KR20170073726A

KR20170073726A - 구리 합금 및 열 교환기용 튜브

Info

Publication number: KR20170073726A
Application number: KR1020177016651A
Authority: KR
Inventors: 엠. 파커 핀니; 라즈 잉버그; 앤더스 캄프; 팀 고벨; 에릭 공; 이드 로트만
Original assignee: 루바타 프랭클린 인코포레이티드
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2017-06-28
Also published as: MY175788A; WO2011066345A1; MY162510A; US20130264040A1; MX2012006044A; CA2781621A1; EP2504460A1; ES2721877T3; EP2504460B1; CN102782167A; HK1221267A1; CA2781621C; TR201905561T4; EP2504460A4; KR20120104582A; US8470100B2; US20110180244A1; CN105779810A; BR112012012491A2; JP2013512341A

Abstract

본 발명의 합금은 구리, 철, 주석, 선택적으로 인을 함유하거나, 또는 구리, 아연, 주석, 선택적으로 인을 함유하며, 이 함금은, 예컨대 열 교환기용 구리 합금 튜브로 사용될 수 있다. 이 구리 합금 튜브는, 튜브의 중량을 감소시키고 이산화 탄소와 같은 냉매를 사용하면서도 높은 압력 용도에 사용될 수 있도록, 우수한 파단 강도와 가공성을 제공한다.

Description

구리 합금 및 열 교환기용 튜브{COPPER ALLOYS AND HEAT EXCHANGER TUBES}

본 출원은 2009년 11월 25일자로 제출된 미국 가특허출원번호 제61/264,529호에 대해 우선권을 주장한다. 상기 가특허출원에 개시된 내용은 본 명세서에 참고로서 포함된다.

본 발명은 대체로 구리 합금과 열 교환기용 튜브에 구리 합금을 사용하는 것에 관한 것이다. 구체적으로 말하면, 본 발명은 바람직한 압력 파단 강도와 가공성을 가지고 있는 고강도구리 합금 튜브에 관한 것이다. 이러한 합금은 두께를 감소시키기에 적합하므로, 기존의 공기 조화(air conditioning)와 냉동(refrigeration)(ACR)용 열교환기에 사용되는 재료를 절약할 수 있고, CO₂와 같은 냉매를 사용하는 열 교환기에 사용하기에 적합하다.

에어컨용 열교환기는 알루미늄 또는 알루미늄 합금판으로 제조된, 헤어핀처럼 굽힘가공된 U자형 구리 튜브와 핀(fin)으로 구성된다.

따라서, 상기와 같은 종류의 열 교환기에 사용되는 구리 튜브에는 적합한 전도도, 성형성 및 브레이징성(brazing property)이 요구된다.

HCFC(hydro-chlorofluorocarbon)계 플루오로카본은 에어컨과 같은 열 교환기에 사용되는 냉매로서 널리 사용되어 왔다. 그러나, HCFC는 높은 오존소모 포텐셜을 가지고 있으므로, 환경적인 이유로 다른 냉매가 선택되고 있다. "녹색 냉각제(green refrigerant)", 예컨대 천연 냉매인 CO₂가 열 교환기에 사용되고 있다.

작동중에 응축 압력은, CO₂와 같은 냉매와 같은 사용해서 HCFC(hydro-chlorofluorocarbon)계 플루오로카본과 동일한 열 전달 성능을 유지하기 위해서는, 증대될 필요가 있다. 통상적으로, 열 교환기에서, 이들 냉매가 사용되는 압력(열 교환기 튜브내에서 흐르는 유체의 압력)은 응축기( CO₂를 사용하는 가스 쿨러)에서 최대로 된다. 이러한 응축기 즉, 가스 쿨러에서, 예컨대 R22(HCFC계 플루오로카본)은 1.8MPa의 응축압력을 가지고 있다. 반면에, CO₂냉매는 약 7 내지 10MPa의 응축 압력(과냉 상태)을 가지는 것이 필요하다. 따라서, 새로운 냉매의 작동 압력은 종래의 냉매 R22의 작동 압력에 비해 증대된다.

