KR100514727B1 - 브레이징용 핀재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

0.1중량%는 초과하나 3중량% 이하의 Ni과, 1.5중량%는 초과하나 2.2중량% 이하의 Fe과, 1.2중량% 이하의 Si 및, Zn과, In 및 Sn 중의 하나를 소정량 포함하여 구성되며, 기타 불가피한 불순물 및 알루미늄의 잔여물을 더욱 포함하여 구성되는 알루미늄합금을 연속주조압연에 의하여 주조하는 공정과;

250∼500℃에서의 어닐링이 중간에 복수회 이상 수행됨으로써, 소정두께의 합금 핀재료를 제조하는 냉간압연공정을 포함하여 구성되며;

두번째 마지막 어닐링은 주어진 두께로 수행되고,

마지막 어닐링은 재결정화가 이루어지지 않도록 하는 가열조건하에서 수행되는 브레이징용 알루미늄 핀재료의 제조방법.

Description

브레이징용 핀재료의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A FIN MATERIAL FOR BRAZING}

본 발명은 우수한 내마모성, 기계적 강도 및 열전도성을 가지는 브레이징 (brazing)용의 Al-Ni-Fe계 합금 핀(fin) 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 그의 특성을 개선하면서 우수한 생산성으로 두께가 감소된 핀 재료를 제조할 수 있는, 핀재료용 Al-Ni-Fe계 합금 압연코일을 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

많은 자동차의 열교환기는 Al 및 Al 합금으로 만들어지며 브레이징에 의하여 제조된다. 일반적으로, 브레이징을 위하여는 Al-Si계 브레이징 재료가 사용되며, 따라서, 브레이징은 약 600℃의 고온에서 수행된다. 라디에이터등과 같은 열교환기는, 도 1 에서 나타낸 바와 같이 일체적으로 만들어지는 다수개의 평평한 튜브 (1) 중에서 물결형상으로 가공된 얇은 벽핀(2)을 가진다. 평평한 튜브(1)의 양쪽 끝단은 헤더(3) 및 탱크(4)의 각각에 의하여 형성된 공간에 대하여 개방되도록 되어 있다. 고온 냉매는 평평한 튜브의 내부를 통하여 다른 탱크측 상의 공간으로부터 탱크(4)측 상의 공간으로 공급된다. 냉매는 튜브(1)에서의 열과 핀(2)부분에서의 열을 교환함으로써 낮은 온도로 되고, 다시 순환된다.

최근에, 열교환기는 경량 및 소형을 달성하였으며, 따라서, 열교환기의 열효율이 개선되어야 하고, 재료의 열전도성의 개선이 바람직하다. 특히, 핀 재료의 열전도성을 개선하는 것이 연구되어 왔고, 합금조성이 순수한 알루미늄의 조성에 가까운 합금 핀재료가 열전도성 핀으로서 제안되어 왔다. 그러나, 핀의 기계적인 강도가 충분하지 않으면, 핀의 벽두께가 감소될 때, 핀은 열교환기를 조립할 때 찌그러질 수 있으며, 또는 열교환기로서 사용하던 중에 훼손될 수 있다. 순수한 알루미늄계 합금핀은 기계적인 강도가 부족하다는 결점을 가지며, 기계적인 강도를 증진시키기 위하여 Mn 등의 합금원소를 첨가하는 것이 효과적이지만, 열교환기의 제조공정 중에는 핀을 거의 600℃까지 가열하는 브레이징 공정이 있어서, 기계적 강도를 개선하기 위하여 합금에 더해지는 원소가 브레이징 가열시에 다시 응고-용융되어 열전도성의 개선을 막게되는 결과로 된다.

이러한 문제점을 해결하는 핀재료로서, 우수한 기계적 강도 및 열전도 특성을 발휘하는, Al-Si-Fe계 합금에 Ni 및 Co가 추가된 합금이 제안되었다(일본국 특허공개공보, JA-A-7-216485 호 및 JP-A-8-104934호).

그러나, 이들 핀재료는, JP-A-9-157807 호에 나타낸 바와 같이, 브레이징할 때에 용융저항을 보장하기 위하여 특별한 제조공정을 요한다. 특히, 이들 핀재료중에서, Fe을 1.5%(%는 중량%를 의미함; 이하 동일함) 이상 포함하게 되면, 최종적인 냉간압연비율은 브레이징할 때의 용융을 방지하기 위하여 감소되어야 한다. 이는 JP-A-9-157087호의 실시예에서의 시료 7번에 해당하며, 여기에서는 냉간압연비율이 9.8%까지 낮게 제안되었다. 즉, 얇은 벽의 알루미늄 합금재료의 공업적 압연에 있어서 낮은 압연율로 통과를 수행하면, 압연할 때에 시이트의 공업적으로 압연이 어려운 문제를 일으키게 되고, 최종 냉간압연율이 낮으면 이들을 물결형상으로 형성하기가 어렵게 되는데, 이는 0-재료조건으로부터 기계적인 강도의 차이가 지나치게 작게되기 때문이다.

