KR101455874B1

KR101455874B1 - 열교환기용 알루미늄 합금 핀재의 제조 방법 및 핀재를 납땜하는 열교환기의 제조 방법

Info

Publication number: KR101455874B1
Application number: KR1020097002028A
Authority: KR
Inventors: 히데끼 스즈끼; 도모히로 사사끼; 마사에 나가사와; 노부끼 다까하시
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2014-11-03
Also published as: US20150107731A1; CA2655567C; JP2008038166A; CN101501230B; EP2048252A1; KR20090051036A; CN102051503A; KR20130130086A; US20090308500A1; EP2048252B1; JP5055881B2; EP2048252A4; US8999083B2; CA2655567A1; KR101455023B1; WO2008015846A1; CN101501230A; CN102051503B; US9702032B2

Abstract

핀 성형이 용이한 적절한 납땜 전 강도를 갖고, 게다가 납땜 후에는 높은 강도와 열전도도(도전율)를 갖고, 내새그성, 내이로전성, 자기 내식성, 희생 양극 효과가 우수한 열교환기용 알루미늄 합금 핀재, 그 제조 방법 및 상기 핀재를 이용한 열교환기의 제조 방법을 제공하는 것이다. Si : 0.7 내지 1.4 wt％, Fe : 0.5 내지 1.4 wt％, Mn : 0.7 내지 1.4 wt％, Zn : 0.5 내지 2.5 wt％를 포함하고, 불순물의 Mg를 0.05 wt％ 이하로 한정하고, 잔량부 불가피적 불순물과 Al로 이루어지는 조성을 갖고, 납땜 후에는 항장력 130 ㎫ 이상, 내력 45 ㎫ 이상, 재결정입경 500 ㎛ 이상, 도전율 47 ％ IACS 이상인 알루미늄 합금 핀재이다. 상기 조성의 용탕으로부터 쌍벨트식 연속 주조한 얇은 슬래브를 소정 조건으로 냉간 압연/어닐링/냉간 압연/어닐링/냉간 압연하는 핀재 제조 방법이다. 상기 핀재를 납땜 가열 후, 소정 속도로 냉각하는 열교환기의 제조 방법이다.

내새그성, 내이로전성, 자기 내식성, 희생 양극 효과

Description

열교환기용 알루미늄 합금 핀재의 제조 방법 및 핀재를 납땜하는 열교환기의 제조 방법{PROCESS FOR MANUFACTURING ALUMINUM ALLOY FIN MATERIAL FOR HEAT EXCHANGER, AND PROCESS FOR MANUFACTURING HEAT EXCHANGER THROUGH BRAZING OF THE FIN MATERIAL}

본 발명은 열교환기용 알루미늄 합금 핀재 및 그 제조 방법 및 핀재를 납땜하는 열교환기의 제조 방법에 관한 것이다.

알루미늄제 열교환기는 알루미늄 합금 핀재(fin material)를 알루미늄제의 작동 유체 통로 구성 재료 등으로 납땜하여 구성된다. 열교환기의 성능 특성을 향상시키기 위해, 이 알루미늄 합금 핀재의 기본 특성으로서, 작동 유체 통로 구성 재료를 방식하기 위해 희생 양극 효과가 요구되는 동시에, 납땜시의 고온 가열에 의해 변형되거나 납이 침투하지 않도록 우수한 내새그성(sag-proof property), 내이로전성(erosion resistance)이 요구된다.

핀재에는 상기한 기본 특성을 만족시키기 위해 Mn, Fe가 첨가되어 있지만, 최근에는 제조 프로세스에 연구를 집중하여, 납땜 전의 항장력이 낮고, 또한 납땜 후의 항장력이 높은 열교환기용 알루미늄 합금 핀이 개발되고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2005-220375호에는, Si : 0.8 내지 1.4 wt％, Fe : 0.15 내지 0.7 wt％, Mn : 1.5 내지 3.0 wt％, Zn : 0.5 내지 2.5 wt％를 포함하고, 또한 불순물로서의 Mg를 0.05 wt％ 이하로 한정하고, 잔량부가 통상의 불순물과 Al로 이루어지는 용탕을 주탕하여, 쌍벨트식 주조기에 의해 두께 5 내지 10 ㎜의 얇은 슬래브를 연속해서 주조하여 롤에 권취한 후, 판 두께 0.05 내지 0.4 ㎜로 냉간 압연하고, 350 내지 500 ℃에서 중간 어닐링을 실시하고, 냉연율 10 내지 50 ％의 냉간 압연을 행하여 최종 판 두께 40 내지 200 ㎛로 하는, 납땜 전의 항장력이 240 ㎫ 이하, 또한 납땜 후의 항장력이 150 ㎫ 이상인 열교환기용 알루미늄 합금 핀의 제조 방법이 개시되어 있다.

