KR20150122664A - 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관 - Google Patents

전열관용 구리 합금 이음매 없는 관 Download PDF

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KR20150122664A
KR20150122664A KR1020157023350A KR20157023350A KR20150122664A KR 20150122664 A KR20150122664 A KR 20150122664A KR 1020157023350 A KR1020157023350 A KR 1020157023350A KR 20157023350 A KR20157023350 A KR 20157023350A KR 20150122664 A KR20150122664 A KR 20150122664A
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가부시키가이샤 유에이씨제이
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Abstract

구리 합금을 가공하여 얻어지는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관으로서, 상기 구리 합금은, Sn과, 0.01~0.08질량%의 Zr과, 0.004~0.04질량%의 P를 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지고, 상기 구리 합금 중의 Sn 및 Zr의 함유량이, 하기 식(1)：(1) 0.4≤A＋2B≤0.85(식 중, A는 Sn의 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)를 만족하고, 상기 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관의 전기 전도도가, 하기 식(2)：(2) ρ2－ρ1≥0.3(%IACS)(식 중, ρ1은 용체화 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ2는 시효 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)을 만족하는 것을 특징으로 하는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관. 본 발명에 의하면, 강도가 높고, 납땜에 의한 강도 저하가 적으며, 내크리프 변형 특성이 높고 또한 중간 온도 취성의 억제 효과가 높은 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관을 제공할 수 있다.

Description

전열관용 구리 합금 이음매 없는 관{COPPER ALLOY SEAMLESS TUBE FOR HEAT TRANSFER TUBE}
본 발명은 공조기용 열 교환기, 냉동기용 열 교환기 등의 전열관 또는 냉매 배관에 이용되는 구리 합금제의 이음매 없는 관에 관한 것이다.
종래부터, 룸 에어콘, 패키지 에어콘 등의 공조기, 냉동기 등에 이용되는 열 교환기의 전열관에는, 구리 합금제의 이음매 없는 관이 많이 채용되고 있고, 강도나 가공성, 전열성 등의 모든 물성 및 재료 및 가공 코스트에 밸런스가 잡힌 인탈산 구리관(JISC1220T)이 사용되어 왔다.
최근, 이들 열 교환기에서는, 중량의 저감 또는 비용 다운의 요구에 의해, 이음매 없는 관의 박육화가 필요해지고, 종래의 인탈산 구리관은 강도가 낮기 때문에, 박육화가 어려워, 이를 대신하는 구리 합금 제의 이음매 없는 관의 개발이 요구되고 있다.
여기서, 고용 강화형의 구리 합금으로, 특허 문헌 1에는, Sn을 첨가한 구리 합금이 제안되어 있다. 또한, 고용 강화 및 석출 강화형 구리 합금으로는, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3에, Sn 및 Zr을 첨가한 구리 합금이 제안되어 있다.
일본국 특허공개 2003－268467호 공보(특허 청구의 범위) WO2008/041777호 공보(특허 청구의 범위) 일본국 특허공개 2011－94174호 공보(특허 청구의 범위)
공조기용 열 교환기, 냉동기용 열 교환기 등의 전열관 또는 냉매 배관에 이용되는 구리 합금 이음매 없는 관은, 열 팽창 및 열 수축의 반복에 따르는 열 피로에 의해서, 피로 균열이 발생할 위험성이 있다. 또한, 열 팽창에 따라 이음매 없는 관에 장력이 발생하여, 사용 온도에 따라서는 크리프 변형이 발생할 위험성이 있다.
이 때문에, 공조기용 열 교환기, 냉동기용 열 교환기 등의 전열관 또는 냉매 배관에 이용되는 구리 합금 이음매 없는 관에는, 「강도가 높다」및 「납땜에 의한 강도 저하가 적다」에 추가하여, 내열 피로 균열 발생 특성 및 내크리프 변형 특성이 갖춰져 있는 것이 요구된다.
그런데, 인용 문헌 1과 같은, Sn을 첨가한 고용 강화형의 구리 합금 제의 이음매 없는 관에는, 중간 온도 취성이 있어, 취성 온도역에 있어서 열 피로, 크리프 파괴를 일으키기 쉽다. 열 교환기의 제조시, 이음매 없는 관에 장력이 작용한 상태에서 납땜 등의 가열을 함으로써, 중간 온도 취성이 발생하여, 취화 균열을 일으키기 쉽다.
