KR20120084744A

KR20120084744A - 구리 합금 심리스관

Info

Publication number: KR20120084744A
Application number: KR1020127010277A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 안도; 히로카즈 다마가와
Original assignee: 스미토모 게이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-07-30
Also published as: WO2011052593A1; CN102575319B; CN102575319A; TW201130997A; TWI490349B; JP5534777B2; MY182025A; JP2011094174A

Abstract

본 발명은, 강도가 높고 또한 납땜에 의한 강도 저하가 적은 구리 합금 심리스관을 제공하는 것으로서, 구리 합금을 가공하여 얻어지는 구리 합금 심리스관이며, 상기 구리 합금은 Sn, Zn 및 Al 중의 1종 이상의 원소와, 0.01?0.08질량%의 Zr을 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며, 상기 구리 합금 중의 Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이, 하기 식 (1): (1) 0.4≤A＋2B≤ 0.85(식 중, A는 Sn, Zn 및 Al의 합계 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)를 만족하고, 상기 구리 합금 심리스관의 평균 결정 입도가 30㎛ 이하이며, 0.5?80㎚의 크기의 Zr계 석출물이 10?600개/㎛²로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관.

Description

구리 합금 심리스관{COPPER ALLOY SEAMLESS PIPE}

본 발명은, 에어컨용 열 교환기, 냉동기 등의 전열관 또는 냉매 배관에 사용되는 구리 합금제의 심리스관에 관한 것이다.

종래부터, 룸 에어컨, 패키지 에어컨 등의 에어컨용 열 교환기, 냉동기 등의 전열관 또는 냉매 배관에는, 심리스관이 많이 채용되어 있고, 강도나 가공성, 전열성 등의 모든 물성, 및 재료 및 가공 비용에 밸런스있는 인탈산구리관(JIS C1220T)이 사용되어 왔다.

최근, 이 열 교환기에서는, 중량의 저감 또는 비용 다운의 요구에 의해, 심리스관의 박육화가 필요로 되어, 종래의 인탈산구리관으로는 강도가 낮기 때문에, 박육화가 어려워, 이에 대신하여 구리 합금제의 심리스관의 개발이 요구되고 있다.

이러한 구리 합금제의 심리스관으로서, 국제공개 제2008/041777호 공보(특허문헌 1)에는, 가공성이 뛰어나고, 강도가 높고, 납땜에 의한 강도 저하가 적은, 구리 합금제의 심리스관이 개시되어 있다.

국제공개 제2008/041777호 공보(특허청구의 범위)

특허문헌 1에 의하면, 가공성이 뛰어나고, 강도가 높고, 납땜에 의한 강도 저하가 적은, 구리 합금제의 심리스관을 얻을 수 있는데, 성능 향상이 더한층 요구되고 있다. 특히, 열 교환기 등의 내압 강도 설계에 있어서는, 납땜 열 영향부의 재료 강도를 바탕으로 두께를 정하기 때문에, 납땜에 의한 열 강도 저하가 적은 것이, 열 교환기의 제작 시의 가공성을 양호하게 유지하면서, 전열관, 냉매관의 박육화를 가능하게 하므로, 강도가 더욱 높고 또한 납땜에 의한 강도 저하가 적은 구리 합금 심리스관이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은, 강도가 높고 또한 납땜에 의한 강도 저하가 적은 구리 합금 심리스관을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 종래 기술에 있어서의 과제를 해결하기 위하여, 예의 연구를 거듭한 결과, 구리 합금에, 특정한 원소를 특정한 함유량으로 함유시키고, 또한 구리 합금의 결정 입도, Zr계 석출물의 크기 및 분포 밀도를 적절하게 함으로써, 강도가 높고 또한 납땜에 의한 강도 저하가 적은 구리 합금 심리스관을 얻을 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키는데 이르렀다.

즉, 본 발명(1)은, 구리 합금을 가공하여 얻어지는 구리 합금 심리스관이며, 그 구리 합금은, Sn, Zn 및 Al 중의 1종 이상의 원소와, 0.01?0.08질량%의 Zr을 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며, 그 구리 합금 중의 Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이, 하기 식 (1):

(1) 0.4≤A＋2B≤0.85

(식 중, A는 Sn, Zn 및 Al의 합계 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)을 만족하고, 상기 구리 합금 심리스관의 평균 결정 입도가 30㎛ 이하이며, 0.5?80㎚의 크기의 Zr계 석출물이 10?600개/㎛²로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 강도가 높고 또한 납땜에 의한 강도 저하가 적은 구리 합금 심리스관을 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 3의 전조(form rolling) 가공후의 홈 형상을 나타내는 도면이다.

본 발명의 구리 합금 심리스관은, 구리 합금을 가공하여 얻어지는 구리 합금 심리스관이며, 상기 구리 합금은, Sn, Zn 및 Al 중의 1종 이상의 원소와, 0.01?0.08질량%의 Zr을 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며,

상기 구리 합금 중의 Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이, 하기 식 (1):

(1) 0.4≤A＋2B≤0.85

(식 중, A는 Sn, Zn 및 Al의 합계 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)을 만족하고, 상기 구리 합금 심리스관의 평균 결정 입도가 30㎛ 이하이며, 0.5?80㎚의 크기의 Zr계 석출물이 10?600개/㎛²로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관이다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금은, Sn, Zn 및 Al 중의 1종 이상과, 0.01?0.08질량%의 Zr을 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 구리 합금이며, 상기 구리 합금 중의 Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이, 하기 식 (1):

(1) 0.4≤A＋2B≤0.85

(식 중, A는 Sn, Zn 및 Al의 합계 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)을 만족하는 심리스관용의 구리 합금이다.

또한, 상기 구리 합금이, Sn, Zn 및 Al에 대해서는, Sn, Zn 및 Al 중의 1종만을 함유해도 되고, 혹은, Sn, Zn 및 Al 중의 2종 이상을 함유해도 된다. 그리고, 상기 구리 합금이, Sn, Zn 및 Al에 대해서, Sn, Zn 및 Al 중의 1종만을 함유할 경우는, A의 값은, 함유하는 1종의 원소의 함유량이며, Sn, Zn 및 Al 중의 2종 이상을 함유할 경우는, A의 값은, 함유하는 2종 이상의 원소의 합계 함유량이다.