한편, 알루미늄 합금 핀재를 알루미늄제의 작동 유체 통로 구성 재료 등에 납땜할 때, 납땜 후의 냉각 속도를 규정함으로써 소정의 강도를 얻는 열교환기 제조 방법에 대해서도 개발되어 왔다.

일본 특허 출원 공개 평1-91962호에는, 납땜 가열 후의 냉각 속도에 착안하여, 납땜 가열 후의 인장 강도가 큰 핀을 얻는 열교환기의 제조 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는, Al 열교환기를 납땜에 의해 작성할 때, 납땜 온도로부터 350 ℃까지의 냉각을 냉각 속도 100 ℃/분 내지 1000 ℃/분으로 행함으로써, 인장 강도가 큰 핀을 얻는 열교환기의 제조 방법이다.

일본 특허 출원 공개 평2-142672호에는, 튜브와 핀을 적층하고, 튜브 양단부에 헤더를 장착하고, 염화물계 플럭스를 사용하고, 대기 중, 건조 공기 중 혹은 불화물계 비부식성 플럭스를 사용하고, 불활성 가스 중에서 납땜 접합하는 알루미늄제 열교환기의 제조에 있어서, 브레이징 시트를 사용하고, 외면이 Al-Si계 합금 납 땜재로 이루어지고, 내면이 Al-Zn계 합금으로 이루어지는 튜브를 제작하고, 납땜 접합 후의 500 ℃로부터 200 ℃까지의 냉각을 50 ℃/분 이상의 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 열교환기의 제조 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 일본 특허 출원 공개 제2005-220375호에는, 납땜 가열 후의 도전율(열전도도)에 대한 기재는 있지만, 특별히 납땜 가열 후의 냉각 속도에 대한 기술은 볼 수 없다.

또한, 상기 일본 특허 출원 공개 평1-91962호 및 일본 특허 출원 공개 평2-142672호에는, 납땜 가열 후의 냉각 속도를 규정하여 고강도의 핀재를 얻는 기술에 대해서는 개시되어 있지만, 납땜 가열 후의 도전율(열전도도)에 대한 기재는 볼 수 없다.

또한, 최근에는, 핀재의 한층 더 박육화를 위해, 기본적인 납땜 특성에 부가하여, 납땜 후의 내력이 높고, 또한 납땜 후의 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 핀재의 개발이 요구되고 있었다.

본 발명의 목적은, 핀 성형이 용이한 적절한 납땜 전 강도를 갖고, 게다가 납땜 후에는 높은 강도를 갖고, 또한 납땜 후의 열전도도(도전율)가 높은, 내새그성, 내이로전성, 자기 내식성(self-corrosion resistance), 희생 양극 효과(sacrificial anode effect)가 우수한 열교환기용 알루미늄 합금 핀재, 그 제조 방법 및 상기 핀재를 사용한 열교환기의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, Si : 0.7 내지 1.4 wt％, Fe : 0.5 내지 1.4 wt％, Mn : 0.7 내지 1.4 wt％, Zn : 0.5 내지 2.5 wt％를 포함하고, 또한 불순물로서의 Mg를 0.05 wt％ 이하로 한정하고, 잔량부 불가피적 불순물과 Al로 이루어지는 조성을 갖고, 납땜 후의 항장력이 130 ㎫ 이상, 내력이 45 ㎫ 이상이며, 납땜 후의 재결정입경이 500 ㎛ 이상, 또한 납땜 후의 도전율 47 ％ IACS 이상인 것을 특징으로 하는, 고강도이고 또한 전열(傳熱) 특성, 내이로전성, 내새그성, 희생 양극 효과 및 자기 내식성이 우수한 열교환기용 알루미늄 합금 핀재가 제공된다.

상기한 본 발명의 핀재를 제조하는 방법은, 상기 핀재의 조성을 갖는 용탕을 주탕하여 쌍벨트식 주조기에 의해 두께 5 내지 10 ㎜의 얇은 슬래브를 연속적으로 주조하여 롤에 권취한 후, 제1 단계의 냉간 압연을 행하여 판 두께 1.0 내지 6.0 ㎜로 하고, 250 내지 550 ℃에서 제1차 중간 어닐링을 실시하고, 또한 제2 단계의 냉간 압연을 행하여 판 두께 0.05 내지 0.4 ㎜로 하고, 360 내지 550 ℃에서의 제2차 중간 어닐링을 실시하여 냉간 압연율 20 내지 75 ％의 최종 냉간 압연을 행하여 최종 판 두께 40 내지 200 ㎛로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명자는 납땜 후의 내력이 높고, 또한 납땜 후의 열전도성이 우수한 핀재를 얻기 위해서는, 핀재 그 자체의 제조 프로세스와 함께, 핀재를 열교환기에 납땜한 후의 냉각 속도를 적절한 범위로 제어하는 것이 중요하다는 결론에 이르렀다.