중간 온도 취성을 증진시키는 인자로는, S 및 H가 있고, S 및 H의 함유량을 극한까지 낮춤으로써, 어느 정도의 중간 온도 취성은 억제할 수 있지만, 충분하지는 않다. 또한, S의 함유량을 극한까지 낮추기 위해서는 고순도의 지금(地金)을 사용할 필요가 있어, 비용면에서 바람직하지 않다. 또한, H의 함유량을 극한까지 낮추기 위해서는 장시간의 용탕 처리가 필요, 분위기 컨트롤을 행한 용해 주조가 필요한 등, 비용면에서 바람직하지 않다.
이 때문에, 통상의 레벨(극한까지 낮추지 않는 레벨)의 S 및 H의 함유량이라도, 중간 온도 취성을 효과적으로 억제시키는 것이 바람직하다. 또한, 통상의 레벨(극한까지 낮추지 않는 레벨)의 S 및 H의 함유량이란, S가 0.0005~0.0008질량% 정도이며, H가 0.0002~0.0010질량% 정도이다.
한편, 특허 문헌 2및 특허 문헌 3과 같은, Sn 및 Zr를 첨가한 고용 강화 및 석출 강화형의 구리 합금제의 이음매 없는 관에서는, Zr의 첨가에 의해, 강도가 높은 것 및 납땜에 의한 강도 저하가 적은 것에 추가하여, 중간 온도 취성의 발현을 어느 정도 억제할 수 있다.
그러나, 더욱 더 내열 피로 균열 발생 특성의 향상 및 내크리프 변형 특성의 향상이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 강도가 높고, 납땜에 의한 강도 저하가 적으며, 내크리프 변형 특성이 높고, 또한, 중간 온도 취성의 억제 효과가 높은 전열관용의 구리 합금 이음매 없는 관을 제공하는 것에 있다.
본 발명자 등은, 상기 종래 기술에 있어서의 과제를 해결하기 위해, 예의 연구를 거듭한 결과, 구리 합금에 Sn 및 Zr을 특정의 함유량으로 함유시키고, 또한, Zr을 구리 합금 중에 적절한 상태로 존재시킴으로써, 강도가 높고, 납땜에 의한 강도 저하가 적으며, 내크리프 변형 특성이 높고, 또한, 중간 온도 취성의 억제 효과가 높은 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관을 얻을 수 있는 것을 찾아내, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
즉, 본 발명 (1)은, 구리 합금을 가공하여 얻어지는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관이며, 그 구리 합금은, Sn과, 0.01~0.08질량%의 Zr과, 0.004~0.04질량%의 P를 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지고, 그 구리 합금 중의 Sn 및 Zr의 함유량이, 하기 식(1)：
(1) 0.4≤A＋2B≤0.85
(식 중, A는 Sn의 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)을 만족하고, 그 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관의 전기 전도도가, 하기 식(2)：
(2) ρ2－ρ1≥0.3(%IACS)
(식 중, ρ1은 용체화 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ2는 시효 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)를 만족하는 것을 특징으로 하는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명 (2)는, 구리 합금을 가공하여 얻어지는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관이며, 그 구리 합금은, Sn과, 0.01~0.08질량%의 Zr과, 0.004~0.04질량%의 P를 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지고, 그 구리 합금 중의 Sn 및 Zr의 함유량이, 하기 식 (1)：
(1) 0.4≤A＋2B≤0.85
(식 중, A는 Sn의 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)을 만족하고, 그 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관의 전기 전도도가, 하기 식(3)：
(3) ρ4－ρ3≥0.3(%IACS)
(식 중, ρ3은 950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ4는 550℃에서 60분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)를 만족하는 것을 특징으로 하는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 강도가 높고, 납땜에 의한 강도 저하가 적으며, 내크리프 변형 특성이 높고, 또한, 중간 온도 취성의 억제 효과가 높은 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관을 제공할 수 있다.
본 발명의 제1의 형태의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(이하, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1)이라고도 기재한다)은, 구리 합금을 가공하여 얻어지는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관이며, 그 구리 합금은, Sn과, 0.01~0.08질량%의 Zr과, 0.004~0.04질량%의 P를 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지고, 그 구리 합금 중의 Sn 및 Zr의 함유량이, 하기 식(1)：
(1) 0.4≤A＋2B≤0.85
(식 중, A는 Sn의 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)을 만족하고, 그 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관의 전기 전도도가, 하기 식(2)：
(2) ρ2－ρ1≥0.3(%IACS)
(식 중, ρ1은 용체화 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ2는 시효 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)를 만족하는 것을 특징으로 하는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관이다.
