KR100549389B1 - High corrosion resistant aluminium alloy containing zirconium - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 개선된 알루미늄 합금, 보다 구체적으로는 정해진 성분을 조절된 양으로 함유하고, 높은 압출성과 높은 내식성이 조화를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an improved aluminum alloy, and more particularly to an aluminum alloy containing a predetermined amount in a controlled amount, in combination with high extrudability and high corrosion resistance.
자동차 산업에서, 알루미늄 합금은 이 합금이 갖는 저중량 고강도 특성 및 압출성 때문에 다양한 용도에, 특히 배관에 사용되고 있다. In the automotive industry, aluminum alloys are used in a variety of applications, particularly in piping, because of their low weight, high strength properties and extrudability.
알루미늄 합금은 열교환기 또는 공기 조화용 응축기에 사용하기에 특히 유용하다. 이러한 용례에서 알루미늄 합금은 우수한 강도, 충분한 내식성 및 양호한 압출성을 가져야 한다. Aluminum alloys are particularly useful for use in heat exchangers or condensers for air conditioning. In these applications the aluminum alloy should have good strength, sufficient corrosion resistance and good extrudability.
이러한 용례에 사용되는 통상의 합금은 AA 3102이다. 이 합금은 통상으로 약 0.43중량%의 철, 0.12중량%의 규소, 0.25중량%의 망간을 함유한다.A typical alloy used for this application is AA 3102. This alloy typically contains about 0.43% iron, 0.12% silicon, 0.25% manganese.
국제 공개 공보 WO97/46726호에 기재된 알루미늄 합금은 0.03중량% 이하의 구리, 0.05 내지 0.12중량%의 규소, 0.1 내지 0.5중량%의 망간, 0.03 내지 0.30중량%의 티타늄, 0.06 내지 1.0중량%의 아연, 0.01중량% 미만의 마그네슘, 0.50중량% 이하의 철, 0.01중량% 미만의 니켈 및 0.50중량% 이하의 크롬을 함유하고 있다.The aluminum alloys described in WO97 / 46726 include up to 0.03 wt% copper, 0.05 to 0.12 wt% silicon, 0.1 to 0.5 wt% manganese, 0.03 to 0.30 wt% titanium, 0.06 to 1.0 wt% zinc. , Less than 0.01% magnesium, less than 0.50% iron, less than 0.01% nickel and less than 0.50% chromium.
국제 공개 공보 WO97/46726호에서는 내식성에 대한 크롬의 긍정적인 영향이 없는 것으로 주장한다. 또한, 동일한 공보에서 망간의 최저 함량은 0.1중량%이라는 점을 알아야 한다.
국제 공개 공보 WO 91/14794에 따르면, 아연, 지르코늄, 니켈, 바나듐 및 크롬을 비롯한 다수의 원소들이 통상의 불순물로서 원소당 최대 0.05중량% 정도 존재할 수 있다. 상기 공보의 명세서 제5면의 표에서, 불순물의 총 함량은 0.041중량%이며 지르코늄은 0.001중량%만을 함유한 예가 제시되어 있다. 불순물의 총 함량을 0.15중량%로 증가시키면 지르코늄의 최대 함량은 0.0036585중량%로 될 것이다. 명백하게도, 아연과 크롬과 같은 일부 불순물은 국부적으로 0.05중량%까지 존재할 수 있으나, 모든 원소가 그런 것은 아니다.
US-A-4749627에 따르면, 망간이 불순물로서 0.03중량%까지 함유될 수 있다고 설명되고 있다.
D2에 따른 합금은 핀스톡(finstock)으로서 사용되도록 의도된 것이며, 그 압출성에 대해서는 아무런 지시도 없다. 표 6으로부터 내식성은 합금 내에 존재하는 높은 아연 함량에 기인하며(no. 10,11 및 19 참조), 이는 본 발명에 따른 합금 A 내지 합금 E로 기재한 바와 같은 상이한 원소들이 조화롭게 존재함에 따른 결과는 아니다.International Publication No. WO97 / 46726 claims that there is no positive effect of chromium on corrosion resistance. It should also be noted that the minimum content of manganese in the same publication is 0.1% by weight.