또한, 상기 구리 합금은, 「Sn을 함유하고 또한 Zn 및 Al을 실질적으로 함유하지 않는, 즉, Sn의 함유량이 0.01질량％ 이상이고 또한 Zn의 함유량 및 Al의 함유량이 어느것이나 0.01질량％ 미만인 구리 합금」이거나, 「Zn을 함유하고 또한 Sn 및 Al을 실질적으로 함유하지 않는, 즉, Zn의 함유량이 0.01질량％ 이상이고 또한 Sn의 함유량 및 Al의 함유량이 어느것이나 0.01질량％ 미만인 구리 합금」이거나、「Al을 함유하고 또한 Sn 및 Zn을 실직적으로 함유하지 않는, 즉, Al의 함유량이 0.01질량％ 이상이고 또한 Sn의 함유량 및 Zn의 함유량이 어느것이나 0.01질량％ 미만인 구리 합금」이거나、「Sn 및 Zn을 함유하고 또한 Al을 실질적으로 함유하지 않는, 즉 Sn의 함유량 및 Zn의 함유량이 어느것이나 0.01질량% 이상이고 또한 Al의 함유량이 0.01질량% 미만인 구리 합금」이거나、「Sn 및 Al을 함유하고 또한 Zn을 실질적으로 함유하지 않는, 즉, Sn의 함유량 및 Al의 함유량이 어느것이나 0.01질량% 이상이고 또한 Zn의 함유량이 0.01질량%미만인 구리 합금」이거나、「Zn 및 Al을 함유하고 또한 Sn을 실질적으로 함유하지 않는, 즉, Zn의 함유량 및 Al의 함유량이 어느것이나 0.01질량% 이상이고 또한 Sn의 함유량이 0.01질량% 미만인 구리 합금」이거나, 「Sn의 함유량, Zn의 함유량 및 Al의 함유량이 어느것이나 0.01질량% 이상인 구리 합금」이어도 된다.

그리고, 본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금은, 바람직하게는, 하기 식(2):

(2) 0.40≤A

(식 중, A는, 상기와 같은 의미이다.)

를 만족하고, 또한, Zr의 함유량이 0.06질량% 이하인 심리스관용 구리 합금이다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금은, Zr과, Sn, Zn 및 Al 중의 어느 1종 또는 2종 이상의 원소를 필수 원소로서 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 구리 합금이다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 있어서, Sn, Zn 및 Al에는, 고용 강화에 의해 구리 합금의 강도를 향상시키는 효과 및 상온에서의 연성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 이들 원소의 경우, 비교적 저온에서 합금화할 수 있으므로, 제조 상 유리하다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 있어서, Zr에는, 석출 강화에 의해 구리 합금의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 또한, Zr에는, 납땜 온도가 과잉으로 높아지지 않는 전제에서는, Zr 석출물이 잔존하고, 결정 입자의 조대화를 억제함으로써, 강도 저하를 작게 하는 효과가 있다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금 중, Zr의 함유량은, 0.01?0.08질량%이다. 구리 합금 중의 Zr의 함유량이, 0.01질량% 미만이면, 결정 입자 조대화를 억제하는 효과가 작아, 납땜에 의한 강도 저하가 커지고, 또한, Sn, Zn 및 Al에 의한 고용 강화와 Zr에 의한 석출 강화를 합해도 구리 합금의 강화가 불충분해진다. 한편, 구리 합금 중의 Zr의 함유량이, 0.08질량%을 초과하면, 과잉의 석출 경화가 일어나, 가공성을 저하시키는 원인이 된다. 예를 들면, 엄격한 구부림 조건에 의한 헤어핀 구부림 가공이나, 관끝의 확관 가공의 가공성이 저하되는 등의 문제가 생긴다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금에서는, A＋2B는 0.4?0.85일 것, 즉, 하기 식 (1):

(1) 0.4≤A＋2B≤0.85를 만족한다.

구리 합금 중의 Zr의 함유량이 0.08질량% 이하여도, Sn, Zn 및 Al의 합계 함유량이 지나치게 많으면, 가공 경화가 현저해지고, 가공성, 특히, 냉간에서의 드로잉 가공성이 나빠져, 중간 소둔 공정을 추가할 필요가 생겨, 비용 증대를 초래함과 더불어, 시효 석출에 의해 미세하고 균일한 석출 상태를 얻기 위한, 냉간 가공에 의한 충분한 가공도를 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, A＋2B를 0.85이하로 할 필요가 있다. 또한, A＋2B를 0.4 이상으로 하고, 또한, Zr의 함유량을 0.01질량%이상으로 함으로써, 엄격한 가공성이 필요한 경우라도, 구리 합금 심리스관의 강도를 최저한 유지할 수 있다. 한편, A＋2B가 0.4미만이면, 구리 합금 심리스관의 강도가 부족하다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금에서는, 바람직하게는 A가 0.40이상일 것, 즉, 하기 식 (2):

(2) 0.40≤A

를 만족하고, 또한, Zr의 함유량이 0.06질량% 이하이며, 특히 바람직하게는 A가 0.43이상일 것, 즉, 하기 식 (2a):

(2a) 0.43≤A

를 만족하고, 또한, Zr의 함유량이 0.06질량% 이하이다. 본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금과 같이, Zr 등의 석출 강화 원소를 포함하는 구리 합금의 경우, 시효 석출에 의해 강도가 향상되는 한편, 연성 저하를 일으킨다. 본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금에서는, 연성의 저하에 의한 가공성의 저해를 억제하기 위해, Zr의 함유량의 상한을 0.08질량%로 하고 있는데, 엄격한 가공성이 필요한 경우, 예를 들면, 엄격한 구부림 조건에 의한 헤어핀 구부림 가공이나, 단끝의 확관 가공이나, 고성능화의 요구에 의해 난가공의 내면 홈 형상을 전조 가공에 의해 제작하는 경우 등에 있어서는, 충분한 가공성을 유지하기 위해서, Sn이나 Zn이나 Al을 적극적으로 첨가하는 것이 바람직하다. Sn, Zn 및 Al은, 상기와 같이, 상온에서의 연성을 향상시키는 효과가 있고, Zr의 함유량이 0.01?0.06질량%인 경우, Zr의 함유량을 0.06질량% 이하로 하고, 또한, Sn, Zn 및 Al의 합계량을 0.40질량% 이상으로 함으로써, 가공성 개선 효과를 발휘한다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금 중의 P의 함유량은, 0.004?0.040질량%인 것이 바람직하고, 0.015?0.030질량%인 것이 특히 바람직하다. 구리 합금이, P원소를 0.004질량% 이상 함유함으로써, 재료 중의 탈산이 충분한 것이 나타난다. 그리고, 구리 합금 중의 P의 함유량이, 지나치게 많으면, 구리 합금의 열 전도성이 낮아지므로, 전열관용인 경우는 특히, 구리 합금 중의 P의 함유량은, 0.040질량% 이하가 바람직하다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에서는, 상기 구리 합금의 평균 결정 입도는 30㎛ 이하이며, 또한, 크기가 0.5?80㎚인 Zr계 석출물의 분포 밀도가 10?600개/㎛²이다. 본 발명의 구리 합금 심리스관은, 열 교환기 등의 제조에 있어서, 납땜에 제공되는 심리스관이다. 이 납땜의 방법으로는, 노 내의 납땜, 수동 납땜을 들 수 있는데, 어느것이나, 납땜에 제공되는 심리스관은 극부적으로, 750?900℃의 온도에, 최장 900초간 노출되게 된다. 이 납땜 동안에, 미세한 Zr계 석출물의 재고용이 일어나므로, 구리 합금의 결정 입자는 조대화하여, 납땜에 의해 심리스관의 강도 저하가 일어난다.

