CN101430175A

CN101430175A - 热交换器用铜合金管

Info

Publication number: CN101430175A
Application number: CNA2008101700710A
Authority: CN
Inventors: 渡边雅人; 白井崇
Original assignee: COPEKERLIN MATERIAL Co Ltd
Current assignee: Corporation Armored Pure Copper Tube; Emkeper Seventh LLC
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: KR101053007B1; JP2009114493A; CN101430175B; KR20090046708A; US8562764B2; US20090116997A1; JP4629080B2; EP2055795A3; EP2055795A2; MY147260A

Abstract

本发明的铜合金管具有如下组成：含有Sn：0.1～2.0质量％、P：0.005～0.1质量％、S：0.005质量％以下、O：0.005质量％以下及H：0.0002质量％以下，余量由Cu及不可避免的杂质构成。而且，在退火的状态下，抗拉强度为250N/mm²以上，在管轴正交截面中，在与管的壁厚方向相垂直的方向上测定的平均晶粒直径为30μm以下，设所述铜合金管的纵长方向的抗拉强度为σL，圆周方向的抗拉强度为σT时，σT/σL＞0.93。根据这样的结构，能够高出需要地提高抗拉强度而不会使弯曲加工性劣化，能够充分提高耐压破坏强度(破坏压力)，此外弯曲加工性及耐热性也优异。

Description

热交换器用铜合金管

技术领域

本发明涉及耐压破坏强度以及加工性优异的热交换器用铜合金管。

背景技术

例如，通常用于空调的翅片管型热交换器是将弯曲加工成细销状的U字形铜管(以下，称为铜管时也包括铜合金管)插通由铝或铝合金板构成的散热片(以下称为铝散热片)的贯通孔，将扩管工具插入铜管内对所述铜管进行扩管，由此使铜管和铝散热片密接，另外，对铜管的开放端进行扩管，将弯曲加工成U字型的弯曲铜管插入该扩管开放端，用磷铜等钎料将弯曲铜管钎焊于U字型铜管的扩管开放端，由此，通过弯曲铜管连接多个U字型铜管，制作热交换器。

为此，用于热交换器的铜管要求导热率、弯曲加工性以及钎焊性良好。因此，这些特性良好，且具有适当的强度的磷脱氧铜被广泛使用。

用于空调等的热交换器的制冷剂中，虽然广泛使用HCFC(氢氯氟烃hydro chloro fluoro carbon)系氟里昂，但由于HCFC臭氧破坏系数大，因此出于地球环境保护的观点而使用该值小的HFC(氢氟烃hydro fluorocarbon)系氟里昂。另外，热水器、汽车用空调机或自动售货机等所使用的热交换器使用作为自然制冷剂的CO₂。在热交换器中，这些制冷剂使用的压力(流通在热交换器的传热管内的压力)在冷凝器(就CO₂来说是气体冷却器)中最大，例如HCFC系氟里昂的R22为1.8MPa，HFC系氟里昂的R410A是3MPa，另外CO₂制冷剂是7至10MPa(超临界状态)左右，最新采用的制冷剂的运转压力增大至以往制冷剂R22的1.6至6倍左右。

若设流动在传热管内的制冷剂的运转压力为P(N/mm²)，传热管的外径为D(mm)，传热管的抗拉强度(传热管纵长方向)为σ(N/mm²)，传热管的壁厚为t(mm)(内螺纹管时为底壁厚)，则在它们之间，存在P＝2×σ×t/(D·0.8×t)的关系。若针对壁厚t整理前式，则为t＝(D×P)/(2×σ+0.8×P)，可知传热管的抗拉强度越大，壁厚能够越薄。实际上，在选定传热管时，使用的压力是前述的P再乘以安全率S(通常为2.5至4左右)，使用根据使用的管的纵长方向的抗拉强度计算出的壁厚的传热管，或者使用调整到根据使用的管的壁厚计算出的抗拉强度的传热管。

用于前述翅片管型热交换器的传热管因为要被进行U字型弯曲加工及扩管，因此通过采用退火材或对退火材进行了拉拔等的轻加工的软质材，其面对这些加工而具有充分的变形性，且能够以很小的力进行加工。磷脱氧铜制传热管的情况下，由于抗拉强度小，因此为了对应制冷剂的运转压力的增大，需要加厚管的壁厚。另外，在热交换器的组装时，铜焊部在800℃以上的温度被加热数秒至数十秒，因此在铜焊部及其附近与其他部分相比晶粒粗大化，由于软化而成为强度降低的状态，因此为了弥补因铜焊造成的强度降低，需要进一步增厚壁厚。如此，作为传管热若使用磷脱氧铜，则热交换器的质量增大，价格上升，因此就强烈期望一种抗拉强度高，加工性优异，具有良好的热传导率的传热管。为了使用于翅片管型热交换器的磷脱氧铜管的壁厚即使变薄仍可耐受实用，通过对退火后的磷脱氧铜管进行拉拔加工等的塑性加工以提高其抗拉强度即可，但是由于塑性加工导致延性降低，从而不能进行弯曲加工。

