可以通过将制冷循环选择性地只朝向一个方向进行运转，来仅以制冷专用模式或供暖专用模式运行，也可以通过将制冷循环经由四通阀(未图示)选择性地朝向两个方向进行运转，来以制冷或供暖模式运行的同时型进行运行。
室外机110可包括压缩机111、室外热交换器112以及膨胀器113。
压缩机111构成为，将制冷剂压缩成高温高压的气体。
室外热交换器112构成为，在制冷运行时，使在压缩机111中压缩成高温高压的气体制冷剂与室外空气进行热交换，由此将其冷凝为低温高压的液体。而且，在所述室外热交换器112的一侧，设置有用于在所述室外热交换器112中圆滑地进行热交换的室外风扇112a。室外风扇112a形成为，吸入室外空气并向室外热交换器112侧吹送。
膨胀器113构成为，对从室外热交换器112吐出的制冷剂的温度进行控制，由此对在制冷运行时的过热度、和在供暖运行时的过冷却度进行调节。
而且，室内机120可包括室内热交换器121和室内风扇121a。室内热交换器121构成为，在制冷运行时，使经过膨胀器113的低温低压的制冷剂蒸发，由此将其转换为低温低压的气体。室内风扇121a使室内空气进行循环，以使在室内热交换器121中圆滑地进行热交换。
压缩机111、室外热交换器112、膨胀器113以及室内热交换器121，经由配管131、132、133、134依次相连接。经由配管131、132、133、134依次连接的压缩机111、室外热交换器112、膨胀器113以及室内热交换器121，形成制冷循环。制冷剂沿着配管131、132、133、134进行流动，因此配管131、132、133、134形成制冷剂的流路。而且，室外热交换器112和室内热交换器121中，在制冷剂沿着流路进行流动的期间实现热交换，因此室外热交换器112和室内热交换器121中也形成制冷剂的流路。先前进行说明的本发明的不锈钢可以适用于所述配管131、132、133、134的材料，也可以适用于室外热交换器112或室外热交换器112的流路。
以下，对本发明的不锈钢能够适用的配管和热交换器进行说明。
图9是示出可适用于图8中的空气调节器100的配管200的一例的概念图。配管200由不锈钢构成，在图9所示的配管200的内周面形成有凹槽(groove)201。凹槽201形成有多个，并且可以沿着配管200的长度方向互相隔开间隔而配置。应去除配管200的内周面的焊道，以防止发生破裂。与焊道相关的破裂的发生，将会后述。
图10是示出可适用于图8中的空气调节器100的配管300的另一例的概念图。配管300由不锈钢构成，在图10所示的配管300的内周面和外周面分别形成有凹槽301、302。凹槽301、302形成有多个，并且可以沿着配管300的长度方向互相隔开间隔而配置。应去除配管300的内周面的焊道，以防止发生破裂。
在图9或图10所示的配管200、300的内周面和外周面中的至少一个设置凹槽201、301、302的理由是，为了保持制冷剂的流动的圆滑以及保持制冷剂的压力固定。制冷剂进行流动的配管并非只由直管构成，至少一部分也可以由弯曲的弯管构成，弯管通过对图9或图10所示的直管200、300进行塑性变形制造。在制造弯管的过程中，当在受到塑性变形的弯曲部位发生压瘪时，不仅妨碍制冷剂的流动，还难以使制冷剂的压力保持为固定。配管的内径尽量均匀地形成，才能使制冷剂圆滑地流动，并且能够使在配管中进行流动的制冷剂的压力保持为固定。
在凹槽和凹槽之间形成有自然而成的凸出部，该凸出部在制造弯管的过程中产生针对弯曲应力的抵抗力，由此防止配管的压瘪。据此，对具有凹槽的直管施加弯曲应力而制造的弯管，能够具有比较均匀的内径。而且，制冷剂能够在这样制造的弯管的内部圆滑地进行流动，并且能够使在弯管中进行流动的制冷剂的压力保持为笃定。制冷剂的圆滑的流动以及制冷剂的固定压力的维持，也会对冷冻循环的效率以及空气调节器的性能产生影响。
尤其，本发明的不锈钢具有低强度和低硬度的物性，因此通过向直管施加弯曲应力来能够制造弯管。现有的不锈钢具有比铜过高的高强度和高硬度的物性，因此存在有即使向直管施加弯曲应力也无法充分进行塑性变形的问题。例如，即使向直管施加弯曲应力，也无法塑性变形为所设计的形状，而且发生弹性变形，从而会有恢复到施加弯曲应力之前的形状或者不能充分弯曲的问题。