이러한 압력의 증가와 튜브 성형 공정에서의 브레이징으로 인한 강도의 손실때문에, 종래 구리 재료는 상대적으로 두껍게 제조되어야 하고, 이로써 튜브의 중량이 증가되어서 튜브와 관련된 코스트도 증가된다.

ACR 열 교환기용 재료코스트의 감소로 이어지는 튜브의 벽 두께의 감소에 적합한 높은 인장 강도, 우수한 가공성 및 양호한 열 전도도를 가지고 있고 CO₂와 같은 새로운 "녹색" 냉매에 따른 고압 용도를 견디기에 적합한 열 교환기용 튜브가 필요하다.

본 발명은, 예컨대 높은 인장 강도, 우수한 가공성 및 양호한 전도도를 가지고 있는, 열 교환기용 튜브에 사용하기 위한 구리 합금을 제공한다.

본 발명의 한 실시태양에서 본 발명은 중량%로 하기의 조성을 포함하는 구리 합금 조성물이다. 이 조성물은 구리(Cu), 철(Fe) 및 주석(Sn)을 포함한다. 일 실시예에서, 이 합금은 99.6중량%의 구리, 0.1중량%의 철, 0.3%의 주석으로 이루어진 조성을 가지고 있는데, 이 조성은 CuFe(0.1)Sn(0.3)으로 표현된다. 다른 실시예에서, 철은 0.02중량% 내지 0.2중량% 범위로 존재하고, 주석은 0.07중량% 내지 1.0중량% 범위로 존재하고, 잔부는 Cu와 불순물을 포함한다. 이 조성물은 선택적으로 0.01중량% 내지 0.07중량% 범위의 인을 포함한다.

본 발명의 다른 실시태양에서, 본 발명은 중량%로 하기의 조성을 포함하는 구리 합금 조성물이다. 이 조성물은 구리(Cu), 아연(Zn) 및 주석(Sn)을 포함한다. 일 실시예에서, 이 합금은 95.3중량%의 구리, 4.0중량%의 아연, 0.7%의 주석으로 이루어진 조성을 가지고 있는데, 이 조성은 CuZn(4.0)Sn(0.7)로 표현된다. 다른 실시예에서, 아연은 1.0중량% 내지 7.0중량% 범위로 존재하고, 주석은 0.2중량% 내지 1.4중량% 범위로 존재하고, 잔부는 구리와 불가피한 불순물을 포함한다. 이 조성물은 선택적으로 0.01중량% 내지 0.07중량%의 인을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, 본 발명은 구리 합금 조성물을 포함하는 ACR용 튜브를 제공한다. 본 발명의 또 다른 실시태양에서, 구리 합금 조성물은 ACR용 튜브로 성형된다.

본 발명에 의하면, 구리, 철, 주석, 선택적으로 인을 함유하거나, 또는 구리, 아연, 주석, 선택적으로 인을 함유하는 구리 합금이 제공되는데, 이 구리 함금은 열 교환기용 구리 합금 튜브로 사용될 수 있다. 이 구리 합금 튜브는, 튜브의 중량을 감소시키고 이산화 탄소와 같은 냉매를 사용하면서도 높은 압력 용도에 사용될 수 있도록, 우수한 파단 강도와 가공성을 제공할 수 있다.