为了适应这样的要求，作为0.2％屈服点和疲劳强度优异的铜合金管，例如提出有一种热交换器用无接头铜合金管(特开2000-199023号)，其含有Co：0.02～0.2质量％、P：0.01～0.05质量％、C：1～20ppm，余量由Cu和不可避免的杂质构成，杂质的氧为50ppm以下。另外，还提出一种热交换器用铜合金管(特开2003-268467号)，其具有如下组成：含有Sn：0.1～1.0质量％、P：0.005～0.1质量％、O：0.005质量％以下及H：0.0002质量％以下，余量由Cu及不可避免的杂质构成，平均晶粒直径为30μm以下。

然而，特开2000-199023号所公开的铜合金，虽然借助Co的磷化物带来的析出强度而使抗拉强度提高，但是在强度上升的比例中耐压破坏强度没有上升。另外，由于热交换器制作时的铜焊加热，所述磷化物固溶，在铜焊部附近传热管的强度降低。因此，其用于传热管时，存在不太能够减薄壁厚，从而得不到期望的效果的问题点。

另外，特开2003-268467号公报的铜合金，通过Sn的固溶强度而强度提高，铜焊后的软化也比特开2000-199023号的铜合金小，若用于传热管同可以使管的壁厚变薄，但是为了成为热交换器而进行U字弯曲加工时，则判明存在如下问题点：在弯曲部容易发生皱褶或裂纹，该部分成为起点在达不到预期的很低的强度下就会遭到破坏。

发明内容

本发明鉴于这样的问题点而进行，其目的在于，提供一种热效果器用铜合金管，其将抗拉强度提高到需求以上而不会使弯曲加工性劣化，能够充分地提高耐压破坏强度(破坏压力)，此外弯曲加工性及耐热性也优异。

本发明的热交换器用铜合金管具有如下组成：含有Sn：0.1～2.0质量％、P：0.005～0.1质量％、S：0.005质量％以下、O：0.005质量％以下及H：0.0002质量％以下，余量由Cu及不可避免的杂质构成，在退火的状态下，具有如下特性：所述铜合金管的纵长方向的抗拉强度为250N/mm²以上；在管轴正交截面中，在与管的壁厚方向相垂直的方向上测定的平均晶粒直径为30μm以下；以及设所述铜合金管的纵长方向的抗拉强度为σL，圆周方向的抗拉强度为σT时，

σT/σL>0.93。

在该热交换器用铜合金管中，还能够含有Zn：0.01～1.0质量％。

此外还能够含有Fe、Ni、Mn、Mg、Cr、Ti及Ag合计0.005～0.07质量％。

此外，本发明的另一热交换器用铜合金管，是经拉拔加工的热交换器用铜合金管，在经过拉拔加工的状态下，所述铜合金管的纵长方向的抗拉强度为280N/mm²以上，在管轴正交截面中，在与管的壁厚方向相垂直的方向上测定的平均晶粒直径为30μm以下。

此外，本发明的热交换器用铜合金管，在以800℃加热15秒后的状态下，在管轴正交截面，在与管的壁厚方向相垂直的方向上测定的平均晶粒直径优选为100μm以下。

还有，平均晶粒直径，是在与管的轴向正交的截面中，根据JISH0501所规定的切断法，测定与壁厚垂直的方向的晶粒直径，沿管轴方向在任意10处对其加以测定时的该测定值的平均值。

此外，该热交换器用铜合金管例如是内螺纹管。

附图说明

图1是表示微小拉伸试验片的形状的图。

具体实施方式

以下，对于本发明进行更详细地说明。本发明者等进行了种种实验研究的结果发现，通过适当规定Sn含量、P含量、S含量、管轴正交截面中的与壁厚正交的方向的平均晶粒直径，便能够得到能够解决本发明的课题的热交换器用铜合金管。

可是，如前述，在管的破坏压力P和管的外径D、壁厚t及抗拉强度σ(管纵长方向)中，一般而言存在P＝2×σ×t/(D·0.8×t)的关系，但是本发明等发现，即使外径、壁厚、抗拉强度相同，根据管的材质(组成)，仍会在比前式计算出的破坏压力P大的或者小的压力下破坏。若加压封入管内的流体，则在管中拉伸应力对其圆周方向发挥作用，若前述拉伸应力超过管圆周方向的抗拉强度，则管破裂。如此，给管的破坏压力带来的影响的，虽然是管的圆周方向的抗拉强度(σT)，但是管的圆周方向的抗拉强度通过比管的纵长方向的抗拉强度(σL)小，由于其比σT/σL根据管的材质(组成)而有所不同，因此认为，根据管的材质，由前式计算的破坏压力P和实际的破坏压力的差异上会发生出入。因此，计算管的壁厚时，要对破坏压力P附加过大的安全率S来设计管的壁厚。

在现有磷脱氧铜管的情况下，为了使破坏压力提高，需要提高管的圆周方向的抗拉强度(σT)，但是，因为磷脱氧铜管其管纵长方向的抗拉强度σL与管圆周方向的抗拉强度σT的比率σT/σL小，所以需要对管进行塑性加工。若进行管的塑性加工，则管的纵长方向的抗拉强度也上升，随之而来的是管的延性降低。因此，在热交换器组装时的弯曲加工中，存在弯曲部的管会发生裂纹的问题。

