KR101985434B1

KR101985434B1 - 고온 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101985434B1
Application number: KR1020177034929A
Authority: KR
Inventors: 마사토 아라이; 유타 아라이; 무쓰키 이시지마; 하야오 에구치; 요시히토 오가사와라; 겐지로 하기노
Original assignee: 미요시 고킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2019-06-03
Also published as: WO2017195729A1; CN107709600B; EP3290540A4; CN107709600A; EP3290540A1; RU2686909C1; ES2886072T3; JP6063592B1; JP2017203205A; US20180304328A1; KR20180002789A; US10357813B2; EP3290540B1

Abstract

본 발명은, CuCrZr합금으로 이루어지는 인발가공관이며, 용체화처리의 온도대에 있어서도 기계강도의 열화, 특히 결정입자의 조대화를 억제하여, 따라서 고온 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관 및 그 제조방법의 제공한다.
관상 압출재를 900℃ 이상의 용체화온도로 가열유지하여 물로 담금질하는 용체화공정과, 인발가공하는 인발가공공정 및 이것을 어닐링 온도로 가열하여 물로 담금질하는 중간 어닐링공정의 공정세트로 이루어지는 주가공공정과, 더 인발가공하여 축선를 따른 종단면 및 축선에 수직한 횡단면의 각각에서의 평균 결정입자경을 50μｍ이하로 하는 조정가공공정을 포함한다. 용체화공정 후에, 종단면 및 횡단면의 각 평균 결정입자경을 100μｍ이상으로 함과 아울러, 어닐링 온도를 900℃ 이상으로 함으로써, 조정가공공정 후에 적어도 980℃로 30분간의 가열후 공랭하여도 종단면 및 횡단면에서의 평균 결정입자경을 100μｍ이하로 할 수 있다.

Description

고온 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관 및 그 제조방법{COPPER ALLOY TUBE WITH EXCELLENT HIGH-TEMPERATURE BRAZEABILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 고온에서의 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관(銅合金管) 및 그 제조방법(製造方法)에 관한 것으로서, 특히 900℃ 이상의 높은 납땜온도에서도 결정입자(結晶粒子)의 조대화(粗大化)를 억제할 수 있어 기계적 성질이 우수한 크롬 지르코늄 구리합금(chrome zirconium 銅合金)으로 이루어지는 구리관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

열전도성(熱傳導性)이 높은 구리관이 열교환기(熱交換器)의 수냉배관(水冷配管)이나 냉매용 배관(冷媒用配管)에 많이 사용되고 있다. 특히 합금성분을 첨가한 구리합금으로 이루어지는 구리합금관이 내열성(耐熱性), 내압성(耐壓性) 및/또는 내부식 환경성(耐腐食環境性)이라는 특수환경에의 내성(耐性)의 관점에 있어서 각종 개발이 진행되고 있다. 여기에서 구리합금관 중에, 각종 장치의 조립을 위한 납땜에 있어서의 열화내성(劣化耐性)이 우수한 특성을 함께 갖는 것이 요구되고 있다.