즉, 상기한 본 발명의 알루미늄 열교환기를 제조하는 방법은, 본 발명의 핀재를 납땜 가열함으로써 알루미늄제 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 납땜 가열 후의 적어도 납땜 온도로부터 400 ℃까지의 온도 범위를 냉각 속도 10 내지 50 ℃/분으로 냉각하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열교환기용 알루미늄 합금 핀재는 조성과, 납땜 후의 내력, 재결정입경, 도전율을 규정함으로써, 고강도이고 또한 우수한 전열 특성, 내이로전성, 내새그성, 희생 양극 효과 및 자기 내식성을 확보할 수 있다.

본 발명의 핀재의 제조 방법은, 본 발명의 핀재의 조성의 용탕을 사용하여 쌍벨트식 주조기로 얇은 슬래브로 하고, 규정한 조건에서 냉간 압연/어닐링/냉간 압연/어닐링/냉간 압연을 행함으로써, 상기한 모든 특성을 구비한 핀재를 제조할 수 있다.

본 발명의 열교환기의 제조 방법은, 본 발명의 핀재를 납땜한 후의 냉각 속도를 규정함으로써, Al-Mn 석출물, Al-(FeㆍMn)-Si계 석출물을 석출시켜, 납땜 후에 높은 도전율을 달성할 수 있다.

본 발명의 열교환기용 알루미늄 합금 핀재의 조성을 한정한 이유를 설명한다.

〔Si : 0.7 내지 1.4 wt％〕

Si는 Fe, Mn과 공존하여 납땜시에 서브미크론 레벨의 Al-(FeㆍMn)-Si계의 화합물을 생성하여 강도를 향상시키고, 동시에 Mn의 고용량을 감소시켜 열전도도(도전율)를 향상시킨다. Si의 함유량이 0.7 wt％ 미만에서는 그 효과가 충분하지 않고, 1.4 wt％를 초과하면 납땜시에 핀재의 용융을 발생시킬 우려가 있다. 따라서, Si 함유량은 0.7 내지 1.4 wt％로 한정한다. 바람직하게는, Si 함유량은 0.8 내지 1.2 wt％이다.

〔Fe : 0.5 내지 1.4 wt％〕

Fe는 Mn, Si와 공존하여 납땜시에 서브미크론 레벨의 Al-(FeㆍMn)-Si계의 화합물을 생성하여 강도를 향상시키는 동시에, Mn의 고용량을 감소시켜 열전도도(도전율)를 향상시킨다. Fe의 함유량이 0.5 wt％ 미만에서는 강도가 저하되어 바람직하지 않다. 1.4 wt％를 초과하면 합금의 주조시에 조대한 Al-(FeㆍMn)-Si계 정출물이 생성되어 판재의 제조가 곤란해진다. 따라서, Fe 함유량은 0.5 내지 1.4 wt％로 한정한다. 바람직하게는, Fe 함유량은 0.5 내지 1.2 wt％이다.

〔Mn : 0.7 내지 1.4 wt％〕

Mn은 Fe, Si와 공존시킴으로써 납땜시에 서브미크론 레벨의 Al-(FeㆍMn)-Si계 화합물로서 고밀도로 석출하여, 납땜 후의 합금재의 강도를 향상시킨다. 또한, 서브미크론 레벨의 Al-(FeㆍMn)-Si계 석출물은 강한 재결정 저지 작용을 가지므로 재결정립이 500 ㎛ 이상으로 조대해져 내새그성과 내이로전성이 향상된다. Mn이 0.7 wt％ 미만에서는 그 효과가 충분하지 않고, 1.4 wt％를 초과하면 합금의 주조시에 조대한 Al-(FeㆍMn)-Si계 정출물이 생성되어 판재의 제조가 곤란해지는 동시에, Mn의 고용량이 증가하여 열전도도(도전율)가 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 0.7 내지 1.4 wt％로 한정한다. 바람직하게는, Mn 함유량은 0.8 내지 1.3 wt％이다.

〔Zn : 0.5 내지 2.5 wt％〕

Zn은 핀재의 전위를 낮게 하여 희생 양극 효과를 준다. 함유량이 0.5 wt％ 미만에서는 그 효과가 충분하지 않고, 2.5 wt％를 초과하면 재료의 자기 내식성이 열화되고, 또한 Zn의 고용에 의해 열전도도(도전율)가 저하된다. 따라서, Zn 함유량은 0.5 내지 2.5 wt％로 한정한다. 바람직하게는, Zn 함유량은 1.0 내지 2.0 wt％이다.