여기서, 본 발명의 구리 합금 심리스관에서는, 납땜 전의 평균 결정 입도와, Zr계 석출물의 크기 및 분포 밀도를, 적절한 범위, 즉, 구리 합금의 평균 결정 입도는 30㎛ 이하로 하고, 또한, 크기가 0.5?80㎚인 Zr계 석출물의 분포 밀도를 10?600개/㎛²로 함으로써, 납땜에 의한 구리 합금 심리스관의 강도 저하를 억제할 수 있다. 미세한 Zr계 석출물이 분산되어 있으므로, 결정 입계의 이동을 핀 고정 효과로 억제하여, 결정 입자의 조대화를 억제하는 효과가 있다. 미세한 Zr계 석출물은, 납땜 가열 중에 부분적으로 고용되므로, 핀 고정 효과는 저감하고, 결정 입자 성장을 초래하는데, 본 발명의 구리 합금 심리스관에서는, 납땜 가열 전의 Zr계 석출물의 크기 및 분포 밀도를 적절한 범위로 함으로써, 납땜 가열에 의한 핀 고정 효과의 감소를 적게 할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 구리 합금 심리스관에서는, 납땜에 의해 고온으로 유지된 후에도, 결정 입자는 미세한 채로 유지됨과 더불어, 강도에 기여하는 Zr계 석출물의 분산 상태도 유지된다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금의 평균 결정 입도는, 30㎛ 이하이다. 상기 기술과 같이, 본 발명의 구리 합금 심리스관은, 납땜에 제공되므로, 시효 처리후 또한 납땜 전의 상기 구리 합금의 평균 결정 입도가, 30㎛ 이하이다. 구리 합금의 평균 결정 입도가 상기 범위를 초과하면, 아무리 Zr계 석출물의 분포 상태를 적정화하고, 결정 입자의 조대화를 억제할 수 있어도, 원래의 결정 입자가 크기 때문에, 납땜 후의 결정 입경은 바람직한 범위에서 벗어나게 된다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금의 Zr계 석출물은, Cu₃Zr, CuZr 등의 Zr과 Cu에 의해 구성되는 석출물 또는 Zr과 Cu와 다른 1종 이상의 금속 원소에 의해 구성되는 석출물이다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 있어서, 납땜 가열 후도 핀 고정 효과를 발휘하는 상기 Zr계 석출물의 크기는, 0.5?80㎚이다. 상기 Zr계 석출물의 크기가 상기 범위 미만이면, 납땜 가열 시에 재고용하여 소실되어 버리거나, 혹은 강도 향상에 기여하지 않는 크기까지 작아져 버린다. 또한, 상기 Zr계 석출물의 크기가 상기 범위를 초과하면, 납땜 가열 시의 결정 입계의 핀 고정 효과가 충분히 얻어지지 않는다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금에서는, 크기가 0.5?80㎚인 상기 Zr계 석출물의 분포 밀도는, 10?600개/㎛²이다. 상기 크기의 Zr계 석출물의 분포 밀도가 상기 범위 미만이면, 결정 입계의 핀 고정 효과를 충분히 얻기 위한 석출물의 수가 부족하고, 납땜 가열시에 결정 입자의 조대화가 일어나, 납땜 후의 강도가 저하된다. 또한, 상기 크기의 Zr계 석출물의 분포 밀도가 상기 범위를 초과해도 핀 고정 효과의 그 이상의 향상은 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 가공성을 저하시키는 원인도 되고, 헤어 핀 구부림 가공성이나 관끝 확관 가공성이 저하되어 버린다. 특히 결정 입계 핀 고정 효과에 효과적인 것은, 크기가 0.5?10㎚인 상기 Zr계 석출물의 분포 밀도가 100?600개/㎛²이다.

본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금에서는, 상기 범위 미만의 크기의 Zr계 석출물 또는 상기 범위를 초과하는 크기의 Zr계 석출물이 존재해도 된다. 즉, 구리 합금 중에, 상기 범위 미만의 크기의 Zr계 석출물 또는 상기 범위를 초과하는 크기의 Zr계 석출물이 존재하고 있어도, 상기 범위 내의 크기의 Zr계 석출물의 분포 밀도가 상기 범위 내이면 된다.

본 발명의 구리 합금 심리스관은, Zr계 석출물의 크기 및 분산 상태가 적절화되어 있으므로, 납땜에 의한 강도의 저하가 작다. 구체적으로는, 하기 식 (3)에 표시하는 강도 저하율이, 800℃에서 30초간의 가열 후에 있어서, 5% 이하인 것이 바람직하다. 800℃에서 30초간의 가열 후에 있어서, 강도 저하율이 5% 이하인 것이, 종래의 것에 비해 박육화를 가능하게 하기 위한 지표가 된다.

강도 저하율(%)＝((납땜 전의 강도－납땜 후의 강도)/납땜 전의 강도)×100 (3)

(식 (3) 중, 강도는, 인장 강도(단위:MPa)이다)

또한, 납땜 전 및 납땜 후의 인장 강도는 245MPa 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 구리 합금 심리스관은, Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이 적절화되어 있으므로, 가공성이 양호하다.

본 발명의 구리 합금 심리스관의 형태예로는, 내면 홈이 형성되어 있지 않은 내면 평활관(베어관) 및 내면 홈이 형성되어 있는 내면 홈이 있는 관이 있다.

본 발명의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에 대해서 기술한다. 본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법은, 심리스관이 내면 평활관인 경우의 제조 방법이다. 또한, 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법은, 심리스관이 내면 홈이 있는 관일 경우의 제조 방법이다.

본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법은, 주조 공정과, 열간 압출 공정과, 냉간 가공 공정과, 시효 처리를 순서대로 행하고,

상기 열간 압출 공정과 상기 시효 처리의 사이에는 중간 소둔 처리를 행하지 않고,

상기 냉간 가공 공정의 총 가공도가 90% 이상인,

구리 합금 심리스관의 제조 방법이다.