도 1은, 감소된 벽 두께의 본 발명의 합금과 비교해서 표준 벽두께의 기존에사용되는 합금, C122에 대해서, 피트당 상대 금속 값 대 구리 값을 나타내는 그래프이다.
도 2는 구리-철-주석 합금의 실시예의 전기 전도도와 인장 강도를 CuFe0.1에 대한 Sn 함유량의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 3은 구리-아연-주석 합금의 실시예의 전기 전도도와 인장 강도를 Zn과 Sn(×1.4)의 함유량의 함수로서 나타내는 그래프이다.
도 4(a)내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 튜브에 관한 여러 도면이다. 도 4(a)는 사시도 이고; 도 4(b)는 길이방향의 축을 따른 도 4(a)의 튜브의 단면도이고; 도 4(c)는 길이방향의 축과 직교하는 축에 따른 본 도 4(a)와 도 4(b)의 튜브의 단면도이다.

본 발명은, 예컨대 벽 두께를 감소시켜 기존의 ACR용 튜브와 관련된 코스트를 감소시키는 것과, CO₂와 같은 냉매와 관련된 증가된 압력을 견딜 수 있는 ACR용 튜브를 제공하는 것 또는 이 양자를 모두 제공할 수 있는 높은 강도의 합금을 제공할 수 있다. 높은 강도에 의해서, 합금 및/또는 합금으로 제조된 튜브는 본 명세서에 기술된 인장강도 및/또는 폭발 압력(burst pressure) 및/또는 사이클 피로 강도의 레벨을 적어도 가진다는 것을 의미한다. 이 구리 합금을 사용하면 재료, 코스트 및 에너지를 절약할 수 있고 환경에 대한 영향을 줄 일 수 있다.

예컨대, CO₂와 같은 냉매와 함께 사용될 수 있는 열교환기용 튜브에 사용되는 구리 합금을 제공하기 위해, 선택된 합금은 적절한 재료의 특성을 가지고 잇어야 하고 가공성과 관련해서는 양호하게 가공될 수 있어야 한다.

중요한 재료의 특성에는, 예컨대 폭발 압력/강도, 연성(ductility), 전도도 및 사이클 파괴와 같은 특성이 있다. 본 명세서에서 설명되는 합금 및/또는 튜브의 특성은 ACR 작동 환경을 견딜 수 있는 것이 바람직하다.

높은 인장 강도와 높은 폭발 압력은, 파손되기 전에 튜브가 견딜 수 있는 작동 압력을 한정하기 때문에, 튜브 특성으로서 바람직한 것이다. 예컨대, 폭발 압력이 높을수록 튜브 디자인은 튼튼해 지고, 소정의 폭발 압력에 대해서 본 발명의 합금은 최소 벽 두께의 박육 튜브를 허용한다. 상관 관계가 인장 강도와 폭발 압력간에 존재한다. 합금 및/또는 합금으로 이루어진 튜브는, 예컨대 38ksi(제곱 인치당 킬로 파운드)의 최소 재료 인장 강도를 갖는다. 재료 인장 강도는 당 기술분야에서 공지된 방법, 예컨대 ASTM E-8의 시험 절차에 의해 측정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 합금 및/또는 합금으로 이루어진 튜브는 39, 40, 41 또는 42 ksi의 재료 인장 강도를 가지고 있다.

합금 및/또는 합금으로 이루어진 튜브의 연성은, 어떤 실시예에서는 튜브가 코일로 사용되기 위해서 파단이나 주름이 생기지 않으면서 헤어핀으로 180도만큼 굽힘가공될 필요가 있기 때문에, 요망되는 특성이다. 연신율은 재료 연성의 지표이다. 합금 및/또는 합금으로 이루어진 튜브는, 예컨대 40%의 최소 연신율을 갖고 있다. 연신율은 당 기술분야에서 공지된 방법, 예컨대 ASTM E-8의 시험 절차에 의해 측정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 합금 및/또는 합금으로 이루어진 튜브는 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 또는 50%의 최소 연신율을 가지고 있다.