但是，本发明的不锈钢通过先前进行说明的组分、基体组织以及平均粒径，来具有与铜相似水准的低强度和低硬度的物性。据此，在利用本发明的不锈钢制造弯管的情况下，通过向直管施加弯曲应力来能够产生充分的塑性变形，从而能够以设计形状制造弯管。而且，在施加弯曲应力的过程中，通过形成在配管内部的凹槽来能够防止发生压瘪。
图11是示出可适用于图8中的空气调节器配管400的又另一例的概念图。配管400由不锈钢构成，并且形成为具有图11所示的配管400的皱纹部401的皱纹管。皱纹管可以以皱纹部401为基准进行弯曲。
在与空气调节器的室外机和室内机进行紧固的配管的端部，要求具有最大的弯曲成型性。因此，仅仅通过单纯地向直管施加弯曲应力来制造弯管，可能会无法满足与室外机和室内机进行紧固的配管的端部所要求的作业性和设置必要条件。
因此，可以针对满足噪音基准和制冷供暖性能基准的范围，在与室外机和室内机进行紧固的配管形成具有皱纹部401的皱纹管。皱纹部401可形成于管400的一部分或全部。在皱纹部401可能会产生由形成乱流而引起的噪音，因此皱纹部401需在满足噪音基准的范围内形成。
尤其，具有皱纹部401的配管400需满足基于韩国的高压气体安全基准的178kgf/cm2以上的破裂压力、基于美国的UL(Underwriters Laboratories Standard)规格的214kgf/cm2以上的破裂压力。进行试验的结果，本发明由不锈钢构成的皱纹管(Φ15.88，0.6t)具有251.3kgf/cm2的破裂压力，因此均满足上述规格。
图12是示出可适用于图8中的空气调节器配管400’的又另一例的概念图。配管400的第一部分410’由不锈钢构成，配管400的其余部分411’、412’由铜(Cu)构成。图12所示的配管400’形成为皱纹部401’的皱纹管。皱纹管可以以皱纹部401’为基准进行弯曲。
将由铜构成的第二部分411’和第三部分412’接合于由不锈钢构成的第一部分410’的两端，其理由是为了与铜管的相对接合的容易性。第二部分411’和第三部分412’由铜构成，并且处于无缝(seamless)状态，因此，在由不锈钢构成的第一部分410’的内周面有没有焊道均无妨。因为不可能发生由焊道引起的破裂。
其余的图11中进行说明的事项也可适用于图12中。
图13是示出可适用于图8中的空气调节器的翘片管热交换器500的概念图。
翘片管热交换器500包括配管510、冷却翘片520以及配管支撑台530。
配管510用于形成制冷剂的流路。在翘片管热交换器500用作室外热交换器的情况下，配管510的一端与压缩机的出口相连接，而配管510的另一端与膨胀器的入口相连接。在翘片管热交换器500用作室内热交换器的情况下，配管510的一端与膨胀器的出口相连接，而配管510的另一端与压缩机的入口相连接。
配管510包括直线部510a和曲线部510b。直线部510a在与空气的流动方向交叉的方向上延伸并排列成多列。曲线部510b用于连接直线部510a，并形成为锯齿状的配管510。
在配管510的内周面，可形成有图9和图10中进行说明的凹槽201、301、302。凹槽201、301、302使在配管510内部进行流动的制冷剂产生乱流，并且用于扩大进行热交换的面积。
多个冷却翘片520沿着配管的长度方向互相隔开间隔而配置。空气经过多个冷却翘片520之间并通过多个冷却翘片520间接地与制冷剂进行热交换。
两个配管支撑台530形成为四边形形状，并且以互相对置的方式配置。在各个配管支撑台530形成有用于容纳和支撑配管510的孔。配管510的曲线部510b插入于孔并进行固定。
在如上所述的翘片管热交换器500的配管510，也设置有曲线部510b，因此为了形成曲线部510b，需向直管施加弯曲应力而形成塑性变形。但是，由于现有的不锈钢具有比铜过高的高强度和高硬度的物性，因此即使向直管施加弯曲应力，也会存在无法充分形成塑性变形，并且难以形成曲线部的问题。