본 발명의 제2의 형태의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(이하, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)이라고도 기재한다)은, 구리 합금을 가공하여 얻어지는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관이며, 그 구리 합금은, Sn과, 0.01~0.08질량%의 Zr과, 0.004~0.04질량%의 P를 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지고, 그 구리 합금 중의 Sn 및 Zr의 함유량이, 하기 식(1)：
(1) 0.4≤A＋2B≤0.85
(식 중, A는 Sn의 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)를 만족하고, 그 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관의 전기 전도도가, 하기 식(3)：
(3) ρ4－ρ3≥0.3(%IACS)
(식 중, ρ3은 950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ4는 550℃에서 60분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)를 만족하는 것을 특징으로 하는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관이다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1)과 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)은, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1)의 전기 전도도가, 식(2)를 만족하는데 대하여, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)의 전기 전도도가, 식(3)을 만족하는 점이 상이한 것 이외는 같다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 및 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)은, 공조기용 열 교환기, 냉동기용 열 교환기, 자연 가스 냉매 히트 펌프식 열 교환기 등의 전열관 또는 냉매 배관으로서 이용되는 이음매 없는 관이며, 구리 합금으로 이루어지는 구리 합금제의 이음매 없는 관, 즉, 전열관용의 구리 합금제의 이음매 없는 관이다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)에 관련된 구리 합금은, Sn, Zr 및 P를 필수 원소로서 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 구리 합금이다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)에 있어서, Sn에는, 고용 강화에 의해 구리 합금의 강도를 향상시키는 효과 및 상온에서의 연성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 이들 원소의 경우, 비교적 저온에서 합금화할 수 있으므로, 제조상 유리하다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)에 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 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)에 관련된 구리 합금 중, Zr의 함유량은 0.01~0.08질량%이다. 구리 합금 중의 Zr의 함유량이, 0.01질량% 미만이면, 결정 입자 조대화를 억제하는 효과가 작고, 납땜에 의한 강도 저하가 커지고, 또한, Sn에 의한 고용 강화와 Zr에 의한 석출 강화를 합해도 구리 합금의 강화가 불충분해진다. 한편, 구리 합금 중의 Zr의 함유량이, 0.08질량%를 초과하면, 과잉 석출 경화가 일어나, 가공성을 저하시키는 원인이 된다. 특히, 냉간에서의 전조 가공성이 나빠진다. 그 결과, 관 내면의 나선홈 형상의 전사가 불충분해져, C1220에서 얻어진 것과 같은 전열 성능을 얻기 어려워진다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)에 관련된 구리 합금 중의 Sn의 함유량을 A(질량%), Zr의 함유량을 B(질량%)로 하면, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관에 관련된 구리 합금에서는, A＋2B는 0.4이상 0.85이하인 것, 즉, 하기 식(1)：
(1) 0.4≤A＋2B≤0.85
를 만족하고,
바람직하게는 A＋2B는 0.42 이상 0.83 이하인 것, 즉, 하기 식(1a)：
(1a) 0.42≤A＋2B≤0.83
을 만족한다. A＋2B를 상기 범위 내로 하고, 또한, Zr의 함유량을 0.01~0.08질량%로 함으로써, 엄격한 가공성이 필요한 경우에도, 이음매 없는 관의 강도를 최저한 유지할 수 있다. 한편, A＋2B가, 상기 범위 미만이면, 이음매 없는 관의 강도가 부족하고, 또한, 상기 범위를 초과하면, 냉간 가공성이 현저하게 낮아진다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)에 관련된 구리 합금 중의 P의 함유량은, 0.004~0.04질량%이며, 바람직하게는 0.015~0.030질량%이다. 구리 합금이, P원소를 0.004질량% 이상 함유함으로써, 재료 중의 탈산이 충분한 것이 나타난다. 그리고, 구리 합금 중의 P의 함유량이, 너무 많으면, 구리 합금의 열 전도성이 낮아지므로, 구리 합금 중의 P의 함유량은 0.040질량% 이하이다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1)의 전기 전도도에 대해서는, ρ2－ρ1이 0.3이상인 것, 즉, 하기 식(2)：
(2) ρ2－ρ1≥0.3(%IACS)
(식 중, ρ1은 용체화 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ2는 시효 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)를 만족하고, 바람직하게는ρ2－ρ1은 0.5 이상 20 이하인 것, 즉, 하기 식(2a)：
(2a) 0.5≤ρ2－ρ1≤20
를 만족한다. 또한, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)의 전기 전도도에 대해서는, ρ4－ρ3이 0.3 이상인 것, 즉, 하기 식(3)：
(3) ρ4－ρ3≥0.3(%IACS)
(식 중, ρ3은 950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ4는 550℃에서 60분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)를 만족하고, 바람직하게는 ρ4－ρ3은 0.5 이상 20 이하인 것, 즉, 하기 식(3a)：
(3a) 0.5≤ρ4－ρ3≤20를 만족한다.