본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 주조 공정과, 상기 열간 압출 공정과, 상기 냉간 가공 공정과, 상기 시효 처리를 순서대로 행한다. 또한, 이들을 순서대로 행한다는 것은, 상기 주조 공정의 직후에 상기 열간 압출 공정을, 상기 열간 압출 공정의 직후에 상기 냉간 가공 공정을, 상기 냉간 가공 공정의 직후에 상기 시효 처리를 행한다는 것이 아니라, 상기 주조 공정보다 후에 상기 열간 압출 공정을, 상기 열간 압출 공정보다 후에 상기 냉간 가공 공정을, 상기 냉간 가공 공정보다 후에 상기 시효 처리를 행하는 것을 가리킨다.

또한, 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법은, 주조 공정과, 열간 압출 공정과, 냉간 가공 공정과, 중간 소둔 처리(A)와, 전조 가공 공정과, 시효 처리를 순서대로 행하고,

상기 열간 압출 공정과 상기 중간 소둔 처리(A)의 사이에는 중간 소둔 처리를 행하지 않고,

상기 냉간 가공 공정의 총 가공도가, 90% 이상인,

구리 합금 심리스관의 제조 방법이다.

본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 주조 공정과, 상기 열간 압출 공정과, 상기 냉간 가공 공정과, 상기 중간 소둔 처리(A)와, 상기 전조 가공 공정과, 상기 시효 처리를 순서대로 행한다. 또한, 이들을 순서대로 행한다는 것은, 상기 주조 공정의 직후에 상기 열간 압출 공정을, 상기 열간 압출 공정의 직후에 상기 냉간 가공 공정을, 상기 냉간 가공 공정의 직후에 상기 중간 소둔 처리(A)를, 상기 중간 소둔 처리(A)의 직후에 상기 전조 가공 공정을, 상기 전조 가공 공정의 직후에 상기 시효 처리를 행하는 것이 아니라, 상기 주조 공정보다 후에 상기 열간 압출 공정을, 상기 열간 압출 공정보다 후에 상기 냉간 가공 공정을, 상기 냉간 가공 공정보다 후에 상기 중간 소둔 처리(A)를, 상기 중간 소둔 처리(A)보다 후에 상기 전조 가공 공정을, 상기 전조 가공 공정보다 후에 상기 시효 처리를 행하는 것을 가리킨다.

본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법의 상기 주조 공정으로부터 상기 냉간 가공 공정까지와, 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법의 상기 주조 공정으로부터 상기 냉간 가공 공정까지는, 동일하다.

본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법 및 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에 관련된 상기 주조 공정은, 상법에 따라, 용해, 주조, 소정의 원소가 소정의 함유량으로 배합되어 있는 빌릿(billet)을 얻는 공정이다. 상기 주조 공정에서는, 예를 들면, 구리의 지금(地金) 및 본 발명의 구리 합금 심리스관에 관련된 상기 구리 합금의 함유 원소의 지금 또는 상기 함유 원소와 구리의 합금을, 본 발명의 구리 합금 심리스관의 구리 합금 중의 함유량이, 소정의 함유량이 되도록 배합하여, 성분 조정을 행하고, 이어서, 고주파 용해로 등을 이용하여, 빌릿을 주조한다.

Zr은 활성된 금속이므로, 용해 시의 산화 로스가 많아지기 때문에, 성분 조정에 있어서는, Zr의 용해 시의 산화 로스를 고려한 배합이 필요하다.

또한, 상기 주조 공정에서는, P를 배합함으로써, 용탕의 유동성이 높아지므로, 주조성이 높아지고, 가스 구멍 등의 주조 결함의 발생이 억제되고, 또한, 탈산 효과가 얻어지므로, 상기 Zr의 용해 시의 산화 로스를 적게 할 수 있다. 그리고, P의 배합량이 너무 많아지면, 구리 합금 중의 P원소의 함유량이 너무 많아지기 때문에, 열 전도성이 낮아진다. 이 때문에, 상기 주조 공정에서는, 구리 합금 중의 P함유량이, 0.004?0.040질량%가 되도록 P를 배합하는 것이 바람직하고, 0.015?0.030질량%이 되도록 P를 배합하는 것이 특히 바람직하다.

상세하게는, 상기 주조 공정에서는, 최종 공정인 상기 시효 처리를 행함으로써 얻어지는 심리스관의 화학 조성이, 본 발명의 구리 합금 심리스관의 화학 조성이 되도록, 상기 주조 공정을 행함으로써 얻어지는 상기 빌릿의 화학 조성을 조절한다. 상기 빌릿은, Sn, Zn 및 Al 중의 1종 이상의 원소와, 0.01?0.08질량%의 Zr을 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며, Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이, 하기 식 (1):

(1) 0.4≤A＋2B≤0.85

(식 중, A는 Sn, Zn 및 Al의 합계 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)를 만족한다.

바람직하게는, 상기 빌릿 중의 Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이, 또한, 하기 식 (2):

(2) 0.40≤A

(식 중, A는, 상기와 같은 의미이다.)

를 만족하고, 또한, Zr의 함유량이 0.06질량% 이하이다. 또한, 상기 빌릿은 P를 함유할 수도 있고, 그 경우의 P의 함유량은 0.004?0.04질량%이다.

본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법 및 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 이어서, 상기 주조 공정을 행함으로써 얻어진 빌릿을 열간 압출 가공하는 상기 열간 압출 공정을 행한다. 상기 열간 압출 공정에서는, 상기 열간 압출 가공 전에 상기 빌릿을 소정의 온도로 가열한 후, 상기 열간 압출 가공을 행한다. 상기 열간 압출 가공은, 맨드릴 압출에 의해 행해진다. 즉, 가열 전에, 냉간에서 미리 천공한 빌릿, 혹은, 압출 전에 열간에서 천공한 빌릿에, 맨드릴을 삽입한 상태에서, 열간 압출을 행하여, 심리스 열간 압출 소관을 얻는다.

상기 열간 압출 공정의 전에, 균질화 처리를 행할 수 있다. 또한, 상기 열간 압출 가공 전의 빌릿의 가열에, 균질화 처리를 겸할 수도 있다.