但是，本发明的不锈钢通过先前进行说明的组分、基体组织以及平均粒径，来具有与铜相似水准的低强度和低硬度的物性。据此，在使用本发明的不锈钢来制造翘片管热交换器500的配管的情况下，向直管施加弯曲应力而产生充分的塑性变形，从而能够以设计形状制造直线部510a和曲线部510b。而且，在施加弯曲应力的过程中，通过形成于配管510内部的凹槽来能够防止发生压瘪。
以下，参照图14、图15a至图15d，对使用不锈钢制造配管的过程进行说明。图14是示出使用不锈钢制造配管的方法的流程图。图15a至图15d是示出根据图14的方法使用不锈钢制造配管的过程的剖视图。
与由铜构成的配管可以通过称为拉伸的单一工艺来形成的情况不同，由于由不锈钢构成的配管具有高于铜的强度和硬度，因此通过单一工艺是无法形成的。由不锈钢构成的配管可以以成型(forming)S100、熔接(welding)S200，切削(cutting)S300以及拉伸(drawing)S400的顺序制造。
成型S100是，通过卷绕由不锈钢构成的薄板(sheet)600来形成配管形状的过程。成型可通过多个轧辊实现。在图15a中，示出了卷取薄板而成型为配管形状的情况。
熔接S200是将在成型过程中卷绕而互相靠近的不锈钢的两端600a、600b互相粘接的过程。在图15b中，示出了卷绕由不锈钢构成的薄板并进行熔接的结果。
对不锈钢的两端600a、600b沿着配管的长度方向进行熔接，由此使所述两端互相粘接。通过熔接过程，焊接部(weld zone)603沿着配管的长度方向形成。参照图15b，在焊接部603形成有朝向配管的外周面601和内周面602凸出一点的焊道603a、603b，因此，配管的外周面601和内周面602目前为止并非是平滑面(smooth surface)。
因熔接过程中的热量，在焊接部603的两侧形成有热影响部(HAZ：heat-affectedzone)604a、604b。热影响部604a、604b与焊接部603相同地，沿着配管的长度方向形成。
切削S300是，通过部分地切割焊接部603的焊道603a来使配管的外周面601形成为平滑面的过程。切削可以与熔接连续地进行。切削可以以如下过程实现，通过冲压焊道轧制(press bead rolling)来将配管朝向长度方向进行移动，同时利用刨刀(bite)来部分地切割焊道603a的过程。在图15c中，示出了结束切削过程的不锈钢配管。
拉伸S400是，通过向焊接部603的焊道603b施加外力来将配管的内周面602形成为平滑面的过程。在使销子(plug)位于配管的入口的状态下，当通过拉丝模(dies)拽拉配管时，外力施加于焊道603b，由此配管的内周面602形成为平滑面。在图15d中，示出了结束拉伸过程的不锈钢配管。
拉伸之后，可以通过额外的机械加工(未图示)来在配管的外周面和内周面形成凹槽。
通过切削和拉伸来将配管的外周面601和内周面602形成为平滑面的理由是，使配管的内部形成均匀的内径，并且与其他配管相连接。将配管的内部形成均匀的内径的理由是，如先前进行说明地那样，为了保持制冷剂的圆滑流动以及使制冷剂的压力保持为固定。
以下，对包括为与其他配管相连接而形成为平滑面的外周面601和内周面602的配管进行说明。
图16是用于说明由不锈钢构成的配管700和其他配管10之间的连接的概念图。
为了将由不锈钢构成的配管700连接于其他配管10，需要对不锈钢配管700的端部701进行扩展加工。当对不锈钢配管700的端部701扩展加工成不锈钢配管700的内径越朝向末端越逐渐变大时，如图16所示，不锈钢配管700的端部701加工成Y字型或喇叭状。
其他配管10的端部11具有倾斜截面，以与扩展加工的不锈钢配管700相对应。如图16所示，可以确认到其他配管10的端部11的外径越朝向末端越逐渐变小。此处，其他配管10必须由不锈钢构成。
在其他配管10的外周面形成有螺纹12。在使不锈钢配管700和其他配管10互相贴合的状态下，当将结合于不锈钢配管700的外周面的螺母20与形成于其他配管10的外周面的螺纹12进行螺纹结合时，螺母20旋转到靠近止动部13为止而紧固于其他配管10，从而实现不锈钢配管700和其他配管10之间的结合。
