KR940010772B1 - 내면을 산화처리한 관 및 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

내면을 산화처리한 관 및 그 제조방법

첨부 도면은 관의 내면에 부착된 Cu₂O를 10,000배의 배율로 확대하여 나타낸 현미경 사진.

본 발명은 구리 또는 구리합금으로 구성된, 특히 위생분야에 사용하기 위한 내면을 산화처리한 관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 내면을 산화처리한 관의 제조방법에 관한 것이다.

구리 또는 구리합금으로 구성된 관은 위생분야에서 예컨대 냉수용 및 온수용 배관으로서 사용될 뿐만 아니라 응축기 및 열교환기에서도 사용된다. 부식에 의한 손상, 특히 국부적인 점식(pitting corrosion)에 의한 손상을 방지하기 위해, 관의 내면상에 탄소를 침전시키는 경향이 있는 연신유 잔사를 소둔 이전에 탈지제, 예컨대 트리클로로에틸렌 또는 퍼클로로에틸렌과 같은 유기용제로써 최대한 탈지시키는 것이 제안된 바 있다.

소둔을 환원성 분위기중에서 실시한 다음, 생성된 탄소막을 분사제에 의해 관의 내면으로부터 제거하는 또 다른 방법도 제시되어 있다. 이때, 분사제는 압축공기 또는 압축수에 의해 관내로 도입된다.

또한, DE-OS 30 04 455호로부터 관의 탈지 처리후 예컨대 산소, 헬륨 및 아르곤으로 구성된 특정 가스혼합물과 같은 산소함유 분위기중에서 열처리를 수행함으로써 낮은 잔류 탄소 함량으로 조정하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 산화 조건하에서 열처리를 수행할 경우, 특히 이것을 정상상태로 수행할 경우에는, 형성되는 산화물층의 부착이 불량하게 되고, 산화물층이 비교적 두꺼운 두께를 가지게 되며, 경우에 따라서는 다공질로 될 위험이 있으며, 이로인해 부정적인 영향, 그중에서도 특히 부식거동에 의한 영향을 피할 수 없게 된다. 또한, 0.2㎛ 이상의 두께를 가지는 산화물층은 구부림과 같은 관의 후속 가공시 간단히 균열되거나 박리될 수 있다.

반경화 상태를 만들기 위해 산화조건하에서 열처리를 한 후 관을 단면 축소 가공해야 하는 경우에도 유사한 문제가 발생된다. 즉, 이러한 경우에도 마찬가지로·변형력이 내면상에 형성된 산화물층의 균열 및 박리를 일으킨다. 또한, 이와 같이 박리된 산화물은 설비의 연결된 개개의 장치내에서 장애를 일으킬 수 있다.

본 발명의 목적은 특히 국부적인 점식에 대해 매우 높은 안정성을 가지며, 그 내면상에 존재하는 산화물이 불리한 형성물 또는 박리에 의해 관의 내식성 또는 설비의 기능 안정성에 부정적인 영향을 미치지 않는 구리 또는 구리합금으로 구성된 내면을 산화처리한 관을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 베이스 금속에 부착되고 기본적으로 구리 산화물 결정으로 구성되는 산화물의 두께가 0.01 내지 0.09㎛이며, 구리 산화물 결정이(1,1,1)의 결정 구조로 정향되고 0.05㎛의 최대결정립 크기를 가지도록 함으로써 달성된다.

본 발명의 유리한 다른 실시형태는 청구범위의 종속항에 기재되어 있다.

내면을 산화처리한 관의 특히 유리한 제조방법은 청구범위 제 15 항의 특징부에 기재되어 있다. 이때, 상기방법에 따라 제조된 내면을 산화처리한 관은 두께가 0.03 내지 0.09㎛의 범위내에 있는 구리 산화물층의 두께를 가진다. 상기 방법에서는, 방법상의 매개변수를 변성시킴으로써 상기에 주어진 범위내의 각각의 값을 매우 정확히 조절할 수 있다. 이때, 당업자는 제조시의 소둔 처리를 위한 각각의 작업조건, 특히 산화조건하에서의 소둔처리의 시간 및 이 소둔처리에 필요한 가스 혼합물의 조성 및 압력을 결정할 수 있을 것이다. 관의 경제적인 제조를 위해, 또한 관의 내면에 산화물 부착물을 균일하게 형성하기 위해, 유동식으로 소둔처리를 하는, 즉 연속적인 방법으로 소둔 처리를 하는 것이 방법상의 필요한 요건이다.