〔Mg : 0.05 wt％ 이하〕

Mg는 납땜성에 영향을 미쳐, 함유량이 0.05 wt％를 초과하면 납땜성을 저해시킬 우려가 있는 불순물이다. 특히 불화물계 플럭스 납땜의 경우, 플럭스의 성분인 불소(F)와 합금 중의 Mg가 반응하기 쉬워져 MgF₂ 등의 화합물이 생성하는 것에 기인하여 납땜시에 유효하게 작용하는 플럭스의 절대량이 부족하여 납땜 불량이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Mg 함유량은 0.05 wt％ 이하로 한정한다.

Mg 이외의 불순물 성분에 대해서는, Cu는 재료의 전위를 높게 하므로 0.2 wt％ 이하로 제한하는 것이 바람직하고, Cr, Zr, Ti, V는 미량이라도 재료의 열전도율을 현저하게 저하시키므로, 이들 원소의 합계 함유량은 0.20 wt％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 열교환기용 알루미늄 합금 핀재의 제조 방법에 있어서의 모든 조건의 한정 이유를 설명한다.

〔쌍벨트식 주조기에 의해 두께 5 내지 10 ㎜의 얇은 슬래브를 연속적으로 주조〕

쌍벨트 주조법은 상하로 대치되어 수냉되어 있는 회전 벨트 사이에 용탕을 주탕하여 벨트면으로부터의 냉각으로 용탕을 응고시켜 슬래브로 하고, 벨트의 주탕 반대측으로부터 상기 슬래브를 연속해서 인출하여 코일 형상으로 권취하는 연속 주조 방법이다.

본 발명의 제조 방법에 있어서는, 주조하는 슬래브의 두께는 5 내지 10 ㎜로 한정한다. 이 두께라면 판 두께 중앙부의 응고 속도도 빠르고, 균일 조직이며 게다가 본 발명 범위의 조성이면 조대한 화합물이 적고, 또한 납땜 후에 있어서 결정입경이 큰 우수한 모든 성질을 갖는 핀재라 할 수 있다.

쌍벨트식 주조기에 의한 얇은 슬래브 두께가 5 ㎜ 미만이면, 단위 시간당 주조기를 통과하는 알루미늄량이 너무 작아져 주조가 곤란해진다. 반대로 두께가 10 ㎜를 초과하면, 롤에 의한 권취를 할 수 없게 되므로, 슬래브 두께의 범위는 5 내지 10 ㎜로 한정한다.

또한, 용탕의 응고시의 주조 속도는 5 내지 15 m/분인 것이 바람직하고, 벨트 내에서 응고가 완료되는 것이 바람직하다. 주조 속도가 5 m/분 미만인 경우, 주조에 시간이 너무 걸려 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다. 주조 속도가 15 m/분을 초과하는 경우, 알루미늄 용탕의 공급을 따라잡을 수 없어, 소정의 형상의 얇은 슬래브를 얻는 것이 곤란해진다.

상기와 같은 주조 조건 하에서, 주조시의 슬래브 1/4 두께의 위치에 있어서의 슬래브 냉각 속도(응고 속도)는 20 내지 150 ℃/초 정도이다. 이와 같이 비교적 빠른 냉각 속도로 용탕이 응고함으로써, 본 발명의 화학 조성의 범위 내에 있어 서 주조시에 정출되는 Al-(FeㆍMn)-Si 등의 금속간 화합물의 사이즈를 1 ㎛ 이하로 제어하는 것이 가능해져, Fe, Si, Mn 등의 원소의 매트릭스에의 고용량을 높일 수 있다.

〔제1 단계의 냉간 압연을 행하여 판 두께 1.0 내지 6.0 ㎜로 함〕

계속해서, 제1차 중간 어닐링에 있어서의 충분한 연화 상태를 얻기 위해서와, 매트릭스 중의 Si, Fe, Mn 등의 고용 원소를 충분히 석출시키기 위해 제1 단계의 냉간 압연 후의 판 두께는 1.0 내지 6.0 ㎜로 한정한다. 6.0 ㎜ 보다 두꺼운 판 두께에서는 그 효과가 충분하지 않고, 1.0 ㎜ 미만에서는 제1 단계의 냉간 압연시에 가장자리 깨짐이 발생하는 등 압연성이 저하된다. 또한, 그 후의 제2 단계의 냉간 압연과 최종 냉간 압연의 균형을 잡기 위해서도 제어가 필요해진다.

