KR20040100838A

KR20040100838A - 내열성 동합금재

Info

Publication number: KR20040100838A
Application number: KR10-2003-7014726A
Authority: KR
Inventors: 오이시케이이치로
Original assignee: 삼보신도고교 가부기키가이샤
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2004-12-02
Also published as: TWI254745B; JP3878640B2; ATE414182T1; WO2004079026A1; US10266917B2; EP1630240A4; US20090320964A1; US20060260721A1; CN1568375A; AU2003264537A1; JPWO2004079026A1; DE60324711D1; KR100576141B1; EP1630240B1; CN1296500C; US7608157B2; EP1630240A1; TW200417616A

Abstract

본 발명은, 관재, 판재, 봉재, 선재 또는 이들을 소정형상으로 가공한 가공재로서, 0.15∼0.33 mass %의 Co와 0.041∼0.089 mass %의 P와 0.02∼0.25 mass %의 Sn과 0.01∼0.40 mass %의 Zn을, Co의 함유량 [Co] mass % 와 P의 함유량 [P] mass % 와 Sn의 함유량 [Sn] mass % 와 Zn의 함유량 [Zn] mass % 와의 사이에 2.4≤([Co] - 0.02)/[P]≤5.2 및 0.20≤[Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] ≤0.54의 관계를 갖도록 함유하고, 더욱이, 나머지부(殘部)가 Cu 및 불가피 불순물로 되는 합금조성을 이루는 내열성 동합금재를 개시한다.

Description

내열성 동합금재{Heat Resistant Copper Alloy Material}

일반적으로, 순간온수기, 급탕기, 공조기, 냉동기 등의 열교환기에서의 전열관(傳熱管), 핀, 플랜지(Flange) 또는 몸체판 등은, 내열성이 우수한 인탈산동(燐脫酸銅, JIS C1220)으로 되는 관재(이음매 없는 동합금관) 또는 판재를 사용하여 제작되고, 그 제작시에는, 납땜재로서 인동(燐銅)납땜(JIS Z3264 BCuP-2)등을 사용한 납땜이 행하여지나, 인동납땜의 융점이 고상선온도(固相線溫度): 701℃, 액상선온도(液相線溫度): 795℃이므로, 전열관 등은 납땜을 행할 때에 약 800℃로 가열되도록 된다.

그러나, 인탈산동제(燐脫酸銅製)의 전열관 등에 있어서는, 납땜에 의해 국부적 또는 전체적으로 800℃ 전후의 고온으로 가열된 경우, 인탈산동의 결정입(結晶粒)이 조대화(粗大化)되기 때문에, 인탈산동에서의 매트릭스(Matrix)강도가 낮은 것과 함께, 가열후(납땜후 또는 용접후)의 기계적 강도(예를들면, 인장강도, 내력(耐力), 신장(伸長), 피로강도, 경도 등)가 현저하게 저하하게 된다. 이와같은 인탈산동재(燐脫酸銅材)에서의 결정입의 조대화에 의한 기계적 강도의 저하는, 전열관 등의 소재 제작조건에 의해 다소 다르지만, 일반적으로는 600∼700℃ 이상으로 가열된 경우에 현저하게 인식된다. 따라서, 인탈산동제의 전열관 등을 사용한 순간온수기, 급탕기 등의 열교환기에 있어서는, 전열관 등의 기계적 강도가 제작단계로 저하하지 않기 때문에, 당연히 내구성에 문제가 있었다. 예를들면, 순간온수기, 급탕기, 공조기 등의 전열관에 있어서는, 그 사용에 의해 전열관이 빈번하게 열팽창과 열수축을 반복하기 때문에, 그것에 의한 반복 하중에 의해 전열관이 국부적으로 피로파괴하는 등의 우려가 있고, 제품수명이 단축된다. 이러한 내구성의 문제는, 특히 HCFC계 프론 이외의 열매체 가스를 사용하는 열교환기의 전열관에 있어서 현저하고, 인탈산동제의 전열관은 이를 사용할 수가 없다. 즉, 근년, 급탕기, 공조기 등의 열교환기에서의 열매체 가스로서, 지구온난화 가스의 배출이나 오존층 파괴를 방지해야 하고, 종래의 HCFC계 프론을 대신하여, CO₂나 HFC계 프론 등이 사용되는 경향이 있으나, 이와같은 CO₂, HFC계 프론 등을 열매체로서 사용한 경우의 응축압력은, HCFC계 프론이외의 열매체 가스를 사용하는 열교환기의 전열관에있어서는 고응축압력이 주기적으로 작용하기 때문에, 전열관으로서 인탈산동제의 것을 사용한 경우에는, 그 내압, 즉, 전열관 구성재의 내력(0.2% 내력) 또는 항복응력(降伏應力)이 부족하고, 장기사용에 의해 전열관의 균열발생이나 전열관의 치수변화가 생길 우려가 있다. 이와같은 문제는, 판재를 사용한 몸체판 등에 있어서도 마찬가지로 발생한다. 예를들면, 급탕기, 온수기 등의 열교환기에 사용되는 몸체판에 있어서는, 사용시에서의 팽창과 비사용시에서의 수축에 의한 반복 응력이 작용하는 결과, 국부적으로 피로파괴를 일으키고, 화재사고를 야기하는 등의 우려가 있다. 또한, 급탕기, 공조기 등의 전열관에 설치되는 핀에 있어서는, 그것이 제조단계에서 기계적강도(특히 내력)가 현저하게 저하하기 때문에, 근소한 외력이 작용함으로써(예를들면, 유지보수시 나 청소시 등에 있어서 손이나 청소도구 등이 근소하게 접촉됨으로써) 용이하게 변형할 우려가 있고, 핀의 변형에 의해 열교환기의 열효율이 크게 손상되게 된다. 또한, 납땜된 인탈산동제의 부재(部材)나 부품(급수관, 급탕관, 가스배관, 전기기기배관, 화학기기배관 등)에 있어서는, 납땜후에 현저한 강도저하가 있기 때문에, 필요이상으로 살두께를 두껍게 해둘 필요가 있고, 또한 사용시나 유지보수시에 있어서 근소한 외력에 의해 변형하여 각종의 트러블(Trouble, 누수, 작동불량 등)을 초래할 우려가 있었다. 또한, 결정입이 조대화함으로써, 응력부식균열 감수성, 공식(孔食) 감수성 및 개미집 모양의 부식 감수성이 높아지게 되고, 또한 일반적인 내식성도 나빠지기 때문에, 이것에 기인하는 사용중의 트러블도 많다.

본 발명은 열교환기(순간온수기, 급탕기, 온수기, 공조기, 냉동기, 라디에이터(Radiator) 등의 열교환기 또는 급탕시스템, 공조시스템, 냉동시스템 등에 구비되는 열교환기 등)에 사용되는 전열관이나 배관(급수관, 급탕관, 가스배관), 그 나머지의 각종 기기(전기적, 화학적 장치 등)에 사용되는 배관 또는 이들의 부속부품(핀(Fin) 등), 기기(냉난방절환용 사방밸브 등)을 구성하는 관재(管材), 판재(板材), 봉재(棒材), 선재(線材), 가공재(加工材), 납땜 등에 의해 소정 형상으로 가공한 것 임)으로서 적합하게 사용되는 내열성 동합금재(銅合金材)에 관한 것이다.

본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 납땜 등에 의해 고온도로 가열(내지 열처리)되는 것이 있고, 더욱이 HCFC계 프론이외의 열매체 가스를 사용하는 열교환기의 전열관 등과 같이, 고내력(高耐力), 고열전도성을 필요로 하는 제품, 부품의 구성재(관재, 판재 등)로서도, 적합하게 사용할 수 있는 내열성 동합금재를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에서는, 이 목적을 달성하기 위해, 청구항1에 기재하는 합금조성을 이루는 내열성 동합금재(이하, 「제1 발명 합금재」라고 함), 청구항2에 기재하는 합금조성을 이루는 내열성 동합금재(이하, 「제2 발명 합금재」라고 함), 청구항3에 기재하는 합금조성을 이루는 내열성 동합금재(이하, 「제3 발명 합금재」라고 함) 및 청구항4에 기재하는 합금조성을 이루는 내열성 동합금재(이하, 「제4 발명 합금재」라고 함)를 제안한다. 이들의 발명 합금재는, 어느것도 관재, 판재, 봉재, 선재 또는 이들을 소정형상으로 가공(납땜, 용접, 절삭, 프레스 등)한 가공재로서 제공된다. 더욱이, 이하의 설명에 있어서, 괄호안의 원소기호는, 당해 원소의 함유량값을 표시한 것이다.