因此，如果采用σT/σL的比率高的合金管，则即使管的纵长方向的抗拉强度相同，圆周方向的抗拉强度也很大，因此能够确保更高的破坏压力(耐压强度)，能够减薄管的壁厚，并且使管的弯曲加工性良好。

以下，就本发明的热交换器用传热管的成分添加理由及组成限定理由进行说明。

“Sn：0.1～2.0质量％”

在本发明的铜合金管中，Sn具有提高抗拉强度、延伸率及耐热性，抑制晶粒的粗大化的效果，因此与磷脱氧铜管相比能够使管的壁厚变薄。另外，通过含有Sn，可以使σT/σL的比比磷脱氧铜更大，即使与σL相同的磷脱氧铜管相比仍可以进一步使管的壁厚变薄。若铜合金管的Sn含量超过2.0质量％，则作为传热管所要求的热传导率降低，导电率低于35％IACS。另外，若Sn含量超过2.0质量％，则铸块中的凝固偏析剧烈，通过通常的热压出及/或加工热处理无法完全消除偏析，铜合金管的金属组织、机械的性质、弯曲加工性、铜焊后的组织及机械的性质不均一。另外，为了压出压力变高，在与Sn含量为2质量％以下的铜合金相同的压出压力下进行压出成形，需要提高压出温度，由此压出材的表面氧化增加，生产性的降低及铜合金管的表面缺陷增加。如此，由于在传热性能及制造的点上问题变大，因此将其上限值作为2.0质量％。另一方面，若Sn低于0.1质量％，则在退火后及铜焊加热后，不能得到充分的抗拉强度及细微的晶粒直径。因此，Sn的含量为0.1～2.0质量％。优选Sn的含量为0.15～1.5％，更优选0.25～1.0％的范围。

“P：0.005～0.1质量％”

在本发明的铜合金管中，P的添加在用于防止Sn的氧化上有效，但是若P含量超过0.1质量％，则在热压出时易产生裂纹，应力腐蚀裂纹敏感性变高，并且热传导率的降低变大。若P含量低于0.005质量％，则由于脱氧不足导致氧量增加，Sn的氧化物发生，铸块的健全性降低，作为铜合金管弯曲加工性降低。因此，P的含量为0.005～0.1质量％。P的含量优选为0.01～0.07％的范围，更优选为0.04～0.05％的范围。

“S：0.005质量％以下”

在本发明的铜合金管中，铜合金管的S与Cu形成化合物而存在于母相中。若作为原料使用的低品位铜基体金属、废料等的配合比例增加，S的含量增加，则铸块时的铸块裂纹及热压出裂纹增加。另外，即使热压出裂纹不发生，若对压出材进行冷轧、拉拔加工，则材料内部的Cu·S化合物也会在管的轴向上拉伸，在铜合金母相与Cu·S化合物的界面容易发生裂纹，加工中的半成品及加工后的成品中会有表面瑕疵及裂纹等，使制品的成品率降低。另外，即使在Cu·S化合物界面没有发生裂纹时，在对本发明的合金管进行弯曲加工时，也会成为裂纹发生的起点，在弯曲部裂纹发生的频率变高，并且会减小管的破坏压力及疲劳强度。为了改善这一问题，需要使本发明的铜合金管的S含量为0.005质量％以下，优选为0.003质量％，更优选为0.015质量％以下。因为S会由铜基体金属、废料等的原料、附着于废料的油、溶解铸造气氛(被覆熔汤的木炭/焊剂、与熔汤接触的气氛中的SO_X气体、炉材等)比较简单地被吸收到熔汤中，所以为了使S含量为0.005质量％以下，有效的对策有如下：降低低品位的Cu基体金属及废料的使用量，降低溶解气氛的SO_X气体，选定适当的炉材，向熔汤中微量添加Mg及Ca等与S亲和性强度元素等等。还有，对于S以外的杂质元素As、Bi、Sb、Pb、Se、Te来说也一样，由于其使铸块、热压出材及冷加工材的健全性降低，另外会损害管的弯曲加工性，因此这些元素的合计含量为0.015质量％以下，优选为0.0010质量％以下，更优选为0.0005质量％以下。

“O：0.005质量％以下”

在本发明的铜合金管中，若O的含量超过0.005质量％，Cu或Sn的氧化物卷入铸块，铸块的健全性降低，并且制造的管的弯曲加工性容易降低。另外，会减小管的破坏压力及疲劳强度。因此，需要使O的含量为0.005质量％以下。为了进一步改善弯曲加工性，优选O的含量为0.003质量％以下，更优选0.0015质量％以下。

“H：0.0002质量％以下”

若在熔解铸造时被熔汤吸收的氢变多，则凝固时固溶量减少的氢在铸块的晶界析出，形成大量的气泡，在热压出时发生裂纹。另外，由于在铸块的晶界析出，Sn及P的逆偏析加剧，在热压出铸块时，容易发生裂纹及表面伤等。另外，若对压出后还进行轧制及拉拔加工的铜合金管实施退火，则退火时H在晶界浓缩，因其引起膨胀容易发生，制品成品率降低。因此，在本发明的铜合金管中，需要使H的含量为0.0002质量％以下。为了进一步提高制品的成品率，优选使H的含量为0.0001质量％以下。