According to International Publication WO 91/14794, a number of elements, including zinc, zirconium, nickel, vanadium and chromium, may be present up to 0.05% by weight per element as common impurities. In the table of the fifth page of the specification, an example is shown in which the total content of impurities is 0.041% by weight and zirconium contains only 0.001% by weight. Increasing the total content of impurities to 0.15% by weight will result in a maximum content of zirconium to 0.0036585% by weight. Clearly, some impurities such as zinc and chromium may be present up to 0.05% by weight locally, but not all elements.
According to US-A-4749627 it is described that manganese can be contained up to 0.03% by weight as impurities.
The alloy according to D2 is intended to be used as finstock and there is no indication of its extrudability. Corrosion resistance from Table 6 is due to the high zinc content present in the alloy (see nos. 10, 11 and 19), which results from the harmonious presence of different elements as described for alloys A to E according to the invention. no.
우수한 압출성과 함께 탁월한 내식성이 조화된 알루미늄 합금에 대한 요구가 꾸준하게 있어 왔다. 보다 낮은 압출 압력과 보다 높은 압출 속도를 비롯한 압출 공장에서의 생산비를 최소화하도록 우수한 압출성이 요구된다. There has been a steady need for aluminum alloys that combine excellent extrudability with excellent corrosion resistance. Good extrudability is required to minimize production costs in the extrusion plant, including lower extrusion pressures and higher extrusion rates.
따라서, 본 발명의 목적은, 현시점에서의 상업적 알루미늄 합금의 강도를 유지하는 동시에 탁월한 내식성과 향상된 압출성을 나타내는 조성의 알루미늄 합금을 제공하는 것이다. 이러한 이유로 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 철, 규소, 망간, 지르코늄, 크롬 및 아연을 조절된 양으로 포함한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an aluminum alloy with a composition which exhibits excellent corrosion resistance and improved extrudability while maintaining the strength of the commercial aluminum alloy at this time. For this reason the aluminum alloy according to the invention comprises iron, silicon, manganese, zirconium, chromium and zinc in controlled amounts.
본 발명의 다른 목적은 열교환기 압출 배관에 사용하기에 적합한 알루미늄계 합금을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an aluminum base alloy suitable for use in heat exchanger extrusion piping.
본 발명의 또 다른 목적은, 예컨대 염수에 의해 부식하는 포일 포장 용례에 또는 열교환기용 핀스톡(finstock)에 사용하기에 적합한 알루미늄계 합금을 제공하는 것이다. It is a further object of the present invention to provide an aluminum based alloy suitable for use in foil packaging applications which are corroded by, for example, brine or in finstocks for heat exchangers.
이들 목적과 이점들은, 약 0.06 내지 0.25중량%의 철과, 0.05 내지 0.15중량%의 규소와, 0.70중량% 이하의 구리와, 0.10중량% 이하의 망간과, 0.02 내지 0.20중량%의 지르코늄과, 0.18중량% 이하의 크롬과, 0.70중량% 이하의 아연과, 입자 미세화를 위해 0.005 내지 0.02중량%의 티타늄과, 0.02중량% 이하의 불가피한 불순물과, 그리고 잔부인 알루미늄으로 구성되는 알루미늄계 합금에 의해 달성되며, 이 알루미늄 합금은 높은 내식성, 우수한 압출성 및 허용 인장 강도를 갖는다. These objects and advantages include about 0.06 to 0.25 weight percent iron, 0.05 to 0.15 weight percent silicon, 0.70 weight percent or less copper, 0.10 weight percent or less manganese, 0.02 to 0.20 weight percent zirconium, By an aluminum-based alloy composed of 0.18% by weight or less of chromium, 0.70% by weight or less of zinc, 0.005 to 0.02% by weight of titanium for fine grains, 0.02% or less of unavoidable impurities, and the balance of aluminum. This aluminum alloy has high corrosion resistance, good extrudability and acceptable tensile strength.