〔250 내지 550 ℃에서 제1차 중간 어닐링을 실시〕

제1차 중간 어닐링의 유지 온도는 250 내지 550 ℃로 한정한다. 제1차 중간 어닐링의 유지 온도가 250 ℃ 미만인 경우, 충분한 연화 상태를 얻을 수 없다. 제1차 중간 어닐링의 유지 온도가 550 ℃를 초과하면, 매트릭스 중의 Si, Fe, Mn 등의 고용 원소가 충분히 석출되지 않아, 납땜 가열 후의 열전도도(도전율)가 저하된다.

제1차 중간 어닐링의 유지 시간은 특별히 한정할 필요는 없지만, 1 내지 5시간의 범위로 하는 것이 바람직하다. 제1차 중간 어닐링의 유지 시간이 1시간 미만에서는, 코일 전체의 온도가 불균일한 상태이고, 판 중에 있어서의 균일한 조직을 얻을 수 없을 가능성이 있으므로 바람직하지 않다. 제1차 중간 어닐링의 유지 시 간이 5시간을 초과하면, 처리에 시간이 너무 걸려 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다.

제1차 중간 어닐링 처리시의 승온 속도 및 냉각 속도는 특별히 한정할 필요는 없지만, 30 ℃/시간 이상으로 하는 것이 바람직하다. 제1차 중간 어닐링 처리시의 승온 속도 및 냉각 속도가 30 ℃/시간 미만인 경우, 처리에 시간이 너무 걸려 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다.

연속 어닐링로에 의한 제1 중간 어닐링의 온도는 400 내지 550 ℃가 바람직하다. 400 ℃ 미만인 경우, 충분한 연화 상태를 얻을 수 없다. 그러나, 유지 온도가 550 ℃를 초과하면, 매트릭스 중의 Si, Fe, Mn 등의 고용 원소가 충분히 석출되지 않아, 납땜 가열 후의 열전도도(도전율)가 저하된다.

연속 어닐링의 유지 시간은 5분 이내로 하는 것이 바람직하다. 연속 어닐링의 유지 시간이 5분을 초과하면, 처리에 시간이 너무 걸려 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다.

연속 어닐링 처리시의 승온 속도 및 냉각 속도는, 승온 속도에 대해서는 100 ℃/분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 연속 어닐링 처리시의 승온 속도가 100 ℃/분 미만인 경우, 처리에 시간이 너무 걸려 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다.

〔또한 제2 단계의 냉간 압연을 행하여 판 두께 0.05 내지 0.4 ㎜로 함〕

제2 단계의 냉간 압연은, 계속되는 제2차 중간 어닐링에 있어서의 충분한 연화 상태를 얻기 위해서와, 매트릭스 중의 Si, Fe, Mn 등의 고용 원소를 충분히 석출시키기 위해 필요하다.

판 두께가 0.4 ㎜를 초과하면 그 효과가 충분하지 않고, 0.05 ㎜ 미만에서는 계속되는 최종 냉간 압연에 가해지는 압하율을 제어할 수 없게 된다. 이로 인해, 제2 단계의 냉간 압연 후의 판 두께는 0.05 내지 0.4 ㎜로 한정한다.

〔360 내지 550 ℃에서의 제2차 중간 어닐링을 실시〕

제2차 중간 어닐링의 유지 온도는 360 내지 550 ℃로 한정한다. 제2차 중간 어닐링의 유지 온도가 360 ℃ 미만인 경우, 충분한 연화 상태를 얻을 수 없다. 그러나, 제2차 중간 어닐링의 유지 온도가 550 ℃를 초과하면, 매트릭스 중의 Si, Fe, Mn 등의 고용 원소가 충분히 석출되지 않아, 납땜 가열 후의 열전도도(도전율)의 저하 및 납땜시의 재결정 저지 작용이 약해져 재결정입경이 500 ㎛ 미만이 되어, 납땜시의 내새그성과 내이로전성이 저하된다.

제2차 중간 어닐링의 유지 시간은 특별히 한정할 필요는 없지만, 1 내지 5시간의 범위로 하는 것이 바람직하다. 제2차 중간 어닐링의 유지 시간이 1시간 미만에서는, 코일 전체의 온도가 불균일한 상태에서, 판 중에 있어서의 균일한 조직을 얻을 수 없을 가능성이 있으므로 바람직하지 않다. 제2차 중간 어닐링의 유지 시간이 5시간을 초과하면, 처리에 시간이 너무 걸려 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다.

제2차 중간 어닐링 처리시의 승온 속도 및 냉각 속도는 특별히 한정할 필요는 없지만, 30 ℃/시간 이상으로 하는 것이 바람직하다. 제2차 중간 어닐링 처리시의 승온 속도 및 냉각 속도가 30 ℃/시간 미만인 경우, 처리에 시간이 너무 걸려 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다.