还有，为了使H的含量为0.0002质量％以下，有效的对策有熔解铸造时的原料的干燥、熔汤被覆木炭的赤热、与熔汤接触的气氛的露点的降低、使磷添加前的熔汤处于氧化气氛中等等。

“Zn：0.01～1.0质量％”

通过添加Zn，不会使铜合金管的热传导率大大降低，而能够使强度、耐热性及疲劳强度提高。另外，通过Zn的添加，能够降低用于冷轧、抽拔及滚轧成形等的工具的磨耗降低，具有延长拉拔栓及螺纹塞等的寿命的效果，有助于生产成本的降低。本发明的铜合金在热压出、热处理、塑性加工等的加工热处理工序中，所含有的Sn被氧化，在合金管表面形成Sn的氧化物。由于Sn的氧化物比Cu的母相及Cu的氧化物硬得多，所以考虑会磨耗拉拔栓及螺纹塞等的工具。Zn添加带来的工具磨耗抑制的机理虽不明确，但是推定是由于在热处理及塑性加工时，本铜合金所含有的Zn比Sn容易氧化，所以在合金管的表面Zn的氧化物优选被氧化，由此致使Sn的氧化发生量减少，另外，由于Zn的氧化物的硬度软，因此会减少工具的磨耗。若Zn的含量超过1.0质量％，则应力腐蚀敏感性变高。另外，若Zn的含量低于0.01质量％，则无法充分获得上述的效果。因此，需要使Zn的含量为0.01～1.0质量％。还有，与Zn一起含有Mg或使之替换Zn，也能够发挥强度、耐热性、疲劳强度的提高及工具磨耗的降低的效果。优选Mg的含量在单独含有时为0.01～0.2质量％，另外使之与Zn共同含有时Zn和Mg合计为0.02～1.0质量％。Mg容易被氧化，若因Mg的氧化物造成的铸块表面的桔皮面、裂纹及铸块内部的夹杂物发生，则经热压出、轧制、拉拔等的工序会在管的表面发生瑕疵，导致制品成品率的降低。因此，需要设法进行熔解铸造气氛的控制以及利用熔汤表面的木碳或助焊剂的覆盖，以防止熔解铸造工序中的Mg的氧化，使已发生的Mg氧化物不会被带入铸块中。

其次，说明本发明的热交换器用铜合金管的特性等的限定理由。

“抗拉强度：250N/mm²以上”

翅片管型热交换器通常大多使用软质的铜管，特别是多使用进行过退火(完全再结晶的状态)的铜管。在本发明的铜合金中，在做过退火的状态下，若铜合金管的抗拉强度低于250N/mm²，则组装到空调等的热交换上时的强度不充分，另外不能充分维持铜焊后的强度。还有，这里所说的抗拉强度是进行退火而作为软质材的铜合金管的管轴向的抗拉强度。

“在管轴正交截面中与管的壁厚方向相垂直的方向的平均晶粒直径：30μm以下”

若使静水压作用于管内，则会在管轴正交截面中对与管周向及壁厚方向正交的方向施加力，以管内外面的表面瑕疵、管内部的硫化物等的夹杂物、及管内表面或内部的微细的裂纹等的缺陷为基点而发生裂纹，龟裂发生而导致破坏。本发明者等发现，为了防止导致这样的破坏的问题点，有效的是使管轴正交截面的与壁厚正交的方向的平均晶粒直径为30μm以下。若管轴正交截面的与壁厚方向垂直的方向的平均晶粒直径超过30μm，则在组装到空调等的热交换器上时，在弯曲加工时容易在弯曲部发生裂纹。这时，与该壁厚方向正交的方向的平均晶粒直径更优选为20μm以下，进一步优选为15μm以下。

还有，该平均晶粒直径可以通过退火在再结晶的状态下满足，或者也可以在实施了拉拔等的塑性加工的状态中满足。

“设所述铜合金管的纵长方向的抗拉强度为σL，圆周方向的抗拉强度为σT时，σT/σL>0.93。”

如前述，管的抗拉强度在管的圆周方向的抗拉强度σT比管的纵长方向的抗拉强度σL小，另外，由于管的破坏压力与σT有关，因此为了增大管的破坏压力，σT/σL的值越大越有利。通常的磷脱氧铜管其σT与σL的比σT/σL的值为0.89～0.91左右，但是，因为本发明的铜合金管其σT/σL>0.93，所以即使材料的强度并没有那么大，也可以使破坏压力提高。若σT/σL≤0.93，则为了在同一壁厚计下满足规定的破坏压力，就必须提高纵长方向的抗拉强度，这会大大阻碍管的加工性。通过满足σT/σL>0.93，能够使合金管的弯曲加工性等保持良好的状态，确保高的破坏压力，使管薄壁化可以使热交换器轻量化。在本发明中，虽然σT/σL>0.93，但更优选σT/σL>0.95。如果在σL相同的情况下，本发明的铜合金管的一方具有更高的破坏压力。另外，如果在破坏压力相同的材料的情况下，本发明的铜合金管的一方，由管的弯曲加工造成的裂纹很难分布，能够进行更为严酷的弯曲(弯曲半径小的弯曲)。还有，以铸造-热压出-轧制-拉拔-退火的工序制作本发明的铜合金管时，为了在退火后的状态下达成σT/σL>0.93，适当地控制热压出温度、热压出的加工率、热压出后的冷却速度、轧制及拉拔工序中的加工率、退火温度、退火时的加热速度等的条件即可。例如，使热压出至拉拔的加工条件为同样的范围时，越是加大退火时的加热速度σT/σL的值越大。

