KR0165927B1

KR0165927B1 - 강도 및 성형성이 우수한 핀 형성용 알루미늄 합금 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR0165927B1
Application number: KR1019950012368A
Authority: KR
Inventors: 히사오 타니카와
Original assignee: 우사미 카즈오; 미쯔비시 알루미늄 카부시키가이샤
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR960041387A

Abstract

본 발명은 0.10∼0.90중량%의 Si, 0.10∼1.0중량%의 Mn, 0.05∼0.20중량%의 Cu 및 0.05∼0.20중량%의 Mg중 1종 이상, 0.01∼0.10중량%의 Zr 및 0.01∼0.10중량%의 Ti 중 1종 이상, 나머지 불가피한 불순물로 구성된 알루미늄합금을 제공한다. 또한 본 발명은 0.10∼0.90중량%의 Si, 0.10∼1.0중량%의 Mn, 0.05∼0.20중량%의 Cu 및 0.05∼0.20중량%의 Mg중 1종 이상, 0.01∼0.10중량%의 Zr 및 0.01∼0.10중량%의 Ti 중 1종 이상, 나머지 불가피한 불순물로 구성된 알루미늄합금용탕을 1∼15㎜ 두께의 띠형상판속으로 연소해서 주조압연하는 단계와, 상기한 띠형상판을 냉간압연하는 단계와, 200∼400℃의 온도에서 풀림공정을 실시하는 단계로 구성된 고강도 및 고성형성을 보유하는 핀부재 형성용 알루미늄합금박판 제조방법을 제공한다. 또한, 0.001∼0.02중량%의 Y가 본 발명의 알루미늄합금과 그 제조방법에 첨가될 수 있다.

Description

강도 및 성형성이 우수한 핀 형성용 알루미늄 합금 및 그 제조방법

제1도는 Y의 첨가량과 풀림순화 내성도 사이의 관계를 나타내는 도면.

제2도는 본 발명의 방법에 따라 제조된 핀 형성용 알루미늄 합금박판의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 관체 2 : 칼라가 부착된 구멍

2a : 칼라 3 : 박판

본 발명은 공기조절기와 같은 열교환기에 적용되는 핀(fin) 형성용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 특히 열교환기용 냉매를 순화시키는 관을 삽입한 칼라가 부착된 구멍을 보유하고 상기한 관이 칼라가 부착된 구멍에 삽입된 상태에서 그 관에 접합되는 알루미늄합금박판(aluminum alloy thin plate)용 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래에, 공기조절기 등에 사용되는 열교환기로서는 칼라가 부착된 복수의 구멍을 프레스가공하여 형성된 판형상의 핀과 냉매를 순환시키는 금속관을 접합한, 약 0,1∼0.2㎜의 두께를 갖는 알루미늄이나 알루미늄합금을 사용한 박판(thin plate)이 사용되고 있다.

종래의 기술에 따르면, 이러한 핀 형성용 알루미늄은 높은 성형성, 내식성 및 강도를 보유할 것이 요구되고 있다. 이러한 특성을 확보하기 위하여, 특공소 63-53477호(특개소 55-17072) 공보, 특공소 62-54181호(특개소 57-19351호)공보 등의 명세서에 개시되어 있는 조성이나 제조방법에 의해 열교환기가 요구되는 강성을 확보하고 핀성형에서 요구하는 폭은 성형성을 얻을 수 있도록 상기한 특성들을 적절히 조정하여 핀 형성용 알루미늄을 제조한다.

상기한 특공소 63-53477호 공보에는, Mn이 0.1∼0.2%, Fc가 0.5% 이하, Cu가 0.2%이하, Si가 0.4% 이하이며 Mg가 0.5% 이하로 조성된 알루미늄합금이 핀부재의 성형에 사용되고 있다. 또한 상기한 공보에는 상기한 조상으로 형성된 고강도 알루미늄합금 용탕을 연속적으로 주조압연하여 직접 3∼10㎜ 두께의 띠형상판으로 만들고, 계속해서 이 띠형상판을 냉간압연하여 약 0.15㎜ 두께의 박판으로 만든 후, 풀림(annealing)하는 공정이 개시되어 있다.