본 발명에 따른 합금의 철 함량은 약 0.06 내지 0.15중량%인 것이 바람직하다. 이 경우, 내식성과 압출성이 최적이 되며, 이들 두 가지 특성은 철 함량이 증가하게 되면 크게 감소한다. The iron content of the alloy according to the invention is preferably about 0.06 to 0.15% by weight. In this case, the corrosion resistance and the extrudability are optimal, and these two properties decrease greatly as the iron content increases.
내식성을 최적화하기 위해서는 지르코늄 함량을 0.10 내지 0.18중량%로 하는 것이 바람직하다. 이 범위에서 합금의 압출성은 지르코늄의 양에서의 어떤 변화에 대해 실제적으로 영향을 받지 않는다. In order to optimize corrosion resistance, it is preferable to make zirconium content 0.10 to 0.18 weight%. The extrudability of the alloy in this range is practically unaffected by any change in the amount of zirconium.
크롬 함량도 역시 0.10 내지 0.18중량%로 하는 것이 바람직하다. 크롬 함량이 증가하면 내식성이 향상되며, 이 범위 내에서 압출성은 다소 감소하지만 여전히 허용 가능한 범위에 있다. The chromium content is also preferably 0.10 to 0.18% by weight. Increasing the chromium content improves the corrosion resistance and within this range the extrudability is somewhat reduced but still in the acceptable range.
아연은 비록 소량이라도 AA 6000 합금의 양극 산화 처리(anodizing) 특성에 악영향을 미치게 된다. 아연의 이러한 오염 효과의 관점에서, 아연의 수준은 합금의 재활용 가능성을 높이고 주조소에서의 비용을 절감할 수 있도록 낮게 유지되어야 한다. 반면, 아연은 적어도 0.7중량%까지는 내식성에 좋은 영향을 미치지만, 전술한 이유로 인해 아연의 양은 0.10 내지 0.18중량%인 것이 바람직하다. Zinc, even in small amounts, adversely affects the anodizing properties of the AA 6000 alloy. In view of this contamination effect of zinc, the level of zinc should be kept low to increase the recyclability of the alloy and to reduce the cost at the foundry. On the other hand, zinc has a good effect on the corrosion resistance up to at least 0.7% by weight, but for the above reason it is preferable that the amount of zinc is 0.10 to 0.18% by weight.
구리는 0.50중량% 이하로 함유할 수 있지만, 가능한 최고의 압출성을 갖도록 하기 위해서는 0.01중량% 미만의 함량을 갖는 것이 바람직하다. 어떤 상황에서는 부식 전위를 조절하여 제품의 전기적 음성도를 감소시킴으로써 제품에 대한 갈바닉 부식을 방지하기 위해 합금에 구리를 첨가하는 것이 필요할 수 있다. 구리를 매 1% 첨가함에 따라 수백 mV의 부식 전위가 증가하지만, 이와 동시에 압출성이 실질적으로 감소되는 것이 밝혀졌다. Copper may contain up to 0.50% by weight, but in order to have the highest extrudability possible, it is preferred to have a content of less than 0.01% by weight. In some situations, it may be necessary to add copper to the alloy to control galvanic potential to reduce galvanic corrosion of the product by reducing the electrical negativeness of the product. It was found that the addition of copper every 1% increases the corrosion potential of several hundred mV, while at the same time the extrudability is substantially reduced.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금을 기초로 하고 압출을 통해 얻어진 알루미늄 제품에 관한 것이다. The invention also relates to an aluminum product based on the aluminum alloy according to the invention and obtained through extrusion.
주조 후 통상적으로, 합금은 예컨대 550 내지 610℃의 고온에서 3 내지 10시간 동안 열처리함으로서 균질화된다. 그러한 열처리에 의해 압출성은 어느 정도 개선되지만, 내식성은 부정적인 영향을 받는 것으로 밝혀졌다. After casting, the alloy is usually homogenized, for example by heat treatment for 3 to 10 hours at a high temperature of 550 to 610 ° C. Extrusion is somewhat improved by such heat treatment, but corrosion resistance has been found to be adversely affected.