“在拉拔加工后的状态下，抗拉强度为280N/mm²以上，在管轴正交截面中，在与管的壁厚方向相垂直的方向上测定的平均晶粒直径为30μm以下。”

虽然是对传热管进行弯曲加工、扩管加工等来制作翅片管型热交换器，但是因为退火材软而容易变形，所以在弯曲、扩管等的加工时，传热管的搬运和处理时传热管会发生无法预见的变形。为了解决该问题，有使用对退火材实施拉拔加工而使强度稍有上升的所谓半硬质材的情况。若铜合金管的纵长方向的抗拉强度低于280N/mm²，则不能达成上述的变形防止的目的。另外若管轴正交截面的与壁厚方向垂直的方向的平均晶粒直径超过30μm，则在组装到空调等的热交换器上时，在弯曲加工时弯曲部容易发生裂纹。因此，优选在拉拔加工后的状态下，抗拉强度为280N/mm²以上，在管轴正交截面，与管的壁厚方向垂直的方向上测定的平均晶粒直径为30μm以下。还有，在半硬质材中仍需要弯曲、扩管等的塑性加工良好地进行，为此要使拉拔加工的铜管在纵长方向进行拉伸试验时的纵长方向的延伸率为25％以上，优选30％以上，更优选35％以上。

“含有Fe、Ni、Mn、Mg、Cr、Ti及Ag合计0.005～0.07质量％”

Fe、Ni、Mn、Mg、Cr、Ti及Ag均使本发明的铜合金的强度、耐压破坏强度、及耐热性提高，使晶粒微细化而改善弯曲加工性。若从前述元素之中选择的1种以上的元素的含量超过0.07质量％，则压出压力上升，因此，在与不添加这些元素相同的压出力下进行压出时，则需要提高热压出温度。据此，压出材的表面氧化变多，因此在本发明的铜合金管中表面缺陷多发，制品成品率降低。因此，优选从Fe、Ni、Mn、Mg、Cr、Ti及Ag构成的群中选择的1种以上的元素合计低于0.07质量％。所述合计含量更优选低于0.05质量％，进一步优选低于0.03质量％。

“加热至800℃ 15秒后的与管轴正交截面的壁厚方向垂直的方向的平均晶粒直径：100μm以下”

如前述，铜合金管被加工成热交换器时，会受到来自铜焊的热影响。而且，在来自该铜焊的热影响下晶粒直径粗大化，但是在加热至与来自铜焊的热影响同等的800℃ 15秒后，若与管轴正交截面的壁厚方向垂直的方向的平均晶粒直径超过100μm，则在铜焊部耐压强度的降低大，在运转压力高的HCF系氟里昂制冷剂及二氧化碳制冷剂用的热交换器上使用铜合金管时可靠性降低。因此，优选与管轴正交截面的壁厚方向垂直的方向的平均晶粒直径为100μm以下，更优选60μm以下。

“铜合金管为内螺纹管”

本发明的铜合金管与磷脱氧铜相比，因为能够增大抗拉强度和延伸率，且减小晶粒直径，所以更适合采用滚轧成形的内螺纹管的制造。特别是由于抗拉强度大，所以在滚轧成形加工时难以向拉拔方向延伸，因此即使增大滚轧成形时的拉拔力管也不会断裂，向螺纹塞的槽部的合金管的壁的填充圆滑，可以高速加工具有良好的翅形状的内螺纹管。

接下来，对于本发明的铜合金管的制造方法的一例，以平滑管或内螺纹管的情况为例进行以下说明。

首先，以木炭被覆的状态熔解原料的电气铜，铜熔解后，添加Sn及根据需要以规定量添加Zn，此外，兼顾脱氧而作为Cu-15质量％中间合金添加P。成分调整结束后，通过半连续铸造制作规定的尺寸的板坯。用加热炉加热得到的板坯，进行均质化处理。还有，优选在热压出前，将板坯保持在750～950℃1分钟至2小时左右，以进行均质化导致的偏析改善。

其后，对用户提供软质的平滑管时及使用拉拔管来制造内螺纹管等情况下，对加工成规定尺寸的拉拔管进行退火处理。为了连续退火本发明的铜合金管，能够利用铜盘管等的退火通常所使用的辊道炉，或者对高频感应线圈边通电，边以通过前述盘管的高频感应线圈加热铜管。为了用辊道炉来制造本发明的铜合金管，拉拔管的实体温度为400～700℃，优选以该温度使拉拔管被加热1分钟至120分钟左右来进行退火。另外，优选的加热方式是，从室温至规定温度的平均升温速度为5℃/分以上，优选为10℃/分以上，更优选为30℃/分以上。