본 발명에 있어서, 용체화 처리란, 용해 및 주조 공정에서의 주괴의 냉각 과정에서 정출(晶出)한 Zr계 금속간 화합물을 충분히 고용시키는 처리를 가리키고, 또한, 시효 처리란, Zr계 금속간 화합물을 석출시키는 처리를 가리킨다. 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관은, 「용해 및 주조 공정→열간 압출 공정→냉간 가공 공정→필요에 따라서 중간 소둔 처리 및 전조 공정→시효 처리」의 순으로 행하여 제조된다. 그리고, 이러한 제조 공정에서는, 열간 압출 공정에 있어서의 가열이, 용해 및 주조 공정에서의 주괴의 냉각 과정에서 정출한 Zr계 금속간 화합물을 충분히 고용시키는 용체화 처리가 된다.
구리 합금제 이음매 없는 관에 있어서는, 용해 및 주조 공정에서의 주괴의 냉각 과정에서 정출한 Zr이, 용체화 처리에서 충분히 고용하지 않으면, Zr의 함유량에 알맞은 강도를 얻기 위한, 시효 처리에서 석출하는 미세한 석출물의 양 및 분포가 적정하게 되지 않는다. 또한, 용체화 처리에서 고용할 수 없는 Zr계 정출물은, 강도 향상에 기여하지 않을 뿐만 아니라, 후의 냉간 가공 공정, 전조 공정, 열 교환기 제작시의 굽힘 가공 공정에서의 가공성을 저해하게 된다. 또한, 고용한 Zr은, 주조시의 응고 과정 또는 용체화 처리에 있어서, S와 화합물을 생성함으로써 S를 트랩하고, 또한, 열간 압출시에 입계 보이드를 형성시키는 H를 트랩함으로써, 내크리프 변형 특성을 향상시켜, 중간 온도 취성을 억제한다. 이와 같이, 용체화 처리 후에 고용하고 있는 Zr은, 후 공정인 시효 처리에 의한 석출 강화에 기여할 뿐만 아니라, 내크리프 변형 특성의 향상, 중간 온도 취성의 억제에 기여한다. 또한, 시효 처리에서의 Zr의 석출 상태를 적절한 것으로 함으로써, 중간 온도 취성의 억제 효과가 높아진다.
그런데, 용체화 처리에서의 Zr의 고용 상태 및 시효 처리에서의 Zr의 석출 상태를, 정량적으로 하는 것은 어렵다. 여기서, 본 발명자 등은, 예의 검토를 거듭한 결과, 용체화 처리 후의 전기 전도도와 시효 처리 후의 전기 전도도의 차(ρ2－ρ1)에 의해, 용체화 처리에서의 Zr의 고용 상태 및 시효 처리에서의 Zr의 석출 상태의 파악을 할 수 있고, ρ2－ρ1을 특정 범위로 규정함으로써, 내크리프 변형 특성을 향상시켜, 중간 온도 취성을 억제할 수 있는 것을 찾아냈다. 즉, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1)의 전기 전도도에 대해서는, ρ2－ρ1이 0.3이상인 것, 즉, 하기 식(2)：
(2) ρ2－ρ1≥0.3(%IACS)
을 만족하고, 바람직하게는 ρ2－ρ1이 0.5이상 20이하인 것, 즉, 하기 식(2a)：
(2a) 0.5≤ρ2－ρ1≤20
을 만족한다. ρ2－ρ1이 상기 범위 내이므로, 내크리프 변형 특성을 향상시켜, 중간 온도 취성을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명자 등은, 950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도와 550℃에서 60분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도의 차(ρ4－ρ3)에 의해, 용체화 처리에서의 Zr의 고용 상태 및 시효 처리에서의 Zr의 석출 상태를 파악을 할 수 있고, ρ4－ρ3을, 특정의 범위로 규정함으로써, 내크리프 특성 변형을 향상시켜, 중간 온도 취성을 억제할 수 있는 것을 찾아냈다. 즉, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)의 전기 전도도에 대해서는, ρ4－ρ3이 0.3이상인 것, 즉, 하기 식(3)：
(3) ρ4－ρ3≥0.3(%IACS)
을 만족하고, 바람직하게는 ρ4－ρ3은 0.5이상 20이하인 것, 즉, 하기 식(3a)：
(3a) 0.5≤ρ4－ρ3≤20