본 발명에 따르면, 상기 알루미늄 제품은 주조 후의 알루미늄 제품에 행해지는 유일한 열처리가 압출 직전의 예열 처리라는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, the aluminum product is characterized in that the only heat treatment performed on the aluminum product after casting is a preheating treatment immediately before extrusion.
그러한 예열 처리는 균질화 단계에서보다 낮은 온도에서 단지 수분 동안만 행해지기 때문에, 압출성과 내식성에 관련된 합금의 특성은 거의 영향을 받지 않는다. Since such preheating is carried out only for a few minutes at a lower temperature than in the homogenization step, the properties of the alloy related to extrudability and corrosion resistance are hardly affected.
공지된 종래 기술의 합금에 대한 본 발명의 알루미늄계 합금에 있어서의 개선점을 증명하기 위해, 기계적 특성, 내식성 및 압출성과 관련된 특성들을 조사하였다. In order to demonstrate the improvement in the aluminum-based alloy of the present invention over known prior art alloys, the properties related to mechanical properties, corrosion resistance and extrudability were investigated.
전술한 특성들을 조사하는데 사용된 방법과 그러한 조사에 따른 결과에 대한 논의를 이하에 상세히 설명한다.A discussion of the methods used to investigate the aforementioned characteristics and the results of such investigations is described in detail below.
본 발명에 따른 다수의 합금을 마련하였다. 이들 합금을 이하의 표 1에서 합금 A 내지 합금 E로 나타낸다. 표 1에서, 이들 합금의 조성은 중량%로 나타내었으며, 각 합금이 0.02중량% 이하의 불가피한 불순물을 함유할 수 있다는 점을 고려하였다. 표 1에는 전통적인 3102 합금의 조성도 제시되어 있다. A number of alloys according to the invention were prepared. These alloys are shown as Alloy A to Alloy E in Table 1 below. In Table 1, the compositions of these alloys are expressed in weight percent, taking into account that each alloy may contain up to 0.02 weight percent of unavoidable impurities. Table 1 also shows the composition of a traditional 3102 alloy.
이들 합금 모두는 전통적인 방법으로 제조하였다. 합금을 제조한 후 빌렛(billet)으로 압출하기 전에 460 내지 490℃의 온도로 예열 처리하였다. All of these alloys were made by traditional methods. The alloy was prepared and preheated to a temperature of 460-490 ° C. before extrusion into the billet.
본 발명에 따른 합금에 의해 얻어진 개선점을 평가하기 위해, 다수의 시험을 행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타냈다.In order to evaluate the improvement obtained by the alloy according to the present invention, a number of tests were conducted and the results are shown in Table 2.
이들 합금의 특성을 조사하기 위해 1조의 빌렛을 주조하였고 그 조성을 전자 현미경으로 측정하였다. 이러한 분석을 위해 베이어드 배큠(BAIRD VACUUM)제 기구를 사용하였으며, 사용된 표준은 페쉬니(Pechiney)에 의해 제공되었다.In order to investigate the properties of these alloys, a set of billets were cast and their composition was measured under an electron microscope. A BAIRD VACUUM instrument was used for this analysis, and the standard used was provided by Pechiney.
압출성은 다이힘(die force)과, 최대힘으로 지시된 최대 압출력에 관계된다. 이들 파라미터들은 프레스상에 설치된 압력 변환기에 의해 기록되어, 이들의 수치값이 바로 읽혀지게 된다.Extrudeability is related to the die force and the maximum extrusion force indicated by the maximum force. These parameters are recorded by a pressure transducer installed on the press, so that their numerical values are immediately read.