在不锈钢配管700的制造过程中，若不实施切削和拉伸工艺，则焊接部在不锈钢配管700的外周面和内周面凸出，因此所述外周面和内周面无法形成为平滑面。若不锈钢配管700的外周面和内周面不能形成为平滑面，在对不锈钢配管700进行扩展加工的过程中，在焊接部发生破裂，从而无法与其他配管10进行连接。因此，通过切削或拉伸等工艺来将不锈钢配管700的外周面和内周面形成为平滑面，是为了将不锈钢配管700与其他配管10相连接的前提条件。
以下，对不锈钢配管为具有与铜管相似水准的极限压力和极限弯曲力矩的最小厚度进行说明。
极限压力(limit pressure)是指，配管达到完全塑性并被破坏的压力。而且，极限弯曲力矩(limit bending moment)是指，配管因弯曲负载而达到完全塑性并被破坏的力矩。
本发明的不锈钢具有低于现有不锈钢的低强度和低硬度的物性，但是依然具有高于铜的高强度和高强度的物性。因此，不锈钢配管通过小于铜管的厚度来也能够具有与铜管相似水准的极限压力和极限弯曲力矩是显而易见的。因此，当将不锈钢配管的最大厚度设定为常用铜管的厚度时，不锈钢配管可以具有充分的极限压力和极限弯曲力矩，因此无需额外考虑不锈钢配管的最大厚度。
此处，对为了具有与铜管相似水准的极限压力和极限弯曲力矩的不锈钢配管的最小厚度进行说明。在本发明中，以在作为延性材料的金属材料的解释中最广泛使用且目前为止预测物体的破坏的基准，基于最广为熟知的冯·米塞斯失效准则(VON Mises failurecriterion)算出了不锈钢配管的最小厚度。其结果，对于不锈钢配管的厚度而言，如此算出的值作为最小值，以常用铜管的厚度为最大值。
图17是将不锈钢配管在柱面坐标系中表示的概念图。
以柱面坐标系为基准，若从屈服强度σ0算出极限压力P0则如下。
Figure BDA0001624903250000191
Figure BDA0001624903250000192
Figure BDA0001624903250000193
此处，σ1是指作用于圆周方向的圆周应力(hoop stress)，σ2是指作用于轴向的轴向应力(axial stress)，σ3是指作用于半径方向的径向应力(radial stress)。
图18是将不锈钢配管的截面在二维坐标系中表示的概念图。
以二维坐标系为基准，若算出极限弯曲力矩M0则如下。
Figure BDA0001624903250000201
Figure BDA0001624903250000202
Figure BDA0001624903250000203
此处，FL是指使不锈钢配管产生完全塑性变形的外力，F1是指支架与以不锈钢配管的中性轴为基准的一侧的外力，A1是指不锈钢配管的中性轴为基准的一侧的面积。
而且，P是指之前算出的屈服强度σ0，y1指示从不锈钢配管的中性轴至A1图心(center of figure，平面图形的中心)的距离，r是指平均半径(外半径和内半径的平均)。
根据这样算出的P0和M0，若将不锈钢配管的尺寸在表格中示出则如下。在表3中，示出了不锈钢直管的尺寸；在表4中，为进行比较示出了铜直管的尺寸。而且，在表5中，示出了不锈钢弯管的尺寸；在表6中，为进行比较示出了铜弯管的尺寸。
[表3]
Figure BDA0001624903250000204
[表4]
Figure BDA0001624903250000205
铜直管的外径(outer diameter)为19.05mm，其厚度(thickness)为1.0mm。具有与铜直管相同的外径的不锈钢直管，若其厚度为0.5mm以上，则能够具有与铜直管相似水准的极限压力。
常用铜直管的外径为19.05mm以上，因此不锈钢直管的外径也可以设计成19.05mm以上。而且，可以将不锈钢直管的厚度设计为0.5-1.0mm，以具有与铜直管相似水准的极限压力。不锈钢直管的最大厚度设计成了铜直管的厚度。
[表5]
Figure BDA0001624903250000206
Figure BDA0001624903250000211
[表6]
Figure BDA0001624903250000212
具有与外径为15.88-19.05mm的铜弯管相同外径的不锈钢弯管，若其厚度为0.6mm以上，则能够具有与铜弯管相似水准的极限压力和极限弯曲力矩。因此，外径为15.88-19.05mm的不锈钢弯管可设计成0.6-1.0mm的厚度。