을 만족한다. ρ4－ρ3이 상기 범위 내이므로, 내크리프 변형 특성을 향상시켜, 중간 온도 취성을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험이란, 시험 대상이 되는 구리 합금 이음매 없는 관을 950℃±25℃에서 10분간의 가열을 한 후 수냉한다고 하는 시험이며, 먼저, 질소 가스 분위기, 950±25℃로 설정된 전기로 내에, 시험 대상을 장입하고, 노 내 온도가 950℃로 복귀한 후, 950℃±25℃에서 10분간 유지하고, 이어서, 950℃부터 즉각 수냉함으로써 행해진다. 그리고, 950℃에서 10분간 가열-수냉 시험 후의 시험 대상의 전기 전도도(%IACS)를 측정하여, ρ3을 구한다.
또한, 본 발명에 있어서, 550℃에서 60분간의 가열-수냉 시험이란, 시험 대상이 되는 구리합금 이음매 없는 관을, 950℃에서 10분간의 가열과 수냉을 행한 후, 이어서, 550℃±10℃에서 60분간의 가열을 한 후 수냉한다고 하는 시험이며, 먼저, 시험 대상을, 950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험과 동일하게 하여, 950℃±25℃에서 10분간 가열한 후 950℃에서 즉각 수냉하고, 이어서, 950℃에서 10분간의 가열과 수냉을 행한 시험 대상을, 염욕로 내에 장입하고, 550℃±10℃에서 60분간 유지하고, 이어서, 즉시 수냉함으로써 행해진다. 그리고, 550℃±10℃에서 60분간 가열-수냉 시험 후의 시험 대상의 전기 전도도(%IACS)를 측정하여, ρ4를 구한다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리합금 이음매 없는 관(2)에 관련된 구리 합금은, S원자를 더 함유해도 된다. 본 발명의 전열관용 구리합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)에 관련된 구리 합금이, S를 더 함유하는 경우, 구리 합금 중의 S의 함유량은 0.0005~0.0010질량%이다. 또한, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리합금 이음매 없는 관(2)에 관련된 구리 합금은, H를 더 함유해도 된다. 본 발명의 전열관용 구리합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리합금 이음매 없는 관(2)에 관련된 구리 합금이, H를 더 함유하는 경우, 구리 합금 중의 H의 함유량은 0.0002~0.0020 질량%이다. 구리 합금 중의 S의 함유량 또는 H의 함유량이, 상기 범위를 초과하면, 고용하고 있는 Zr에 의해 S 또는 H를 충분히 보충할 수 없어, 내크리프 변형 특성의 향상, 중간 온도 취성의 억제의 효과를 얻을 수 없다. 한편, 구리 합금 중의 S의 함유량 또는 H의 함유량이, 상기 범위 미만인 경우, 내크리프 변형 특성의 향상, 중간 온도 취성의 억제 효과는 얻을 수 있지만, 비용 상승이 되기 쉽다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관은, 용해, 주조 및 냉각→열간 압출 및 냉각→냉간 가공→필요에 따라서 중간 소둔 처리 및 전조→시효 처리의 순으로 행하여 제조된다.
먼저, 용해, 주조 및 냉각을 행한다. 용해 및 주조에서는, 상법에 따라서, 용해 및 주조하여, 소정 원소가 소정의 함유량으로 배합되어 있는 빌릿을 얻는다. 예를 들면, 구리의 지금 및 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관의 함유 원소의 지금 또는 그 함유 원소와 구리의 합금을, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관 중의 함유량이, 소정의 함유량이 되도록 배합하여, 성분 조정을 행하고, 이어서, 고주파 용해로 등을 이용하여, 빌릿을 주조한다. 이어서, 주조 후, 빌릿을 냉각한다.