전도도는, 열 전달능에 관련이 있어 ACR 코일의 효율의 한 구성요소이기 때문에, 요망되는 특성이다. 또한, 전도도는 튜브 성형에 중요하다. 합금 및/또는 합금으로 이루어진 튜브는, 예컨대 35% IACS의 최소 전도도를 가지고 있다. 전도도는 당 기술분야에서 공지된 방법, 예컨대 ASTM E-1004의 시험 절차에 의해 측정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 합금 및/또는 합금으로 이루어진 튜브는 36, 37, 38, 39, 40, 45, 50, 55, 60 또는 65%(IACS)의 최소 전도도를 가지고 있다.

합금 및/또는 튜브는, 예컨대 표 2에 표시된 것처럼 기존에 사용중인 합금, 예컨대 C122와 적어도 동일한 내 사이클 피로파괴성을 가지고 있다. 더욱이, 합금 및/튜브는, 예컨대 기존에 사용중인 합금, 예컨대 C122과 동일한 적어도 하나 이상의 내부식성(이종(異種))금속접촉부식, 퍼머캐리 부식(formicary corrosion))을 가지고 있다.

한 실시예에서, 본 발명의 합금으로 이루어진 튜브는 표준 구리 튜브, 예컨대 C122로 제조된 튜브에 비해서 내연화성(브레이징에 대해 중요함) 및/또는 증대된 피로 강도를 가지고 있다.

한 실시예에서, 본 발명의 합금으로 이루어졌고 감소된 벽 두께 t (종래 합금, 예컨대 C122로 이루어진 튜브에 비해서)를 가지고 있고 도 4(a) 내지 도 4(c)에 도시된 튜브는 종래 합금, 예컨대 C122로 이루어진 튜브에 비해서 동일하거나 향상된 폭발 압력 및/또는 사이클 피로 강도를 가지고 있다. 예를들면, 본 발명의 튜브의 벽 두께는 표준 튜브, 예컨대 C122 튜브에 비해 최소화되며, 그래서 전체 재료 고스트가 감소되고, 양 튜브는 모두 동일한 폭발 압력을 나타낸다. 다양한 실시예에서, 본 발명의 튜브 벽 두께는 C122 튜브 보다 적어도 10, 15 또는 20%만큼 작고, 이 경우에도 양 튜브는 동일한 폭발 압력을 가지고 있다. 폭발 압력은 당 기술 분야에서 공지된 방법, 예컨대 CSA-C22.2 No. 140.3 6.1절의 강도 시험-UL 207 13절의 방법에 의해 측정될 수 있다. 사이클 피로 강도는 당 기술 분야에서 공지된 방법, 예컨대 CSA-C22.2 No. 140.3 6.4절의 피로 시험-UL 207 14절의 방법에 의해 측정될 수 있다.

본 발명의 합금은 당 기술분야에서 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 합금의 제조 공정 및/또는 튜브 성형 공정중에, 온도를 제어하는 것이 중요하다. 온도의 제어는 원소를 고용상태로(석출을 방지) 유지하고 입도(grain size)를 제어함에 있어서 중요하다. 예를 들면, 온도의 제어가 부정확하게 진행되면 전도도는 증대되고 성형성은 악역향을 받는다.

예를 들면, 합금 제조 및/또는 튜브 성형 공정에서 원하는 결정 입도를 유지하고 석출물의 형성을 방지하기 위해서는, 제조 공정에서의 열 처리는, 합금 및/또는 튜브의 온도가 빠른(예컨대, 10 내지 500°C/초) 승온 속도 및 냉각 속도에 의해 400-600°C의 범위에 있도록, 짧은 시간에 걸쳐서 행하여 질 것이다.

합금 및/또는 이 합금으로 제조된 튜브는 소정의 결정 입도를 가지는 것이 바람직하다. 한 실시예에서, 입도는 1미크론과 50미크론사이의 모든 정수를 포함하는 1미크론 내지 50미크론이다. 다른 실시예에서, 입도는 10미크론 내지 25미크론이다. 또 다른 실시예에서, 입도는 10미크론 내지 15미크론이다. 입도는 당 기술분야에서 공지된 방법, 예컨대 ASTM E-112 시험 절차에 의해 측정될 수 있다.

