专利名称：具有高强度和高电导率的用于管件的铜合金材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有高强度、高电导率和优异的加工性能的用于管件的铜合金材料，所述铜合金材料包含铜、铁、锰和磷，以及该铜合金的制造方法。
背景技术：
具有优良的热导率的铜或铜合金材料通常用作用于管件设备和换热器(例如热水系统、空调、冷冻机和冰箱)的管件材料。在这些铜或铜合金材料中，已经通常使用具有优良的热导率、加工性能、耐热性和可焊性的磷脱氧铜(例如，C1220)。同时，由于臭氧层的破坏，已经在热水系统、空调、冰箱等等的管件和换热器中用作加热介质气体的氟利昂气体的使用受到严格限制，而正在推荐使用环境友好的制冷剂(例如CO2气体)作为氟利昂气体的替代物。然而，作为加热介质的这样的环境友好的制冷剂的冷凝压力是氟利昂气体的冷凝压力的至少2倍。因此，用于管件设备和换热器的管件应该是加厚的或强化增强的，以便管件可以承受由于使用环境友好的制冷剂作为氟利昂气体的替代物而增加的冷凝压力。然而，当管件的厚度增加时，耐压的加热容器的总重量增力口，因此总制造成本增加。另外，当管件厚度增加时，用于在结构上固定管件的部件应该是坚固的，因此造成与此相关联的制造成本的增加。另外，当管件厚度增加时，在管件制造期间拉伸步骤的劳动增加，因此制造成本增加。韩国专利公开号10-2009-0087005公开了一种具有高强度的铜合金管件，所述铜合金管件包含铜、锡、钴、磷、锌、镍等等。由于低伸长率，就加工性能而言所述铜合金管件不适合用作换热器的管件。
发明内容
因此，本发明旨在一种具有高强度、高电导率和优异的加工性能的用于管件的铜合金材料及其制造方法，所述铜合金材料及其制造方法基本上避免了由于相关技术的局限性和缺点而产生的一种或多种问题。本发明的目的是提供一种显示出高强度、高导电性和优异的加工性能的用于管件的铜合金材料及其制造方法。为了实现这些目的和其他优点且根据本发明的目的，如此处具体化和概括描述的，提供了一种用于管件的铜合金材料，包含按重量计O. 05%至O. 25%的铁(Fe);按重量计O. 01%至O. 05%的锰(Mn);按重量计O. 015%至O. 07%的磷(P);余量为铜(Cu);和其他不可避免的杂质，其中铁(Fe)与磷(P)的重量比(Fe/P)为O. 75至6. O。
所述铜合金材料可以具有295MPa以上的拉伸强度、35%以上的伸长率、以及81 %IACS以上的电导率。根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造用于管件的铜合金材料的方法，包括使用按重量计O. 05 %至O. 25 %的铁(Fe)、按重量计O. OI %至O. 05 %的锰(Mn)、按重量计O. 015%至O. 07%的磷(P)、和余量的铜(Cu)铸造坯料，以便将铁(Fe)与磷(P)的重量比(Fe/P)调节到O. 75至6. O (铸造步骤)；对所得到的坯料进行热挤压以得到细管(热挤压步骤)；对所述细管进行冷管材轧制以得到管件(冷管材轧制步骤)；冷拉伸管件(冷拉伸步骤)；以线圈的形式缠绕所述管件(水平缠绕步骤)；和加热所缠绕的管件(加热步骤)。通过所述方法制备的铜合金材料可以具有295MPa以上的拉伸强度、35%以上的伸长率以及81% IACS以上的电导率。需要理解的是，本发明的上述一般描述和下面的具体实施方式
是示例性的和解释性的，且旨在提供要求保护的发明的进一步解释。
附图，它们被包括以提供本公开的进一步理解且结合在本申请的一部分和构成本申请的一部分，说明本公开的实施例且与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中图I是说明根据本发明的用于制造铜合金材料的方法的流程图；图2示出了根据示例和对比示例制造的样品的管件延伸试验结果；图3示出了根据示例和对比示例制造的样品的腐蚀试验结果；和图4是示出根据示例和对比示例的样品的构造的图像。