이어서, 열간 압출 및 냉각을 행한다. 열간 압출에서는, 주조에 의해 얻어진 빌릿을, 소정의 온도로 가열하여, 열간 압출한다. 열간 압출은, 맨드릴 압출에 의해서 행해진다. 즉, 가열 전에, 냉간에서 미리 천공한 빌릿, 혹은, 압출 전에 열간에서 천공한 빌릿에, 맨드릴을 삽입한 상태에서, 열간 압출을 행한다. 그리고, 열간 압출을 행한 후, 신속하게 냉각하여, 열간 압출 소관을 얻는다.
이어서, 냉간 가공을 행한다. 냉간 가공에서는, 열간 압출에 의해 얻어진 열간 압출 소관을, 냉간 압연이나 냉간 드로잉 등의 냉간 가공하고, 관의 외경 및 두께를 줄여서, 이음매 없는 소관을 얻는다.
내면 홈이 형성되어 있지 않은 내면 평활관(베어관)을 얻는 경우는, 냉간 가공에 이어, 냉간 가공에 의해 얻어진 이음매 없는 소관을, 400~600℃에서 가열하고, 이어서, 냉각하는 시효 처리를 행한다. 그리고, 시효 처리를 행함으로써, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)을 얻는다.
내면 홈이 형성되어 있는 내면 홈이 있는 관을 얻는 경우, 냉간 가공에 이어서, 냉간 가공에 의해 얻어진 이음매 없는 소관을, 400~600℃로 가열하는 중간 소둔을 행하고, 이어서, 전조를 행한다. 전조는, 이음매 없는 소관 내에, 외면에 나선상의 홈 가공을 실시한 전조 플러그를 배치하고, 고속 회전하는 복수의 전조 볼에 의해서, 관의 외측으로부터 가압하여, 관의 내면에 전조 플러그의 홈을 전사함으로써 행해진다. 이어서, 전조를 실시한 이음매 없는 관을 시효 처리한다. 시효 처리는, 전조를 실시한 이음매 없는 관을, 400~600℃에서 가열하여, 냉각함으로써 행해진다. 그리고, 시효 처리를 행함으로써, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)을 얻는다.
그리고, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1)에 있어서, 전기 전도도를, 식(2)：ρ2－ρ1≥0.3(%IACS), 바람직하게는 식(2a)：0.5≤ρ2－ρ1≤20으로 하는 방법, 또한, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)에 있어서, 전기 전도도를, 식(3)：ρ4－ρ3≥0.3(%IACS), 바람직하게는 식(3a)：0.5≤ρ4－ρ3≤20으로 하는 방법으로서, 예를 들면, 용해 및 주조 후의 냉각에 있어서, 빌릿의 냉각 속도를 조절하는 방법을 들 수 있다. 본 발명자 등은, 용해 및 주조 후의 냉각에 있어서의 빌릿의 냉각 속도의 차이에 의해, 구리 합금 중의 Zr의 존재 상태가 상이하고, 용해 및 주조 후의 Zr의 존재 상태의 차이가, 「ρ2－ρ1」및 「ρ4－ρ3」의 값에 영향을 주는 것을 찾아냈다. 또한, 빌릿의 직경, 주조 후의 냉각 조건, 용체화 처리 조건, 시효 처리 조건 등에 의해, 전기 전도도를, 식(2), 바람직하게는 식(2a)로 조절하기 위해서 적절한 냉각 속도, 혹은, 식(3), 바람직하게는 식(3a)으로 조절하기 위해서 적절한 냉각 속도는, 상이하므로, 용해 및 주조 후의 냉각에 있어서의 빌릿의 냉각 속도는, 빌릿의 직경, 주조 후의 냉각 조건, 용체화 처리 조건, 시효 처리 조건 등에 따라, 적절히 선택된다. 또한, 빌릿의 직경, 주조 후의 냉각 조건, 용체화 처리 조건, 시효 처리 조건 등을 적절히 조절함으로써, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1)의 전기 전도도가, 식(2), 바람직하게는 식(2a)을 만족하도록 조절하고, 또한, 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)의 전기 전도도가, 식(3), 바람직하게는 식(3a)을 만족하도록 조절한다.
본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관은, 열 교환기용의 전열관으로서 코일 형상으로 감기고, 열 교환기(크로스 핀 튜브형 열 교환기)의 제작에 제공된다. 크로스 핀 튜브형 열 교환기는, 공기측의 알루미늄 핀과 냉매측의 전열관이 일체로 부착되어 구성되어 있는 것이다.