즉, 제1 발명 합금재는, 0.15∼0.33 mass %(바람직하게는 0.16∼0.30 mass %, 보다 바람직하게는 0.17∼0.28 mass %)의 Co와 0.041∼0.089 mass %(바람직하게는 0.043∼0.080 mass %, 보다 바람직하게는 0.045∼0.074 mass %)의 P와 0.02∼0.25 mass %(바람직하게는 0.03∼0.19 mass %, 보다 바람직하게는 0.04∼0.15 mass %)의 Sn과 0.01∼0.40 mass %(바람직하게는 0.02∼0.25 mass %, 보다 바람직하게는 0.02∼0.15 mass %)의 Zn을, Co의 함유량 [Co] mass % 와 P의함유량 [P] mass % 와 Sn의 함유량 [Sn] mass % 와 Zn의 함유량 [Zn] mass % 와의 사이에 이하의 (1)(2)의 관계를 갖도록 함유하고, 더욱이 나머지부(殘部)가 Cu 및 불가피 불순물로 되는 합금조성을 이루는 것이다.

또한, 제2 발명 합금재는, 0.11∼0.31 mass %(바람직하게는 0.13∼0.28 mass %, 보다 바람직하게는 0.15∼0.26 mass %)의 Co와 0.041∼0.089 mass %(바람직하게는 0.043∼0.080 mass %, 보다 바람직하게는 0.045∼0.074 mass %)의 P와 0.02∼0.25 mass %(바람직하게는 0.03∼0.19 mass %, 보다 바람직하게는 0.04∼0.15 mass %)의 Sn과 0.01∼0.40 mass %(바람직하게는 0.02∼0.25 mass %, 보다 바람직하게는 0.02∼0.15 mass %)의 Zn과 0.01∼0.17 mass %(바람직하게는 0.02∼0.14 mass %)의 Ni 및/또는 0.01∼0.15 mass %(바람직하게는 0.02∼0.12 mass %)의 Fe를, Co의 함유량 [Co] mass % 와 P의 함유량 [P] mass % 와 Sn의 함유량 [Sn] mass % 와 Zn의 함유량 [Zn] mass % 와 Ni의 함유량 [Ni] mass % 와 Fe의 함유량 [Fe] mass % 와의 사이에 이하의 (1)∼(6)의 관계를 갖도록 함유하고, 더욱이 나머지부(殘部)가 Cu 및 불가피 불순물로 되는 합금조성을 이루는 것이다.

더욱이, 제3 발명 합금재는 제1 발명 합금재의 합금조성에, 또한 제4 발명 합금재는 제2 발명 합금재의 합금조성에, 각각 Mn, Mg, Zr, Y의 어느쪽을 더 함유시킨 것이다.

즉, 제3 발명 합금재는, 0.15∼0.33 mass %(바람직하게는 0.16∼0.30 mass %, 보다 바람직하게는 0.17∼0.28 mass %)의 Co와 0.041∼0.089 mass %(바람직하게는 0.043∼0.080 mass %, 보다 바람직하게는 0.045∼0.074 mass %)의 P와0.02∼0.25 mass %(바람직하게는 0.03∼0.19 mass %, 보다 바람직하게는 0.04∼0.15 mass %)의 Sn과 0.01∼0.40 mass %(바람직하게는 0.02∼0.25 mass %, 보다 바람직하게는 0.02∼0.15 mass %)의 Zn과 0.01∼0.20 mass %(바람직하게는 0.02∼0.10 mass %)의 Mn 또는 0.001∼0.10 mass %(바람직하게는 0.001∼0.04 mass %)의 Mg, Zr 또는 Y를, Co의 함유량 [Co] mass % 와 P의 함유량 [P] mass % 와 Sn의 함유량 [Sn] mass % 와 Zn의 함유량 [Zn] mass % 와 Mn의 함유량 [Mn] mass % 와 Mg의 함유량 [Mg] mass % 와 Y의 함유량 [Y] mass % 와 Zr의 함유량 [Zr] mass % 와의 사이에 이하의 (1)(2)의 관계를 갖도록 함유하고, 더욱이 나머지부(殘部)가 Cu 및 불가피 불순물로 되는 합금조성을 이루는 것이다.

또한, 제4 발명 합금재는, 0.11∼0.31 mass %(바람직하게는 0.13∼0.28 mass %, 보다 바람직하게는 0.15∼0.26 mass %)의 Co와 0.041∼0.089 mass %(바람직하게는 0.043∼0.080 mass %, 보다 바람직하게는 0.045∼0.074 mass %)의 P와 0.02∼0.25 mass %(바람직하게는 0.03∼0.19 mass %, 보다 바람직하게는 0.04∼0.15 mass %)의 Sn과 0.01∼0.40 mass %(바람직하게는 0.02∼0.25 mass %, 보다 바람직하게는 0.02∼0.15 mass %)의 Zn과 0.01∼0.17 mass %(바람직하게는 0.02∼0.14 mass %)의 Ni 및/또는 0.01∼0.15 mass %(바람직하게는 0.02∼0.12 mass %)의 Fe과 0.01∼0.20 mass %(바람직하게는 0.02∼0.10 mass %)의 Mn 또는 0.001∼0.10 mass %(바람직하게는 0.001∼0.04 mass %)의 Mg, Zr 또는 Y를, Co의 [Co] mass % 와 P의 함유량 [P] mass % 와 Sn의 함유량 [Sn] mass % 와 Zn의 함유량 [Zn] mass % 와 Ni의 함유량 [Ni] mass % 와 Fe의 함유량 [Fe] mass % 와 Mn의함유량 [Mn] mass % 와 Mg의 함유량 [Mg] mass % 와 Y의 함유량 [Y] mass % 와 Zr의 함유량 [Zr] mass % 와의 사이에 이하의 (1)∼(6)의 관계를 갖도록 함유하고, 더욱이 나머지부(殘部)가 Cu 및 불가피 불순물로 되는 합금조성을 이루는 것이다.

(1) 2.4≤A1≤5.2 (바람직하게는 2.7≤A1≤4.7, 보다 바람직하게는 3.0≤A1≤4.2)인 것. 더욱이, A1 = ([Co] + 0.8[Ni] + 0.8[Fe] - 0.02) / [P] 이다. 단, Ni, Fe를 함유하지 않는 제1 및 제2 발명 합금재에 있어서는 A1 = ([Co] - 0.02) / [P] ([Ni] = [Fe] = 0)이다.

(2) 0.20≤A2≤0.54 (바람직하게는 0.23≤A2≤0.49, 보다 바람직하게는 0.25≤A2≤0.45)인 것. 더욱이, A2 = [Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] + 0.9[Ni] + 1.5[Fe] + [Mn] + [Mg] + [Y] + 3[Zr] 이다. 단, Ni, Fe, Mn, Mg, Y, Zr을 함유하지 않는 제1 발명 합금재에 있어서는, A2 = [Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] ([Ni] = [Fe] = [Mn] = [Mg] = [Y] = [Zr] = 0)이다. 또한, Mn, Mg, Y, Zr을 함유하지 않는 제2 발명 합금재에 있어서는, A2 = [Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] + 0.9[Ni] + 1.5[Fe] ([Mn] = [Mg] = [Y] = [Zr] = 0)이다. 또한, Ni, Fe을 함유하지 않는 제3 발명 합금재에 있어서는, A2 = [Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] + [Mn] +[Mg] + [Y] + 3[Zr] ([Ni] = [Fe] = 0)이다.

(3) 0.15≤A3≤0.35 (바람직하게는 0.16≤A3≤0.32, 보다 바람직하게는 0.17≤A3≤0.30) 인 것. 더욱이, A3 = [Co] + 0.8[Ni] + 0.8[Fe]이다.