본 발명의 합금 조성물은 하기의 조성을 포함하는데, 여기에서 합금 성분의 상대적인 양은 중량%로 표시된다. 중량%의 범위는 상술한 범위 내의 백분율의 모든 분수(한정하는 의미는 아니지만, 백분율의 수십분의 일 및 수백분의 일을 포함함)을 포함한다.

한 실시예에서, 조성물은 구리, 철, 주석을 포함하고, 선택적으로 인을 포함한다. 철 함유량의 범위는 0.02중량% 내지 0.2중량%이고 보다 구체적으로는 0.07중량% 내지 0.13중량%이다; 주석의 함유량의 범위는 0.07중량% 내지 1.0중량%이고 보다 구체적으로는 0.1중량% 내지 0.5중량%이다; 잔부는 구리와 불순물이다. 한 실시예에서, 구리는 98.67중량% 내지 99.91중량%의 범위로 존재한다. 다른 실시예에서, 합금의 조성은 CuFe(0.1)Sn(0.3)이다. 다른 실시예에서, 합금의 조성은 CuFe(0.1)Sn(0.3)P(0.020)이다.

불순물은, 예컨대 자연적으로 존재하거나 처리공정의 결과로서 발생한다. 불순물의 예는, 예컨대 아연 및 납이다. 한 실시예에서, 불순물의 최대 함유량은 0.6중량%이다. 다양한 다른 실시예에서, 불순물의 최대 함유량은 0.5, 0.45, 0.3, 0.2 또는 0.1중량%이다.

인은 선택적으로 0.01중량% 내지 0.07중량%의 범위로, 보다 구체적으로는 0.015중량% 내지 0.030중량%의 범위로 또는 0.02중량%로 존재한다. 특정한 이론에 의해 한정하려는 의도없이, 합금에 적정한 양의 인을 개재시키는 것은 금속의 산소함유량과 유동 특성에 영향을 줌으로써 합금의 용접성을 증대시킨다고 생각되지만, 한편, 과도하게 인을 첨가시키는 것은 불량한 결정 조직과 원하지 않은 석출물로 이어진다.

한 실시예에서, 조성물은 대체로 상술한 범위내의 Cu, Fe 및 Sn으로 구성된다. 다른 실시예에서, 조성물은 대체로 상술한 범위내의 Cu, Fe, Sn 및 P으로 구성된다. 다양한 실시예에서, 구리, 철, 주석(및 제2실시예의 경우 인)외의 성분의 첨가는 본 발명의 합금의 특성, 예컨대 폭발 압력/강도, 연성, 전도도 및 사이클 피로에 있어서 5, 4, 3, 2 또는 1%보다 큰 부정적인 변화로 귀결되지 않는다.

다른 실시예에서, 합금의 조성은 상술한 범위내의 Cu, Fe, Sn 및 P로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 합금의 조성은 상술한 범위내의 Cu, Fe, Sn 및 P로 구성된다.

한 실시예에서, 조성물은 구리, 아연, 주석, 선택적으로 인을 포함한다. 아연 함유량의 범위는 1.0중량% 내지 7.0중량%이고, 보다 구체적으로는 2.5중량% 내지 5.5중량%이다; 주석 의 함유량의 범위는 1.2중량% 내지 1.4중량%이고, 보다 구체적으로는 0.4중량% 내지 1.0중량%이다; 잔부는 구리와 불순물을 포함한다. 한 실시에에서, 구리는 91.47중량% 내지 98.8중량%의 범위로 존재한다. 한 실시예에서, 합금의 조성은 CuZn(4.0)Sn(0.7)이다. 다른 실시예에서, 합금의 조성은 CuZn(4.0)Sn(0.7)P(0.020)이다.