〔냉간 압연율 20 내지 75 ％의 최종 냉간 압연을 행하여 최종 판 두께 40 내지 200 ㎛로 함〕

<냉간 압연율 : 20 내지 75 ％>

최종 냉간 압연에 있어서의 냉간 압연율이 20 ％ 미만인 경우, 냉간 압연에서 축적되는 변형 에너지가 적고, 납땜시의 승온 과정에서 재결정이 완료되지 않으므로, 내새그성과 내이로전성이 저하된다. 냉간 압연율이 75 ％를 초과하면, 제품 강도가 지나치게 높아져, 핀재 성형에 있어서 소정의 핀 형상을 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, 최종 냉간 압연에 있어서의 냉간 압연율은 20 내지 75 ％로 한정한다.

<최종 판 두께 : 40 내지 200 ㎛>

핀재의 판 두께가 40 ㎛ 미만에서는 열교환기로서의 강도가 부족한 것에 더하여, 공기 열전도가 낮아진다. 핀재의 판 두께가 200 ㎛를 초과하면, 열교환기의 중량이 커진다.

본 발명의 알루미늄 합금 핀재의 제조 방법에 의해 제조된 판재는, 일반적으로 소정 폭으로 슬리팅한 후 콜게이트 가공하여, 작동 유체 통로용 재료, 예를 들어 납땜재를 피복한 3003 합금 등으로 이루어지는 클래드판으로 이루어지는 편평관과 교대로 적층하고, 납땜 접합함으로써 열교환기 유닛으로 한다.

본 발명의 열교환기의 제조 방법에 있어서의 제조 조건의 한정 이유를 설명한다.

〔납땜 가열 후의 적어도 납땜 온도로부터 400 ℃까지의 온도 범위를 냉각 속도 10 내지 50 ℃/분으로 냉각〕

알루미늄 열교환기의 납땜은 600 ℃ 정도에서 행해지는 것이 일반적이다.

납땜 가열 후의 적어도 납땜 온도로부터 400 ℃까지의 온도 범위를 냉각 속도 10 내지 50 ℃/분으로 냉각해야만 한다. 납땜 가열 후의 납땜 온도로부터 300 ℃까지의 온도 범위를 냉각 속도 10 내지 50 ℃/분으로 냉각하는 것이 바람직하다. 납땜 가열 후의 납땜 온도로부터 200 ℃까지의 온도 범위를 냉각 속도 10 내지 50 ℃/분으로 냉각하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같이 본 발명품의 핀재는 납땜 가열 후의 냉각 속도를 느리게 할수록 Al-Mn 석출물, Al-(FeㆍMn)-Si계 석출물의 석출량이 많아지므로, 납땜 후의 도전율 47 ％ IACS 이상을 달성할 수 있다. 납땜 후의 냉각 속도가 10 ℃/분 미만인 경우, 열교환기의 생산성이 현저히 저하된다. 납땜 후의 냉각 속도가 50 ℃/분을 초과하는 경우, 납땜 후의 도전율 47 ％ IACS 이상을 달성하는 것이 곤란해진다. 또한, 50 ℃/분 이상의 납땜 후 냉각 속도에 대해, 10 내지 50 ℃/분의 범위 내이면, 납땜 후의 항장력과 내력이 높은 핀재라 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 대비하여 설명한다.

〔제1 실시예〕

본 발명예 및 비교예로서, 표1에 나타낸 합금 번호 1 내지 번호 9의 조성의 합금 용탕을 용제하고, 세라믹스제ㆍ필터를 통과시켜 쌍벨트 주조기에 주탕하여 주조 속도 8 m/분으로 두께 7 ㎜의 슬래브를 얻었다. 슬래브 두께 1/4에 있어서의 용탕의 응고시 냉각 속도는 50 ℃/초였다. 상기 얇은 슬래브를 4 ㎜까지 냉간 압 연하고, 승온 속도 50 ℃/시간으로 승온하여 400 ℃에서 2시간 유지한 후, 냉각 속도 50 ℃/시간으로 100 ℃까지 냉각하는 제1차 중간 어닐링 처리를 실시하였다. 계속해서 120 ㎛까지 냉간 압연한 후, 승온 속도 50 ℃/시간으로 승온하여 400 ℃에서 2시간 유지한 후, 냉각 속도 50 ℃/시간으로 100 ℃까지 냉각하는 제2 중간 어닐링 처리를 실시하였다. 계속해서 냉간 압연을 실시하여 두께 60 ㎛의 핀재로 하였다.