예를 들면 특허문헌1은, 일반적으로 내열성에 있어서 우수한 Cu-Co-P계 합금으로 이루어지는 구리합금관에 있어서, 800℃ 이상의 고온에서의 납땜처리에 의해서도 기계강도가 크게 손상되지 않는 구리합금관 및 그 제조방법을 개시하고 있다. 우선 Co 및 P의 성분조성(成分組成)을 조정한 Cu-Co-P계 합금 빌릿(合金 billet)을 680∼800℃의 온도로 가열하여 균질화처리(均質化處理) 후에, 750∼980℃의 온도로 열간압출(熱間押出)하고 수냉(水冷)하여 압출관재(押出管材)를 얻는다. 이것을 압연가공(壓延加工) 및 냉간인발가공(冷間引拔加工)하여서 소정의 치수의 인발관(引拔管)(평활관(平滑管))으로 만들고, 400∼700℃의 온도로 5분간∼1시간 유지하는 중간 어닐링(中間 annealing)으로 석출물(析出物)을 분산시킨다. 인발가공을 더 하고 500∼750℃ 온도로 5분간∼1시간 정도 유지하는 최종 어닐링(最終 annealing)을 하여, 가공경화된 인발관를 연질화(軟質化)시킴과 아울러 석출물을 다시 분산시킨다. 여기에서는 2회의 어닐링을 하고 있지만, 이것은 인발을 쉽게 하기 위하여 변형을 감소시키는 목적만이 아니라, 석출물을 분산시키기 위한 것도 있다. 이에 따라 Co-P 화합물이나 (Co, Ni)-P화합물 등의 석출물 결정입자의 조대화를 억제하기 위한 피닝입자(pinning粒子)로서 작용하도록 분산시키는 것을 가능하게 하고 있다.

그런데 특허문헌2에서는 내열성(耐熱性)과 함께 고온강도(高溫强度), 고도전성(高導電性) 및 고열전도성(高熱傳導性)이 요구되는 전극재(電極材)로서, 특허문헌3에서는 또한 절곡 가공성(折曲加工性)이나 내피로강도(耐疲勞强度) 등이 요구되는 전기전자 부품용의 스프링재 및 접점재(接點材)로서, 1질량％ 정도의 Cr이나 Zr를 포함하는 석출 경화형(析出硬化型)의 크롬 지르코니아 구리 합금(CuCrZr 合金)에 대하여 기술하고 있다. 이러한 합금은, 900℃ 이상의 용체화온도(溶體化溫度)로 가열유지된 후에 물로 담금질한 과포화 고용체(過飽和固溶體)로서 소정의 형상으로 가공한 후에, 400∼500℃ 정도의 온도에서 시효처리(時效處理)하여, 미세한 석출물을 분산석출시켜서 기계강도를 조정하여 사용된다.

: 일본국 공개특허 특개2013-100579호 공보 : 일본국 공개특허 특개평9-76074호 공보 : 일본국 공개특허 특개2009-132965호 공보

최근, 발전장치 등에서는 높은 에너지 효율이 요구되고 있고, 더욱더 고온에서 조업하는 것도 많아, 열교환기의 배관 등에는 고온에서의 신뢰성이 우수한 CuCrZr합금의 이용을 고려할 수 있다. 그러나 이런 합금을 사용한 합금관의 제조예(製造例)는 아직 많지 않다.

또한 부품 상호간의 접합에 있어서도, 상기와 같은 고온조업이 요구되는 장치에서는, 고온에서의 신뢰성이 높은 니켈이나 크롬, 텅스텐 등의 고융점 금속(高融點金屬)을 포함하는 납땜재료를 사용한 납땜처리가 적용될 수 있지만, 이러한 납땜처리의 온도는 900℃ 이상, 경우에 따라서는 1000℃ 정도의 온도가 되어버린다. 결국 크롬 지르코니아 구리합금을 비롯하여 일반적인 구리합금의 용체화처리의 온도대(溫度帶)에도 필적하기 때문에, 특히 결정입자의 조대화에 의한 기계강도의 열화가 문제로 된다.

본 발명은, 이상과 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은, 크롬 지르코니아 구리합금으로 이루어진 인발가공관으로서, 용체화처리에 필적하는 온도대에 있어서도 기계강도의 열화, 특히 결정입자의 조대화를 억제할 수 있어, 따라서 고온 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기의 용체화처리의 온도대에도 필적하는 고온에서의 납땜처리에서는, 일부의 석출입자도 모상(母相)에 고용화(固溶化)될 수 있기 때문에, 이러한 석출입자에서의 피닝효과(pinning效果)에 의한 결정입자의 조대화 억제를 기대할 수 없다. 그래서 본원 발명자는, 석출 경화형 합금의 일반적인 450℃ 정도의 시효온도보다 높은 온도에서의 재결정화의 동작과 결정입자의 성장에 대하여 예의 관찰하는 중에 본 발명은 착상되었다. 즉 본 발명은, 적어도 CuCrZr합금에서는, 인발가공 시의 어닐링 온도를 종래의 그보다 상당히 높게 함으로써 그 후의 인발가공에 있어서의 가공변형이 상기와 같은 결정입자의 조대화 억제를 부여하도록 도입될 수 있는 것을 찾아낸 것이다.