(4) 1.2[Ni]＜[Co]

(5) 1.5[Fe]＜[Co]

(6) [Ni] + [Fe]＜[Co]

Co는 전열관 등의 제작시 또는 사용시에서의 고온가열조건하(예를들면, 납땜시에서의 약 800℃의 가열조건하)에서의 결정입의 조대화를 억제하기 위한 필수원소이다. 즉, Co의 첨가에 의해, 고온(600∼700℃ 이상)으로 가열된 때에서의 결정입의 성장을 양호하게 억제하여, 금속조성을 미세하게 보지시킬 수 있고, 더욱이 고온가열후의 합금의 내피로성이 향상된다. 그리고, 이와같은 Co첨가에 의한 효과는, 그 첨가량이 0.15mass % 미만인 때는, 충분하게 발휘되지 않는다. 단, 제2 또는 제4 발명 합금재에서와 같이, Ni, Fe의 한쪽 또는 양쪽을 함께 첨가시키는 경우에는, 후술하는 바와 같이, Ni, Fe이 상기 효과를 발휘한 다음에 Co 대체원소로서 기능하는 것이므로, Co 첨가량이 0.15 mass % 미만이어도, 0.11 mass % 이상이면, 상기 효과가 충분하게 발휘된다. 이러한 Co 첨가에 의한 효과는, 그 Co 첨가량을 0.16 mass % 이상(Ni, Fe을 함께 첨가시킬 경우에는 0.13 mass % 이상)으로 하여 둠으로써 현저하게 발휘되고, 0.17 mass % 이상(Ni, Fe을 함께 첨가시킬 경우에는 0.15 mass % 이상)으로 하여 둠으로써, 보다 현저하게 발휘된다. 한편, Co 첨가에 의한 효과에는 한도가 있고, 필요이상의 첨가는 무의미하고, 첨가량에 알맞은 효과를 얻을 수 없고, 오히려 동합금 본래의 특성(열전도성 등)을 손상시킬 우려가 있다. 즉, Co를 0.33 mass % (Ni, Fe를 함께 첨가시킬 경우에는 0.31 mass % )를 초과하여 첨가하여도, 그것에 알맞은 만큼의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 열간(熱間)에서의 변형저항이 높아지게 되고, 또한 냉간(冷間)에서의 가공성도 저하하고, 오히려 동합금 본래의 특성(열전도성 등)이 저하하게 된다. 물론, Co는매우 고가인 것이므로, 이를 필요이상으로 첨가하는 것은, 경제적으로도 문제가 있다. 이와같은 문제를 일으킴이 없이, Co 첨가에 의한 상기 효과를 유효하게 발휘시키기 위하여는, Co 첨가량을 0.30 mass % 이하(Ni, Fe를 함께 첨가시킬 경우에는 0.28 mass % 이하)로 하여 두는 것이 바람직하고, 0.28 mass % 이하(Ni, Fe를 함께 첨가시킬 경우에는 0.26 mass % 이하)로 하여 두는 것이 최적이다.

P는, Co와 마찬가지로, 고온가열에 의한 결정입의 성장억제기능을 발휘하는 것이나, 그 기능은, Co와의 함께 첨가에 의해 비약적으로 향상된다. 따라서, Co에 가하여 P를 첨가하여 둠으로써, 고온가열에 의한 결정입의 성장을 극히 효과적으로 억제하여, 가열후도 미세한 결정상태를 확실하게 유지한다. 그리고, 이러한 P의 첨가에 의한 효과는, 그 첨가량이 0.041 mass % 미만에서는 유효하게 발휘되지 않아, 그다지 기대할 수 없다. 이러한 효과가 발휘되기 위해서는, P 첨가량을 0.041 mass % 이상으로 할 필요가 있고, 충분하게 발휘되기 위해서는 0.043 mass % 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.045 mass % 이상으로 하여 두는 것이 최적이다. 그러나, 0.089 mass %를 초과하여 첨가하여도, 그 첨가량에 알맞은 효과는 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 오히려 동합금 본래의 특성(열전도성 등)이 저하하게 되고, 더구나 열간이나 냉간에서의 가공성도 저하하게 된다.

이들의 특성을 충분히 담보(擔保)하기 위해서는, P 첨가량을 0.089 mass % 이하로 하여 두는 것이 필요하고, 0.080 mass % 이하로 하여 두는 것이 바람직하고, 0.074 mass % 이하로 하여 두는 것이 최적이다.

Sn은, 매트릭스에의 고용(固溶)강화에 의해 매트릭스의 내열성 강화를 도모하고, 상기한 Co 및 P에 의한 결정입의 성장억제작용 및 미세화작용을 향상시킴과 함께, Co, P의 석출속도를 증대시키고, 고온가열후에서의 기계적 강도를 향상시키는 것이다. 더욱이, Sn은 내식성을 향상시키기 위해 첨가하는 것이기도 하고 Sn을 첨가하여 둠으로써, 응력부식균열, 공식, 개미집 모양의 부식을 시작으로 하는 부식을 가급적 방지할 수가 있다. 이러한 Sn 첨가에 의한 효과가 충분히 발휘되기 위해서는, 그 첨가량을 0.02 mass % 이상으로 하여 두는 것이 필요하고, 0.03 mass % 이상으로 하여 두는 것이 바람직하고, 0.04 mass % 이상으로 하여 두는 것이 최적이다. 한편, Sn 첨가량이 0.25 mass %를 초과하면, 기계적 강도는 첨가량에 따라 어느 정도 향상하지만, 열전도성이 저하하게 되고, 또한 열간에서의 변형저항이 높아지게 되며, 냉간에서의 가공성도 저하한다. 열전도성을 저하시키는 일 없이 Sn 첨가효과를 발휘시키기 위해서는, Sn 첨가량을 0.25 mass % 이하로 하여 두는 것이 필요하고, 0.19 mass % 이하로 하여 두는 것이 바람직하고, 0.15 mass % 이하로 하여 두는 것이 최적이다.

Zn은, 매트릭스의 강화에 의해 기계적 강도의 향상을 도모하기 위해 첨가한다. 즉, 결정입이 여하간 미세하더라도, 매트릭스 자체의 강도가 낮은 경우에는, 당연히 합금 전체로서의 기계적 강도는 낮은 것으로 되기 때문에, Zn은 이러한 매트릭스의 강화를 도모하기 위해 첨가한다. 이 점은, Sn도 마찬가지이나, Zn의 첨가는, 더욱이 납땜성을 향상시키는 효과를 이룬다. 즉, Zn을 첨가함으로써, 인동납땜(JIS Z3264) 등의 납땜재와의 젖음성을 향상시킬 수 가 있다. 또한, Zn은 Sn과 마찬가지로, 응력부식균열, 공식, 개미집 모양의 부식을 시작으로 하는 부식에대한 내식성을 향상시키는 작용을 갖는다.　　그리고, 이러한 Zn 첨가의 효과를 발휘시키기 위해서는, 그 첨가량이 0.01 mass % 이상으로 하여 두는 것이 필요하고, 0.02 mass % 이상으로 하여 두는 것이 바람직하다. 한편, Zn 첨가량이 0.40 mass %를 초과하면, 열전도성이 저하함과 함께 응력부식균열에 대한 감수성이 높아지게 된다. 이와같은 문제를 발생시키지 않기 위해서는, Zn 첨가량을 0.40 mass % 이하로 하여 둘 필요가 있고, 0.25 mass % 이하로 하여 두는 것이 바람직하고, 0.15 mass % 이하로 하여 두는 것이 최적이다.