상기 열간 압출 공정을 행함으로써 얻어진 상기 심리스 열간 압출 소관을, 상기 열간 압출 공정 후, 신속하게 냉각한다. 상기 냉각은, 상기 심리스 열간 압출 소관을 수중(水中)으로 압출하는 것 또는 열간 압출 후의 상기 심리스 열간 압출 소관을 물 내에 투입함으로써, 행해진다. 상기 열간 압출 공정에서의 압출 완료 시부터 냉각 개시까지의 시간, 즉, 상기 빌릿이 압출 다이스를 통과하고 나서, 압출된 상기 심리스 열간 압출 소관이 최초로 냉각수에 접촉할 때까지의 시간이 너무 길면, 이 사이에 Zr의 석출이 일어난다. 그리고, 이 때의 석출물은, 상기 시효 처리 후에 석출하는 석출물에 비해, 크고 또한 분산 상태도 성기므로, 후의 납땜 가열 시의 결정 입계의 이동을 저지하는 효과가 없고, 또한, 후의 시효 처리에 의해 미세하게 석출하기 때문에 Zr을 소비하게 되어, 이러한 석출을 최대한 피해야 한다. 이 때문에, 압출 완료 시부터 냉각 개시까지 시간을 최대한 짧게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 압출 완료 시부터 냉각 개시까지 시간은, 2초 이하가 바람직하다.

본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법 및 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 이어서, 냉각 후의 심리스 압출 소관의 냉간 가공을 행하고, 관의 외경 및 두께를 줄이는 상기 냉간 가공 공정을 행한다. 상기 냉간 가공은, 압연 가공이나 추신 가공 등의 냉간 가공이다. 또한, 상기 냉간 가공 공정에서는, 상기 압연 가공이나 상기 추신 가공 등의 냉간 가공을, 복수회 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법 및 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서, 상기 냉간 가공 공정은, 냉간에서 행하는 가공 전체를 가리킨다.

상기 냉간 가공 공정의 후는, 본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법과, 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법이, 상이하므로, 각각 설명한다.

본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 냉간 가공 공정에 이어서, 상기 냉간 가공 공정을 행함으로써 얻어진 냉간 가공 후의 심리스 소관의 시효 처리를 행한다. 상기 시효 처리의 처리 온도는, 400?650℃의 온도이며, 400?650℃의 처리 온도에서 시효 처리를 행함으로써, 적절한 Zr계 석출물의 크기 및 분포 밀도나, 적절한 구리 합금의 결정 입도를 가지는 본 발명의 구리 합금 심리스관을 얻는다. 또한, 상기 시효 처리의 처리 온도 및 처리 시간은, 적절한 Zr계 석출물의 크기 및 분포 밀도나, 적절한 구리 합금의 결정 입도가 되도록, 적절히 선택된다.

또한, 상기 시효 처리를 행하기 위해서는, 상기 시효 처리를 행하기 전에, Zr을 구리 매트릭스에 고용시키기 위한 용체화 처리를 행할 필요가 있는데, 본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 열간 압출 공정 전의 가열에, 상기 용체화 처리를 겸하게 한다.

그리고, 본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 열간 압출 공정과 상기 시효 처리의 사이에, 중간 소둔 처리를 행하지 않고, 이 사이의 상기 냉간 가공 공정의 총 가공도(단면 감소율)를 90% 이상으로 한다. 또한, 상기 냉간 가공 공정의 총 가공도는, 상기 냉간 가공 공정에서 최초로 행하는 냉간 가공 전의 심리스 소관에 대한 상기 냉간 가공 공정에서 행하는 최후의 냉간 가공 후의 심리스 소관의 가공도를 가리키고, 하기 식 (4)에 표시하는 단면 감소율로 나타낸다.

단면 감소율(%)＝((관의 가공 전의 단면적－관의 가공 후의 단면적)/(관의 가공 전의 단면적))×100 (4)

본 발명의 제1의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 열간 압출 공정을 행한 후, 상기 시효 처리를 행하기 전까지의 사이에는, 중간 소둔 처리를 행하지 않고, 또한, 상기 냉간 가공 공정의 총 가공도를 상기 범위로 함으로써, 크기가 0.5?80㎚인 상기 Zr계 석출물을, 분포 밀도가 10?600개/㎛²이고, 바람직하게는, 크기가 0.5?10㎚인 상기 Zr계 석출물을, 분포 밀도가 100?600개/㎛²로 분포시킬 수 있고, 또한, 상기 시효 처리후의 결정 입도를 미세하게 하는 것, 즉, 상기 구리 합금의 평균 결정 입도를 30㎛ 이하로 할 수 있다. 냉간 가공에 의해 도입되는 가공 변형은, 상기 시효 처리에서의 Zr계 석출물의 석출 장소가 되므로, 상기 냉간 가공의 가공도를 크게 함으로써, 도입되는 가공 변형이 균일하고 또한 미세하게 되어, 미세하고 균일한 Zr계 석출물이 석출된다.

이와같이, 본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법을 행함으로써, 본 발명의 구리 합금 심리스관을 얻을 수 있다.

본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 냉간 가공 공정에 이어서, 상기 냉간 가공 공정을 행함으로써 얻어진 냉간 가공 후의 심리스 소관을, 500?850℃로 가열하는 상기 중간 소둔 처리(A)를 행한다. 상기 중간 소둔 처리(A)을 행함으로써, 상기 전조 가공 공정에서의 전조 가공을 하기 쉽게 한다. 상기 중간 소둔 처리(A)에 있어서의 유지 온도 및 유지 시간은, 상기 전조 가공 공정에 의해 소정의 내면 홈 형성의 가공이 가능해지는 최저한의 조건, 즉, 가능한한 온도를 낮게, 가능한한 시간을 짧게 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 중간 소둔 처리(A)를 행한 후, 상기 전조 가공 공정을 행할 때까지는, 다른 열처리를 행하지 않는다. 즉, 상기 중간 소둔 처리(A)는, 상기 전조 가공 공정 전의 열 처리이다.

본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 이어서, 상기 중간 소둔 처리(A)후의 심리스 소관을 전조 가공하는 상기 전조 가공 공정을 행한다. 상기 전조 가공은, 관 재료의 내면에, 내면 홈을 형성시키는 전조 가공을 행하는 공정이며, 상기 중간 소둔 처리(A) 후의 심리스 소관 내에, 외면에 나선형상의 홈 가공을 실시한 전조 플래그를 배치하고, 고속 회전하는 복수의 전조 볼에 의해, 관의 외측으로부터 가압하고, 관의 내면에 전조 플래그의 홈을 전사함으로써 행해진다(일본국 특허공개 2003-191006호 공보 참조). 또한, 통상, 상기 중간 소둔 처리(A)를 행한 후, 축경 가공을 행하고 나서, 상기 전조 가공 공정을 행한다.

본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 이어서, 상기 전조 가공 공정을 행함으로써 얻어진 전조 가공 후의 내면 홈이 있는 관의 시효 처리를 행한다. 상기 시효 처리의 처리 온도는, 400?650℃의 온도이며, 400?650℃의 처리 온도로 시효 처리를 행함으로써, 적절한 Zr계 석출물의 크기 및 분포 밀도나, 적절한 구리 합금의 결정 입도를 가지는 본 발명의 구리 합금 심리스관을 얻는다. 또한, 상기 시효 처리의 처리 온도 및 처리 시간은, 적절한 Zr계 석출물의 크기 및 분포 밀도나, 적절한 구리 합금의 결정 입도가 되도록, 적절히 선택된다.