또한, Ni이 첨가되어 1.5%를 초과하는 Fe을 가지는 알루미늄합금에 있어서, Al-Si-Fe계 금속간 화합물이 생성되고, 이들은 기계적인 강도 및 열 전도성을 개선하는 요인은 되지만, 핀재료 자체의 내마모성을 저하하는 문제를 발생시킨다. 핀재료는 마모방지 재료로서 튜브를 보호하지만, 핀재료 자체의 마모량이 지나치게 크면, 핀이 초기단계에서 마모로 인하여 소비되고, 튜브를 마모로부터 오랜동안 방지하는 것이 불가능하다.

부가적으로, 제조에 있어서 연속적인 주조압연법에 의하여 이들 합금을 주조함으로써 제조된 코일을 사용하면, 핀재료가 만들어질 수는 있지만, 이는 핀재료로 되기 전에 냉간압연할 때에 중간에 코일을 부러뜨리는 문제를 발생한다. 압연할 때의 코일의 고속에서의 파단은 완성된 제조품을 얻지 못하는 문제뿐만 아니라, 냉간압엽기의 오일에 발화를 일으켜서 위험하다는 문제도 있다.

본 발명은 브레이징용 알루미늄 핀재료의 제조방법으로서:

0.1중량%는 초과하나 3중량% 이하의 Ni와, 1.5중량%는 초과하나 2.2중량% 이하의 Fe과, 1.2중량% 이하의 Si 및, 4중량% 이하의 Zn과, 0.3중량% 이하의 In 및 0.3중량% 이하의 Sn으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하여 구성되며, 필요한 경우, 3.0중량% 이하의 Co와, 0.3중량% 이하의 Cr과, 0.3중량% 이하의 Zr과, 0.3중량% 이하의 Ti과, 1중량% 이하의 Cu와, 0.3중량% 이하의 Mn 및 1중량% 이하의 Mg으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나와, 불가피한 불순물 및 알루미늄의 잔여물을 더욱 포함하여 구성되는 알루미늄합금을 연속주조압연에 의하여 주조하는 공정과;

250∼500℃에서의 어닐링이 중간에 2회 이상 수행됨으로써, 0.10mm 이하의 두께를 가지는 알루미늄 합금 핀재료를 제조하는 냉간압연공정을 포함하여 구성되며;

2.5mm 이상 9mm 이하의 두께를 가지는 주조코일이 연속주조압연에 의하여 제조되며,

냉간압연공정에서의 두번째 마지막 어닐링은 0.4mm 이상 2mm 이하의 두께로 수행되고, 마지막 어닐링은 재결정화가 이루어지지 않도록 하는 가열조건하에서 수행되는 방법이다.

본 발명의 기타 및 그 이상의 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 기술내용으로부터 보다 잘 이해될 수 있다.

본 발명은 다음의 수단을 제공한다:

① 0.1중량%는 초과하나 3중량% 이하의 Ni과, 1.5중량%는 초과하나 2.2중량% 이하의 Fe과, 1.2중량% 이하의 Si 및, 4중량% 이하의 Zn과, 0.3중량% 이하의 In 및 0.3중량% 이하의 Sn으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하여 구성되며, 필요한 경우, 3.0중량% 이하의 Co와, 0.3중량% 이하의 Cr과, 0.3중량% 이하의 Zr과, 0.3중량% 이하의 Ti과, 1중량% 이하의 Cu와, 0.3중량% 이하의 Mn 및 1중량% 이하의 Mg으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나와, 불가피한 불순물 및 알루미늄의 잔여물을 더욱 포함하여 구성되는 알루미늄합금을 연속주조압연에 의하여 주조하는 공정과;

250∼500℃에서의 어닐링이 중간에 2회 이상 수행됨으로써, 0.10mm 이하의 두께를 가지는 알루미늄 합금 핀재료를 제조하는 냉간압연공정을 포함하여 구성되며;

2.5mm 이상 9mm 이하의 두께를 가지는 주조코일이 연속주조압연에 의하여 제조되며,

냉간압연공정에서의 두번째 마지막 어닐링은 0.4mm 이상 2mm 이하의 두께로 수행되고, 마지막 어닐링은 재결정화가 이루어지지 않도록 하는 가열조건하에서 수행되는 브레이징용 알루미늄 핀재료의 제조방법.

② 상기 ①에서, 알루미늄 합금이 0.9∼2.0중량%의 Ni을 포함하는 방법.

③ 상기 ①에서, 알루미늄 합금이 1.5중량%는 초과하나 2.0중량% 이하의 Fe을 포함하는 방법.

④ 상기 ①에서, 알루미늄 합금이 0.3∼1.0중량%의 Zn을 포함하는 방법.

⑤ 상기 ①에서, 알루미늄 합금이 0.3∼2.0중량%의 Co를 포함하는 방법.