즉, 본 발명에 의한 고온 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관의 제조방법은, Cr을 0.5∼1.5질량％, Zr을 0.02∼0.20질량％, 나머지 부분을 불가피한 불순물 및 Cu로 한 성분조성의 크롬 지르코늄 구리합금으로 이루어지는 관상 압출재를 900℃ 이상의 용체화온도로 가열유지하여 물로 담금질하는 용체화공정과, 상기 관상 압출재를 인발가공하여 인발가공재로 하는 인발가공공정, 및 상기 인발가공재를 어닐링 온도로 가열하여 물로 담금질하는 중간 어닐링공정의 공정세트로 이루어지는 주가공공정과, 상기 인발가공재를 더 인발가공하여 축선을 따른 종단면 및 축선에 수직한 횡단면의 각각에서의 평균 결정입자경을 50 마이크로미터 이하로 하는 조정가공공정을 포함하고, 상기 용체화공정 후에, 상기 종단면 및 상기 횡단면의 각 평균 결정입자경을 100 마이크로미터 이상으로 함과 아울러, 상기 어닐링 온도를 900℃ 이상으로 함으로써 상기 조정가공공정 후에, 적어도 980℃로 30분간 가열 후 공랭하여도 상기 종단면 및 상기 횡단면에서의 평균 결정입자경을 100 마이크로미터 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

이러한 발명에 의하면, 납땜처리에 있어서 900℃ 이상의 용체화처리의 온도대로 가열해도 평균 결정입자경을 크게 증대시키지 않아, 따라서 기계강도의 열화를 억제 가능한 구리합금관을 제공할 수 있는 것이다.

상기의 발명에 있어서 상기 조정가공공정은, 40% 이상의 횡단면의 면적감소율로 인발가공하는 것을 특징으로 하여도 좋다. 또한 상기 인발가공공정은, 50% 이상의 횡단면의 면적감소율로 인발가공하는 것을 특징으로 하여도 좋다. 이러한 발명에 의하면, 고온에서의 납땜처리에 있어서도 평균 결정입자경의 증대를 확실하게 억제하여, 따라서 기계강도의 열화를 더 억제 가능한 구리합금관을 제공할 수 있다.

상기의 발명에 있어서 상기 조정가공공정은, 복수회로 나누어서 인발가공하는 것을 특징으로 하여도 좋다. 또한 상기 인발가공공정은, 복수회로 나누어서 인발가공하는 것을 특징으로 하여도 좋다. 이러한 발명에 의하면, 인발가공에 의한 가공변형을 조정할 수 있음과 아울러, 고온에서의 납땜처리에 있어서도 평균 결정입자경의 증대를 확실하게 억제하여, 따라서 기계강도의 열화를 더 억제 가능한 구리합금관을 제공할 수 있다.

또한 상기의 발명에 있어서 상기 주가공공정은, 복수회의 상기 공정세트를 포함하는 것을 특징으로 하여도 좋다. 이러한 발명에 의하면, 인발가공 및 중간 어닐링에 의한 가공변형을 조정할 수 있고, 고온에서의 납땜처리에 있어서도 평균 결정입자경의 증대를 확실하게 억제하여, 따라서 기계강도의 열화를 더 억제 가능한 구리합금관을 제공할 수 있다.