시험결과 예상외로 당업계의 종래 견해와는 달리 관의 내면상의 매우 얇은 두께의 산화물층이 침식성 수중에서 점식에 대한 충분한 방호를 보장하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 20%까지의 단면 변형 또는 180°까지의 극단적인 구부림 이후에도 부식거동이 악화되지 않았다.

관의 내면상의 산화물층이 균열 또는 박리에 의한 손상을 받는지의 여부는 나안으로 쉽게 학인될 수 있다.

이것을 시험하기 위해 관을 길이방향으로 절개한 후, 예컨대 180°까지 관을 구부리는 것과 같은 방식으로 미리 관을 예비성형한다. 산화물층이 관의 내면의 변형후 균열 또는 박리에 의한 손상을 받은 흔적을 가지지 않는다면 베이스 금속에 그대로 부착되는 것으로 나타난다.

베이스 금속상에 존재하는 산화물층을 주사 전자 현미경으로 관찰한 결과 구리 산화물 결정의 입자 크기가 0.05㎛를 초과하지 않는 것으로 나타났다. 산화물층의 시각적 외관 상태는 종래에 시험된 관의 내면과는 상반되게 매우 균일한 표면이라는 특징을 가졌다. 산화물층은 연분홍색을 띄고 빛의 입사시 높은 반사력을 가진다. 이 산화물층의 결정은 Cu₂O(적동광)로 구성되고 (1,1,1)로 정향된-결정구조를 가지는 것으로 확인되었다. 첨부 도면은 관의 내면에 부착된 Cu₂O층을 10,000배의 배율로 확대하여 나타낸 현미경 사진이다. 이 사진으로부터 층의 표면이 극히 균일하거나 표면의 거칠기가 매우 작다는 것을 알 수 있다.

종래까지 산화물증의 두께와 관의 내면상의 잔류 탄소 함량 사이에는 간단한 관계가 성립하는 것으로 전제되어 왔다. 즉, 산화물층이 얇게 형성될수록 잔류 탄소 함량도 낮아지게 된다. 종래에 특히 점식에 의한 손상을 방지하기 위해 0.03mg/dm²이하로 잔류 탄소 함량을 감소시키는 것은 산화조건하에서 소둔을 하기 이전에 관의 내면을 매우 번거롭게 탈지시키는 것에 의해서만 달성되었다. 이때, 산화 소둔 자체는 헬륨 및 아르곤으로 구성된 약 85%의 불활성 가스 혼합물을 가지는 분위기중에서 수행되어야만 했다.

본 발명에 따라 내면을 산화처리한 관은 부식 손상을 방지하기 위해 0.05mg/dm²이하와 같은 낮은 잔류 탄소 함량을 가지는 것이 반드시 필요하지 않음을보여주고 있다. 오히려, 산화물의 얇은 두께 및 균일성이 중요하며, 이때 산화물층의 두께는, 0.01 내지 0.09㎛의 범위를 가지고, 구리 산화물 결정은 (1,1,1)로 정향된 결정구조와 0.05㎛의 최대 결정립 크기를 가지게 된다.

산화물층의 두께를 상기 범위로 한정하는 것은 장시간에 걸친 시험결과로부터 베이스 금속에 부착된 산화물층의 두께가 상기 범위내에 있고 이러한 두께가 관의 전 길이에 걸쳐 균일하게 형성될 경우 구리관의 점식 성향이 확실하게 방지되는 것으로 밝혀졌기 때문이다. 특히, 산화물의 두께가 0.09㎛를 초과하게 되면 구리관의 내식성에 부정적인 영향을 미치게 되고 구부림 빛 납땜 작업시 불리하게도 산화물증이 균열되거나 박리되는 위험이 존재하는 것으로 밝혀졌나. 또한, 산화물의 두께가 0.01㎛ 미만으로 되면 내식성이 불충분해질 뿐만 아니라 그렇게 하는 것이 기술적 및 경제적인 측 면에서도 부적합한 것으로 밝혀졌다.

한편, 결정립의 크기를 최대 0.05㎛로 한정하는 것은 결정립의 크기가 0.05㎛를 초과할 경우 산화물층의 두께를 0.09㎛ 이하로 하는데 어려움이 있기 때문이다.