Fe, Ni은, Co와의 마찬가지인 결정입 억제효과를 발휘하는 것이고, 그 효과는 Co보다 약간 열악하지만, Co의 대체원소로서 기능하는 것이다. 따라서, Co와 함께 첨가함으로써, 고가의 Co의 첨가량을 가급적 줄이면서 상기 효과를 충분하게 발휘시킬 수가 있다. 즉, Ni, Fe는, 매트릭스에의 Co 고용(固溶)한도를 감소시켜서, 상기한 Co기능을 적은 Co 첨가량으로 유효하게 발휘시키는 역할을 다하고, Co의 필요 첨가량 저감에 의한 경제적 효과를 발휘한다. 또한, Co의 고용량을 감소시킴으로써 열전도성, 열간가공성을 높히는 효과도 있다. 그리고, 이러한 Ni, Fe의 첨가에 의한 효과는, Ni 또는 Fe의 첨가량이 0.01 mass % 이상으로 발휘되고, 0.02 mass % 이상의 첨가로 보다 현저하게 발휘되게 된다. 그러나, Ni에 대하여는 0.17 mass %를 초과하여 첨가하여도, 또한 Fe에 대하여는 0.15 mass %를 초과하여 첨가하여도 첨가량에 알맞은 효과가 인정되지 않고, 오히려 열전도성이 저하하는 등의 문제를 발생시킨다. 이와같은 문제를 발생시키지 않기 위해서는, Ni에 대하여는 그 첨가량이 0.17 mass % 이하인 것이 필요하고, 0.14 mass % 이하인 것이 바람직하고, 또한 Fe에 대하여는 그 첨가량이 0.15 mass % 이하인 것이 필요하고, 0.12 mass % 이하인 것이 바람직하다.

그런데, 당해 발명 합금재의 제조원료의 일부로서 그 스크랩(Scrap)재(폐기전열관 등)가 사용되는 일이 많지만, 이러한 스크랩재에는 S성분(유황성분)이 함유되는 일이 많고, 열간가공성에 악영향을 미치는 문제가 있다. 그러나, Mn, Mg, Y, Zr의 어느쪽을 첨가시켜 두면, S성분을 함유하는 원료를 사용한 경우에도, S성분과 결합한 석출물(MgS, ZrS 등)을 형성하기 때문에, 상기 문제의 발생을 방지할 수가 있다. 제3 또는 제4 발명 합금재에 있어서는, 이와같은 이유에 의해 Mn, Mg, Y, Zr의 어느쪽을 함유시키는 것으로 하고 있다. Mn, Mg, Y, Zr의 첨가에 의한 상기 석출물의 형성효과(S성분에 열간가공성에의 악영향의 배제효과)는, Mn에 대하여는 0.01 mass % 이상의 첨가에 의해 발휘되고, Mg, Y, Zr에 대하여는 0.001 mass % 이상의 첨가에 의해 발휘된다. 그러나, Mn, Mg, Y, Zr을 필요이상으로 첨가하는 것은, 첨가량에 알맞은 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 오히려 열전도성을 저하시키는 등의 폐해를 발생시키는 것으로, 첨가량의 상한은, Mn에 대하여는 0.20 mass %(바람직하게는 0.10 mass %)로 하고, Mg, Mn, Y, Zr에 대하여는 0.10 mass %(바람직하게는 0.04 mass %)로 하여 두는 것이 적당하다.

기본원소인 Cu 이외의 첨가원소에 대하여는, 그들의 함유량을 상기한 범위로 결정하여 두지만, 그 결정에 있어서는, 첨가원소 상호의 관계를 고려할 필요가 있고, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 첨가원소의 함유량 상호로 상기 (1)∼(6)의 관계가 성립할 필요가 있다. 즉, 각 첨가원소의 함유량은, 나머지의첨가원소와의 사이에 (1)∼(6)의 관계를 갖는 것 조건으로서, 상기한 범위내에서 결정할 필요가 있다.

첫번째로, Co 첨가 및 P 첨가에 의한 기능은 전술한 바와 같이 상호로 밀접한 관계를 갖는 것이고, Co, P의 함께 첨가에 의한 효과의 밸런스(Balance)를 취할 필요가 있지만, 그를 위해서는, 그들의 함유량을 상기한 범위에서 개별적으로 독립하여 결정하는 것에 의해서는 불충분하고, 양(兩) 함유량의 비율이 일정범위로 되도록 결정하여 두는 것이 필요하다. 또한, Ni, Fe에 대하여도, 이것이 Co와 같은 기능을 발휘하는 것이고 Co의 대체원소로서 기능하는 것이어서, 그들의 함유량은 Co와 마찬가지로 P와의 관계를 고려하여 결정할 필요가 있다. 즉, Co 함유량 또는 Co, Ni, Fe 함유량과 P 함유량과는, 그들 사이에 (1)의 관계가 성립하도록 결정할 필요가 있고, A1＜2.4인 경우에는, Co, Ni, Fe와 P와의 함께 첨가 효과가 불충분하고, 또한 동합금 본래의 특성인 열전도성이 손상되어서, 냉간에서의 가공성도 나빠지게 된다. 이러한 효과(Co, Ni, Fe와 P와의 함께 첨가 효과)가 충분히 발휘되기 위해서는 A1≥2.4인 것이 필요하고, A1≥2.7인 것이 바람직하고, A1≥3.0인 것이 최적이다. 역으로, A1＞5.2이면, 당해 함께 첨가 효과가 포화로 될 뿐만 아니라, 오히려 동합금 본래의 특성(열전도성 등)에 악영향을 미치게 된다. 따라서, A1≤5.2인 것이 필요하고, 동 본래의 특성도 고려하면, A1≤4.7인 것이 바람직하고, A1≤4.2로 하여 두는 것이 최적이다.

두번째로, Ni, Fe는 Co와 대체원소로서 기능하는 것이나, 그 기능은 Co의 필요 함유량의 일부를 대체한 것에 불과하고, Co의 필요 함유량을 저감시키는 것에지나지 않기 때문에, Ni, Fe의 함유량은, Co의 함유량과의 관계를 고려하여 결정해야 한다. 따라서, Co, Ni, Fe의 함유량은, 기능의 기여정도를 고려한 총량 A3 및 상호관계가 (3)∼(6)의 조건을 만족하도록 결정해야 한다. 즉, A3＜0.15이면, Co, Ni, Fe의 첨가효과(고온가열시에서의 결정입의 성장억제효과 등)가 충분히 발휘되지 않고, A3＞0.35이면, 첨가량에 알맞은 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 동 합금 본래의 특성을 저하시킬 우려가 있고, 또한 열간압출성이 저하함과 함께, 굽힘 등을 시작으로 하는 냉간가공성이 손상된다. 따라서, 이들의 문제를 발생시키는 일없이 첨가효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, 0.15≤A3≤0.35 인 것이 필요하고, 0.16≤A3≤0.32 인 것이 바람직하고, 0.17≤A3≤0.30 으로 하여 두는 것이 최적이다. 또한, Ni, Fe의 첨가기능은, Co의 첨가기능을 상회한 것이기 때문에, Ni, Fe를 Co 첨가량보다 일정 이상으로 많이 하여 첨가하여 두는 것은 Ni, Fe의 함께 첨가효과를 오히려 저하시키게 된다. 따라서, Co에 대한 첨가효과의 기여정도를 고려하여, Ni, Fe의 어느 한쪽을 첨가할 경우에는, (4) 또는 (5)의 조건을 만족할 필요가 있고, Ni 및 Fe를 함께 첨가시킬 경우에는 (4)∼(6)의 조건을 만족하는 것이 필요하였다.

세번째로, 기본원소 Cu 이외의 첨가원소는, 그들의 첨가효과의 기여도를 고려한 총량 A2가 열전도성, 열간압출성, 굽힘가공성, 성형성, 납땜성, 납땜후의 강도에 영향을 미치기 때문에, 그들의 첨가량은 이러한 점을 고려하여 (2)의 조건을 만족하도록 결정하여 둘 필요가 있다. 즉, A2＞0.54 이면, 열전도성, 열간압출성, 굽힘가공성, 성형성이 저하한다. 따라서, 열전도성, 열간압출성, 굽힘가공성, 성형성을 확보하기 위해서는, A2≤0.54 인 것이 필요하고, 열전도성, 열간압출성, 굽힘가공성, 성형성의 저하를 확실하게 방지하기 위해서는 A2≤0.49 인 것이 바람직하고, A2≤0.45로 하여 두는 것이 최적이다. 한편, A2＜0.20이면, 충분한 납땜후의 강도를 얻을 수가 없다. 따라서, 납땜후의 강도를 충분히 확보하기 위해서는, A2≥0.20 인 것이 필요하고, A2≥0.23 인 것이 바람직하고, A2≥0.26 으로 하여 두는 것이 최적이다.