불순물은, 예컨대 자연적으로 존재하거나 처리공정의 결과로서 발생한다. 불순물의 예는, 예컨대 철 및 납이다. 한 실시예에서, 불순물의 최대 함유량은 0.6중량%이다. 다양한 다른 실시예에서, 불순물의 최대 함유량은 0.5, 0.45, 0.3, 0.2 또는 0.1중량%이다.

한 실시예에서, 조성물은 대체로 상술한 범위내의 Cu, Zn 및 Sn으로 구성된다. 다른 실시예에서, 조성물은 대체로 상술한 범위내의 Cu, Zn, Sn 및 P으로 구성된다. 다양한 실시예에서, 구리, 아연, 주석(및 제2실시예의 경우 인)외의 성분의 추가는 본 발명의 합금의 특성, 예컨대 폭발 압력/강도, 연성, 전도도 및 사이클 피로에 있어서 5, 4, 3, 2 또는 1%보다 큰 부정적인 변화로 귀결되지 않는다.

다른 실시예에서, 합금의 조성은 상술한 범위내의 Cu, Zn, Sn 및 P로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 합금의 조성은 상술한 범위내의 Cu, Zn, Sn 및 P로 구성된다.

본 발명의 합금은 주조 및 압연, 압출 또는 압연과 용접과 같은 다양한 공정을 사용해서 제조될 수 있다. 공정의 요구조건은, 예컨대 브레이징능(brazeability)이 포함된다. 브레이징은 아래에 설명된 것처럼 튜브를 연결할 때 실시된다.

일반적으로, 압연 및 용접공정에서, 합금은 바(bar)로 주조되고, 얇은 두께로 압연되고, 열처리되고, 소정의 크기로 잘려지고, 엠보싱되고, 튜브로 성형되고, 어닐링되어 포장된다. 일반적으로, 주조 및 압연 공정에서, 합금은 "마더"튜브로 주조되고, 소정의 크기로 인발되고, 어닐링되고, 내부에 홈을 생성시키기 위해 기계가공되고, 소정의 크기로 만들어지고, 어닐링되어 포장된다. 일반적으로, 압출공정에서, 합금은 고상 빌렛으로 주조되고, 재가열되고, 압출되고, 인발 및 홈가공되어 최종 치수로 되고, 어닐링되어 포장된다.

본 발명의 한 실시태양은 구리-철-주석 합금 또는 구리-아연-주석 합금(본 명세서에 기술됨)으로 이루어진 튜브를 제공한다. 한 실시예에서, 튜브의 외경은 0.100 인치와 1 인치사이에서의 인치의 모든 분수를 포함하는 0.100 인치 내지 1 인치이고, 튜브의 벽 두께는 0.004 인치와 0.040 인치사이의 인치의 모든 분수를 포함하는 0.004 인치 내지 0.040 인치이다. 본 발명의 잇점은 벽 두께가 얇은 튜브가 ACR 용도에 사용될 수 있다는 것이다. 이것은 재료 코스트의 저감으로 이어진다(도 1 참조)

한 실시예에서, 구리-철-주석 합금 또는 구리-아연-주석 합금(본 명세서에 기술됨)으로 이루어진 튜브는 ACR 용도에 사용된다. 이 튜브는 충분한 전도도(예컨대, 튜브가 용접에 의해 접합될 수 있도록)와 성형성(예컨대, 성형될 수 있는 능력, 예컨대 튜브의 성형후에 굽힘 가공)을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 튜브는 강화된 내부 홈을 가질 수 있게 하는 특성을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 합금에 적합한 공정의 예는 롤과 용접 공정에 의해 성형된 튜브를 가지는 열 교환기이다. 초기 단계에서, 본 발명의 구리 합금은 슬랩으로 주조되고, 이어서 평편한 스트립으로 냉간 압연된다. 이 냉간 압연된 스트립은 소프트 어닐링된다. 이 소프트 어닐링된 구리 스트립은 연속 압연 및 용접 공정에 의해서 열 교환기용 튜브로 성형된다. 압연 성형 및 용접 공정전에, 튜브에는 당분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백한 것처럼, 튜브의 내벽에 홈 또는 리브와 같은 내부 보강부가 제공된다. 튜브는 연속 압연 및 용접 공정에 의해 성형되고 그 출력물은 대형 코일로 감겨 진다. 대형 코일은 코일이 작은 부분으로 절단되어 U 또는 헤어 핀 형상으로 성형되는 다른 영역으로 이동된다.