크로스 핀 튜브형 열 교환기는, 먼저, 프레스 가공 등에 의해, 소정의 부착 구멍이 복수 형성된 알루미늄 플레이트 핀을 제작하고, 이어서, 얻어진 알루미늄 플레이트 핀을 적층한 후, 부착 구멍의 내부에, 정척 절단 및 헤어핀 굽힘 가공한 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(1) 또는 본 발명의 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관(2)을 삽입 통과시키고, 이어서, 이음매 없는 관을, 알루미늄 플레이트 핀(fin)에 확관 고착하여, 헤어핀 굽힘 가공을 실시한 측과는 반대측의 이음매 없는 관 단부에, U 벤드관을 납땜함으로써, 제작된다.
<실시예>
다음에, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 이는 단순 예시이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
(실시예 및 비교예)
＜전열관용 구리 합금 이음매 없는 관＞
(용해, 주조 및 냉각)
반연속 주조에 의해, 표 1에 나타내는 화학 성분을 함유하는 외경 254mm의 빌릿을 주조하고, 이어서, 냉각했다. 이 때의 빌릿의 냉각수의 수량(水量)을, 이하와 같이 했다. 또한, 표 1 중, 잔부는 Cu 및 불가피 불순물이다.
냉각 조건 A：냉각 수량 1,000L/분
냉각 조건 B：냉각 수량 600L/분
(열간 압출 및 냉각)
상기와 같이 하여 얻은 빌릿을, 연속 가열로 내에서, 950℃(±25℃)에서 10분간 이상 유지함으로써 가열하고, 이어서, 압출 온도 950℃에서, 외경 81mm×두께 8mm의 관을 압출하고, 압출 후 즉각 수 중에 투입하여 냉각하여, 열간 압출 소관을 얻었다. 이 때, 용체화 처리를 겸하여 행했다.
얻어진 열간 압출 소관의 머리 부분 및 꼬리 부분으로부터, 전기 전도도의 측정용 샘플(샘플 1)을 샘플링했다.
(냉간 가공)
상기와 같이 하여 얻은 열간 압출이 없는 소관을, 냉간 압연 및 냉간 추신하여, 외경 9.52mm×두께 0.8mm의 이음매 없는 소관을 얻었다.
(시효 처리)
상기와 같이 하여 얻은 이음매 없는 소관을, 배치로 내에서, 비산화성 분위기 중, 550℃에서 60분간 가열하여, 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관을 얻었다.
얻어진 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관으로부터, 전기 전도도 측정용으로, 샘플 2를 샘플링했다. 또한, 가열-수냉 시험용으로, 샘플 3 및 샘플 4를 샘플링했다.
＜가열-수냉 시험＞
950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험이란, 시험 대상이 되는 구리 합금 이음매 없는 관을 950℃±25℃에서 10분간의 가열을 한 후 수냉한다고 하는 시험이며, 먼저, 질소 가스 분위기, 950±25℃로 설정된 전기로 내에, 시험 대상을 장입하고, 노 내 온도가 950℃로 복귀한 후, 950℃±25℃에서 10분간 유지하고, 이어서, 950℃에서 즉각 수냉함으로써 행해진다. 그리고, 950℃에서 10분간 가열-수냉 시험 후의 시험 대상의 전기 전도도(%IACS)를 측정하여, ρ3을 구한다.
또한, 550℃에서 60분간의 가열-수냉 시험이란, 시험 대상이 되는 구리 합금 이음매 없는 관을, 950℃에서 10분간의 가열과 수냉을 행한 후, 이어서, 550℃±10℃에서 60분간의 가열을 한 후 수냉한다고 하는 시험이며, 먼저, 시험 대상을, 950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험과 동일하게 하여, 950℃±25℃에서 10분간 가열한 후 950℃에서 즉각 수냉하고, 이어서, 950℃에서 10분간의 가열과 수냉을 행한 시험 대상을, 염욕로 내에 장입하고, 550℃±10℃에서 60분간 유지하고, 이어서, 즉각 수냉함으로써 행해진다. 그리고, 550℃±10℃에서 60분간 가열-수냉 시험 후의 시험 대상의 전기 전도도(%IACS)를 측정하여, ρ4를 구한다.