⑥ 상기 ①에서, 알루미늄 합금이 0.05∼0.3중량% 의 Cu를 포함하는 방법.

⑦ 상기 ①에서, 냉간압연공정시에 마지막으로부터 2번째의 어닐링은 0.6∼1.2mm의 두께의 냉간압연된 알루미늄 합금에 대하여 수행되는 방법.

⑧ 상기 ① 에서, 최종 어닐링 온도는 350 내지 460℃ 범위내의 있는 방법.

⑨ 상기 ①에서 최종 어닐링은 최종 10% 이상의 냉간압연비를 달성하기 전의 냉간압연공정시에 수행되는 방법.

본 발명의 제조방법에 사용된 합금의 성분원소를 이하에서 기술한다.

본 발명에 있어서, 0.1중량%는 초과하고 2중량% 이하인 Ni과, 1.5중량%는 초과하고 2.2중량% 이하인 Fe은, Fe 및 Ni의 첨가에 의하여 브레이징 후의 핀재료의 기계적인 강도 및 열 전도성에 관한 문제점을 해결하기 위하여 포함되었다. 특히, 1.5중량%는 초과하는 Fe을 포함하는 것으로 합금이 한정된 이유는 다음과 같다: 만약 1.5중량% 이하이면, 합금은 종래의 제조방법에 의하여 제조될 수 있으며, 따라서 이 공정을 수행하기 위한 문제를 발생할 수 있다. 부가적으로, 합금이 2.2중량% 이하를 포함하는 것으로 한정된 이유는 다음과 같다: 만약 이 상한을 초과하면, 본 발명에 관한 방법이 사용된다고 하더라도 핀재료의 내마모성을 개선하는 것은 불가능하다. Ni의 하한은 Fe과의 공존에 의한 기계적 강도 및 도전성을 개선하는 효과를 가질 수 있는 양으로 고려되었다. Ni의 상한은, Fe과 마찬가지로, 본 발명의 범위를 벗어나면, 본 발명에 따른 방법이 사용되더라도 핀재료의 내마모성이 개선되지 않기 때문에 결정된 것이다.

Ni 및 Fe의 양은 이상과 같이 결정되었지만, 높은 기계적 강도를 보장하기 위하여, 0.6중량% 이상의 Ni이 권장되며, 특히 0.9중량% 이상이 권장된다. 부가적으로, 연속주조의 안정성을 위하여, 후술하는 바와 같이, 2중량% 이하의 Ni이 권장된다. 또한, 연속주조의 안정성을 증가시키고 얇은 벽 핀재료의 내마모성을 개선하기 위하여, 2.0중량% 이하의 Fe이 특히 권장된다.

상술한 Ni 및 Fe에 부가하여, 이 합금은 4중량% 이하의 Zn과, 0.3중량% 이하의 In 및 0.3중량% 이하의 Sn으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 이들 이외의 성분들은 강제적인 것은 아니지만, 본 발명의 목적을 훼손하지 않는 범위 내에서 포함될 수 있다. 그러한 임의의 성분으로서는, 3.0중량% 이하의 Co와, 0.3중량% 이하의 Cr과, 0.3중량% 이하의 Zr과, 0.3중량% 이하의 Ti과, 1중량% 이하의 Cu와, 0.3중량% 이하의 Mn또는 1중량% 이하의 Mg과 불가피한 불순물이 포함될 수 있다. 이들 원소들은 이 합금이 핀재료로서 사용될 때의 특성의 관점으로부터 중요한 기능을 나타낸다. 그 기능 및 한정의 이유는 각 원소에 대하여 이하에서 기술한다.

Si은 첨가되었을 때 기계적인 강도를 개선한다. Si 자체의 고체-용액경화에 의한 기계적인 강도를 증가시키는 것에 부가하여, Fe, Ni 및 Co와 함께 Si이 존재할 때는, Si이 Fe, Ni 및 Co의 침전을 제고한다. 본 발명에 따른 핀 재료에 있어서는, Al-Fe계의 금속간 화합물의 거침을 방지하는 것이 필수적이다. Si이 첨가되었을 때 많은 양의 금속간 화합물이 침전하므로, 각 금속간 화합물의 크기는 Si이 첨가되지 않았을 때보다 작아진다. 이러한 침전-제고 기능은 Si 함량이 0.03중량% 이하였을 때는 충분하지 않으며, 만약 1.2중량%를 초과하였을 때는 브레이징에 의한 가열할 때에 핀이 용융된다. 따라서, Si이 첨가되었을 때는, 용량이 0.03중량% 보다 많고 1.2중량% 이하로 되도록 하는 것이 바람직하지만, 상술한 침전-제고 효과는 Si 함량이 0.3중량% 이상일 때 증진된다. Si 함량이 과도하게 증가하는 때에는, 고체-액체 Si이 핀의 열 전도성을 낮추게 되며, 0.8중량% 이하인 것이 바람직하다.