그런데, 불가피 불순물로서 함유되는 산소는, 그 함유량이 일정 이상이면 수소취화(水素脆化)의 원인으로 되기 때문에, 산소함유량은 0.007 mass % 이하로 억제하여 두는 것이 필요하고, 0.004 mass % 이하로 하여 두는 것이 바람직하다. 이러한 산소함유량의 저감은, 제조조건에 의해 도모할 수 있음은 물론이지만, P 첨가량을 산소함유량이 0.007 mass % 이하(바람직하게는 0.004 mass % 이하)로 되도록 결정하여 두는 것이 바람직하다.

또한, 제1∼제4 발명 합금재는, 내력을 필요로 하는 납땜제품, 부품(예를들면 HCFC계 프론 이외의 열매체 가스(CO₂, HFC계 프론 등)를 사용하는 열교환기의 전열관, 또는 사용시나 유지보수시에 있어서 근소한 외력에 의해 변형하기 쉬운 핀재, 급수관 등)의 구성재로서 사용하는 경우, 상기 합금조성을 결정함에 있어서는, 납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리(예를들면, 800℃에서 10분간의 가열처리)한 후에서의 0.2% 내력(영구(永久)뒤틀림이 0.2%로 되는 때의 강도)이 55N/㎟이상(바람직하게는 75N/㎟ 이상, 보다 바람직하게는 90N/㎟ 이상)으로 되도록 결정하여 두는 것이 바람직하다. 더욱이, 동합금재의 납땜은, 일반적으로 경납땜이라고 말해지는 것으로, JIS Z3264에 규정되는 바와 같이, 인동납땜, 은납땜을 사용하여 800℃ 전후에서의 납땜온도(납땜시간은, 일반적으로 10분정도)로 행하여 지는 것이다. 납땜에 있어서는, 납땜재가 용융되는 온도까지 피납땜재도 가열되게 되고, 납땜되는 동합금재(피납땜재)는 납땜온도와 같은 정도로 가열되게 된다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 동합금재의 납땜처리와 이것과 동등조건(800℃ 전후)에서 동합금재를 직접적으로 가열하는 일반적인 가열처리를 구별하지 않고, 양자(兩者)를 동일한 열처리로서 취급하는 것으로 한다.

그런데, 제1∼제4 발명 합금재는, 상기한 합금조성으로 이루어짐으로써, 양호한 열전도성을 발휘하는 것이고, 고도의 열전도성을 필요로 하는 제품, 부품의 구성재로서 많이 사용되고 있는 순동(JIS C1220) 이나 순알루미늄에 비하여 강도적으로 우수한 것이나, 이러한 제품, 부품의 구성재로서 순동이나 순알루미늄 이상의 우량재료로 이루어지기 위해서는, 적어도 순알루미늄(열전도율: 0.57cal/cm·sec·℃)보다 높은 열전도율을 확보할 수 있는 것이 필요하고, 순알루미늄과 순동(열전도율: 0.78cal/cm·sec·℃)과의 중간값(0.675cal/cm·sec·℃) 이상의 열전도율을 확보할 수 있는 것이 바람직하고, 0.70cal/cm·sec·℃ 이상의 열전도율이 확실하게 얻어지는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 합금조성을 연구하는 것만으로는 열전도율의 향상에 한도가 있다. 그래서, 본 발명자는, 다양한 실험, 연구를 행한 결과, 납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리를 행하고, 그 후에 행하는 냉각처리 등의 처리(이하, 「후처리」라고 함)의 조건을 연구함으로써, 열전도율을 비약적으로 향상시키는 것을 지득(知得)하였다.

이러한 지득사항에 근거하여, 본 발명에서는, 다음과 같은 가열처리(납땜 처리 등) 및 후처리를 실시함으로써, 열전도성이 비약적으로 향상한 제1∼제4 발명 합금재를 제안한다.

첫번째로, 납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리(예를들면, 800℃에서 10분간 가열함)를 행한 다음, 그 가열처리재에 후처리로서 다음과 같은 특수한 노냉처리(爐冷處理)를 실시함으로써, 열전도율을 높인 제1∼제4 발명 합금재를 제안한다. 즉, 이러한 후처리(이하, 「제1 후처리」라고 함)에 있어서는, 노냉속도를 노냉온도로써 변화시키도록 하고, 670℃에서 480℃로의 노냉속도를 1.5∼12℃/분(바람직하게는 2.5∼10℃/분)으로 감속한다. 노냉처리에서의 냉각속도는, 통상 15∼30℃/분(통상은, 20℃/분 정도)이나, 제1 후처리에 있어서는, 노냉공정에서의 670℃에서 480℃의 온도범위에 있어서, 이러한 일반적인 노냉처리보다 냉각속도를 줄여 두는 것이고, 580℃ 전후에서의 온도유지에 의해 열전도성의 향상을 도모할 수가 있다.

두번째로, 납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리(예를들면, 800℃에서 10분간 가열함)를 행하고, 그 가열처리재에 후처리로서 일반적인 노냉처리 및 특수산 재가열처리를 실시함으로써, 열전도율을 높인 제1∼제4 발명 합금재를 제안한다. 즉, 이러한 후처리(이하, 「제2 후처리」라고 함)에 있어서는, 가열처리재를 일반적인 조건에 의해 노냉하지만, 그 노냉공정이 종료하기 전 또는 후에 있어서 480∼670℃, 3∼100분(바람직하게는 520∼640℃, 10∼40분)의 조건으로 재가열하는것이다. 이러한 노냉처리 전후에서의 580℃ 전후의 재가열에 의해서도, 상기 제1 후처리를 실시하는 경우와 동등 또는 그 이상의 열전도율의 향상을 도모할 수가 있다.

세번째로, 납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리(예를들면, 800℃에서 10분간 가열함)을 행하고, 그 가열처리재에 후처리로서 급냉처리 및 재가열처리를 실시함으로써, 열전도율 및 강도를 높인 제1∼제4 발명 합금재를 제안한다. 즉, 이러한 후처리(이하, 「제3 후처리」라고 함)에 있어서는, 가열처리재를 수냉, 공냉(강제공냉을 포함)에 의해 급냉한 후, 제2 후처리에서와 마찬가지인 재가열(480∼670℃, 3∼10분(바람직하게는 520∼640℃, 10∼40분)의 조건에서의 재가열)한다. 본 발명자는, 실험에 의해, 가열처리재를 소정의 조건으로 재가열하는 경우에는 가열처리재의 냉각조건(주로서 냉각속도)은 열전도율의 향상에 큰 영향을 주는 것이 아닌 것(열전도성의 향상은, 주로서 재가열조건에 의존하는 것), 및 급냉후에 재가열함으로써 노냉후에 재가열하는 경우에 비하여 강도가 향상하는 것을 확인하였다. 그런데, 납땜을 현장에서 행하는 경우 등, 납땜의 조건에 의해서는, 스페이스(Space)상의 제한 등에 의해 만족한 노냉을 얻을 수 없지만, 이러한 경우나 납땜후의 강도를 필요로 하는 경우에 있어서, 상기와 같은 제3 후처리는 극히 유리하다.

더욱이, 상기한 제1∼제4 발명 합금재는, 열교환기의 전열관(특히, HCFC계 프론 이외의 열매체 가스를 사용하는 열교환기의 전열관)을 구성하는 관재인 이음매없는 동합금관 또는 용접 동합금관으로서 적합하게 사용되는 것이고, 또한 열교환기에서의 판형상 부품(핀, 몸체판, 플랜지 등) 또 이것과 전열관 또는 나머지의 판형상 부품(핀 등)을 연결하는 연결판의 구성재로서 사용되는 판재로서 적합한 것이다.

실시예로서, 표1∼표3에 나타내는 합금조성을 이루는 원주상 주괴(圓柱狀鑄塊,, 220mm, 길이 275mm)를 900℃로 가열하여, 열간에서 관상(管狀)으로 압출하고, 그 압출관을 연속하여 60℃의 온수조에 침적한 다음, 냉간에서 반복 연신하고, 얻어진 연신관을 630℃, 1시간의 조건에서 열처리(소둔(燒鈍))함으로써, 외경 10mm, 내경 1mm의 관재(열교환기 전열관의 구성재로서 사용할 수 있는 것임)인 제1 발명 합금재 No. 101∼114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304 및 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412를 제작하였다.