또한, 상기 시효 처리를 행하기 위해서는, 상기 시효 처리를 행하기 전에, Zr을 구리 매트릭스에 고용시키기 위한 용체화 처리를 행할 필요가 있는데, 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 열간 압출 공정 전의 가열에, 상기 용체화 처리를 겸하게 한다.

그리고, 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 열간 압출 공정과 상기 중간 소둔 처리(A)의 사이에는 중간 소둔 처리를 행하지 않고, 이 사이의 상기 냉간 가공 공정의 총 가공도(단면 감소율)를 90% 이상으로 한다. 또한, 상기 냉간 가공 공정의 총 가공도는, 상기 냉간 가공 공정에서 최초로 행하는 냉간 가공 전의 심리스 소관에 대한 상기 냉간 가공 공정에서 최후에 행하는 냉간 가공 후의 심리스 소관의 가공도를 가리킨다.

본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에서는, 상기 열간 압출 공정을 행한 후, 상기 중간 소둔 처리(A)를 행하기 전까지의 사이에는, 중간 소둔 처리를 행하지 않고, 또한, 상기 냉간 가공 공정의 총 가공도를 상기 범위로 함으로써, 크기가 0.5?80㎚인 상기 Zr계 석출물을, 분포 밀도가 10?600개/㎛²이고, 바람직하게는, 크기가 0.5?10㎚인 상기 Zr계 석출물을, 분포 밀도가 100?600개/㎛²로 분포시킬 수 있고, 또한, 상기 시효 처리후의 결정 입도를 미세하게 하는 것, 즉, 상기 구리 합금의 평균 결정 입도를 30㎛ 이하로 할 수 있다. 냉간 가공에 의해 도입되는 가공 변형은, 상기 시효 처리에서의 Zr계 석출물의 석출 장소가 되므로, 상기 냉간 가공의 가공도를 크게 함으로써, 도입되는 가공 변형이 균일하고 또한 미세하게 되며, 미세하고 균일한 Zr계 석출물이 석출된다. 또한, 상기 중간 소둔 처리(A)를 행함으로써, 구리 합금은 재결정되는데, 그 재결정 입자를 가능한한 미세한 상태로 해 두기 위해서는, 이러한 균일하고 또한 미세한 가공 변형을 가능한한 유지시키기 위해서, 상기 열간 압출 공정을 행한 후, 상기 중간 소둔 처리(A)를 행하기 전까지의 사이에는 중간 소둔 처리를 행하지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법으로 행함으로써, 본 발명의 구리 합금 심리스관을 얻을 수 있다.

본 발명의 제1의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에 의해 제작된 본 발명의 구리 합금 심리스관(내면 평활관)은, 코일형상으로 감기고, 주로, 냉매 배관용으로 제공된다. 또한, 본 발명의 제2의 형태의 구리 합금 심리스관의 제조 방법에 의해 제작된 본 발명의 구리 합금 심리스관(내면 홈이 있는 관)은, 코일 형상으로 감기고, 열 교환기용의 전열관으로서 크로스 핀 튜브형 열 교환기의 제작에 제공된다.

<본 발명의 구리 합금 심리스관이, 크로스 핀 튜브형 열 교환기용의 전열관에 제공될 경우>

상기 크로스 핀 튜브형 열 교환기는, 공기측의 알루미늄 플레이트 핀과 냉매측의 전열관이, 일체로 부착되어 구성되어 있다.

상기 크로스 핀 튜브형 열 교환기의 제조 공정에 대해서 설명한다. 상기 크로스 핀 튜브형 열 교환기의 제조 공정에서는, 우선, 프레스 가공 등에 의해, 소정의 부착 구멍이 복수 형성된 알루미늄 플레이트 핀을 제작한다.

이어서, 얻어진 알루미늄 플레이트 핀을 적층한 후, 상기 부착 구멍의 내부에, 전열관을 삽입 통과시킨다. 상기 전열관은, 상기 전조 가공 공정에 의해 내면에 홈이 형성된 본 발명의 구리 합금 심리스관을, 정척 절단 및 헤어핀 구부림을 가공하여 제작된다.

이어서, 상기 전열관을, 상기 알루미늄 플레이트 핀에 확관 고착하고, 헤어핀 구부림 가공을 실시한 측과는 반대측의 전열관 단부를 확관 가공하고, U벤드(bend)관을 삽입 통과시킨 후, 납땜하여, 열 교환기를 제작한다.

이러한 제조 공정 중에서, 심리스관은, 헤어핀 구부림 가공이나 관끝 확관 가공이라고 하는 강가공이 실시되므로, 가공성이 양호한 것이 필요하다. 가공성이 양호한 것을 뒷받침하는 것으로서, 강도가 너무 높지 않은 것이 요구된다. 이를 위해서는, 심리스관에는, 납땜에 의한 강도 저하가 최대한 작은 것이 필요하다. 그리고, 본 발명의 구리 합금 심리스관은, 상기 기재와 같이, Zr계 석출물의 크기 및 분산 밀도가 적절화되어 있으므로, 납땜에 의한 강도 저하가 작다.

<본 발명의 구리 합금 심리스관이, 냉매 배관용에 제공될 경우>

냉매 배관으로는, 예를 들면, 이산화탄소 냉매를 이용한 급탕기에 있어서는, 히트 펌프 사이클을 구성하는 압축기, 증발기, 팽창 밸브, 방열기를 접속하는 배관에 이용된다. 이러한 배관 접속부에 있어서는, 한쪽의 관끝을 확관하고, 다른 한쪽의 관끝을 이 확관부에 삽입한 후, 납땜을 행함으로써 제작된다. 이 경우도, 전열관으로서 사용되는 경우와 마찬가지로, 관끝 확관 가공이라는 강가공이 실시되므로, 가공성이 양호한 것이 필요하다.

실시예

다음에, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 이는 단지 예시이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 구리 합금 심리스관 중, 내면 평활관의 예에 대해서 설명한다.

실시예 1(No. 1?9, 17?26) 및 비교예 1(No. 10?16)

Cu, Sn, Zn 및 Al의 지금 또는 스크랩, 및 Cu-Zr 모합금 및 Cu-P 모합금을 이용하여, 표 1에 표시하는 성분에 배합하고, 고주파 용해로를 이용하여 직경 254㎜의 주괴를 제조했다.