한편 상기한 특공소 62-54181호 공보에는 Mn이 0.10∼1.0%, Si가 0.10∼0.90%, Ti가 0.01∼0.1%, 상기한 Ti에 대하여 B가 10∼20%이고 나머지 부분은 실질적으로 알루미늄으로 조성되며 상기한 Mn과 Si의 비가 0.5∼1.5 이내로 이루어진 합금용탕을 연속적으로 주조압연하여 두께 3∼15㎜의 띠형상 판을 만들고, 다음에 그 판을 냉간압연한 후 200∼400℃에서 풀림을 행하는 방법이 개시되어 있다.

상기한 공보들에 개시된 기술에 의하면, 강도가 크고 성형성 및 내식성이 우수한 약 0.1∼0.2㎜ 두께의 알루미늄박판을 얻을 수 있다.

그러나 최근에 열교환기 설계기술의 발전에 따라, 저비용의 요구에 대응하여 열교환기가 더욱 소형화, 경량화 되고 있어서, 열교환기에 사용되는 핀 형성용 알루미늄합금속에 포함되는 재료도 종래와는 다른 재료가 요구되고 있고 박판의 두께도 0.1㎜이하의 것이 요구되고 있지만 상기한 기술에 의해 얻어지는 알루미늄 박판에 의하면, 0.1㎜ 이하의 판두께를 보유하는 어떠한 박판도 충분한 강도를 얻기는 극히 어려웠다. 더욱이, 심지어 충분한 강도가 얻어지는 경우에도 성형성에 관한 다른 문제들이 발생하는 경향이 있다.

다시 말해서, 상기한 바와 같은 판두께 감소의 요구에 수반하여 발생하는 문제점으로서는 일반적으로 성형성과 강도를 열거할 수 있다. 재료의 성형성은 판두께에 따라 달라지는데, 종래의 알루미늄합금에 따르면, 판두께의 감소(얇아짐)에 의한 성형성의 감소와 장출부(stretch-formed portion)나 주조선단의 플랜지성형부에 생기는 균열등의 문제가 발생하기 쉽게 되어 있었다. 더욱이, 가공후의 제품의 강도는 두께가 감소함에 따라 감소하여, 열교환기 제조공정중이나 제품완성후의 취급과정에서 변형이 생기는 등의 결함이 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 0.10∼0.90중량%의 Si, 0.10∼1.9중량%의 Mn, 0.05∼0.20중량%의 Cu 및 0.05∼0.20중량%의 Mg중 1종 이상, 0.01∼0.10중량%의 Zr 및 0.01∼0.10중량%의 Ti 중 1종 이상, 나머지 불가피한 불순물로 구성되는 알루미늄합금을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄합금은 0.10∼0.90중량%의 Si, 0.10∼1.0중량%의 Mn, 0.05∼0.20중량%의 Cu 및 0.05∼0.20중량%의 Mg중 1종 이상, 0.01∼0.10중량%의 Zr 및 0.01∼0.10중량%의 Ti 중 1종 이상, 0.001∼0.02중량%의 Y, 나머지 불가피한 불순물로 구성되어 있다.

본 발명에 따른 제조방법은, 상기한 조성의 알루미늄합금 용탕을 연속적으로 주조압연하여 1∼15㎜ 두께의 띠형상판으로 만드는 단계와, 상기한 띠형상판을 냉간압연하는 단계 및 200∼400℃의 온도를 유지에서 풀림을 실시하는 단계로 구성되어 고강도와 고성형성을 보우하는 핀부재 형성용 알루미늄 합금박판을 제공한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 조성을 한정하는 이유는 다음과 같다.