본 발명에 따른 내면을 산화처리한 관을 제조하기 위해, 우선 예컨대 인으로 탈산소시킨 구리로 구성된 링형의 구리관의 내면을 DE-OS 32 07 135에 기재된 바와 같은 방법으로 탈지시켰다. 단의 내면상의 잔류지방 함량은 산화 소둔 처리 이전에 0.4mg/dm²이하였다. 가스를 통과시키는 연결부와 서로 단부측에서 열결되는 구리관의 각각의 관의 길이부를 연속적으로 유동시키면서 600 내지 730℃의 범위내의 온도로 저항가열 또는 유도가열에 의해 소둔시켰으며, 이때 조절된 가스 혼합물을 관의 내면으로 도입하였다. 50 내지 220m/min의 범위내에서 정해질 수 있는 유동 속도 및 소둔되는 관의 단면적에 의존하여 관의 내면의 분위기를 조절하였다. 사용되는 가스 혼합물은 5 내지 15체적 %의 산소 및 잔여 질소로 구성되는 것이 적합하다. 매개변수인 온도 및 유동속도와 가스 분위기중의 산소 함량을 항구적으로 제어함으로써 그 두께가 의도하는 0.01 내지 0.09㎛의 범위내의 값을 가지는 매우 균일한 구리 산화물층을 조절할 수 있다. 이때, 이와 같이 조절하기 위해서는 구리관을 유동시키면서 단시간에 걸쳐 소둔 처리하는 것이 특히 중요하다. 이에 필요한 유동속도, 소둔 처리 온도 및 소둔 분위기와 같은 매개변수는 특정한 범위가 주어지지 않더라도 당업자에 의해 정해질 수 있는 것이지만, 반복된 시험을 통해 가장 양호한 결과를 가져오는 상기 매개변수들의 조합으로부터 상기의 범위들이 정해진 것이다.

수행된 일련의 시험의 결과로서, 베이스 금속에 부착된 구리 산화물층의 특히 유리한 두께는 0.03 내지 0.09㎛의 범위내인 것으로 확인되었다. 구리관을 20%까지 단면 수축 변형시키거나 180°까지 구부렸을 때 상기 얇은 구리 산화물층은 그대로 완전하게 부착되어 유지되었다. 변형후에 산화물층의 박리 또는 균열은 나안으로도 40배의 배율의 현미경하에서도 확인되지 않았다.

구리 산화물을 양호하게 부착하는 것은 반경화 구리만을 제조해야 하는 경우에 특히 중요하다. 즉, "반경화" 상태로 조절하기 위해서는 연화 소둔된 구리관을 단면 수축 변형시켜야 하며, 이때 구리관을 예컨대, 18mm의 직경 크기로부터 15mm의 직경 크기로 인발하게 된다. 인발경화된 본 발명에 따른 구리판은 일반단계 도중에 재결정 소둔처리를 하지 않아도 통상적인 소정의 최종 크기로 변형된다. 이때, 관의 내면상에 얇은 구리 산화물 부착물을 형성하기 위해서는 기계적인 성질이 불리하게 변하지 않도록 약 250℃의 온도에서 단시간 동안 열처리를 한다.

Claims (6)

1. 관의 내면에 산화물층을 구비하는 구리 또는 구리합금으로 구성되고 내점식성을 가지는, 위생분야에 사용하기 위한 내면을 산화처리한 관에 있어서, 베이스 금속에 부착되고 기본적으로 구리 산화물 결정으로 구성되는 산화물층의 두께는 0.01 내지 0.09㎛의 범위내에 있으며, 구리 산화물 결정은 (1, 1, 1)의 결정구조로 정향되고 0.05㎛의 최대 결정립 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 내면을 산화처리한 관.
2. 제 1 항에 있어서, 최종 변형단계후 연화 소둔된 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 내면을 산화처리한 관.
3. 제 1 항에 있어서, 반경화 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 내면을 산화처리한 관.
4. 제 1 항에 있어서, 인발경화된 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 내면을 산화처리한 관.
5. 용제로 탈지하는 단계와, 600 내지 730℃의 온도 범위 및 50 내지 220m/min의 유동 속도로 연속적으로 소둔처리를 하는 단계를 포함하며, 연속 소둔처리 단계시, 관의 직경 및 연속 소둔처리 속도에 의거하여 5 내지 15체적 %의 산소 및 잔여 질소를 포함하는 소둔 분위기로 관의 내면을 조절하는 것을 특징으로 하는 내면을 산화처리한 관의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 0.03 내지 0.09㎛의 산화물층의 두께를 가지는 내점식성 위생분야용 관으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 내면을 산화처리한 관.

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