具体实施例方式现在将详细描述本发明的具体实施例以及在附图中说明的示例。根据本度明的具有高强度和高导电性的用干管件的铜合金材料根据本发明的具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料包括按重量计O. 05 %至O. 25 %的铁(Fe)，按重量计O. 01 %至O. 05 %的锰(Mn)，按重量计O. 015 %至O. 07%的磷(P)，余量为铜(Cu)和其他不可避免的杂质，其中铁(Fe)与磷(P)的重量比(Fe/P)为 O. 75 至 6. O。在根据本发明的具有高强度、高导电性和优异的加工性能的用于管件的铜合金材料中，铁(Fe)形成精细分散的颗粒例如Fe-P颗粒的沉淀，且提高了所述合金材料的强度或导电性。在所述铜合金材料中，铁以按重量计O. 05 %至O. 25 %的量存在。当铁以按重量计小于O. 05%的量存在时，精细的沉淀物颗粒以不足的量存在，因此不能保证足够的强度和导电性、以及优异的加工性能。另一方面，当铁含量超过按重量计O. 25%时，沉淀的分散的颗粒变粗糙，因此使最终产品的强度和弯曲加工性能恶化。在具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料中，锰(Mn)提高了热加工性倉泛。在所述铜合金材料中，猛以按重量计O. 01%至O. 05%的量存在。当猛含量低于按重量计O. 01%时，不能得到足够的热加工性能，并且当含量超过按重量计O. 05%时，产生粗糙的晶体或氧化物，且使弯曲加工性能以及导电性严重恶化。在根据本发明的具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料中，磷(P)进行脱氧，形成铁和精细沉淀物，因此提高了铜合金的强度或导电性。在所述铜合金材料中，磷以按重量计O. 015%至O. 07%的量存在。当磷以按重量计低于O. 015%的量存在时，精细的沉淀物颗粒以不足的量存在，因此不能保证足够的强度和导电性。另外，当磷以高于按重量计O. 07%的量存在时，Fe-P沉淀物颗粒变粗糙，使强度或弯曲加工性能恶化且也使热加工性能恶化。在具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料中，铜(Cu)构成了剩余的余量。
其他不可避免的杂质可以在具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料中以痕量存在，且对具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料的特性没有影响。在具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料中，Fe和P的重量比为O. 75至6. O。当Fe和P的重量比(Fe/P)低于O. 75时，过量的P溶于Cu基体中，因此使最终的铜合金材料的导电性恶化。另一方面，当Fe与P的重量比(Fe/P)超过6.0时，剩余的过量Fe转化为单质Fe颗粒的粗糙聚集体，因此使最终的铜合金材料的强度恶化。因此，Fe与P的重量比(Fe/P)应该在O. 75至6. O的范围内。同时，根据本发明的具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料具有295MPa以上的拉伸强度。因此，尽管环境友好的制冷剂代替氟利昂用作加热介质，由根据本发明的用于管件的铜合金材料制成的耐压加热容器等等具有295MPa以上的拉伸强度，因此能够承受环境友好的制冷剂的冷凝压力。另外，根据本发明的用于管件的铜合金材料具有81% IACS以上的电导率。因此，根据本发明的用于管件的铜合金材料是磷脱氧铜的合适替代物，磷脱氧铜用作用于耐热加热容器(例如用于管件设备和换热器，例如热水系统、空调、冷冻机和冰箱，的常规管件)的材料。所述铜合金材料具有35%以上的伸长率。因此，根据本发明的用于管件的铜合金材料具有优良的可弯曲性和优良的加工性能，且当金属管件通过压入方法膨胀时适合改善塑性形变。当用于换热器的常规铜合金材料的拉伸强度提高时，电导率和伸长率恶化。当电导率或伸长率提高时，拉伸强度恶化。换言之，同时提高拉伸强度、电导率和伸长率是困难的。如以上所提到的，具有高强度、高导电性和优良的加工性能的铜合金材料可以通过控制用于换热器的铜合金材料的构成和组分而制备。