Co는 Ni과 유사한 방식으로 기능한다. 따라서, Co가 첨가될 때는, 첨가량이 0.1중량% 이상 3.0중량% 이하의 사이에서 고정되지만, 특히 0.3중량%∼2중량% 의 범위에서 탁월한 특성을 발휘한다. 그러나, Ni과 비교할 때, Co는 약간 낮은 열 전도성을 가지며, Al-Fe계 화합물을 나누는 효과가 약하다. 부가적으로, Co는 Ni보다 비싸다. 본 발명에 있어서는, Ni 대신에 Co를 사용하거나, 또는 동시에 Ni 및 Co를 첨가할 수 있지만, Ni을 단독으로 첨가하는 것이 특성 및 비용의 관점에서 더 큰 효과를 가지므로, Ni을 첨가하는 것이 권장된다. Co 첨가의 하한은 바람직하게는 0.1중량% 이지만, Co가 독립적으로 첨가될 때만 적용되는 것이며, Co가 Ni과 함께 첨가될 때는, 더 적은 비율로 첨가될 수 있다.

0.3중량% 이하의 Zr 및 Cr의 첨가는 기계적 강도를 개선하며, Zr은 브레이징할 때에 생성된 핀재료의 재결정 입자를 굵게 하기 위하여 첨가되며, 브레이징 필러(filler)의 핀 내로의 확산 및 핀의 늘어짐을 방지한다. 그러나, Zr 및 Cr이 첨가된 합금은 연속주조가 수행될 때 노즐이 막힘을 유발하는 경향이 있으며, 주조가 일어나는 것을 방지할 수 있다. 따라서, Zr 및 Cr은 첨가하지 않는 것이 바람직하며, 만약 첨가되면, 0.08중량% 이하로 첨가하는 것이 특히 권장된다.

0.3중량% 이하의 Ti이 첨가되고, 이는 기본적으로는 기계적 강도를 개선하기 위한 것이다. 그러나, Ti 첨가 합금은 연속주조가 수행될 때 노즐의 막힘을 유발하는 경향이 있고, 주조를 방해할 수 있다. 따라서, Ti은 첨가하지 않는 것이 바람직하며, 첨가될 때에는 0.08중량% 이하로 첨가될 것이 특히 권장된다. Ti은 주조 미세구조를 순화하는 목적으로 첨가될 수 있으나, 그 경우에도 0.02중량% 이하의 Ti이 목적을 달성할 수 있다.

4중량% 이하의 Zn, 0.3중량% 이하의 In 및 0.3중량% 이하의 Sn이 첨가되는 것은 핀재료에 희생 마모방지 효과를 부여하기 위한 것이다. 첨가량 및 첨가성분은 핀재료에 필요한 마모방지 특성 및 열 전도성에 따라서 결정되어야 한다. In 및 Sn은 소량이 첨가되었을 때 충분한 희생 마모방지 효과를 발휘할 수 있지만, 이들은 비싸며 합금 스크랩은 다른 합금재료에 재활용될 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 Zn의 첨가가 특히 권장된다. Zn은 많은 양이 첨가되었을 때 핀재료 자체의 마모성을 저하하기 때문에, 2중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하며, 1중량% 이하가 보다 바람직하다. 각 원소의 하한은 마모방지에 필요한 재료에 따라 결정될 수 있으나, 0.3중량% 이상이 일반적으로 바람직하게 첨가된다.

본 발명에 있어서는, Cu를 추가로 첨가하는 경우가 있다. Cu는 기계적 강도를 개선하는 것이 일차적인 목적이다. Cu가 첨가될 때는, 0.05중량% 이하일 경우에는 기계적 강도의 개선효과가 없다. 첨가량이 증가할 때는, 희생적인 음극효과를 감소하는 기능이 증가하기 때문에, 1중량% 이하의 Cu가 첨가되지만, 0.3중량% 이하의 Cu가 첨가되는 것이 특히 권장된다. Cu는 핀재료의 포텐셜을 좋게 만들고 희생적인 음극 효과를 감소하게 하므로, Cu가 첨가될 때는 Zn, In, 및 Sn의 어느 것과 함께 사용되어야만 한다.

Mn은 기계적 강도를 개선하도록 추가될 수 있으나, 약간의 첨가량도 열 전도성을 크게 감소시킨다. 따라서, 0.3중량% 이하의 Mn이 첨가되어야 하지만, 열 전도성의 관점에서는 Mn을 첨가하지 않는 것이 바람직하다.

Mg도 기계적인 강도를 개선하도록 첨가될 수 있으나, NB 브레이징의 경우에는 플럭스와 반응하여 브레이징 성능을 감소하기 때문에, Mg은 NB 브레이징의 핀재료가 생성될 때는 첨가되어서는 않된다. 진공브레이징용 핀재료의 경우에는, 1중량% 이하의 Mg이 첨가되어야 하는데, Mg은 브레이징할 때에 증발하므로 효과가 적고, Mg을 첨가하지 않는 것이 권장된다.