이러한 관재의 제작에 있어서는, 열간압출에 의해 외경 65mm, 살두께 5.5mm의 압출관(이하, 「소경압출관」이라고 함)을 얻은 다음, 이것에 냉간연신을 반복 실시함으로써, 외경 10mm, 살두께 1mm의 연신관을 얻도록 하였다. 단, 일부의 제1 및 제2 발명 합금재 No. 103, No. 114, No. 204, No. 211, No. 215에 대하여는, 적정한 소경압출관을 얻을 수 없지만, 얻을 수 있어도 소경압출관의 굽힘이 기준값(1m 당 10cm)을 초과하기 때문에, 열간압출에 의해 외경 85mm, 살두께 7.0mm의 압출관(이하, 「대경압출관」이라고 함)을 얻은 다음, 이것에 냉간연신을 반복 실시함으로써 상기와 동일 형상(외경 10mm, 살두께 1mm)의 연신관을 얻도록 하였다. 더욱이, 대경압출관의 경우, 소경압출관에 실시된 연신공정에 의해서는 외경10mm, 살두께 1mm의 신장관을 얻는 것이 곤라하였으나, 연신공정을 소경압출관의 연신공정수(소경압출관으로부터 외경 10mm, 살두께 1mm의 연신관을 얻기 위해 필요시 되는 연신공정수)보다 1∼3 공정 많게 함으로써, 소경압출관을 연신한 경우와 동일 형상, 동일 품질의 연신관을 얻을 수 있었다.

또한, 상기한 원주상 주괴(직경 220mm, 길이 275mm)로부터 각주상(角柱狀) 주괴(두께 35mm, 폭 90mm, 길이 250mm)를 잘라내고, 이 각주상 주괴를 850℃로 가열하여, 두께 5mm의 판형상으로 열간압연한 다음, 이 열간압연판을, 그 표면을 산세처리(酸洗處理, Pickling)한 다음에 두께 0.41mm로 되도록 냉간압연하고, 더욱이 630℃, 1시간의 조건으로 열처리(소둔)한 다음에 두께 0.40mm로 되도록 냉간사상(冷間仕上) 압연을 행함으로써, 표1∼표3에 나타내는 합금조성을 이루는 판재인 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304 및 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412를 제작하였다. 더욱이, 상기한 관재 및 판재에서의 불가피 불순물로서 산소의 함유량은, 전부 0.0002∼0.004 mass % 이었다.

또한, 비교예로서, 표4에 나타내는 합금조성을 이루는 동합금재로서, 실시예와 동일한 제조공정에 의해 동일형상을 이루는 관재 및 판재인 비교예 합금재 No. 501∼No. 515를 얻었다. 더욱이, 관재 No. 501∼No. 503 및 No. 510∼No. 513은 소경압출관을 연신, 열처리하여 얻어진 것이다. 관재 No. 515는 대경압출관을 연신, 열처리하여 얻어진 것이다. 이들 이외의 것(No. 504∼No. 509, No. 514)에 대하여는 열간압출성이 매우 나쁘고, 소경압출관 및 대경압출관을 얻을수 없어, 최종적인 관재를 제작할 수가 없었다.

그리고, 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412 및 비교예 합금재 No. 501∼No. 515에 대한 압출성을, 관재의 제조공정에서의 중간제조물인 압출관의 굽힘으로써 평가하였다. 그 결과, 표5∼표8에 나타낸 바와 같았다. 즉, 표5∼표8에 있어서는, 열간압출후의 굽힘이 기준값(1m당 10cm)이하인 소경압출관(외경 65mm, 살두께 5.5mm)이 얻어진 것을, 압출성이 우수한 것으로 하여 「0」으로 표시하고, 이러한 소경압출관을 얻을 수 없었지만, 열간압출후의 굽힘이 기준값 이하인 대경압출관(외경 85mm, 살두께 7.0mm)이 얻어진 것을, 양호한 압출성을 갖는 것(실용상, 큰 문제는 아닌 것)으로 하여 「△」으로 표시하고, 소경압출관은 물론, 굽힘이 기준값 이하의 대경압출관도 얻을 수 없었던 것을, 압출성이 열악한 것(실용할 수 없는 것)으로 하여 「X」로 표시하였다.

또한, 관재로서 얻어진 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412 및 비교예 합금재 No. 501∼No. 515(관재를 얻을 수 없었던 비교예 합금재 No. 504∼No. 509, No. 514를 제외)에 대하여, 납땜후의 강도를 확인하기 위해, 다음과 같은 내력측정시험을 하였다. 즉, 관재(외경 10mm, 살두께 1mm의 연신관을 630℃, 1시간의 조건으로 소둔한 것)를, 열교환기의 제작(전열관, 핀, 몸체판, 플랜지 등의 열교환기 부품을 납땜함)에 채용하는 노내(爐內) 납땜법을 실시하는 경우와 동일한 조건으로 연속열처리 노내를 통과시킴으로써 열처리하였다. 그리고, 이러한 열처리를 한 관재에 대하여, 아암스테이(Arm Stay)형 만능시험기를 사용하여 인장시험을 하고, 0.2% 내력(영구뒤틀림이 0.2%로 될 때의 강도)을 측정하였다. 그 결과는, 표5∼표8에 표시한 바와 같았다. 또한, 판재(630℃, 1시간의 조건으로 소둔한 다음에 두께 0.40mm로 되도록 냉간사상압연된 것)로서 얻어진 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412 및 비교예 합금재 No. 501∼No. 515(No. 504∼No. 509, No. 514를 제외)에 대하여도, 상기와 같은 내력측정시험을 하였으나, 그 결과는 표5∼표8에 표시한 측정값(0.2% 내력)과 거의 일치하기 때문에, 생략한다.

또한, 관재로서 얻어진 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412 및 비교예 합금재 No. 501∼No. 515(관재를 얻을 수 없었던 비교예 합금재 No. 504∼No. 509, No. 514를 제외)에 대하여, 굽힘가공성을 확인하였다. 즉, 굽힘가공성의 평가는, 관재(외경 10mm, 살두께 1mm의 연신관을 630℃, 1시간의 조건으로 소둔한 것)를 프레스가공에 의해 U자형상으로 절곡하고, 그 절곡부에 큰 주름이 생긴 때의 절곡도(折曲度) R/D(R: 절곡부에서의 내주측의 곡률반경(mm), D:관재의 외경(mm))로써 행하였다. 그 결과는 표5∼표8에 표시한 바와 같았다. 즉, 표5∼표8에 있어서는, R/D = 1에서 큰 주름이 생기지 않고, 절곡부의 단면형상이 원형 또는 대략 원형으로 되어 있는 것을, 굽힘가공성이 우수한 것으로 하여 「0」으로 표시하고, R/D = 1에서 큰 주름이 생겼지만, 1＜R/D≤1.5에서는 큰 주름이 생기지 않고 절곡부의 단면형상이 원형 또는 대략 원형으로 되어 있는 것을, 양호한 굽힘가공성을 갖는 것(실용상의 문제없는 것)으로 하여 「△」으로 표시하고, R/D＞1.5에서 큰 주름이 생기고, 절곡부의 단면형상도 원형으로 되지 않고 타원형으로 변형한 것을, 굽힘가공성이 열악한 것(실용 곤란한 것)으로 하여 「X」로 표시하였다.

또한, 판재로서 얻어진 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412 및 비교예 합금재 No. 501∼No. 515(No. 504∼No. 509, No. 514를 제외)에 대하여, 성형성을 확인하고, 에릭센(Erichsen) 시험을 하였다. 즉, 판재(630℃, 1시간의 조건으로 소둔한 다음에 두께 0.40mm로 되도록 냉간사상압연된 것)에 대하여 판재(630℃, 1시간의 조건으로 소둔한 다음에 두께 0.40mm로 되도록 냉간사상압연된 것)에 대하여 에릭센시험을 하고, 그 에릭센값을 구하였다. 그 결과는 표5∼표8에 표시한 바와 같았다.