이들 합금의 내식성을 측정하기 위해, 소위 SWAAT-시험이 사용된다. 시험 샘플은 0.4mm 두께의 벽을 갖는 압출된 배관을 사용하였다. 이 시험은 ASTM 표준 G85-85 부록 A3에 따라 30분간의 분무와 98% 습도에서의 90분간 침지 과정을 교대로 행하면서 수행하였다. 전해액은 아세트산에 의해 pH 2.8 내지 3.0로 산성화되고 ASTM 표준 D1141에 따른 조성의 인공 해수이다. 온도는 49℃로 유지된다. 시험은 Liebisch KTS-2000 염수 분무 챔버에서 수행하였다. In order to measure the corrosion resistance of these alloys, the so-called SWAAT-test is used. Test samples used extruded tubing with 0.4 mm thick walls. This test was performed by alternating 30 minutes of spraying and 90 minutes of soaking at 98% humidity in accordance with ASTM Standard G85-85 Annex A3. The electrolyte is acidified to pH 2.8 to 3.0 by acetic acid and is artificial seawater of composition according to ASTM standard D1141. The temperature is maintained at 49 ° C. The test was performed in a Liebisch KTS-2000 salt spray chamber.
부식 거동의 전개를 연구하기 위해, 챔버에서 매 3일 마다 상이한 재료의 샘플들을 꺼내었다. 이어서, 그 재료를 물세척한 후 10 bar의 인가 압력으로 누출을 시험하였다. 예컨대, 35일 경과후 소정 샘플에서 구멍이 뚫린 것을 발견하였다면, 비교 샘플을 챔버 내에 도입하여 35일간 유지한 후에 최초 조사를 행하여, 그 결과를 확인하였다. SWAAT 칼럼에는 구멍 뚫리기까지의 날수(day)가 표시된다.To study the development of the corrosion behavior, samples of different materials were taken out of the chamber every three days. The material was then washed with water and tested for leaks at an applied pressure of 10 bar. For example, if 35 days passed and a hole was found in a predetermined sample, a comparative sample was introduced into the chamber and maintained for 35 days, followed by initial irradiation to confirm the result. The SWAAT column shows the number of days until the hole is drilled.
전술한 시험은 자동차 산업에 일반적으로 사용되는 것으로, 20 이상일 경우 합격 성능으로 인정된다. The test mentioned above is generally used in the automotive industry, and when 20 or more, it is recognized as a passing performance.
기계적 특성의 시험은 제크 유니버설 테스팅 인스트루먼트[Zweck Universal Testing Instrument](모듈 167500)상에서 유럽 표준(Euronorm)에 따라 수행하였다. 시험시에 탄성 모듈은 70000N/mm2으로 고정하였다. Rp0.2에 이르기까지 시험 속도는 10N/mm2로 일정하였고, Rp0.2로부터 파괴에 이르기까지의 시험 속도는 40% Lo/min였으며, 이때 Lo는 최초 표점 거리이다. Testing of the mechanical properties was carried out according to the European standard on the Zweck Universal Testing Instrument (Module 167500). In the test, the elastic module was fixed at 70000 N / mm 2 . The test speed up to Rp0.2 was constant at 10 N / mm 2 , and the test speed from Rp0.2 to failure was 40% Lo / min, where Lo is the initial gage distance.
표 2의 결과는 기계적 특성과, 다이힘 및 최대힘의 항으로 나타낸 압출성과, 내식성 모두가 합금에 의존함을 보여주고 있다. 무엇보다도, 합금 A 내지 합금 E의 내식성은 3102 합금에 비해 우수하다. 압출성은 전반적으로 3102 합금에 견줄만하며, 기계적 특성에도 동일하게 적용된다. 합금 C,D,E의 SWAAT 데이타를 분석해보면, 크롬, 지르코늄 및 아연 모두를 함유하고 있는 경우(합금 C)에 가장 조화가 잘 이루어진 것임을 알 수 있다.
크롬을 함유하지 않은 합금 E와, 아연을 함유하고 있지 않은 합금 A는 20일의 합격 한계보다 훨씬 양호한 결과를 갖지만, 내식성은 합금 B,C,D에 비해 상당히 낮은 결과를 나타낸다. 이것은 내식성의 최적화를 위해 긴 수명의 합금에 크롬 및 아연의 존재가 필수적이라는 것을 분명하게 보여주는 것이다. 또한, 합금 C,D로부터의 결과를 비교해 보면, 지르코늄의 중요성이 나타난다. 지르코늄 함량의 증가는 내식 거동을 현저하게 개선시킨다. The results in Table 2 show that both mechanical properties, extrudability in terms of die force and maximum force, and corrosion resistance depend on the alloy. Above all, the corrosion resistance of alloys A to E is superior to that of the 3102 alloy. Extrudeability is comparable to that of 3102 alloys overall, and the same applies to mechanical properties. Analyzing the SWAAT data of alloys C, D, and E reveals the best harmony with chromium, zirconium, and zinc (alloy C).