이제, 불가피한 불순물 및 상술한 이외의 기타의 이유로 첨가되는 원소에 관하여는, 잉고트(ingot)를 순화하기 위하여 Ti과 함께 첨가되는 B 등이 있으며, 이들 원소는 함량이 0.03중량% 이하이면 첨가가 가능하다.

본 발명에 따른 제조방법에 대하여 이하에서 기술한다.

먼저, 본 발명에 있어서, 연속적인 주조 및 압연된 코일은 연속주조-압연법에 의하여 2.5mm 이상 및 9mm 이하의 두께로 제조된다. 연속적인 주조-압연법은 코일을 직접적으로 제조하기 위하여 용융된 알루미늄 합금으로부터 수mm 두께의 연속적으로 주조되는 스트립에 관한 공정이며, 헌터(Hunter)법, 3C 법등이 전형적인 방법으로 알려져 있다. DC 주조법에 의하여 잉고트가 제조되고 수mm 두께의 코일이 열압연에 의하여 제조되는 경우와 비교할 때, 연속적인 주조-압연법에서는, 주조할 때의 냉각율이 크며, 주조할 때에 금속간 화합물을 재결정하는 것이 가능하며, 본 발명에서 사용되는 바와 같은 대량의 Fe을 포함하는 합금의 경우에, 연속적인 주조-압연법은 기계적인 강도를 개선하는 효과를 제공한다. 부가적으로, 본 발명자등에 의한 조사의 결과는, 연속적인 주조-압연법이므로, Fe 및 Ni은 과포화, 고체-액체 상태이므로, DC 주조법과 비교할 때, 핀재료 자체의 내마모성은 후속공정을 최적화함으로써 개선될 수 있다.

코일주조의 두께가 2.5mm 이상 9mm 이하로 제어되어야 하는 이유는, 본 발명의 연속적인 주조-압연법에 대하여는, 다음과 같다: 두께가 2.5mm 이하일 때는, 연속적인 주조시에 시트 내에 주름이 형성되고, 시트가 후속의 냉간-압연공정에서 압연될 수 없으며, 두께가 9mm 이상으로 되는 경우에는, 충분한 급속냉각 효과가 달성되지 않으므로, 과포화, 고체-액체 상태의 성분량이 감소되며, 핀재료 자체의 내마모성이 향상되지 않는다.

연속적인 주조-압연에 의하여 얻어진 코일은 핀재료를 생성하기 위하여 냉간-압연 공정에서 0.10mm 이하로 압연되며, 그 도중에, 250℃∼500℃ 의 범위 내의 온도에서 어닐링이 2회 이상 수행된다. 이 경우에, 마지막에서 2번째의 어닐링은 0.4mm∼2mm 두께의 시이트에서 마지막에서 2번째의 어닐링이 수행되며, 최종 어닐링은 재결정이 완성되지 않은 가열조건하에서 수행된다.

이들 조건의 조합은 핀재료 자체의 내마모성을 개선하고, 핀재료의 생산성(냉간-압연시의 파단방지)을 개선하고, 핀재료의 최종 냉간압연율을 개선하는 것이 가능하다.

먼저, 어닐링의 횟수에 대하여 논의한다. 한번의 어닐링으로는 과포화된 고체-액체 상태의 Fe 및 Ni이 충분히 침전되지 않으므로, Fe 및 Ni은 핀재료가 브레이징을 위하여 가열될 때 재결정 경계에서 침전된다. 브레이징 후에 재결정 경계를 따라서 침전이 증가함에 따라서, 마모가 일어날 때 결정경계를 따라서 마모가 증가한다. 이러한 합금계열의 핀재료에 있어서는, 입자경계를 따라서 마모가 발전함에 따라 두께방향으로 하나의 결정입자를 가지는 경향이 있으며, 핀은 조각나게 되고, 전체핀이 마모되지 않더라도 핀재료 자체의 비마모 수명이 저하된다.

한번의 어닐링에서 충분한 침전량이 보장되지 않는 온도조건이 있지만, 그러한 조건하에서의 어닐링은 침전을 증가시키고, 굵게 하며, 핀재료 자체의 기계적 강도를 저하할 수 있으며, 부가적으로 침전물의 둘레에 마모가 용이하게 발생할 수 있으며, 이러한 마모는 핀재료 자체의 내마모성을 저하시킨다.

상술한 내용에 부가하여, 냉간-압연할 때의 파단을 방지할 목적으로, 마지막으로부터 2번째에서의 어닐링(어닐링이 2회 수행될 때는 최초 어닐링)할 때의 시이트 두께를 한정하는 이유는 후술하며, 냉간-압연할 때의 어닐링은 2회 이상 수행된다. 그런데, 어닐링을 3회 이상 수행하는 것은 특성의 관점에서 볼 때 아무런 문제도 발생하지 않는다. 그러나, 공정이 증가함에 따라, 제조단가가 증가하며, 따라서 3회 이하의 어닐링이 바람직하게 권장되며, 보다 바람직하게는 2회가 권장된다.