열 교환기를 구성하기 위해, 이 헤어핀은 알루미늄 핀(fin)의 관통구멍내로 끼워지고 지그는 튜브를 팽창시키기 위하여 U-형상 구리 튜브내로 삽입되고, 이에 의해 구리 튜브와 알루미늄 핀이 서로 밀접하게 부착된다. U 형상 구리 튜브의 개방 단부는 팽창되어 유사하게 U-형상으로 굽힘 가공된 짧은 헤어핀은 팽창된 단부로 삽입된다. 굽힘 가공된 구리 튜브는 브레이징 합금을 사용해서 팽창된 개방 단부에 브레이징되고, 이에 의해 인접한 헤어핀에 연결되어 열 교환기가 제조된다.

본 발명을 더욱 설명하기 위해 다음의 실시예를 기재하지만, 본 발명을 한정하려는 의도는 없다.

실시예 1

Fe과 Sn의 함유량이 상이한 구리 합금을 시험제작 규모로 제조해서 기계적 특성과 물리적 특성을 시험했다. 표 1을 참조하시오.

시험 결과는 Fe 함유량은 고정시킨 상태에서 Sn 함유량에 대해서 도 2에 그래프로 나타 냈다. 모든 피시험 합금은 35% IACS의 바람직한 최소 전도도를 충족시켰다. 2와 4중량%의 Sn을 함유한 참조 합금에 의하면 Sn 함유량이 1.5중량%보다 많은 경우 전도도가 매우 낮은 것을 알 수 있다. 기계적 특성인 38ksi의 최소 인장강도는 모든 피시험 합금에 대해서 달성되었다.

0.1중량%Fe와 0.3중량%Sn(CuFe(0.1)Sn(0.3))의 조성으로 이루어진 재료를 완전한 생산 규모로 제조해서 압연 및 용접 방법을 사용해서 튜브로 성형했다. 표준 벽 두께(예컨대, 0.0118 인치)와 이 벽 두께보다 13%정도 얇은 벽 두께의 튜브를 각각 제조했다. 이 튜브들의 기계적 특성을 ASTM 및 UL(예컨대, UL시험 절차)을 사용해서 시험하고, 표준 벽 두께를 갖는, "기존에 사용중인" 구리 합금 C12200으로 제조된 튜브의 시험결과와 비교했다. 그 결과를 표 2에 표시했다. 본 발명의 합금(CuFe(0.1)Sn(0.3))은 표준 벽 두께에서 높은 인장 강도와 높은 폭발 압력을 갖는다. 벽 두께가 얇은 튜브에 대해서도, 본 발명의 합금(CuFe(0.1)Sn(0.3))의 폭발 압력은 표준 벽 두께의 C122에 비해서 여전히 높다.

표 1은 Fe과 Sn 함유량이 상이한 피시험 합금에 대한 기계적 특성과 전도도를 표시한 것이다.

표 2는 본 발명의 합금(CuFe(0.1)Sn(0.3))으로 제조된 튜브의 기계적 특성을 기존의 표준 합금(C12200(Cu-DHP))와 비교한 것을 표시한 것이다.

실시예2

Zn과 Sn의 함유량이 상이한 구리 합금을 시험제작 규모로 제조해서 기계적 특성과 물리적 특성을 시험했다. 표 3을 참조하시오.