Alloy E without chromium and Alloy A without zinc have much better results than the pass limit of 20 days, but the corrosion resistance is significantly lower than that of alloys B, C and D. This clearly shows that the presence of chromium and zinc is essential for long service life alloys to optimize corrosion resistance. In addition, comparing the results from alloys C and D reveals the importance of zirconium. Increasing the zirconium content significantly improves the corrosion behavior.
따라서, 최적 조건 및 특히 내식성은 원소인 크롬, 지르코늄, 망간 및 아연의 적절한 조합의 결과라는 점이 강조된다. Therefore, it is emphasized that the optimum conditions and especially the corrosion resistance are the result of the proper combination of the elements chromium, zirconium, manganese and zinc.
압출성은 다양한 합금 원소를 소량 첨가하는 것에 영향을 받는다. 크롬과 지르코늄을 도입함으로써, 다이힘과 최대힘이 증가(즉, 압출성이 감소)됨을 볼 수 있다. 한편, 아연은 압출성에 현저하게 영향을 미치지 않으며, 이는 그 자체로 공지되어 있다. Extrudeability is affected by the addition of small amounts of various alloying elements. By introducing chromium and zirconium, it can be seen that the die force and the maximum force are increased (ie, the extrudability is reduced). On the other hand, zinc does not significantly affect extrudability, which is known per se.
인장 강도와 항복 강도의 항으로 나타낸 기계적 특성은 크롬을 첨가하는 경우 상당히 증가됨을 볼 수 있다. 그 경우, 형성된 새로운 합금은 3102 합금의 특성과 대등하다. The mechanical properties expressed in terms of tensile strength and yield strength can be seen to be significantly increased with the addition of chromium. In that case, the new alloy formed is comparable to that of the 3102 alloy.
부식 시험은 코일의 서로 다른 위치에서 취한 샘플에 대해 행하였다. 코일 시작부(빌렛 전방부)에서 약 10개의 샘플을, 코일 중간부(빌렛 중간부)에서 10개의 샘플을, 코일 끝부분(빌렛 끝부분)에서 10개의 샘플을 취하였다. 각 샘플의 길이는 약 50cm였다. 시험 결과는 매우 일관적이었는데, 이는 사용된 압출 파라미터에 있어서, 하나의 빌렛을 압출하는 동안 압출 속도와 재료의 유동과 관련되는 내식성에 대한 영향은 없었음을 의미한다. Corrosion tests were done on samples taken at different locations of the coil. About 10 samples were taken at the coil start (billet front), 10 samples at the coil middle (billet middle), and 10 samples at the coil end (billet end). Each sample was about 50 cm in length. The test results were very consistent, meaning that in the extrusion parameters used, there was no impact on the extrusion rate and the corrosion resistance associated with the flow of material during the extrusion of one billet.
상이한 합금 원소의 효과를 평가하기 위해 추가의 작업을 행하였으며, 그러한 효과는 또한 첨부된 도면의 도 1 내지 도 6에 나타나 있다. Further work was done to evaluate the effects of different alloying elements, which effects are also shown in FIGS. 1 to 6 of the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 합금의 특성에 대한 철 함량의 영향을 보여주는 도면.1 shows the effect of iron content on the properties of the alloy according to the invention.
도 2는 본 발명에 따른 합금의 특성에 대한 망간 함량의 영향을 보여주는 도면.Figure 2 shows the effect of manganese content on the properties of the alloy according to the invention.
도 3은 본 발명에 따른 합금의 특성에 대한 지르코늄 함량의 영향을 보여주는 도면.Figure 3 shows the effect of zirconium content on the properties of the alloy according to the invention.
도 4는 본 발명에 따른 합금의 특성에 대한 크롬 함량의 영향을 보여주는 도면.4 shows the effect of chromium content on the properties of the alloy according to the invention.