마지막으로부터 2번째 어닐링(어닐링이 2회 수행될 때는 최초 어닐링)에서의 시이트 두께가 0.4mm 이상 및 2mm 이하로 한정되어야 하는 이유는, 연속 냉간-압연이 연속적으로 주조및 압연으로 코일을 제조할 때의 파단에 대한 본 발명자 등에 의한 연구결과에 기초한 것으로서, 본 발명자들은 이하의 원인을 찾아내었고, 파단에 대한 수단으로서 본 발명을 완성하게 되었다. 이들을 상세하게 후술한다.

본 발명에 있어서는, 연속 주조-압연에서 사용된 코일이 사용되지만, 연속적인 주조-압연은 수시간 내지 수십시간 동안 주조를 연속적으로 수행하기 위한 방법이므로, 본 발명용으로 사용되는 합금이 주조될 때, 수십㎛ 이상의 금속간 화합물이 존재하는 것을 발견하였다. 이러한 금속간 화합물의 존재는 노즐 끝단 등의 내부에서 수집된 층간 화합물이 소정량을 초과할 때 용융된 알루미늄과 함께 흘러나와 주조코일 내에 존재하게 된다. 이러한 종류의 금속간 화합물은 재료가 얇은 시이트 두께로 압연될 때 초기 파단점으로서 기능하지만, 주조 중에 생성을 방지하는 것은 어렵다.

본 발명자 등은, 이러한 종류의 금속간 화합물이 특정한 확률로 연속적으로 주조된 코일 내에 존재한다는 조건하에, 금속간 화합물의 근방에서의 국부화된 갈라짐의 발생을 가능한 한 방지하고, 갈라짐이 있더라도 전체 폭방향으로의 갈라짐을 방지하는 것에 대하여 연구하였다. 또한, 본 발명자 등은 금속간 화합물의 근방에서의 알루미늄 합금의 부분을 유연하게 하는 것이 효과적이며, 어닐링, 특히 0.4mm 이상 및 2mm 이하의 범위의 시이트 두께로 어닐링을 수행하는 것이 가장 효과적이라는 것을 발견하였다.

2mm를 초과하는 시이트 두께에서의 어닐링은 후속의 냉간-압연에 의하여 매트릭스의 알루미늄 합금부분을 경화시키므로, 상술한 시이트 두께의 범위에서 어닐링이 다시 수행되지 않는 한, 시이트 두께가 약 0.1mm 에 달한 때에 파단이 발생한다. 즉, 어닐링이 상술한 범위 내에서 수행되지 않거나 또는 어닐링이 0.4mm 이하의 시이트 두께에서 수행되더라도, 2mm∼0.4mm의 시이트를 냉간압연함으로써 금속간 화합물 주위에서 미세한 갈라짐이 발생하며, 시이트 두께가 0.1mm 정도 된 때에는, 이들 갈라짐을 초기점으로하여 냉간압연 중에 파단이 발생한다.

마지막으로부터 2번째 어닐링 이 0.4mm 이상 또는 2mm 이하의 시이트 두께로 수행되어야 하는 이유는 다음과 같다: 만약 최종 어닐링으로서 수행된다면, 그 후의 최종 냉간-압연비는 과도하게 커지고, 최종 냉간-압연통로의 근처에서 파단이 용이하게 발생한다. 부가적으로, 만약 어닐링이 이 시이트 두께 범위 내에서 수행된다면, 그 후에 단 한번의 부가적인 어닐링만으로 충분할 것이며, 에너지의 관점에서 마지막으로부터 3회 이상의 어닐링의 수행은 낭비로 될 수 있다.