Mn은 모체금속에 고용(solid solution)화되어 재결정 온도를 높일 뿐만 아니라 사이한 고용효과의 증가에 의해 강도를 향상시키는 효과를 가져오지만, Mn의 양이 0.10중량% 미만이면 상기한 효과가 발생하지 않고, 1.0중량%를 초과하면 성형성이 감소하게 되기 때문에 0.10∼1.0중량%의 Mn성분이포함되는 것이 적당하다. Si는 Mn과 공존하여 강도와 성형성을 향상시키는 효과를 가져오는데, 특히, 아이어닝 성형성(ironing formability)을 증가시킨다. 냐이 0.10중량% 미만이면 상기한 바와 같은 강도와 성형성의 향상이 생기지 않으며, 0.90중량%를 초과하면 내식성과 성형성의 감소 원인이 되어 본발명의 Si 성분은 0.10∼0.90중량%가 적당하다.

또한 Cu와 Mg는 성형성의 감소없이 강도를 증가시키는 효과적인 성분이지만, 두 성분이 0.05중량% 미만이면 상기한 효과가 발생하지 않으며, Cu가 0.20중량%을 초과하면 내식성이 저하되고 반면에 Mg가 0.20중량%을 초과하면 성형성이 감소되기 때문에 상기한 Cu와 Mg의 성분은 각각 0.05∼0.20중량%인 것이 적당하다.

Zr과 Ti는 각각 결정립을 미세하게 하는 효과가 있어서 결국 성형성을 증가시키지만, 이 성분들이 0.01중량% 미만이면 상기한 바와 같은 성형성의 증가는 발생하지 않으며, 0.10중량%를 초과하면 거친 금속간 화합물이 생성되어 성형성이 나빠진다. 따라서 상기한 Zr과 Ti 성분은 각각 0.01∼0.10중량%인 것이 적당하다.

Y는 Zr이나 Ti와 공존해 있는 상태에서 제 1 도에서 나타내는 바와 같이 Y의 첨가량에 대응하는 특정의 영역에서 알루미늄합금박판의 재결정온도를 더 높임으로써 강도를 증가시키는 작용을 한다. 또한 상기한 바와 같이 재결정온도를 높이는 것에 의해, 상기한 알루미늄합금박판의 풀림순화곡선(anneal-softening curve)은 안정화되어, 결국 풀림의 마지막 공정수행을 용이하게 한다. 그러나, Y의 양이 0.001중량% 미만이면 상기한 효과를 얻을 수 없고, 0.002중량%를 초과해도 상기한 결과보다도 더 향상된 결과는 기대하기 어렵다. 따라서, Y성분이 고가의 성분임을 감안하여, 그 양을 0.001중량%∼0.002중량%로 하는 것이 경제적이다.

다음에 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기한 조성의 합금용탕을 연속적으로 주조압연하는 방법으로서는, 예를 들어, 상기한 조성의 알루미늄 합금용탕을 두 개의 주조압연용 로울 사이에 배치된 노즐에 의해 주입하고 로울의 주형으로 냉각하여 주조와 압연을 동시에 실시하는 방법이 채용될 수 있다. 이 방법에 따르면, Mn이 강제적으로 고용화되어 결국 강도와 성형성이 뛰어난 박판이 형성된다. 상기한 연속 주조압연에 의해 형성된 판재의 두께는 1∼15㎜가 되는 것이 최종 제품의 품질향상을 위한 냉간압연에 있어서도 필요하며, 비용상으로도 적당한 범위가 된다.

연속적으로 주조압연할 때의 주조속도(띠판의 진행속도)는 0.8∼20m/min으로 되는 것이 바람직하고 용탕온도는 680∼710℃인 것이 바람직하다. 그리고 상기한 로울을 적용한 공정 이외에도, 상기한 연속주조압연 방법으로서 벨트나 블록 등을 이용한 다른 연속주조압연방법을 사용하는 것도 역시 가능하다.