비교예로서, 표1에 나타낸 합금 번호 10의 조성의 합금 용탕을 용제하여, 통상의 방법의 DC 주조(두께 560 ㎜, 응고시 냉각 속도 약 1 ℃/초), 면삭, 균열 처리, 열간 압연, 냉간 압연(두께 90 ㎛), 중간 어닐링(400 ℃ × 2시간), 냉간 압연에 의해 두께 60 ㎛의 핀재를 제조하였다.

얻어진 본 발명예 및 비교예의 핀재에 대해 하기 (1) 내지 (3)의 측정을 행하였다.

(1) 납땜 전의 인장 특성

상기 얻어진 핀재의 항장력(㎫) 및 파단 연신(％)

(2) 납땜 후의 인장 특성, 결정입경, 도전성

〔납땜 가열 조건〕

승온 속도 20 ℃/분으로 승온하여 600 내지 605 ℃에서 3분간 유지한 후에, 200 ℃까지 냉각 속도 20 ℃/분으로 냉각하고, 그 후 가열로로부터 꺼내 실온까지 냉각하였다.

〔시험 항목〕

[1] 항장력, 내력(㎫)

[2] 결정입경

표면을 전해 연마하여 바커법으로 결정립 조직을 현출 후, 절단법으로 압연 방향에 평행한 결정입경(㎛)을 측정

[3] JIS-H0505 기재의 도전성 시험법으로 도전율[％ IACS]

(3) 납땜성(이로전 시험)

콜게이트 형상으로 가공한 핀재를 비부식성 불화물계 플럭스를 도포한 두께 0.25 ㎜의 브레이징 시트(납땜재 4045 합금 클래드율 8 ％)의 납땜재면 상에 적재(부하 하중 215 g)하고, 승온 속도 50 ℃/분으로 605 ℃까지 가열하여 5분간 유지하였다. 냉각 후, 납땜 단면을 관찰하여, 핀 재결정입계의 이로전이 경미한 것을 양호(○표)로 하고, 이로전이 심하여 핀재의 용융이 현저한 것을 불량(×표)으로 하였다. 또한 콜게이트 형상은 하기와 같다고 하였다.

콜게이트 형상 : 높이 2.3 ㎜ × 폭 21 ㎜ × 피치 3.4 ㎜, 10산

측정 결과를 표1에 나타낸다.

표1의 결과로부터, 본 발명 방법에서 제조된 핀재는 H재의 항장력, 납땜(내이로전)성, 납땜 후의 항장력, 내력, 도전율이 모두 양호한 것을 알 수 있다.

비교예의 핀재 번호 4는 Si 함유량이 적고, 납땜 후 항장력, 내력, 도전율이 낮다.

비교예의 핀재 번호 5는 Si 함유량이 많고, 납땜성 평가에서 이로전이 떨어져 있었다.

비교예의 핀재 번호 6은 Fe 함유량이 적고, 납땜 후 항장력, 도전율이 낮다.

비교예의 핀재 번호 7은 Fe 함유량이 많고, 주조시에 거대 정출물이 생성되어, 냉간 압연 중에 균열이 발생하여 핀재를 얻을 수 없었다.

비교예의 핀재 번호 8은 Mn 함유량이 적고, 납땜 후 항장력, 내력이 낮다.

비교예의 핀재 번호 9는 Mn 함유량이 많고, H재 항장력이 높고, 납땜 후의 도전율이 낮다.

비교예의 핀재 번호 10은 통상의 방법의 DC 주조(두께 560 ㎜, 응고시 냉각 속도 약 1 ℃/초), 면삭, 균열 처리, 열간 압연, 냉간 압연(두께 90 ㎛), 중간 어닐링(400 ℃ × 2시간), 냉간 압연에 의해 얻어진 핀재이며, 납땜 후의 내력이 낮고, 납땜 후의 결정입경이 작고, 납땜(내이로전)성이 떨어지고, 또한 납땜 후의 도전율도 낮다.

〔제2 실시예〕

본 발명예 및 비교예로서, 제1 실시예에서 얻어진 합금 번호 2의 핀재를 납땜 가열 처리할 때에 다양한 냉각 속도로 냉각하였다.

즉, 승온 속도 20 ℃/분으로 승온하여, 600 내지 605 ℃에서 3분간 유지한 후에, 표2에 나타내는 하부 온도(400 ℃, 200 ℃)까지 표2에 나타내는 냉각 속도(60, 40, 30, 20, 10 ℃/분)로 냉각하고, 그 후 가열로로부터 꺼내 실온까지 냉각하였다.

이들 납땜 가열 처리된 핀재에 대해, 납땜 후의 항장력ㆍ내력, 도전율을 측정하였다. 인장 시험 및 도전율의 측정은 제1 실시예와 같은 방법으로 행하였다. 측정 결과를 표2에 나타낸다.