또한 상기의 발명에서의 상기 용체화공정에 있어서, 상기 관상 압출재는 인발가공에서의 예비가공 후에 가열되는 것을 특징으로 하여도 좋다. 이러한 발명에 의하면, 주가공공정의 가공율을 감소할 수 있고, 제조효율을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 고온 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관은, Cr을 0.5∼1.5질량％, Zr을 0.02∼0.20질량％, 나머지 부분을 불가피한 불순물 및 Cu로 한 성분조성의 크롬 지르코늄 구리합금으로 이루어지고, 축선을 따른 종단면 및 축선에 수직한 횡단면의 각각에서의 평균 결정입자경을 50 마이크로미터 이하, 적어도 980℃로 30분간 가열 후 공랭하여도 상기 종단면 및 상기 횡단면에서의 평균 결정입자경을 100 마이크로미터 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

이러한 발명에 의하면, 납땜처리에 있어서 900℃ 이상의 용체화처리의 온도대로 가열하여도 평균 결정입자경을 크게 증대시키지 않아, 따라서 기계강도의 열화가 적어, 보다 고온의 열교환기의 배관 등에 사용할 수 있다.

도1은, 본 발명에 의한 구리합금관에 사용되는 구리합금의 성분조성을 나타내는 표이다.
도2는, 본 발명에 의한 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도3은, 인발가공의 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도4는, 가공율을 설명하기 위한 단면도이다.
도5는, 관찰시료의 절단방향을 나타내는 도면이다.
도6은, 구리합금관의 장치에의 조립방법을 나타내는 흐름도이다.
도7은, 본 발명에 의한 구리합금관의 실시예 및 비교예의 시공조건을 나타내는 표이다.
도8은, 본 발명에 의한 구리합금관의 실시예 및 비교예의 결정입자경을 나타내는 표이다.
도9는, 실시예2의 구리합금관에 대하여 단면을 관찰한 조직의 사진이다.
도10은, 도9의 구리합금관을 열처리한 후의 단면을 관찰한 조직의 사진이다.
도11은, 조정가공공정에 있어서의 가공율과 결정입자경의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하에서, 본 발명에 의한 구리합금관(銅合金管)의 제조방법(製造方法)의 하나의 실시예에 대하여 도1 내지 도6을 사용하여 설명한다.

도1에 나타나 있는 바와 같이 구리합금관에 사용되는 구리합금으로서는, 도전성(導電性) 및 열전도성(熱傳導性)이 우수함과 아울러, 고온에서의 기계적 성질도 우수한 석출 경화형(析出硬化型) 구리합금인 CuCrZr합금이 사용된다. 전형적으로는, C18150이라고 불려지는, 성분조성에 있어서 Cr을 0.5∼1.5질량％, Zr을 0.02∼0.20질량％ 포함하는 구리합금을 사용한다. 이러한 구리합금은, 일반적으로 900℃ 이상에서 용체화처리(溶體化處理)되어, 각종 전기부품의 형상 등으로 기계가공된 후에, 석출상(析出相)을 분산시키는 시효처리(時效處理)(열처리)를 하여 사용된다. 한편, 여기에서는 구리합금관으로 소성가공(塑性加工)되고, 전형적으로는 인발가공(引拔加工)되며, 시효처리를 하고 나서 사용된다. 또 각종 장치에의 납땜처리는 시효처리 후이더라도 좋지만, 고온에서의 처리, 특히 용체화처리의 온도에도 필적하는 900℃ 이상의 온도에 노출되는 납땜처리에 있어서는, 시효처리 전에 시공되는 것이 바람직하다. 이에 관하여는 후술한다.