根据本发明的用于制造具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料的方法将描述根据本发明的用于制造具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料的方法。根据本发明的铜合金材料通过以下步骤制备使用按重量计O. 05%至O. 25%的铁(Fe)、按重量计O. 01%至O. 05%的锰(Mn)、按重量计O. 015%至O. 07%的磷(P)、和余量的铜(Cu)铸造坯料，以便将铁(Fe)与磷(P)的重量比(Fe/P)调节到O. 75至6. O (铸造步骤)(S100);对所得到的坯料进行热挤压以得到细管(热挤压步骤)(S200);对所述细管进行冷管材轧制以得到管件(冷管材轧制步骤)(S300);冷拉伸所得到的管件(冷拉伸步骤)(S400);以线圈的形式缠绕所述管件(水平缠绕步骤)(S500);和加热所缠绕的管件(加热步骤)(S600)。在铸造步骤(S100)中，所述坯料通过熔化按重量计O. 05%至O. 25%的铁(Fe)、按重量计O. 01%至O. 05%的锰(Mn)、按重量计O. 015%至O. 07%的磷(P)、和余量的铜(Cu)而铸造，以便将铁(Fe)与磷⑵的重量比(Fe/P)调节到O. 75至6. O。在所述坯料铸造步骤中，可以存在痕量的其他不可避免的杂质。其他不可避免的杂质对根据本发明的具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料的特性没有影响。根据其期望用途，可以适当的尺寸和形状制造所述坯料，且可以在电炉中使用半连续铸造步骤将所述坯料制造成具有大约Φ207至Φ280的尺寸的圆筒(管件)。在所述铸造步骤中，铸造温度为大约1100°C至135CTC，且铸造速度为大约10Omm/mi η至150mm/min。然后，对在前面的步骤中得到的坯料进行热挤压(S200)。热挤压步骤(S200)通过将在前面的步骤中得到的铸造坯料切割到适当的尺寸且在大约770°C至900°C的范围内的 温度下进行热挤压而进行。当温度低于以上限定的范围时，区域具有低于重结晶温度的温度。具体地，当所述材料的表面的温度低于其内部区域的温度时，在边界面内产生由中心部分移动而形成的剪切区域，因此引起管涌(挤压缺陷)。当温度超过以上限定的范围时，经常发生重结晶，在形成精细晶粒结构的区域中形成不正常的(例如生长过度的)晶粒，且在横向横截面内形成环形的粗糙的晶体。例如，在具有高强度和高导电性的用于管件的铜合金材料中，将在前面的步骤中得到的铸造坯料切割到大约640L至800L的长度，且将所述铸造坯料在大约900°C下加热10分钟，以便降低大约90%的挤压百分比，以得到具有Φ120至Φ130的外径以及12t至15t的厚度的管件。然后，进行冷管材轧制步骤(S300)。冷管材轧制步骤(S300)通过将在前面的步骤中得到的管件管材轧制到大约Φ35至Φ90的外径以及2. St至3. It的厚度而进行。同时，进料速度为大约9. 52毫米/冲程至11. 2毫米/冲程。然后，对在前面的步骤中得到的产品进行冷拉伸(S400)。冷拉伸步骤(S400)的例子包括，但不限于，中空拉拔、芯头拉拔、浮动芯头拉拔、芯轴拉拔(mandrel drawing)等等。在冷拉伸步骤中，将在前面的步骤中得到的管件管材轧制到大约Φ4至Φ22. 2的外径以及O. 25t至O. 41t的厚度。然后，进行水平缠绕步骤(S500)。水平缠绕步骤(S500)通过使所述冷拉伸的管件经历洗涤、校准、ECT试验，标记损坏的部分和在卷筒上缠绕所述管件而进行。优选地，线速度为350m/min至500m/min。可以通过根据这个步骤的多个拉伸步骤在恒定张力下保持不均匀的曲率。然后，进行加热步骤(S600)。在450°C至650°C下进行加热步骤(S600) 3至6小时，以控制具有提高的强度的铜合金的性质，例如拉伸强度、伸长率和电导率。当工艺用油残留在所述铜管件(由铜合金材料制成的管件)内时，制冷剂回路被破坏或者制冷剂变形。由于这个原因，进行吹扫步骤，其中通过在退火步骤中以适当的混合比将惰性气体结合为氮气和氧气的混合物而排出且除去剩余的油。这时，将剩余的油控制到O. lmg/m以下的水平。