(가열-수냉 시험 1) 950℃±25℃×10분
먼저, 샘플 3을, 질소 가스 분위기, 950±25℃로 설정된 전기로 내에 장입하고, 노 내의 온도가 950℃로 복귀된 후, 950±25℃에서 10분간 유지하고, 이어서, 950℃에서 즉각 수냉하여, 가열-수냉 시험 1을 행했다.
(가열-수냉 시험 2) 550℃±10℃×60분
먼저, 샘플 4를, 가열-수냉 시험 1과 동일하게 하여, 950±25℃에서 10분간의 가열과 수냉을 행하고, 이어서, 가열-수냉 시험 1과 동일한 가열과 수냉을 행한 샘플 4를, 염욕로 내에 장입하여, 550℃±10℃에서 60분간 유지하고, 이어서, 즉각 수냉하여, 가열-수냉 시험 2를 행했다.
＜평가＞
(기계적 성질)
토치 납땜을, 납재(JISZ3264BCuP－2) 및 산소-프로판 혼합 가스를 이용해 실시하고, 납땜 후의 내압 강도 측정용 시료를 제작했다. 이 때, 납재가 이음매부에 흘러들어가기까지 납땜을 실시했다. 냉각은 공냉으로 하고, 냉각 후, 수압에 의한 파열 시험을 행하여, 파괴 강도로부터 다음 식*1을 이용해, 인장 강도를 추정하여, 납땜 전후의 기계적 성질(인장 강도와 신장)을 평가했다.
납땜 전의 기계적 성질을, 인장 시험에 의해 평가하여, JIS Z2241에 준하여, 인장 강도와 신장을 측정했다. 그 결과를, 표 3에 나타낸다.
＜식*1＞ KHK식：파열 압력＝2×인장 강도×두께/(외경-0.8×두께)
(전기 전도도)
전기 전도도 측정을, JIS H0505에 준거한 방법, 즉 4단자법에 의해 전기 저항을 측정하고, 0.15328으로 나눈 값을 백분율로 나타냈다.
(중간 온도 취성 시험)
구리 합금 이음매 없는 관을, 350℃에서, 일그러짐 속도 10－4의 인장 속도로 인장 시험했다. 신장(δ)가 30% 이상인 것을 합격으로 했다.
(열 피로 시험)
100℃의 항온조 내에서, 구리 합금 이음매 없는 관에, 0 내지 15MPa의 반복 내압을 10만회 부하하여, 열 피로 시험을 행했다. 시험 중에 균열이 생기지 않은 것을 합격으로 했다.
<표 1>
Figure pct00001
<표 2>
Figure pct00002
<표 3>
Figure pct00003

Claims (3)


  1. 구리 합금을 가공하여 얻어지는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관으로서,
    상기 구리 합금은, Sn과, 0.01~0.08질량%의 Zr과, 0.004~0.04질량%의 P를 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며, 상기 구리 합금 중의 Sn 및 Zr의 함유량이, 하기 식(1)：
    (1) 0.4≤A＋2B≤0.85
    (식 중, A는 Sn의 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)을 만족하고, 상기 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관의 전기 전도도가, 하기 식(2)：
    (2) ρ2－ρ1≥0.3(%IACS)
    (식 중, ρ1은 용체화 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ2는 시효 처리 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)을 만족하는 것을 특징으로 하는 중간 온도 취성의 억제 효과가 높은 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관.
  2. 구리 합금을 가공하여 얻어지는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관으로서,
    상기 구리 합금은, Sn과, 0.01~0.08질량%의 Zr과, 0.004~0.04질량%의 P를 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며, 상기 구리 합금 중의 Sn 및 Zr의 함유량이, 하기 식(1)：
    (1) 0.4≤A＋2B≤0.85
    (식 중, A는 Sn의 함유량(질량%)을 나타내고, B는 Zr의 함유량(질량%)을 나타낸다)를 만족하고,
    상기 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관의 전기 전도도가, 하기 식(3)：
    (3) ρ4－ρ3≥0.3(%IACS)
    (식 중, ρ3은 950℃에서 10분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리키고, ρ4는 550℃에서 60분간의 가열-수냉 시험 후의 전기 전도도(%IACS)를 가리킨다)을 만족하는 것을 특징으로 하는 중간 온도 취성의 억제 효과가 높은 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구리 합금이, 0.0005~0.0010질량%의 S와, 0.0002~0.0020질량%의 H를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 전열관용 구리 합금 이음매 없는 관.
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