냉간압연은 알루미늄박판의 제조에서 사용되는 통상적인 방법으로 실시되는데, 냉간압연의 가공정도는 90%이상이 바람직하며, 압연중에는 열처리가 불필요하다.

그후, 냉간압연된 물질을 풀림처리하는 것에 의해, 원하는 강도와 성형성이 얻어진다. 그러나 상기한 풀림공정의 온도가 200℃ 미만이면 충분한 성형성 개선의 효과가 얻어지지 않으며 400℃를 초과하게 되면 강도가 급격히 감소하며 성형성 역시 저하된다. 그리고 풀림 후의 기계적 성질에 관해서는, 내력강도(σY)와 인장강도(σB)의 비(σY/σB)는 0.90∼0.95의 범위내인 것이 바람직하다. 그 결과, 이상적인 풀림온도가 비록 합금의 조성에 따라 달라져도 풀림의 온도는 200∼400℃로 특정하게 된다.

제2도는 본 발명의 합금을 적용해 형성된 핀이 장착된 열교환기유닛을 타나낸다. 이 예에서 상기한 제조방법에 따라 제조된 박판을 프레스가공하고 아이어닝 가공하여, 냉매를 통하게 하기 위한 구리로 만들어진 관체(1)가 삽입되는 칼라가 부착된 구멍(2)이 형성되어 박판(3)이 구성된다. 박판(3)에 형성된 각 구멍(2)에 상기한 바와 같이 관체(1)가 삽입되어 열교환기유닛(A)이 형성된다. 또한, 각 구멍(2)의 개구에는 칼라(2a)가 부착되어 이 칼라(2a)에 의해 관체(1)가 안정적으로 지지된다. 상기한 박판(3)은 약 0.1㎜정도의 두께이거나 혹은 이보다 더 얇게 형성된다.

상기한 바와 같이 구성된 열교환기유닛(A)에 있어서, 소형화·경량화의 필요가 박판(3) 두께가 더 얇아질 것을 요구하므로, 그 두께가 약 0.1mm이거나 혹은 그보다 더 얇게 형성된다.

상기한 바와 같이 얇게 형성된 박판(3)의 강도가 충분하지 않은 경우에는, 열교환기유닛(A)의 변형이 발생하기 쉽게 된다. 이점에 관해서는, 상기한 제조방법에 따라 상기한 조성으로 구성된 알루미늄합금으로 형성된 박판을 사용하면, 인장강도와 내력 강도가 높고 연신율이 우수하게 되어, 열교환기유닛(A)을 제조하기 위한 프레스가공 및/ 또는 아이어닝 가공 중에 박판이 손상되지 않는다. 더욱이 가공응력이 집중되기 쉬운 부분이나 칼라(2a)와 같은 가공정도가 큰 부분에서조차도 균열 및/또는 손상이 발생하지 않는다.

또한 상기한 예에서는 제2도에 나타낸 모양을 보유하는 박판(3)을 본 발명이 적용된 예로서 설명했지만, 본 발명이 제2도에서 보여주는 것과 같은 모양에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 모양의 박판(3)이 열교환기에 따라 적용될 수 있다.

다음의 표 1과 3에 나타낸 바와 같은 여러 가지 조성으로 구성된 알루미늄합금의 용탕을 로울을 사용한 연석주조압연기에 의해 연속적으로 주조압연하여 6㎜ 두께의 판을 형성한다. 그후 각판을 냉간압연하여 0.10㎜ 두께의 박판을 형성하고 여러 온도에서 풀림을 실시한 후, 인장강도 시험과 실제의 프레스 성형시험을 각 샘플에 실시한다.

위에서 시험한 샘플의 평가결과를 표 2와 4에서 보여준다. 표에 나타낸 바와 같이, 발명의 방법에 따라 제조된 알루미늄합금박판의 성분과 제조공정이 본 발명과 상기한 비교예에 비하여 강도와 실제의 프레스성형성이 우수한 것은 명백하다.