시험 결과는 Zr과 Sn 함유량에 대해서 도 3에 그래프로 나타 냈다. Sn은 Zn 보다 전도도와 강도에 보다 큰 영향을 미치므로, 도 3에서 Sn 함유량에 1.4를 곱했다. 합금 O를 제외하고 모든 피시험 합금은 35% IACS의 바람직한 최소 전도도를 충족시켰다. 기계적 특성인 38ksi의 최소 인장강도는 모든 피시험 합금에 대해서 달성되었다.

4.0중량%Zn과 0.7중량%Sn(CuZn(4.0)Sn(0.7)의 조성으로 이루어진 재료를 완전한 생산 규모로 제조해서 압연 및 용접 방법을 사용해서 튜브로 성형했다. 표준 벽 두께(예컨대, 0.0118 인치)와 이 벽 두께보다 13%정도 얇은 벽 두께의 튜브를 각각 제조했다. 이 튜브들의 기계적 특성을 ASTM 및 UL(예컨대, UL시험 절차)을 사용해서 시험하고, 표준 벽 두께를 갖는, "기존에 사용중인" 구리 합금 C12200으로 제조된 튜브의 시험결과와 비교했다. 그 결과를 표 4에 표시했다. 본 발명의 합금(CuZn(4.0)Sn(0.7))은 표준 벽 두께에서 높은 인장 강도와 높은 폭발 압력을 갖는다. 벽 두께가 얇게 제조된 튜브에 대해서도, 본 발명의 합금(CuZn(4.0)Sn(0.7))의 폭발 압력은 표준 벽 두께의 C122에 비해서 여전히 높다.

표 3은 Zn과 Sn 함유량이 상이한 피시험 합금에 대한 기계적 특성과 전도도를 표시한 것이다.

표 4는 본 발명의 합금(CuZn(4.0)Sn(0.7))으로 제조된 튜브의 기계적 특성을 기존의 표준 합금(C12200(Cu-DHP)와 비교한 것을 표시한 것이다.

본 발명은 특정 실시예에 관하여 설명되었지만, 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 명세서에서 설명된 본 발명의 취지와 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 행하여질 수 있다는 것은 물론이다.

Claims

열 교환기용 ACR 튜브에 있어서,
상기 튜브는
a) 0.02중량% 내지 0.2중량%의 철; 및
b) 0.07중량% 내지 1.0중량%의 주석;으로 구성되는 구리 합금을 포함하고,
상기 구리 합금의 잔부는 구리와 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 열 교환기용 ACR 튜브.
제 1 항에 있어서, 철의 함유량은 0.07중량% 내지 0.13중량%이고, 주석의 함유량은 0.1중량% 내지 0.5중량%인 것을 특징으로 하는 열 교환기용 ACR 튜브.
제 1 항에 있어서, 상기 구리 합금은 인을 더 포함하고 있고, 상기 인은 상기 구리 합금 내에 0.01중량% 내지 0.07중량%만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 열 교환기용 ACR 튜브.
제 1 항에 있어서, 상기 합금의 결정 입도는 1 미크론 내지 50 미크론인 것을 특징으로 하는 열 교환기용 ACR 튜브.
제 1 항에 있어서, 튜브의 외경은 0.100 인치 내지 1 인치인 것을 특징으로 하는 열 교환기용 ACR 튜브.
제 1 항에 있어서, 상기 튜브의 벽 두께는 전체 재료 코스트를 저감시키기 위하여 표준 C122 튜브의 벽 두께에 비해 최소화 되고, 상기 튜브와 표준 C122 튜브는 실질적으로 동일한 폭발 압력을 나타내는 것을 특징으로 하는 열 교환기용 ACR 튜브.
제 6 항에 있어서, 상기 튜브의 벽 두께는 표준 C122 튜브의 벽 두께보다 10% 이상 작은 것을 특징으로 하는 열 교환기용 ACR 튜브.