도2에 나타나 있는 바와 같이 상기의 CuCrZr합금으로 이루어지는 관상 압출재(管狀押出材)를 용체화온도로 가열유지하여 물로 담금질한다(S11:용체화공정(溶體化工程)). 이 관상 압출재를 인발가공하여 인발가공재로 하고(S12:인발가공공정(引拔加工工程)), 이를 종래의 가공변형을 잡기 위한 어닐링 온도(annealing 溫度)보다 상당히 높은 온도, 예를 들면 900℃ 이상으로 한 어닐링 온도로 가열하여 가공변형을 어닐링하고 나서 물로 담금질한다(Ｓ13:중간 어닐링공정(中間 annealing工程)). 계속하여 인발가공하여 평균 결정입자경(平均結晶粒子徑)을 50μｍ이하로 조정한다(Ｓ14:조정가공공정(調整加工工程)). 또한 인발가공공정(S12)과 중간 어닐링공정(S13)의 본 가공세트(加工set)는, 적절하게 반복하는 것이 바람직하다(S21)

적어도 CuCrZr합금에서는, 관체형상(管體形狀)을 유지한 채로 소성가공하는 인발가공에서의 가공변형이 중간 어닐링공정(S13)에서 회복된다. 이때의 어닐링 온도를 900℃ 이상의 고온으로 한 뒤에 강온(降溫) 시의 재결정화(再結晶化)를 제어하도록 물로 담금질함으로써, 계속되는 조정가공공정(S14)에서 도입되는 가공변형이, 또한 그 후의 납땜처리의 높은 온도조건, 예를 들면 980℃로 30분간의 가열 후에 공랭(空冷)하는 온도조건에 있어서도 평균 결정입자경을 100μｍ 이하로 억제하도록 작용할 수 있다.

또한 인발가공공정(S12)과 중간 어닐링공정(S13)의 본 가공세트를 반복함으로써 조정가공공정(S14)에 의해서 도입되는 가공변형이 그 후의 납땜처리의 높은 온도조건에 있어서의 결정성장을 더 억제하도록 작용할 수 있다.

더 상세하게는 용체화처리공정(S11)에서는, 도1에 나타나 있는 바와 같은 성분조성을 구비하는 합금잉곳(合金ingot)으로부터 얻어진 관상 압출재를 용체화온도까지 가열유지하고, 그 후에 물로 담금질한다. 여기에서 관상 압출재의 거시적(巨視的)인 균질화를 효율적으로 하는 관점에서, 그 가열온도나 가열시간 등을 고려하지만, 한편으로 열전도성이 우수한 구리합금에서는 내부 열구배(熱勾配)를 작게 할 수 있어서 그 형상에 의거하는 것은 그렇게 크지 않아 이를 고려할 필요성은 적다. 또한 용체화온도가 지나치게 높으면 성분조성이 변화되어 버리는 경우가 있다. 그래서 대기 중이더라도 좋지만, 전형적으로는 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기에 있어서(특히 언급하지 않는 한은, 다른 가열처리에 있어서도 마찬가지임), 900℃∼1050℃의 사이의 용체화온도로 가열하여 30분에서 1시간 정도 유지한 후에 물로 담금질한다. 물에 의한 담금질에서는, 강온시의 재결정화가 억제되어서 조대화(粗大化)한 결정입자인 채로 냉각되기 때문에 불가피하게 평균 결정입자경이 100μｍ 이상으로 될 수 있다.

또한 용체화처리공정(S11)에 앞서, 관상 압출재를 소정의 치수로까지 인발가공 등의 소성가공을 함으로써(예비가공), 그 후의 인발가공에 의한 가공율을 억제할 수 있어서 제조효율상 바람직하다.

인발가공공정(S12)은, 실온에 있어서의 냉간가공공정으로서, 도3에 나타나 있는 바와 같이 합금관(1) 내에 삽입되는 플러그(plug)(11)와 다이스(dies)(12)를 사용하여 이루어진다. 다이스의 지름과 플러그의 지름의 차이에서 합금관(1)의 살두께를 결정할 수 있지만, 소정의 지름치수를 얻기 위하여 복수회로 나누어 가공하여 가공변형의 도입형태에 변화를 주는 것도 바람직하다.