이어서, 상기 주괴를 930℃로 가열한 후, 이 온도에서, 열간 압출을 행하고, 외경 81㎜×두께 8㎜관(압출 소관)으로 했다. 또한, 열간 압출을, 수중(水中)으로 압출로 행했다. 또한, 열간 압출 전의 가열로 용체화 처리를 겸했다.

다음에, 냉간 압연 및 냉간 추신을 행하여, 외경 9.52㎜×두께 0.8㎜관(냉간 추신관)을 얻었다.

이어서, 배치로 내에서, 비산화성 분위기 중에서, 600℃에서 30분간의 시효 처리를 행하여, 심리스관을 얻었다.

또한, 열간 압출과 시효 처리의 사이에는, 중간 소둔을 행하지 않는다. 또한, 이 때, 냉간 압연 및 냉간 추신 합계의 냉간 가공도, 즉, 냉간 가공 공정의 총 가공도(단면 감소율)는 98.8%였다.

(평가)

1. 납땜 전의 심리스관의 조직

<평균 결정 입도>

실시예 1 및 비교예 1의 심리스관에 대해서, 관의 원주 방향 단면에 있어서, JIS H0501에 정해진 비교법을 이용하여 결정 입도를 측정하고, 임의의 10군데의 평균한 값을 평균 결정 입도로 했다. 그 결과를 표 2에 표시한다.

<Zr계 석출물의 분포 밀도>

투과형 전자 현미경 관찰에 의해, Zr계 석출물의 분포 밀도의 평가를 행했다.

전자 현미경 관찰용의 시료의 조정은, 상기 실시예 1 및 비교예 1의 심리스관에서 잘라낸 시료를, 우선 에머리(emery)지를 이용한 습식 연마에 의해 두께 0.2㎜로 하고, 그 후, 인산과 메탄올을 체적비 1:3의 비율로 혼합한 용액을 이용하여 전해 연마를 행하여 박막으로 했다.

그리고, 얻어진 박막을, 가속 전압 200kV로 투과형 전자 현미경 관찰을 행했다.

투과형 전자 현미경 관찰에서는, 배율 20000배로 촬영한 전자 현미경 사진의, 0.5㎛×0.4㎛의 시야에서, 크기 0.5?80㎚인 석출물의 수 및 크기 0.5?10㎚인 석출물의 수를 카운트했다. 석출물의 카운트 시에는, 두께가 같은 간섭 줄무늬를 이용한 막두께 측정법에 의해, 막두께 변화가 선형이라는 가정 하, 평균 막두께를 구하고, 체적율을 면적율로 환산했다.

또한, Zr계 석출물은 원반형상의 형태를 나타내는 것이 있고, 전자 현미경 사진에서는, 가늘고 긴 형상으로 촬영되는 것이 있다. 이 때문에, 1개의 석출물상에서 제일 긴 반경(장경)을 그 석출물의 크기로 했다.

또한, 석출물의 수를 카운트하는데 있어, 수가 200개를 초과하는 것에 대해서는, 0.5㎛×0.4㎛의 시야 내에서, 배율 10만배로 촬영한, 더 좁은 시야 0.1㎛×0.08㎛을 3군데, 임의로 선택하고, 그 시야에서 석출물의 카운트를 행하여, 그 평균치로 평가했다.

석출물의 밀도를 하기 랭크로 평가했다.

랭크 1 : 10개/㎛²미만

랭크 2 : 10?100개/㎛²

랭크 3 : 100?600개/㎛²

랭크 4 : 600개/㎛²초과

또한, 크기 0.5?80㎚인 석출물의 밀도는, 랭크 2, 랭크 3이 본 발명의 범위에 해당한다. 그 결과를 표 2에 표시한다.

2. 가공성

납땜 전의 심리스관을, 원뿔형상의 플래그에 의한 확관 시험에 의해, 가공성 시험을 행했다. 관끝의 외경을 확관 전의 외경의 3배까지 확관한 후도, 균열이 생기지 않은 것을 합격 「○」으로 하고, 균열이 생긴 것을 불합격 「×」로 했다. 그 결과를 표 2에 표시한다.

3. 납땜 전후의 기계적 성질

납땜 시의 관의 온도 상승과 동등한 조건으로서, 800℃에서 30초간의 가열을 행하고, 그 가열 전후의 기계적 성질(인장 강도와 신장)을 평가했다.

인장 시험에 의해 기계적 성질을 평가하고, JIS Z2241에 준하여, 인장 강도와 신장을 측정했다. 그 결과를, 표 3에 표시한다.

또한, 납땜 후의 심리스관의 조직의 평균 결정 입도를, 납땜 전의 심리스관의 조직의 평균 결정 입도의 측정과 동일하게 하여, 측정했다. 그 결과를, 표 3에 표시한다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

실시예 2(No. 27?29) 및 비교예 2(No. 30?32)

표 4에 표시하는 화학 성분의 주괴를 이용하여, 이어서, 상기 주괴를 930℃의 적절한 온도로 가열한 후, 이 온도에서, 열간 압출을 행하여, 외경 81㎜×두께 8㎜관(압출 소관)으로 했다. 또한, 열간 압출을, 수중(水中) 압출에 의해 행했다. 또한, 열간 압출 전의 가열로 용체화 처리를 겸했다.

이어서, 냉간 압연 및 냉간 추신을 행하여, 외경 9.52㎜×두께 0.8㎜관(냉간 추신관)을 얻었다.

다음에, 배치(batch)로 내에서, 비산화성 분위기 중에서, 표 4에 표시하는 처리 조건으로 시효 처리를 행하여, 심리스관을 얻었다.

또한, No. 27?31에서는, 열간 압출과 시효 처리의 사이에는, 중간 소둔을 행하지 않는다. No. 32에서는, 열간 압출과 시효 처리의 사이에서, 중간 소둔을 표 4에 표시하는 조건으로 행했다.

또한, 이 때, 냉간 압연 및 냉간 추신의 합계의 냉간 가공도, 즉, 냉간 가공 공정의 총 가공도(단면 감소율)을, 표 4에 표시한다. 또한, No. 32는, 중간 소둔 이후, 시효 처리까지의 합계의 냉간 가공도이다.

(평가)

납땜 전의 심리스관의 조직(평균 결정 입도, Zr계 석출물의 분포 밀도), 가공성 및 납땜 전후의 심리스관의 기계적 성질에 대해서는, 실시예 1 및 비교예 1과 동일하게 평가를 행했다. 그 결과를 표 5에 표시한다.

[표 4]

[표 5]

본 발명의 구리 합금 심리스관 중, 내면 홈이 있는 관의 예에 대해서 설명한다.