若拉拔管的实体温度比400℃低，则无法成为完全的再结晶组织(残存有纤维状的加工组织)，用户的弯曲加工及内螺纹管的加工困难。另外，超过700℃的温度时，晶粒粗大化，管的弯曲加工性反而降低，另外在内螺纹加工中管的抗拉强度降低，因此管纵长方向的延伸率大，难以将管内面的翅形成为端正的形状。因此，优选拉拔管的实体温度在400～700℃的范围进行退火。另外，若该温度范围内的加热时间比1分钟短，则无法成为完全的再结晶组织，因此会发生前述的问题。另外，即使进行退火超过120分钟，晶粒直径也不会变化，退火的效果饱和，因此所述温度范围内的加热时间为1分钟至120分钟为适宜。另外，为了不使晶粒粗大化，从室温至规定温度的平均升温速度越快越优选。若升温度速度比5℃/分慢，则即使加热到同一温度晶粒仍容易粗大化，从耐压破坏强度及弯曲加工性的点出发不为优选，并且还将阻碍生产性。因此，优选从室温至规定温度的平均升温速度为5℃/分以上。更优选平均升温度速度为10℃/分以上，更优选为30℃/分以上。

还有，也可以变换利用上述的辊道炉的连续退火，使用高频感应加热炉，进行高速升温度、高速冷却及短时间加热的退火。以上是平滑管的制造方法。另外，也可以对于如此进行了退火的平滑管根据需要进行各种加工率的拉拔加工，成为使抗拉强度提高的加工管。

内螺纹管的情况，是对于进行了退火的平滑管进行螺纹滚轧成形加工。如此制造内螺纹管后，以能够进行弯曲加工及扩管加工的方式，通常再进行退火。另外，也可以对于如此进行了退火的内螺纹管，根据需要进行轻加工率的拉拔加工，以使抗拉强度提高。

【实施例】

以下，就用于实证本发明的效果的试验结果进行说明。

(实施例1：平滑管)

(a)以电气铜为原料，在熔汤中添加规定的Sn，再根据需要添加Zn后，添加Cu·P母合金，由此制作规定组成的熔汤。这时，也能够使用Cu·Sn·Pr母合金来替换Sn及Cu·P母合金。

(b)在铸造温度1200℃下，半连续铸造直径320×长6500mm的铸块。

(c)从得到的铸块上切割下长450mm的板坯。

(d)以板坯连续加热炉将板坯加热至650℃后，用感应加热器加热至850～900℃，到达该温度后经过2分钟后，以热压出机对板坯中心进行直径80mm的穿孔(piercing)加工，其后通过热压出，制作外径96mm、壁厚9.5mm的压出毛坯管(截面减少率：96.6％)。压出毛坯管至300℃的平均冷却速度为40℃/秒。

(e)轧制压出毛坯管，制作外径35mm，壁厚2.3mm的轧制毛坯管。

(f)使1次的拉拔工序的截面减少率为35％以下，如此对轧制毛坯管反复进行拉拔抽伸加工，得到外径9.52mm，壁厚0.80mm的铜合金管平绕盘管(level wound coil)。

(g)使用退火炉，在还原性气体气氛中，将前述拉拔管平绕盘管加热至450～600℃(平均升温度速度10～35℃/分)，保持在该温度下30至120分钟，使之通过冷却带而徐冷至室温，成为供试材。还有，从前述加热温度至室温的平均冷却速度为15～40℃/分。

下述表1显示了关于外径9.52mm、壁厚0.80mm的平滑管的退火材的特性。表1的管的纵长方向和圆周方向的抗拉强度是，沿管纵长方向切入切口以切开退火之前的管并使之平坦后，从管纵长方向和圆周方向切割下板材，制成长29mm，宽10mm的拉伸试验片。图1中显示微小的拉伸试验片的形状。图1中，数字表示各部分的尺寸(mm)。再将该试验片装载到各铜合金管平绕盘管之上并插入退火炉，与各铜合金平绕盘管一起在相同条件下进行退火后，用Instron公司制5566型精密万能试验机测定管纵长方向和圆周方向的抗拉强度。还有，切开管并使之平坦时，为了调查对于施加给试料的塑性加工有无影响，而将圆管状态的试料和把管切开并使之平坦的试料一起以前述的方向进行退火，进行各个试料的截面部分(在后者的试料中是受到弯曲拉伸加工的部分)及表面部分(在后者的试料中是受到弯曲拉伸加工的部分)的硬度测定，其结果是两者显示出相同的值。另外，截面的晶粒直径也相同。由此判断，切开管并使之平坦的加工对抗拉强度没有影响，以前述方法进行测定，也表现出圆管状态的抗拉强度。

应力腐蚀裂纹试验是从管上切取长75mm的试验片，进行脱脂、干燥后，距离液面50mm将其放入加入有氨水的干燥器中，该氨水是以等量的纯水稀释JISK8085所规定的氨水达11.8％以上的氨水，在此氨气氛中以常温保持2小时。其后，挤压试验片至原来的外径的50％，通过目视进行裂纹的判定。没有裂纹的情况用○表示，有裂纹的情况用×表示。