여기에서 도4에 나타나 있는 바와 같이 가공율(γ)에 대하여는, 횡단면에 있어서의 단면적의 감소율로 나타내는 것으로 한다. 즉 가공 전 및 가공 후의 단면적을 각각 S1(외경 R1, 내경 r1), S2(외경 R2, 내경 r2)라고 하면,

가공율(γ) = (S1-S2)/S1 = {(R1²-r1²)-(R2²-r2²)}/(R1²-r1²)이다.

중간 어닐링공정(S13)은, 소정의 온도로 가열유지한 후에, 강온시의 재결정화를 제어하며 물로 담금질하는 공정이다. 인발가공공정(S12)에 있어서 도입된 가공변형을 완화시킴과 아울러, 계속되는 조정가공공정(S14)에 의해서 도입되는 가공변형을 그 후의 납땜처리(S32)(이에 관하여는 후술한다)에 있어서 결정입자의 성장을 억제하도록 도입시키는 것이다. 이를 위해서는, 가열유지의 온도가 1050℃ 이하이고, 또한 적어도 800℃ 이상, 바람직하게는 850℃ 이상, 더 바람직하게는 900℃의 온도이어야 한다.

또한 인발가공공정(S12)과 중간 어닐링공정(S13)의 공정세트(工程 set)는 복수회 이루어져도 좋다(S21). 이 경우, 조정가공공정(S14)에 의해 도입되는 가공변형을 그 후의 납땜처리(S32)에 있어서 결정입자의 성장을 더 억제하도록 도입시킬 수 있다.

조정가공공정(S14)은, 인발가공공정(S12)과 같이, 플러그(11)와 다이스(12)(도3 참조)를 사용한 냉간가공공정이며, 도5에 나타나 있는 바와 같이 합금관(1)의 축선(2)을 따른 종단면(A1) 및 축선(2)에 수직한 횡단면(A2)의 어느 것도 평균 결정입자경을 50μｍ 이하로 하도록 인발가공한다. 여기에서도, 소정의 지름치수를 얻기 위하여 복수회로 나누어서 시공하더라도 좋다. 인발가공에서는, 같은 가공율을 주었을 때라도 복수회로 나누어서 시공함으로써 가공변형의 도입형태가 보다 복잡하게 될 수 있다.

이상에서, 시효처리 전의 고온 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관을 얻을 수 있다.

또한 도6에 나타나 있는 바와 같이 조정가공공정(S14)을 거쳐서 얻어진 구리합금관은, 이을 사용하는 소정의 장치에 조립되어(조립공정:S31), 고온에서의 신뢰성이 높은 니켈이나 크롬, 텅스텐 등의 고융점 금속(高融點金屬)을 포함하는 납땜재료를 사용하여 납땜하여(납땜처리공정:S32), 최후에 전체를 가열함으로써 석출물을 석출시켜 기계강도가 조정된다(시효처리공정:S33).

이상에서 설명한 바와 같이 조정가공공정(S14)을 거쳐서 얻어진 합금관은, 900℃ 이상의 용체화처리의 온도대(溫度帶)로 가열해도 평균 결정입자경을 크게 증대시키지 않고 기계강도의 열화(劣化)를 억제할 수 있다. 예를 들면 적어도 980℃로 30분간 가열 후에 공랭해도 종단면(A1) 및 횡단면(A2)에서의 평균 결정입자경을 100μｍ 이하로 할 수 있다.

실시예

도7에 나타나 있는 바와 같이 상기의 제조방법에 의해 구리합금관을 만들고, 납땜처리공정(S32)을 모방한 열처리 전후의 결정입자경에 대하여 측정 및 관찰을 하였다.

우선, 관상 압출재를 가공율(γ)=31.7%의 인발가공(예비가공)을 하여, 외경 57mm, 두께 4mm의 관체(管體)로 만들었다. 또한 980℃로 30분간 가열유지하고, 물로 담금질하여 관상재(管狀材)를 준비하였다.