在下文中，将参考示例详细描述本发明。示例示例 I铜合金管件由根据以下在表I中列出的构成的根据本发明的用于管件的高强度高电导率的铜合金材料制造。按重量计O. 05%的Fe、按重量计O. 05%的Mn、按重量计
O.015%的P以及余量的铜在电炉中半连续地铸造，以得到坯料(S100)。将所得到的坯料切害_ 640L的长度且在800°C下进行热挤压，以得到具有Φ 120的外径以及15t的厚度的管件材料(S200)。然后，对所述管件材料进行冷轧制，以得到具有Φ58的外径以及2. St的厚度的管件(S300)。然后，使用浮动芯头轧制方法对所述冷轧制后的管件进行冷拉伸，以便所述管件具有Φ9. 52的外径以及O. 3t至O. 45t的厚度(S400)。在卷筒上以线圈形式缠绕所述冷拉伸的管件(S500)。然后，在95%氮气和5%氧气的气氛下将产品加热到600°C 4至6 小时(S600)。将最后得到的铜合金管件切割到9. 52ΦΧ0. 3tX301的尺寸，以制备样品(标记为样品I)。示例2至4以与示例I描述的相同方式，制造铜合金管件，以便制备样品，除了如在表I中所列出的坯料的构成改变(且所得到的铜合金管件的样品按表I的顺序标记为样品2至4)。对比示例I至4以与示例I描述的相同方式，制造铜合金管件，以便制备样品，除了如在表I中所列出的坯料的构成改变(且所得到的铜合金管件的样品按表I的顺序标记为样品5至8)。对比示例5和6磷脱氧铜(C1220)用于制备如在表I中所列出的尺寸和组分的样品(且所得到的铜合金管件的样品按表I的顺序标记为样品9和10)。表I
权利要求
1.一种用于管件的铜合金材料，包括 按重量计O. 05%至O. 25%的铁(Fe)； 按重量计O. 01%至O. 05%的锰(Mn)； 按重量计O. 015%至O. 07%的磷(P)； 余量为铜(Cu);和 其他不可避免的杂质， 其中铁(Fe)与磷(P)的重量比(Fe/P)为O. 75至6. O。
2.根据权利要求I所述的用于管件的铜合金材料，其中所述铜合金材料具有295MPa以上的拉伸强度、35%以上的伸长率、以及81% IACS以上的电导率。
3.一种用于制造用于管件的铜合金材料的方法，包括 使用按重量计O. 05%至O. 25%的铁(Fe)、按重量计O. 01%至O. 05%的锰(Mn)、按重量计O. 015%至O. 07%的磷(P)、和余量的铜(Cu)铸造坯料，以便将铁(Fe)与磷(P)的重量比(Fe/P)调节至IJ O. 75至6. O (铸造步骤)； 对所得到的坯料进行热挤压以得到细管(热挤压步骤)； 对所述细管进行冷管材轧制以得到管件(冷管材轧制步骤)； 冷拉伸所得到的管件(冷拉伸步骤)； 以线圈的形式缠绕所述冷拉伸的管件(水平缠绕步骤)；和 加热所缠绕的管件(加热步骤)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述铜合金材料具有295MPa以上的拉伸强度、35%以上的伸长率、以及81% IACS以上的电导率。
全文摘要
本发明公开了一种具有高强度、高导电性和优异的加工性能的用于管件的铜合金材料，包含按重量计0.05％至0.25％的铁，按重量计0.01％至0.05％的锰，按重量计0.015％至0.07％的磷，余量为铜，和其他不可避免的杂质，其中铁与磷的重量比为0.75至6.0。另外，用于管件的铜合金材料通过以下步骤制造使用按重量计0.05％至0.25％的铁、按重量计0.01％至0.05％的锰、按重量计0.015％至0.07％的磷、和余量的铜铸造坯料，以便将铁与磷的重量比调节到0.75至6.0(铸造步骤)；对所得到的坯料进行热挤压以得到细管(热挤压步骤)；对所述细管进行冷管材轧制以得到管件(冷管材轧制步骤)；冷拉伸所得到的管件(冷拉伸步骤)；以线圈的形式缠绕所述冷拉伸的管件(水平缠绕步骤)；和加热所缠绕的管件(加热步骤)。
文档编号C22C9/05GK102925739SQ201110445039
公开日2013年2月13日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年8月12日
发明者慎重贤, 李范宰, 黄寅晔, 郭源信, 金度弦, 洪惠珉 申请人:株式会社丰山