표2에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명 방법으로 제조된 핀재를 본 발명 방법의 납땜 가열 후의 냉각 조건으로 납땜 가열한 번호 2, 번호 13, 번호 14는 600 ℃로부터 200 ℃까지의 온도 범위를 20, 30, 40 ℃/분의 냉각 속도로 냉각하였으므로, 납땜 가열 후의 항장력, 내력, 내이로전성, 도전율이 모두 양호한 결과를 얻을 수 있었던 것을 알 수 있다.

본 발명 방법으로 제조된 핀재를 본 발명 방법의 납땜 가열 후의 냉각 조건으로 납땜 가열한 번호 11, 번호 12는 600 ℃로부터 400 ℃까지의 온도 범위를 10, 20 ℃/분의 냉각 속도로 냉각하였으므로, 납땜 가열 후의 항장력, 내력, 내이로전성, 도전율이 모두 양호한 결과를 얻을 수 있었던 것을 알 수 있다.

비교예의 핀재 번호 15는 납땜 가열 후의 냉각 조건이 본 발명 방법보다도 빨랐으므로, 납땜 가열 후의 도전율이 낮다.

비교예의 핀재 번호 16은 DC 주조 슬래브 압연품이므로, 또한 납땜 가열 후의 냉각 조건이 본 발명 방법보다도 빨랐으므로, 납땜 가열 후의 내력, 도전율이 낮다.

비교예의 핀재 번호 10은 DC 주조 슬래브 압연품이므로, 납땜 가열 후의 냉각 조건이 본 발명 방법의 범위 내인 것에도 불구하고, 납땜 가열 후의 내력, 도전율이 낮다.

본 발명에 따르면, 핀 성형이 용이한 적절한 납땜 전 강도를 갖고, 게다가 납땜 후에는 높은 강도를 갖고, 또한 납땜 후의 열전도도(도전율)가 높은, 내새그성, 내이로전성, 자기 내식성, 희생 양극 효과가 우수한 열교환기용 알루미늄 합금 핀재, 그 제조 방법 및 상기 핀재를 사용한 열교환기의 제조 방법이 제공된다.

Claims

Si : 0.7 내지 1.4 wt％, Fe : 0.5 내지 1.2 wt％, Mn : 0.7 내지 1.4 wt％, Zn : 0.5 내지 2.5 wt％를 포함하고, 또한 불순물로서의 Mg를 0.05 wt％ 이하로 한정하고, 잔량부 불가피적 불순물과 Al로 이루어지는 조성을 갖고, 납땜 후의 항장력이 130 ㎫ 이상, 내력이 45 ㎫ 이상이며, 납땜 후의 재결정입경이 500 ㎛ 이상, 또한 납땜 후의 도전율 47 ％ IACS 이상인 고강도이고 또한 전열 특성, 내이로전성, 내새그성, 희생 양극 효과 및 자기 내식성이 우수한 열교환기용 알루미늄 합금 핀재의 제조 방법이며,

상기 조성의 용탕을 주탕하여, 쌍벨트식 주조기에 의해 두께 5 내지 10 ㎜의 얇은 슬래브를 연속적으로 주조하여 롤에 권취한 후, 제1 단계의 냉간 압연을 행하여 판 두께 1.0 내지 6.0 ㎜로 하고, 250 내지 550 ℃에서 제1차 중간 어닐링을 실시하고, 또한 제2 단계의 냉간 압연을 행하여 판 두께 0.05 내지 0.4 ㎜로 하고, 360 내지 550 ℃에서의 제2차 중간 어닐링을 실시하고, 냉간 압연율 20 내지 75 ％의 최종 냉간 압연을 행하여 최종 판 두께 40 내지 200 ㎛로 하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 알루미늄 합금 핀재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1차 중간 어닐링을 연속 어닐링로에 의해 승온 속도 100 ℃/분 이상, 또한 유지 온도 400 내지 550 ℃에서 유지 시간 5분 이내로 행하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 알루미늄 합금 핀재의 제조 방법.
제1항에 기재된 열교환기용 알루미늄 합금 핀재의 제조 방법에 의해 제조된 열교환기용 알루미늄 합금 핀재를 납땜 가열함으로써 알루미늄제 열교환기를 제조하는 방법에 있어서,

상기 납땜 가열 후의 적어도 납땜 온도로부터 400 ℃까지의 온도 범위를 냉각 속도 10 내지 50 ℃/분으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 알루미늄제 열교환기의 제조 방법.
제3항에 있어서, 불화물계 비부식성 플럭스를 사용하고, 불활성 가스 중에서 납땜 접합하는 것을 특징으로 하는 알루미늄제 열교환기의 제조 방법.
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