상술한 내용에 근거하여, 최종 어닐링으로부터 2번째의 어닐링이 수행될 때, 시이트 두께는 0.4mm 이상 및 2mm 이하로 설정되지만, 냉간-압연공정에서의 파단을 방지하기 위하여는 0.6mm 이상 1.2mm 이하에서의 어닐링의 수행이 특히 효과적이다. 최종 어닐링은 핀재료의 재결정이 완료되지 않는 온도에서 수행된다. 재결정이 완료되지 않은 온도에서의 어닐링 수행이라 함은, 30% 이하의 시이트 표면위치에 대하여 20㎛ 크기로 입자가 재결정되는 조건하에서 어닐링이 수행되는 것을 의미한다. 20㎛ 이상의 재결정된 입자의 비율이 30%를 초과할 때에는, 재결정이 급속히 발생하고 완료될 수 있다. 이에 대한 하나의 이유는, 과포화된 고체-액체 Fe 및 Ni이, 시이트가 어닐링을 위하여 가열되었을 때 침전되는 것 때문이지만, 만약 이들 원소가 재결정 및 이탈하지 않으면, 이들은 이탈에 따라 용융되고 침전량을 증가시키게 된다. 부가적으로, 재결정 완료 후의 침전이, 재결정 완료 전에 생성된 침전입자를 굵게 하는 바와 같이 진행되면, 핀재료의 기계적 강도를 개선하는 효과가 적고, 핀재료 자체의 내마모성을 강하시키는 요인으로 작용한다. 또한, 3번째 이유로, 어닐링이 재결정을 완료하는 조건하에서 수행될 때에는, 브레이징 가열시에 재결정 경계에 존재하는 침전의 수가 증가하며, 후속의 냉간압연을 통하여 시이트가 핀재료로 된 후에, 핀재료의 내마모성 자체가 감소된다. 이는, 재결정이 어닐링할 때에 일어나기 때문이며, 후속의 냉간-압연할 때에 도입된 이탈이, 브레이징에 대한 가열시에 이동하는 경향이 있으며, 재결정 입자를 형성하고, 이 경우에, 경계에는 다수의 침전이 존재하므로, 침전된 입자가 경계를 이동하는 것을 방지한다.

따라서, 최종 어닐링은 250℃ 이상, 500℃ 이하의 온도범위에서 수행되어야 하며, 여기에서는 재결정이 완료되지 않는다.

250℃보다 낮은 온도에서는, 침전이 만족스럽게 일어나지 않으며, 상술한 이유에 근거하여, 핀재료 자체의 내마모성이 감소된다. 온도가 500℃를 초과하면, 침전된 입자가 굵어지고 기계적 강도가 저하되며, 또한 핀재료 자체의 내마모성이 저하된다. 이상에 근거하여, 최종 어닐링 온도범위는 충분한 미세 침전물의 양을 축적하는 관점에서, 250℃∼500℃, 보다 바람직하게는 350℃∼460℃로 되어야 한다. 특정한 재결정 온도는 합금의 조성 및 최종 어닐링 전의 열이력에 따라서 가변적이므로, 재결정은 상술한 온도범위 내에서 균일하게 완료될 수 있으며, 따라서, 실제적으로는, 최종 어닐링 조건은 재결정이 완료되지 않은 온도에서 미리 확인된 후에 결정되어야 한다.

최종 어닐링 시간은 바람직하게는 30분 및 4 시간의 사이이지만, 이에 한정되지는 않는다. 30분 이하의 어닐링으로는, 전체 코일의 온도를 안정시키기 어려우며, 4시간을 초과한 어닐링은 에너지의 낭비가 된다.

최종어닐링은 10% 이상의 시이트 두께로 수행되며, 후속의 냉간-압연이 달성된다. 10% 미만에서의 어닐링은 불안정한 물결형상을 야기한다. 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로, 냉간-압연은 바람직하기로는 60% 이하의 압연비, 보다 적절하게는 30% 이하의 압연비로 수행된다.

이상의 내용은 최종 어닐링 조건에 관한 것이지만, 최종 어닐링에서보다 낮은 온도에서 최종 어닐링전에 어닐링을 수행할 것이 권장된다. 최종 어닐링에서보다 높은 온도에서 어닐링을 수행하면, 최종 어닐링에서 침전을 야기하기 어려우며, 핀재료 자체의 내마모성을 저하하는 결과로 된다. 침전은 최종 어닐링할 때에 일어나는 경향이 있으므로, 최종 어닐링 전의 어닐링할 때에, 원자핵으로 기능하는 미세한 침전물들이 많은 양 축적되어야 하며, 온도는 따라서 특히 400℃ 이하로 될 것을 권장한다. 냉간-압연할 때에 파단을 방지하기 위하여 유연을 수행하는 관점에서, 270℃ 이상이 권장된다.

어닐링 시간은 바람직하게는 30분∼4시간의 사이가 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 30분 이하의 어닐링으로는, 전체 코일의 온도를 안정시키는 것이 어려우며, 4시간을 초과하는 어닐링은 에너지 낭비이다.

본 발명에 있어서, 이들 어닐링 재료는 브레이징용의 얇은 벽 핀재료(바람직하게는 0.1mm 이하)를 형성하도록 냉간-압연된다. 본 발명은 높은 기계적 강도와 높은 열전도성을 가지는 브레이징 시이트 핀을 제조하는 방법, 보다 상세하게는, 재료가 0.1mm 또는 이하의 얇기인 핀재료를 생성할 때의 문제점을 해결하고, 그러한 핀재료 자체의 내마모성을 개선하기 위한 방법에 관한 것이므로, 본 발명은 두께 0.1mm를 초과하는 핀재료를 제조하는 방법과도 관련될 수 있음을 말할 것도 없으나, 본 발명의 제조조건하에서 얻어지는 특성이 요구되지 않으면, 본 발명의 조건하에서 제조된 코일을 사용할 필요는 없다. 만약 시이트가 0.1mm 이상 두꺼우면, 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 본 발명에 따른 화학적 조성의 합금을 제조할 필요가 없다.