도 5는 본 발명에 따른 합금의 특성에 대한 아연 함량의 영향을 보여주는 도면.5 shows the effect of zinc content on the properties of the alloy according to the invention.
도 6은 본 발명에 따른 합금의 특성에 대한 구리 함량의 영향을 보여주는 도면.6 shows the effect of copper content on the properties of alloys according to the invention.
도 1 내지 도 5에서, x축은 합금 원소의 함량을 중량% 단위로 나타내는 한편, y축은 상이한 특성에 대한 상대적 표현으로, 사각점은 인장 강도를 MPa 단위로 나타내는 데 사용하고, 흑색 삼각형점은 대표 척도로서 다이힘을 사용하여 kton 단위로 표현되는 압출성을 나타내는 데 사용되며, 백색 삼각형점은 날수(day)로 표현된 SWAAT-시험 결과를 나타내는 데 사용된다.In Figures 1 to 5, the x-axis represents the content of alloying elements in weight percent, while the y-axis is a relative expression for different properties, the square point is used to represent the tensile strength in MPa and the black triangular point is representative. The die force is used as a measure to represent the extrudability expressed in ktons, and the white triangle point is used to represent the SWAAT-test results expressed in days.
도 1에 나타낸 바와 같이, 내식성은 철 함량의 증가(규소 함량은 0.08중량%의 동일한 수준으로 유지함)에 따라 현저하게 감소된다. 이러한 효과는 특히 0.2 내지 0.3중량% 범위의 철 함량에서 발생한다. 동시에, 압출성은 철 함량의 증가에 따라 상당히 감소된다. 압출성이 2 내지 3% 감소되면[2 내지 3%의 통과 압력(break through pressure)의 증가로 표현됨], 통과 압력이 압출 공장에 허용될 수 없을 정도의 수준으로 커진다는 것을 주지해야 한다. 반면, 철 함량의 증가는 인장 강도의 증가를 가져온다. As shown in FIG. 1, the corrosion resistance is significantly reduced with increasing iron content (silicon content is maintained at the same level of 0.08% by weight). This effect occurs especially at iron contents in the range of 0.2 to 0.3% by weight. At the same time, extrudability is significantly reduced with increasing iron content. It should be noted that as the extrudability decreases by 2-3% (expressed as an increase in break through pressure of 2-3%), the through pressure increases to an unacceptable level for the extrusion plant. On the other hand, an increase in iron content leads to an increase in tensile strength.
도 2에서 분명하듯이, 0.30중량% 미만의 망간 함량에서 망간 함량의 어떠한 변화도 실제적으로 내식성에 영향을 미치지 않는다(철 및 규소의 함량을 각각 0.15중량% 및 0.08중량%로 유지). 망간 함량의 증가는 압출성의 감소를 가져와, 결국 허용할 수 없는 압출성을 갖기 쉽다. 반면, 기계적 특성은 망간 함량의 증가에 따라 향상된다. As is evident in FIG. 2, any change in manganese content at a manganese content of less than 0.30% by weight actually does not affect corrosion resistance (keeping iron and silicon content at 0.15% and 0.08% by weight, respectively). An increase in manganese content leads to a decrease in extrudability, which in turn tends to have unacceptable extrudability. On the other hand, mechanical properties improve with increasing manganese content.
철, 규소, 망간의 함량을 각각 0.15중량%, 0.08중량% 및 0.08중량%의 일정한 수준으로 유지하는 경우, 지르코늄 함량이 0.07중량%에서 0.15중량%로 증가되면, 도 3에 나타낸 바와 같이 내식성의 향상을 가져온다. 동시에, 압출성은 단지 미미하게 감소되는 반면, 인장 강도는 증가한다. When the contents of iron, silicon, and manganese are maintained at a constant level of 0.15%, 0.08%, and 0.08% by weight, respectively, when the zirconium content is increased from 0.07% by weight to 0.15% by weight, as shown in FIG. It brings an improvement. At the same time, the extrudability only slightly decreases while the tensile strength increases.