표5∼표8로부터 명백한 바와 같이, 비교예 합금재 No. 501∼No. 515는, 0.2% 내력, 압출성, 굽힘가공성 및 성형성 중 적어도 어느 하나에 있어서 문제가 있고, 열교환기의 전열관, 핀, 몸체판, 플랜지 등의 구성부재로서 적합한 것은 아니지만, 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412는, 그 어느쪽에 있어서도, 0.2% 내력, 압출성, 굽힘가공성 및 성형성의 전부가 우수한 것이고, 열교환기의 전열관, 핀, 몸체판, 플랜지 등의 구성부재로서 적합하게 사용할 수 있는 것임이 확인되었다.

또한, 관재로서 얻어진 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412 및 비교예 합금재 No. 501∼No. 515(관재를 얻을 수 없었던 비교예 합금재 No. 504∼No. 509, No. 514를 제외)에 대하여, 납땜제품, 부품으로서 사용한 경우의 열전도성을 확인하고, 납땜용 열처리를 실시한 것중 열전도율을 측정하였다. 즉, 관재(No. 101∼No. 114, No. 201∼No. 217, No. 301∼No. 304, No. 401∼No. 412, No. 501∼No. 503, No. 510∼No.513 및 No. 515)에, 상기한 노내납땜법을 실시하는 경우와 동일한 조건(800℃에서 10분간 가열한 다음, 20℃/분에서 노냉함)에서 연속열처리 노내를 통과시킴으로써 납땜용 열처리를 실시한 후, 그 열전도율을 측정하였다. 그 결과는 표5∼표8에 표시한 바와 같고, 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412에 대하여는, 그 전부에 있어서, 0.65cal/cm·sec·℃ 이상의 높은 열전도율이 측정되어, 열전도성이 우수하다는 것이 확인되었다.

또한, 납땜처리 또는 이것과 동등 조건의 가열처리를 행한 후에, 앞에서 설명한 제1 후처리, 제2 후처리 또는 제3 후처리를 실시함으로써 얻어지는 열전도성의 향상효과를 확인하고, 관재로서 얻어진 제1 발명 합금재 No. 101∼No. 114, 제2 발명 합금재 No. 201∼No. 217, 제3 발명 합금재 No. 301∼No. 304, 제4 발명 합금재 No. 401∼No. 412에 대하여 각 후처리를 실시하고, 당해 후처리후에서의 열전도율 및 강도를 측정하였다. 즉, 관재 No. 101∼No. 114, No. 201∼No. 217, No. 301∼No. 304 및 No. 401∼No. 412를, 각각 상기 납땜용 열처리와 동일한 조건(가열온도: 800℃, 가열시간: 10분)으로 가열하고, 그 가열처리된 관재(이하, 「가열관재」라고 함)에 다음과 같은 제1 후처리, 제2 후처리 또는 제3 후처리를 실시하였다. 제1 후처리에 있어서는, 가열관재의 노냉공정에 있어서, 670℃에서 480℃로의 냉각속도를 4℃/분으로 줄였다. 더욱이, 800℃에서 670℃까지의 노냉속도 및 480℃에서 상온까지의 노냉속도는 20℃/분으로 하였다. 또한, 제2 후처리에 있어서는, 가열관재를 20℃/분에서 상온까지 노냉하고, 그 후, 580℃, 30분의 조건으로 재가열하였다. 더욱이, 제2 후처리에 있어서, 재가열후의 노냉속도는 20℃/분으로 하였다. 또한, 제3 후처리에 있어서는, 가열관재를 수냉(급냉)한 후, 제2 후처리와 마찬가지로, 580℃, 30분의 조건으로 재가열하였다. 이들의 열처리후에서의 열전도율은, 표5∼표7에 표시한 바와 같았다.

또한, 가열관재 No. 104, No. 111, No. 210, No. 212, No. 215, No. 217, No. 301, No. 402, No. 406, No. 408에 대하여는, 제1∼제3 후처리를 다른 복수의 조건하에서 행하고, 각 조건하에서의 열처리후의 열전도율을 측정하였다. 즉, 제1 후처리는, 670℃에서 480℃로의 냉각속도를 상기한 바와 같이 4℃/분으로 줄인 경우에 대하여도 각각 행하였다. 또한, 제2 후처리 및 제3 후처리는, 재가열조건을 상기한 580℃, 30분으로 한 경우외에, 480℃, 100분, 520℃, 50분, 580℃, 10분, 580℃, 50분, 640℃, 30분, 640℃, 10분 및 670℃, 3분으로 한 경우에 대하여도 각각 행하였다. 이들의 열처리후에서의 열전도율은, 표9∼표11에 표시한 바와 같았다.

또한, 상기한 바와 같이 제2 후처리 및 제3 후처리를 실시한 것 중, 재가열조건을 520℃, 50분, 580℃, 30분 및 640℃, 30분으로 한 것에 대하여는, 아암 스테이형 만능시험기를 사용하여 인장시험을 행하고, 그들의 강도, 즉 0.2% 내력을 측정하였다. 그 결과는, 표12에 표시한 바와 같았다.

더욱이, 상기한 바와 같이 외경 10mm, 살두께 1mm의 관재로서 얻어진 것 중, 관재 No. 104, N0. 111, No. 210, N0. 212, N0. 215, N0. 217, N0. 301, N0. 402, No. 406, N0. 408 및 비교예의 관재 No. 501, N0. 503, N0. 512에 대하여, 다음과 같은 내식성의 확인시험을 하였다.

먼저, 상기 각 관재에, 상기 납땜용 열처리와 동일한 조건으로 열처리를 실시한 다음, 그 열처리 관재를 두께가 4mm로 되도록 편평화함으로써, 편평시험편을 얻었다. 그리고, 첫번째로, 각 편평시험편에 대하여, 다음과 같은 응력부식균열시험을 하였다. 즉, 각 편평시험편을 12%의 암모니아수를 넣은 데시케이터 (Desiccator)내의 기상부(氣相部)에 있어서 48시간 폭로시켜, 당해 편평시험편의 응력균열 길이를 측정하였다. 편평시험편의 최편평부분(最扁平部分), 즉, 곡률이 가장 작게 되어 있는 부분에 있어서, 그 종단면에서의 외면측의 균열 길이와 내면측의 균열 길이를 현미경으로 관찰, 측정하여, 외면측 균열 길이의 최대값과 내면측 균열 길이의 최대값의 합계를 응력부식균열 길이(mm)로 하였다. 또한, 두번째로, 각 편평시험편을 그 표면적이 100㎠으로 되도록 조정한 다음에, 75℃로 가온한 1% 황산의 용액 1L 및 1%의 염산의 용액 1L에 각각 48시간 침적하여, 침적전후에서의 편평시험편의 중량차, 즉, 용해에 의한 감량(mg)을 측정하였다. 이들의 결과는, 표13에 표시한 바와 같았다.

표5∼표7 및 표9∼표12로부터 이해되는 바와 같이, 가열관재에 제1∼제3 후처리를 실시한 경우, 납땜용 열처리만을 실시한 경우에 비하여 현저하게 열전도율이 향상하여 있고, 제1∼제3 열처리를 실시하여 둠으로써 열전도성의 비약적인 향상을 도모하는 것이 확인되었다. 또한, 제2 후처리를 실시한 경우와 제3 후처리를 실시한 경우에서 열전도성의 향상은 같은 정도이고, 재가열처리를 행하는 경우에 있어서는, 가열처리관재의 냉각속도는 열전도성의 향상에 영향을 주지 않고, 열전도성의 향상은 재가열조건에 의존하는 것이 확인되었다. 특히, 제3 후처리를 실시한 것에서는, 표12로부터 명백한 바와 같이, 열전도성뿐만 아니라, 강도(0.2% 내력)도 향상하여 있고, 재가열처리를 행하는 경우, 냉각속도가 큰 급냉을 행하는 것이 강도향상에 유효하다는 것이 확인되었다.