실시예 3(No. 33?38)

Cu, Sn, Zn 및 Al의 지금 또는 스크랩, 및 Cu-Zr 모합금 및 Cu-P 모합금을 이용하여, 표 6에 표시하는 화학 성분의 주괴를 이용하고, 이어서, 상기 주괴를 930℃로 가열한 후, 이 온도에서, 열간 압출을 행하여, 외경 81㎜×두께 8㎜관(압출 소관)으로 했다. 또한, 열간 압출을, 수중 압출로 행했다. 또한, 열간 압출 전의 가열로 용체화 처리를 겸했다.

이어서, 냉간 압연 및 냉간 추신을 행하여, 외경 9.5㎜×두께 0.5㎜관(냉간 추신관)을 얻었다.

이어서, 하기 조건으로 중간 소둔(A)을 행했다.

<중간 소둔(A)의 조건>

500℃부터 730℃까지의 최소 승온 속도:10℃/초

최고 도달 온도:800℃

750℃?800℃에서의 유지 시간:2초

730℃부터 500℃까지의 최소 냉각 속도:10℃/초

이어서, 전조 가공을 행하여, 외경 7㎜의 내면 홈이 있는 관을 얻었다. 얻어진 내면 홈이 있는 관의 치수 제원을 표 8에 표시한다.

또한, 열간 압출과 중간 소둔(A)의 사이에는, 중간 소둔을 행하지 않는다. 또한, 이 때, 냉간 압연 및 냉간 추신의 합계의 냉간 가공도, 즉, 냉간 가공 공정의 총 가공도(단면 감소율)는 99.2%였다.

(평가)

납땜 전의 심리스관의 조직(평균 결정 입도, Zr계 석출물의 분포 밀도), 가공성 및 납땜 전후의 심리스관의 기계적 성질에 대해서는, 실시예 1 및 비교예 1과 동일하게 평가를 행했다. 그 결과를 표 7에 표시한다.

[표 6]

[표 7]

[표 8]

(실시예 1, 비교예 1)

No. 1?9, 17?26은, 본 발명예이다. 납땜 전의 결정 입도, 0.5?80㎚ 사이즈의 석출물의 밀도가 적정하기 때문에, 가공성, 납땜 전후의 강도, 납땜 후의 강도 저하율이 양호했다.

No. 1?5, 7?9, 17?26은, 또한, 0.5?10㎚ 사이즈의 석출물의 밀도도 양호했다.

No. 18은, P함유량이 높기 때문에, No. 2와 비교하여, 전도율이 약간 낮아지고, 열 전도율이 약간 떨어졌다.

No. 17은, P함유량이 낮기 때문에, No. 2와 비교하여, 탈산이 충분하지 않고, 수소 취화 발생의 가능성이 No. 2와 비교하여 높아지므로, 사용상 바람직하지 못하다.

No. 10?12은, Zr 함유량이 너무 높기 때문에, 0.5?80㎚ 사이즈의 석출물의 밀도가 너무 높아져, 가공성이 양호하지 않았다.

No. 13은, Zr 함유량이 너무 낮기 때문에, 0.5?80㎚ 사이즈의 석출물의 밀도가 너무 낮아져, 납땜 가열 시에 결정 입자가 조대화하여, 강도가 낮았다.

No. 14, 15는, A＋2B의 값이 너무 낮기 때문에, 강도가 낮았다.

No. 16은, A＋2B의 값이 너무 높기 때문에, 가공성이 낮았다.

(실시예 2, 비교예 2)

No. 27?29는, 본 발명예이다. 납땜 전의 결정 입도, 0.5?80㎚ 사이즈의 석출물의 밀도가 적정하기 때문에, 가공성, 납땜 전후의 강도, 납땜 후의 강도 저하율이 양호했다.

No. 30은, 0.5?80㎚ 사이즈의 석출물의 밀도가 너무 낮기 때문에, 납땜 가열 시에 결정 입자가 조대화하여, 강도 저하도 컸다.

No. 31은, 0.5?80㎚ 사이즈의 석출물의 밀도가 너무 높기 때문에, 가공성이 낮았다.

No. 32는, 납땜 전의 결정 입경이 너무 크기 때문에, 석출물의 밀도는 적정해도, 납땜 후의 결정 입도가 크고, 강도가 낮아졌다.

(실시예 3)

No. 33?38은, 본 발명예이다. 납땜 전의 결정 입도, 0.5?80㎚ 사이즈의 석출물의 밀도가 적정하기 때문에, 가공성, 납땜 전후의 강도, 납땜 후의 강도 저하율이 양호했다.

<산업상의 이용 가능성>

열 교환기 등의 내압 강도 설계에 있어서는, 납땜 열 영향부의 재료 강도를 바탕으로 관의 두께를 정한다. 그리고, 본 발명의 구리 합금 심리스관은, 강도가 높고 또한 납땜에 의한 강도 저하가 적으므로, 본 발명에 의하면, 전열관, 냉매관의 박육화가 가능해짐과 더불어, 납땜 열 영향이 없는 부분에서, 불필요한 강도 향상이 없고, 그 반증으로서의 가공성 저하가 억제됨으로써, 양호한 가공성을 확보하는 것이 가능해진다.

t : 두께 h : 핀 높이
α : 핀 꼭지각

Claims

구리 합금을 가공하여 얻어지는 구리 합금 심리스관으로서,
상기 구리 합금은, Sn, Zn 및 Al 중의 1종 이상의 원소와, 0.01?0.08질량%의 Zr을 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며,
상기 구리 합금 중의 Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이, 하기 식(1):
(1) 0.4≤A＋2B≤0.85
(식 중, A는 Sn, Zn 및 Al의 합계 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)을 만족하고,
상기 구리 합금 심리스관의 평균 결정 입도가 30㎛ 이하이며,
0.5?80㎚의 크기의 Zr계 석출물이 10?600개/㎛²로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관.
청구항 1에 있어서,
Sn의 함유량이 0.01질량% 이상이고 또한 Zn의 함유량 및 Al의 함유량이 모두 0.01질량% 미만인 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관.
청구항 1에 있어서,
Zn의 함유량이 0.01질량% 이상이고 또한 Sn의 함유량 및 Al의 함유량이 모두 0.01질량% 미만인 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관.
청구항 1에 있어서,
Al의 함유량이 0.01질량% 이상이고 또한 Sn의 함유량 및 Zn의 함유량이 모두 0.01질량% 미만인 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관.
청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리 합금 중의 Sn, Zn, Al 및 Zr의 함유량이, 또한, 하기 식 (2):
(2) 0.40≤A
(식 중, A는, 상기와 같은 뜻이다)
를 만족하고, 또한, Zr의 함유량이 0.06질량% 이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관.
청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서,
P의 함유량이 0.004?0.04질량%인 것을 특징으로 하는 구리 합금 심리스관.