*전단 균열발생

** 플레어 균열발생

*전단 균열발생

** 플레어 균열발생

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 공기조절기 등의 열교환기에 사용되는 핀재를 얇게 하는데 쉽게 적용되고 고강도와 고성형성을 보유하는 알루미늄 합금박판을 적은 비용으로 제공함으로써, 결과적으로 본 발명의 공업작 가치가 극대화되게 된다.

Claims

0.10∼0.90중량%의 Si, 0.10∼1.0중량%의 Mn, 0.05∼0.20중량%의 Cu 및 0.05∼0.20중량%의 Mg 중 1종 이상과, 0.01∼0.10중량%의 Zr 및 0.01∼0.10중량%의 Ti 중 1종 이상과, 그리고, 0.001∼0.02중량%의 Y을 함유하고, 나머지가 불가피한 불순물로 구성된 것을 특징으로하는 알루미늄 합금.
0.10∼0.90중량%의 Si, 0.10∼1.0중량%의 Mn, 0.05∼0.20중량%의 Cu 및 0.05∼0.20중량%의 Mg중 1종 이상과, 0.01∼0.10중량%의 Zr 및 0.01∼0.10중량%의 Ti 중 1종 이상을 함유하고, 나머지가 불가피한 불순물로 구성된 680∼710℃의 알루미늄합금용탕을 0.8∼20m/분의 속도로 연속적으로 주조압연하여 1∼15㎜ 두께의 띠형상판으로 하고, 다음에 이 띠형상판재를 가공도 90% 이상이 되도록 냉간압연한 후, 200∼400℃의 온도로 가열유지한 후에 서냉시키고, 서냉시킨 후의 내력과 인장강도의 비를 0.90∼0.95의 범위로 하는 풀림처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 강도 및 성형성이 우수한 핀 형성용 알루미늄 합금박판의 제조방법.
알루미늄 합금용탕을 연속적으로 주조압연하여 1∼15㎜ 두께의 띠형상판으로 하고, 다음에 이 띠형상판을 냉간압연한 후, 200∼400℃의 온도로 가열유지하는 풀림처리를 실시하는 핀 형성용 알루미늄 합금박판의 제조방법에 있어서, 상기한 알루미늄 합금용탕이, 0.10∼0.90중량%의 Si, 0.10∼1.0중량%의 Mn, 0.05∼0.20중량%의 Cu 및 0.05∼0.20중량%의 Mg 중 1종 이상과, 0.01∼0.10중량%의 Zr 및 0.01∼0.10중량%의 Ti 중 1종 이상과, 그리고, 0.001∼0.02중량%의 Y을 함유하고, 나머지가 불가피한 불순물로 구성된 것을 특징으로하는 강도 및 성형성이 우수한 핀 형성용 알루미늄 합금박판의 제조방법.
0.10∼0.90중량%의 Si, 0.10∼1.0중량%의 Mn, 0.05∼0.20중량%의 Cu 및 0.05∼0.20중량%의 Mg 중 1종 이상과, 0.01∼0.10중량%의 Zr 및 0.01∼0.10중량%의 Ti 중 1종 이상과, 0.001∼0.02중량%의 Y을 함유하고, 나머지가 불가피한 불순물로 구성된 680∼710℃의 알루미늄합금용탕을 0.8∼20m/분의 속도로 연속적으로 주조압연하여 1∼15㎜ 두께의 띠형상판으로 하고, 다음에 이 띠형상판재를 가공도 90% 이상이 되도록 냉간압연한 후, 200∼400℃의 온도로 가열유지한 후에 서냉시키고, 서냉시킨 후의 내력과 인장강도의 비를 0.90∼0.95의 범위로 하는 풀림처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 강도 및 성형성이 우수한 핀 형성용 알루미늄 합금박판의 제조방법.