실시예1 및 2에서는, 인발가공공정(S12)으로서 가공율(γ)=52.4%의 인발가공을 3회에 나누어 한 후에, 중간 어닐링공정(S13)으로서 980℃로 30분간 가열유지하고, 물로 담금질하였다. 그 후에 실시예1에서는 조정가공공정(S14)로서 가공율(γ)=42.0%의 조정가공을 2회로 나누고, 실시예2에서는 조정가공공정(S14)으로서 가공율(γ)=76.3%의 조정가공을 6회에 나누어 시공하였다.

실시예3에서는, 인발가공공정(S12)으로서 가공율(γ)=52.4%의 인발가공을 3회에 나누어 한 후에, 1회째의 중간 어닐링공정(S13)으로서 980℃로 30분간 가열유지하고, 물로 담금질하였다. 또한 2회째의 인발가공공정(S12)으로서 가공율(γ)=56.1%의 인발가공을 3회로 나누어 한 후에, 중간 어닐링공정(S13)으로서 900℃로 30분간 가열유지하고, 물로 담금질하였다. 이를 조정가공공정(S14)으로서 가공율(γ)=46.1%의 조정가공을 2회로 나누어 시공하였다.

또 한편으로 비교예1에서는, 인발가공공정(S12)으로서 가공율(γ)=52.4%의 인발가공을 3회에 나누어 한 후에, 중간 어닐링공정(S13)으로서 600℃로 30분간 가열유지하고, 물로 담금질하였다. 또한 조정가공공정(S14)으로서 가공율(γ)=74.9%의 조정 가공을 6회에 나누어 시공하였다.

이들의 일부를 잘라내서 종단면(A1) 및 횡단면(A2)(도5 참조)을 현미경으로 관찰하여 결정입자경을 측정하였다. 나머지에 대하여는, 납땜처리공정(S32)을 모방한 열처리, 즉 980℃로 30분간 가열유지하고 공랭을 하였다. 그리고 동일하게, 종단면(A1) 및 횡단면(A2)을 현미경으로 관찰하여 결정입자경을 측정하였다. 그 결과를 도8에 나타냈다. 또한 결정입자경에 대하여는, ASTM E 112-96(2004)에 준거하여 측정하여, 평균 결정입자경을 나타냈다.

도8에 나타나 있는 바와 같이 실시예1∼3, 비교예1 모두 열처리 전의 평균 결정입자경은 50μｍ 이하이었다. 이에 대하여 열처리 후에 있어서, 실시예1∼3에서는 평균 결정입자경을 100μｍ이하로 하여 결정입자성장을 억제할 수 있었지만, 중간 어닐링공정(S13)의 열처리를 600℃로 한 비교예1에서는 평균 결정입자경이 100μｍ 이상이고, 또한 이상입자(異常粒子) 성장도 관찰되었다. 즉 중간 어닐링공정(S13)을 더 높은 온도로 함으로써 결정입자성장을 억제할 수 있다는 것이 관찰되었다. 또 실시예3에서는, 985℃로 3시간 가열유지하고, 공랭하는 온도조건에 있어서도 또한 평균 결정입자경을 100μｍ이하로 유지할 수 있다는 것이 확인되었다.

그리고 도9 및 10에는, 실시예2의 열처리 전후의 종단면(A1) 및 횡단면(A2)의 현미경 사진을 나타냈다. 도9에서는, 결정입자가 변형되고, 결정입자의 내부에도 복잡하게 변형이 축적되어 있는 것을 알 수 있다. 한편 도10에서는, 종단면 및 횡단면 모두 결정입자의 크기가 비교적 일정하게 되어 있고, 명확하게 서브그레인(sub grain)도 관찰되고 있다.