另外，在氢气流中以850℃加热试验片30分钟后，进行研磨刻蚀，用显微镜放大到100倍来确认无有脆化。无脆化的情况用○表示，有脆化的情况用×表示。

比较例No.3由于Sn的含量多，变形阻抗大，因此要将板坯加热至950℃才压出。因此，其表面卷入氧化物，拉拔加工材表面大量发生瑕疵。另外，退火没有瑕疵的部分并测定导电率时，大幅低于26IACS和35IACS，判断为难以作为传热管使用，因此不再进行抗拉强度、结晶粒度及破坏压力等的试验。比较例No.4、No.8在热压出时发生裂纹，不能进行加工。

如该表1所示，实施例1～11，抗拉强度高，破坏压力高，经应力腐蚀裂纹试验及氢脆化试验，没有发生裂纹。相对于此，比较例No.1以3/℃分的速度进行退火，与相同组成的发明品实施例No.4相比，虽然管纵长方向的抗拉强度相同，但是管圆周方向的抗拉强度低，结果是得不到令人满意的耐压纱度。另外比较例5、6分别P和Zn的含量比本发明的规定范围多，因此经过应力腐蚀试验发生裂纹，比较例7因为其O的含量比本发明规定范围多，所以经氢脆化试验有裂纹发生。现有品抗拉强度低，另外破坏压力也低。

下述表2显示，将外径9.52mm、壁厚0.80mm的平滑管的退火材加热至800℃ 15秒后的特性。表2以管的状态，以管纵长方向的拉伸试验进行测定。

【表2】

比较例No.3、No.4、No.8其试料不能进行试验，另外比较例No.5、No.6及No.7经应力腐蚀裂纹试验、氢脆化试验产生问题，因此不进行试验。

如该表2所示，实施例1～11将退火材加热到800℃ 15秒后，抗拉强度和破坏压力仍然高。相对于此，比较例No.1、No.2抗拉强度和破坏压力低。还有，另外对于实施例4(Sn：0.65质量％、P：0.025质量％)、实施例7(Sn：0.70质量％、P：0.018质量％、Zn：0.20质量％)、实施例9(Sn：0.95质量％、P：0.025质量％、Zn：0.37质量％、Mg：0.04质量％)的轧制毛坯管进行拉拔加工(拉拔管长度10000m)，(插入管内部，被与管外面接触的锻模的位置保持)用光学显微镜观察用于各拉拔加工的拉拔栓的磨耗状况时，用于实施例4的拉拔加工的栓的磨耗量最大，用于实施例7和实施例9的拉拔加工的栓的磨耗量相当小。因此可知，借助Zn和Mg，拉拔栓的磨耗大幅减少。

(实施例2：半硬质材)

(a)至(g)的工序与上述平滑管的情况相同。但是，为了使最终的半硬质材的尺寸一致，(f)的尺寸为外径10.6mm，壁厚0.79mm。

(h)其次，以加工率10％通过锻模对被退火的材料进行空拉加工，拉拔加工至外径9.52、壁厚0.80mm，成为供试材。

下述表3显示外径为9.52、壁厚为0.80mm的半硬质材的特性，下述表4显示将相同的该半硬质材的退火材加热至800℃15秒后的特性。表3以管的状态，以管纵长方向的拉伸试验进行测定。

如该表3所示，在该半硬质材中，实施例12～15其抗拉强度和破坏压力也高，在应力腐蚀裂纹试验和氢脆化试验中，没有裂纹发生。另外，如表4所示，将半硬质材的退火材加热至800℃ 15秒后的抗拉强度和破坏压力也充分高。相对于此，，比较例9及现有例1，其抗拉强度和破坏压力低。

(实施例3：内螺纹管)

(a)至(e)的工序与上述平滑管的情况相同。

(i)其次，对轧制毛坯管进行拉拔加工，制作螺纹滚轧用的毛坯管。

(j)利用感应加热器对螺纹滚轧成形用的毛坯管进行中间退火。

(k)对进行了中间退火的螺纹滚轧成形用毛坯管进行螺纹滚轧成形加工，制作外径9.52、底壁厚0.28mm的内螺纹管。该内螺纹管翅片高度0.16mm，螺纹升角(lead angle)35°，翅片个数55。

(1)用退火炉在还原性气体气氛中，以气氛温度550～650℃，以60至120分钟使内螺纹管通过加热带，其后使之通过冷却带并徐冷至室温。

下述表5是关于外径为9.52mm、底壁厚为0.28mm的内螺纹铜合金管的退火材的特性，表6是将相同的该退火材加热到800℃15秒后的特性。表5的管的纵长方向和圆周方向的抗拉强度是，沿管纵长方向切入切口以切开退火之前的管并使之平坦后，从管纵长方向和圆周方向切割下板材，制成长29mm，宽10mm的拉伸试验片，用退火炉对该试验片进行退火后，用微小拉伸试验机测定管纵长方向和圆周方向的抗拉强度。还有，因为是切开管并使之平坦来测定抗拉强度，所以对此影响进行了调查，但是将切开圆管与管并使之平坦的材料进行退火，进行截面部分的硬度测定的结果是，两者显示出相同的值。因此判断，切开管对抗拉强度没有影响。表6是在管的状态下，以管纵长方向的抗拉试验进行测定。