또한, 표13으로부터 명백한 바와 같이, 발명 합금재 No. 104, N0. 111, No. 210, N0. 212, N0. 215, N0. 217, N0. 301, N0. 402, N0. 406, N0. 408은, 비교예 합금재 No. 501, N0. 503, N0. 512에 비하여, 응력부식균열 길이가 극히 짧고, 또한 1% 황산 및 1% 염산의 어느쪽에 침적한 경우에도 용해에 의한 감량이 적어지고 있다. 이러한 점으로부터, 본 발명의 합금재가 결정입의 조대화에 의한 응력부식균열, 공식, 개미집 모양의 부식 등의 부식을 유효하게 방지, 억제할 수 있는 것이고, 내식성도 우수한 것임이 이해된다.

본 발명의 내열성 동합금재는, 고온도(600∼700℃ 이상)로 가열된 경우에도, 가열에 의해 결정입이 조대화되는 일이 없으므로, 가열후도 내력이나 동합금 본래의 특성(열전도성 등)이 저하하는 일이 없고, 결정입의 조대화에 의한 응력부식균열, 공식, 개미집 모양의 부식을 시작으로 하는 부식에 대하여도 이를 유효하게 방지, 억제할 수가 있다. 따라서, 본 발명의 내열성 동합금재에 의하면, 제작시 또는 사용시에 있어서 600∼700℃ 이상의 고온으로 쪼여지는(예를들면, 납땜에 의해 800℃ 전후로 가열되는) 열교환기의 전열관, 핀, 동판, 플랜지 등의 각종 제품, 부품에 대한 내구성 내지 내용수명(耐用壽命)을, 일반적인 인탈산동제의 것에 비하여, 대폭으로 향상시킬 수 있고, 응력부식균열, 공식, 개미집 모양의 부식 등의 부식을 발생시키는 조건하에 있어서도 충분한 내식성을 발휘시킬 수 있는 전열관 등을 제공할 수가 있다. 특히, 관재에 대하여는, HCFC계 프론 이외의 열매체 가스를 사용하는 열교환기의 전열관의 구성재로서 적합하게 사용할 수 있는 것이고, 주지의 내열성 동합금재를 사용하는 경우에 비하여, 용도의 대폭적인 확대가 기대된다. 또한, 판재에 대하여는, 급탕기, 공조기 등의 전열관에 설치되는 핀 등의 구성재로서 적합하게 사용할 수 있는 것이고, 주지의 내열성 동합금재를 사용한 경우에서의 문제(예를들면, 청소시 등에 있어서 핀이 근소한 외력에 의해 변형하여 열교환기의 열효율이 크게 손상되게 됨)를 해결하여, 판형상 제품, 부품의 기능, 내구성을 대폭으로 향상시킬 수가 있다. 이와같이, 본 발명에 의하면, 순간온수기, 급탕기, 온수기, 공조기, 냉동기, 라디에이터 등의 열교환기나 급탕시스템, 공조시스템, 냉동시스템 등에 장착되는 열교환기의 전열관 또는 배관(급수관, 급탕관, 가스배관), 그 밖의 각종 기기(전기적, 화학적 장치 등)의 배관, 또는 이들의 부속부품, 기기(냉난방절환용 사방밸브 등)등을 구성하는 관재, 판재, 봉재, 선재, 가공재(납땜, 용접, 절삭, 프레스 등에 의해 소정형상으로 가공한 것)로서 적합하게 사용되는 내열성 동합금재를 제공할 수가 있다.

Claims

0.15∼0.33 mass %의 Co와 0.041∼0.089 mass %의 P와 0.02∼0.25 mass %의 Sn과 0.01∼0.40 mass %의 Zn을, Co의 함유량 [Co] mass % 와 P의 함유량 [P] mass % 와 Sn의 함유량 [Sn] mass % 와 Zn의 함유량 [Zn] mass % 와의 사이에 2.4≤([Co] - 0.02)/[P]≤5.2 및 0.20≤[Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] ≤0.54의 관계를 갖도록 함유하고, 더욱이, 나머지부(殘部)가 Cu 및 불가피 불순물로 되는 합금조성을 이루는 관재(管材), 판재(板材), 봉재(棒材), 선재(線材) 또는 이들을 소정형상으로 가공한 가공재(加工材)인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
0.11∼0.31 mass %의 Co와 0.041∼0.089 mass %의 P와 0.02∼0.25 mass %의 Sn과 0.01∼0.40 mass %의 Zn과 0.01∼0.17 mass %의 Ni 및/또는 0.01∼0.15 mass %의 Fe를, Co의 함유량 [Co] mass % 와 P의 함유량 [P] mass % 와 Sn의 함유량 [Sn] mass % 와 Zn의 함유량 [Zn] mass % 와 Ni의 함유량 [Ni] mass % 와 Fe의 함유량 [Fe] mass % 와의 사이에 2.4≤([Co] +0.8[Ni] + 0.8[Fe] - 0.02)/[P]≤5.2, 0.20≤[Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] + 0.9[Ni] + 1.5[Fe]≤0.54, 0.15≤[Co] + 0.8[Ni] + 0.8[Fe]≤0.35, 1.2[Ni]＜[Co], 1.5[Fe]＜[Co] 및 [Ni] + [Fe]＜[Co]의 관계를 갖도록 함유하고, 더욱이 나머지부(殘部)가 Cu 및 불가피 불순물로 되는 합금조성을 이루는 관재, 판재, 봉재, 선재 또는 이들을 소정형상으로 가공한 가공재인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제1항에 있어서,

0.01∼0.20 mass %의 Mn 또는 0.001∼0.10 mass %의 Mg, Zr 또는 Y를, Mn의 함유량 [Mn] mass % 와 Mg의 함유량 [Mg] mass % 와 Y의 함유량 [Y] mass % 또는 Zr의 함유량 [Zr] mass % 와 상기 첨가원소의 함유량과의 사이에 0.20≤[Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] + 0.9[Ni] + 1.5[Fe] + [Mn] + [Mg] + [Y] + 3[Zr]≤0.54의 관계를 갖도록 더 함유하는 합금조성을 이루는 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제2항에 있어서,

0.01∼0.20 mass %의 Mn 또는 0.001∼0.10 mass %의 Mg, Zr 또는 Y를, Mn의 함유량 [Mn] mass % 와 Mg의 함유량 [Mg] mass % 와 Y의 함유량 [Y] mass % 또는 Zr의 함유량 [Zr] mass % 와 상기 첨가원소의 함유량과의 사이에 0.20≤[Co] + 0.5[P] + 0.9[Sn] + 0.1[Zn] + 0.9[Ni] + 1.5[Fe] + [Mn] + [Mg] + [Y] + 3[Zr]≤0.54의 관계를 갖도록 더 함유하는 합금조성을 이루는 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

불가피 불순물로서의 산소함유량이 0.0070 mass % 이하인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리를 한 후의 0.2% 내력이 55N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리를 한 후에 노냉(爐冷)한 것으로서, 그 노냉공정에 있어서 670℃에서 480℃로의 냉각속도를 1.5∼12℃/분으로 감속함으로써, 열전도율을 높인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리를 한 후에 노냉한 것으로서, 그 노냉공정이 완료하기 전 또는 후에 있어서 480∼670℃, 3∼100분의 조건으로 가열하는 재가열처리를 실시함으로써, 열전도율을 높인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

납땜처리 또는 이것과 동등조건의 가열처리를 한 후에 급냉(急冷)한 것으로서, 그 급냉공정의 완료후에 있어서 480∼670℃, 3∼100분의 조건으로 가열하는 재가열처리를 실시함으로써, 열전도율 및 강도를 높인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,

납땜되는 관재, 판재, 봉재, 선재 또는 이들을 소정형상으로 가공한 가공재인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제10항에 있어서,

열교환기의 전열관 또는 그 배관으로서 사용되는 이음매없는 동합금관 또는 용접 동합금관인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제10항에 있어서,

HCFC계 프론 이외의 열매체 가스를 사용하는 열교환기의 전열관 또는 그 배관을 구성하는 이음매없는 동합금관 또는 용접 동관인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.
제10항에 있어서,

열교환기에서의 판형상 부품 또는 이것과 전열관 또는 나머지의 판형상 부품을 연결하는 연결판의 구성재로서 사용되는 판재인 것을 특징으로 하는 내열성 동합금재.