철, 규소 및 망간은 도 4에서와 동일한 수준으로 유지하면서 크롬 함량을 0.08중량%에서 0.12중량%로 변화시키면, 내식성은 증가하고, 압출성은 다소 감소하며, 기계적 특성은 어느 정도 증가하게 된다. 이것이 도 4에서 나타나 있다. If the chromium content is changed from 0.08% to 0.12% by weight while maintaining iron, silicon and manganese at the same level as in FIG. This is shown in FIG. 4.
철, 규소 및 망간의 함량을 0.15중량%, 0.08중량% 및 0.08중량%의 동일한 수준으로 유지한 상태에서의 아연의 영향이 도 5에 나타나 있다. 이 도면에서는, 티타늄(Ti) 또한 0.15중량%의 일정한 수준으로 존재한다(티타늄과 지르코늄은 상기 표 2에 제시된 결과에서 지지되듯이, 동일한 방식으로 내식성에 영향을 미치는 것으로 여겨진다).The effect of zinc with the contents of iron, silicon and manganese maintained at the same level of 0.15%, 0.08% and 0.08% by weight is shown in FIG. 5. In this figure, titanium (Ti) is also present at a constant level of 0.15% by weight (titanium and zirconium are believed to affect corrosion resistance in the same way, as supported by the results presented in Table 2 above).
아연은 실제적으로 압출성과 기계적 특성에 영향을 미치지 않지만, 아연 함량이 증가하면 내식성이 향상된다. Zinc practically does not affect extrudability and mechanical properties, but increasing zinc content improves corrosion resistance.
구리의 사용은 선택적인 사항으로서, 합금의 실제 용도에 좌우된다. 도 6에는 압출성과 부식 전위에 대한 구리 함량의 영향을 보여주는 다이어그램이 제시되어 있다. x축은 구리 함량을 중량% 단위로, 좌측 y축은 압출력을 kN 단위로, 우측 y축은 ASTM G69에 따라 부식 전위를 mV로 나타내고 있다. 그래프의 상측 라인은 부식 전위의 전개를, 하측 라인은 압출력의 전개를 나타낸다. The use of copper is optional and depends on the actual use of the alloy. 6 is a diagram showing the effect of copper content on extrudability and corrosion potential. The x-axis represents the copper content in weight percent, the left y-axis represents the extrusion force in kN and the right y-axis represents the corrosion potential in mV according to ASTM G69. The upper line of the graph shows the development of corrosion potential and the lower line shows the development of extrusion force.
이 그래프로부터, 구리 함량의 감소는 압출성의 향상을 가져오는 반면, 1중량%의 구리 함량 증가는 부식 전위를 100mV 정도 덜 네거티브하게 한다는 것이 명백해진다.
통상적으로는, 가능한 최소량의 구리 함량을 갖는 합금을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 구리가 나관(bare tube)의 고유 내식성에 좋지 않은 영향을 미치고 압출성에는 부정적인 측면으로 강하게 영향을 미치기 때문이다.From this graph, it is evident that a decrease in the copper content leads to an improvement in the extrudability, while an increase in the copper content of 1% by weight makes the corrosion potential less negative by 100 mV.
Typically, it is desirable to use alloys with the lowest possible amount of copper, since copper adversely affects the intrinsic corrosion resistance of bare tubes and strongly affects extrudeability negatively.
그러나, 열 교환기 배관과 같은 압출 제품을 아연을 함유하지 않은 피복(clad)을 갖는 헤더와 같은 다른 제품에 접속하여야 하는 경우, 구리를 첨가함으로써 상기 관이 헤더 재료에 비해 부식되지 않도록(덜 네가티브하게) 압출 제품의 부식 전위를 조절할 수 있다. 이는 관에 대한 어떠한 갈바닉 부식 발생도 억제할 수 있다. However, if an extruded product, such as a heat exchanger tubing, must be connected to another product, such as a header with a zinc free clad, the addition of copper prevents the tube from corroding the header material (less negatively). ) Corrosion potential of extruded products can be controlled. This can suppress any galvanic corrosion occurrence on the tube.
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