【表6】

如该表5所示，实施例16～19的内螺纹管，其抗拉强度及破坏压力高，在应力腐蚀裂纹试验及氢脆化试验中，没有裂纹发生。另外，如表6所示，将半硬质材的退火材加热至800℃ 15秒后的抗拉强度及破坏压力也充分高。相对于此，比较例10及现有例1，其抗拉强度及破坏压力低。

(实施例4：以铸造式轧制方式(铸造和辊轧方式)制造的平滑管)

所谓铸造和轧辊方式，是将铜熔解，使横型连续铸造管状的铸块的空心坯(hollow billet)铸造和行星式滚轧(3辊式行星轧制)加以组合的制管方式。用在其周围如行星般回转(公转)的辊轧制连续铸造的空心坯铸块，加工成毛坯管。该方式具有能够省略压出工序而制作铜的毛坯管的优点，但是，由于没有用于压出的铸块加热工序及热压出工序，在铸造偏析的消除和组织的均质化等的点上存在不稳定，因此至今为止的应用限于磷脱氧铜。

(m)以电气铜为原料，在熔汤中添加Sn，再根据需要添加Zn后，添加Cu·P母合金，由此制作规定组成的熔汤。其后，横型地进行连续铸造来制作毛坯管，再以行星辊轧制管的外面，制作外径35mm、壁厚2.3mm的轧制毛坯管。

使用如此制作的轧制行坯管，适用实施例1的(f)的工序以后，制造外径为9.52mm、底壁厚0.80mm的平滑的铜合金管。

下述表7是退火材的组成及特性，表8是将相同的该退火材加热至800℃15秒后的特性。表7的管的纵长方向和圆周方向的抗拉强度是根据与实施例1相同的方法制作试料而求得的。表8以管的状态，通过管纵长方向的抗拉试验进行测定。

如该表7所示，实施例20的平滑管，抗拉强度及破坏压力高，在应力腐蚀裂纹试验及氢脆化试验中，没有裂纹发生。另外，如表8所示，将该平滑管的退火材加热至800℃ 15秒后的抗拉强度及破坏压力也充分高。相对于此，比较例11及现有例1，其抗拉强度及破坏压力低。还有，实施例20的铜合金管虽然含有Sn为0.60质量％，但进行借助光学显微镜的显微组织观察，借助EPMA的线分析的SN的偏析调查，未观察到混粒等的组织异常及Sn的偏析，可知通过铸造和辊轧方式能够制作与压出工序材同品质的平滑管。还有，对通过铸造和辊轧方式制作的轧制毛坯管应用实施例3的工序，也可以制造出具有与压出工序材相同的组织及机械的性质的内螺纹管。

【产业上的利用可能性】

本发明的铜合金管，因为耐压破坏强度优异，所以能够用于连接使用二氧化碳及氢里昂等的制冷剂的热交换器的传热管(平滑管及内螺纹管)、所述热交换器的蒸发器和冷凝器的制冷剂配管或机内配管。另外，本发明的铜合金管即使在铜焊加热后仍具有优异的耐压破坏强度，因此能够用于具有铜焊部的传热管、水配管、取暖用油配管、导热管、四通阀及控制铜管等。

Claims

1.一种热交换器用铜合金管，其特征在于，具有如下组成：含有Sn：0.1～2.0质量％、P：0.005～0.1质量％、S：0.005质量％以下、O：0.005质量％以下及H：0.0002质量％以下，余量由Cu及不可避免的杂质构成，

并且，在退火后的状态下，具有如下特性：

所述铜合金管的纵长方向的抗拉强度为250N/mm²以上；

在管轴正交截面中，在与管的壁厚方向垂直的方向上测定的平均晶粒直径为30μm以下；以及

在将所述铜合金管的纵长方向的抗拉强度定为σL，将圆周方向的抗拉强度定为σT时，

σT/σL>0.93。

2.根据权利要求1所述的热交换器用铜合金管，其特征在于，还含有Zn：0.01～1.0质量％。

3.根据权利要求1所述的热交换器用铜合金管，其特征在于，还含有合计为0.005～0.07质量％的Fe、Ni、Mn、Mg、Cr、Ti及Ag。

4.根据权利要求1所述的热交换器用铜合金管，其特征在于，在拉拔加工结束后的状态下，具有如下特性：

所述铜合金管的纵长方向的抗拉强度为280N/mm²以上；以及

在管轴正交截面中，在与管的壁厚方向垂直的方向上测定的平均晶粒直径为30μm以下。

5.根据权利要求1所述的热交换器用铜合金管，其特征在于，在以800℃加热15秒后的状态下，在管轴正交截面中，在与管的壁厚方向垂直的方向上测定的平均晶粒直径为100μm以下。

6.根据权利要求1所述的热交换器用铜合金管，其特征在于，所述铜合金管为内螺纹管。