본 발명에 있어서는, 브레이징용 알루미늄 합금 핀재료가 제조된다. 본 발명은 브레이징용 핀재료에 적합한 특성을 가지는 것으로 고려되는 합금의 문제를 해결함을 의도한 제조방법에 관한 것이다.

여기에서의 브레이징은 NB법, VB 법등, 현재까지 널리 사용되는 방법중의 어느 것을 사용할 수 있으나, NB 법이 권장된다. 이는, NB법에 의하여 보다 나은 생산성이 얻어지기 때문이다.

실시예

본 발명은 이하의 실시예를 통하여 보다 상세하게 기술되지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

표 1에서 나타낸 화학적 조성의 알루미늄 합금은 표 2에서 나타낸 제조공정에 의하여 제조되며, 0.06mm 두께의 핀재료가 제조되었다. 사용된 연속적인 주조 및 압연기의 롤 지름은 618mm이며, 제조된 연속적인 주조 및 압연코일의 폭은 1000mm였다. 표 3은 냉간-압연 조건을 나타낸다.

파선으로 나타낸 재료에 관하여는, 핀재료는 잔여부로부터 실험실에서 제조된 것이다. 얻어진 핀재료는 CASS 테스트에 일주일동안 처해졌으며, 이들은 마모에 기인한 중량감소가 실험되었다. 표 3은 그 결과를 나타낸다.

표 3에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 핀재료는 파단이 없으며, 0.06mm 두께로 압연될 수 있으나, 본 발명에서와는 상이한 방법으로 제조된 종래예는 중간에 압연이 불가능하였으며 파단이 발생하였다. 본 발명에 따른 실시예는 비교예보다 마모에 따른 질량결손이 적었으며, 그에 따른 핀재료는 그 자체로 내마모성이 우수하였다.

본 실시예에 관련된 본 발명을 기술한바, 본 발명은 기술된 내용에 한정되지 않으며, 첨부된 특허청구의 범위에서 개진된 범위 및 요지내에서 광범위하게 내재하는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따르면, 감소된 벽두께의 Al-Ni-Fe계 합금으로 핀재료를 제조하는 것이 가능하며, 연속적인 주조-압연을 사용함으로써 높은 기계적 강도와 높은 열 전도성을 가지며, 그에 따라 얻어진 재료는 그 자체가 우수한 내마모성을 가지며, 상당한 산업적 효과를 달성할 수 있다.

도 1 은 라디에이터를 나타내는 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 튜브 2 : 얇은 벽핀

3 : 헤더 4 : 탱크

Claims (9)

1. 0.1중량%는 초과하나 3중량% 이하의 Ni과, 1.5중량%는 초과하나 2.2중량% 이하의 Fe과, 1.2중량% 이하의 Si 및, 4중량% 이하의 Zn과, 0.3중량% 이하의 In 및 0.3중량% 이하의 Sn으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하여 구성되며, 필요한 경우, 3.0중량% 이하의 Co와, 0.3중량% 이하의 Cr과, 0.3중량% 이하의 Zr과, 0.3중량% 이하의 Ti과, 1중량% 이하의 Cu와, 0.3중량% 이하의 Mn 및 1중량% 이하의 Mg으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나와, 불가피한 불순물 및 알루미늄의 잔여물을 더욱 포함하여 구성되는 알루미늄합금을 연속주조압연에 의하여 주조하는 공정과;

   250∼500℃에서의 어닐링이 중간에 2회 이상 수행됨으로써, 0.10mm 이하의 두께를 가지는 알루미늄 합금 핀재료를 제조하는 냉간압연공정을 포함하여 구성되며;

   2.5mm∼9mm 이하의 두께를 가지는 주조코일이 연속주조압연에 의하여 제조되며,

   냉간압연공정에서의 두번째 마지막 어닐링은 0.4mm∼2mm의 두께로 수행되고, 마지막 어닐링은 재결정화가 이루어지지 않도록 하는 가열조건하에서 수행되는 브레이징용 핀재료의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 알루미늄 합금이 0.9∼2.0중량%의 Ni을 포함하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 알루미늄 합금이 1.5중량%는 초과하나 2.0중량% 이하의 Fe을 포함하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 알루미늄 합금이 0.3∼1.0중량%의 Zn을 포함하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 알루미늄 합금이 0.3∼2.0중량%의 Co를 포함하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 알루미늄 합금이 0.05∼0.3중량%의 Cu를 포함하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 냉간압연공정시에 마지막으로부터 2번째의 어닐링은 0.6∼1.2mm의 두께의 냉간압연된 알루미늄 합금에 대하여 수행되는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 최종 어닐링 온도는 350∼460℃ 범위 내에 있는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 최종 어닐링은 최종 10% 이상의 냉간압연비를 달성하기 전의 냉간압연공정시에 수행되는 방법.