具有与外径为12.7-15.88mm的铜弯管相同外径的不锈钢弯管，若其厚度为0.6mm以上，则能够与铜弯管相似水准的极限压力和极限弯曲力矩。因此，外径为12.7-15.88mm的不锈钢弯管可设计成0.6-0.8mm的厚度。
具有与外径为9.52-12.7mm的铜弯管相同外径的不锈钢弯管，若其厚度为0.5mm以上，则能够具有与铜弯管相似水准的极限压力和极限弯曲力矩。因此，外径为9.52-12.7mm的不锈钢弯管可设计成0.5-0.8mm的厚度。
具有与外径为6.35-9.52mm的铜弯管相同外径的不锈钢弯管，若其厚度为0.4mm以上，则能够具有与铜弯管相似水准的极限压力和极限弯曲力矩。因此，外径为6.35-9.52mm的不锈钢弯管可设计成0.4-0.7mm的厚度。
不锈钢弯管的最大厚度设计成铜弯管的厚度。
以上进行说明的不锈钢及由所述不锈钢构成的配管并非限定于上述进行说明的实施例中的构成以及方法，也可以选择性地组合各个实施例中的全部或一部分而构成，使得所述实施例可以以多种多样的变形。
产业上的可利用性
本发明可适用于由不锈钢构成的配管以及包括所述配管的空气调节器等设备。

Claims (6)

1.一种空气调节器，其特征在于，
所述空气调节器具有配管，所述配管与压缩机以及热交换器中的至少一个连接，所述配管包括由不锈钢构成的第一部分，
所述不锈钢包含，基于重量％计的C：0.03％以下；Si：大于0且1.7％以下；Mn：1.5-3.5％；Cr：15.0-18.0％；Ni：7.0-9.0％；Cu：1.0-4.0％；Mo：大于0且0.03％以下；P：大于0且0.04％以下；S：大于0且0.04％以下；N：大于0且0.03％以下；残留物：Fe以及不可避免的杂质，
所述不锈钢具有奥氏体基体组织和30-60μm的平均粒径，
所述不锈钢具有以颗粒面积为基准的99％以上的奥氏体基体组织和以颗粒面积为基准的大于0且1％以下的δ铁素体基体组织，
所述配管由直管形成，所述直管的外径为19.05mm，所述直管的厚度为0.5-1.0mm，
所述配管还包括接合于所述第一部分的两端的第二部分和第三部分，所述第二部分和所述第三部分由铜构成，
所述配管的所述第一部分包括设置在其外周面的皱纹部。
2.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，
所述不锈钢基于ASTM的颗粒号码为5.0-7.0。
3.一种空气调节器，其特征在于，
所述空气调节器具有配管，所述配管与压缩机以及热交换器中的至少一个连接，所述配管包括由不锈钢构成的第一部分，
所述不锈钢包含，基于重量％计的C：0.03％以下；Si：大于0且1.7％以下；Mn：1.5-3.5％；Cr：15.0-18.0％；Ni：7.0-9.0％；Cu：1.0-4.0％；Mo：大于0且0.03％以下；P：大于0且0.04％以下；S：大于0且0.04％以下；N：大于0且0.03％以下；残留物：Fe以及不可避免的杂质，
所述不锈钢具有奥氏体基体组织和30-60μm的平均粒径，
所述不锈钢具有以颗粒面积为基准的99％以上的奥氏体基体组织和以颗粒面积为基准的大于0且1％以下的δ铁素体基体组织，
所述配管由弯管形成，所述弯管的外径为19.05mm，所述弯管的厚度为0.6-1.0mm，
所述配管还包括接合于所述第一部分的两端的第二部分和第三部分，所述第二部分和所述第三部分由铜构成，
所述配管的所述第一部分包括设置在其外周面的皱纹部。
4.根据权利要求3所述的空气调节器，其特征在于，
所述不锈钢的基于ASTM的颗粒号码为5.0-7.0。
5.根据权利要求1或3所述的空气调节器，其特征在于，
所述配管包括：
焊接部，沿着所述配管的长度方向形成；
热影响部，沿着所述配管的长度方向分别形成于所述焊接部的两侧；以及
外周面和内周面，形成为平滑面。
6.根据权利要求5所述的空气调节器，其特征在于，
所述配管具有凹槽，所述凹槽形成于所述内周面和所述外周面中的至少一个。
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