또한 도9(a)에서는 인발방향(T)를 따라 결정입자가 신장되어 관찰된다. 한편 도10(a)에서는 결정입자의 크기가 거의 일정하지만, 인발방향(T)를 따라 결정입자가 배열되어 있어, 이들은 열처리에 의한 재결정입자인 것을 알 수 있다. 상기의 중간 어닐링공정(S13)의 더 높은 온도로의 열처리에 의하면, 납땜처리공정(S32)에 있어서 결정성장보다 결정입자의 재결정화가 우선하여, 비교적 미세한 결정입자가 얻어진다고 생각된다.

그런데 실시예1 및 2에서는 조정가공공정(S14)의 가공율이 서로 다르다. 다른 측정도 합쳐 가공율과 열처리 후의 결정입자경에 대하여 계측한 결과를 도11에 나타낸다. 즉 조정가공공정(S14)에 있어서의 가공율은, 도11의 Ｐ1에 나타나 있는 바와 같이 30%이상, 바람직하게는 40%이상이면 결정입자경을 100μｍ이하로 억제할 수 있다.

이상, 본 발명에 의한 실시예 및 이에 의거하는 변형예를 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 당업자라면 본 발명의 주지 또는 첨부한 특허청구범위를 일탈하지 않고, 여러가지의 대체 실시예 및 개변예(改變例, modification example)를 찾아낼 수 있을 것이다.

1 관체
2 축선
11 플러그
12 다이스
A1 종단면
A2 횡단면

Claims

고온 납땜성능에 있어서 우수한 구리합금관(銅合金管)의 제조방법(製造方法)으로서,
Cr을 0.5∼1.5질량％, Zr을 0.02∼0.20질량％, 나머지 부분을 불가피한 불순물 및 Cu로 한 성분조성의 크롬 지르코늄 구리합금(chrome zirconium 銅合金)으로 이루어지는 관상 압출재(管狀押出材)를 900℃ 이상의 용체화온도(溶體化溫度)로 가열유지하여 물로 담금질하는 용체화공정(溶體化工程)과,
상기 관상 압출재를 인발가공하여 인발가공재로 하는 인발가공공정(引拔加工工程), 및 상기 인발가공재를 어닐링 온도(annealing 溫度)로 가열하여 물로 담금질하는 중간 어닐링공정(中間 annealing工程)의 공정세트(工程 set)로 이루어지는 주가공공정(主加工工程)과,
상기 인발가공재를 더 인발가공하여 축선을 따른 종단면 및 축선에 수직한 횡단면의 각각에서의 평균 결정입자경(平均結晶粒子徑)을 50 마이크로미터 이하로 하는 조정가공공정(調整加工工程)을
포함하고,
상기 용체화공정 후에, 상기 종단면 및 상기 횡단면의 각 평균 결정입자경을 100 마이크로미터 이상으로 함과 아울러, 상기 어닐링 온도를 900℃ 이상으로 함으로써 상기 조정가공공정 후에, 적어도 980℃로 30분간 가열 후 공랭(空冷)하여도 상기 종단면 및 상기 횡단면에서의 평균 결정입자경을 100마이크로미터 이하로 하는 것을
특징으로 하는 구리합금관의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 조정가공공정은, 40% 이상의 횡단면의 면적감소율로 인발가공하는 것을 특징으로 하는 구리합금관의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 인발가공공정은, 50%이상의 횡단면의 면적감소율로 인발가공하는 것을 특징으로 하는 구리합금관의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 조정가공공정은, 복수회로 나누어서 인발가공하는 것을 특징으로 하는 구리합금관의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 인발가공공정은, 복수회로 나누어서 인발가공하는 것을 특징으로 하는 구리합금관의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 주가공공정은, 복수회의 상기 공정세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리합금관의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 용체화공정에 있어서, 상기 관상 압출재는 인발가공으로 예비가공 후에 가열되는 것을 특징으로 하는 구리합금관의 제조방법.
삭제