JP2010222692A - 給水給湯用銅合金継目無管 - Google Patents

Abstract

【解決課題】給湯給水用の配管に用いられるＺｒを含有する銅合金製の継目無管であって、耐食性に優れる給水給湯用銅合金継目無管を提供すること。
【解決手段】管内に水を流通させる給水給湯用の銅合金製の継目無管であって、
該銅合金が、０．０１〜０．１５質量％のＺｒを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、管の内側表面に存在する粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量が、５０個／ｍｍ^２以下であること、を特徴とする給水給湯用銅合金継目無管。
【選択図】なし

Description

本発明は、管内に水を流通させる給水給湯用の銅合金製の継目無管であり、耐食性に優れた給水給湯用銅合金継目無管に関する。

ホテル、病院、マンションなどの循環給湯システム等に用いられる配管としては、耐食性に優れる銅管又は銅合金管が用いられている。

このような給水給湯用の配管の材質としては、従来より、リン脱酸銅管が使用されていたが、孔食による漏洩事故が発生することがあり、問題となっていた。

そこで、孔食に抵抗力のある銅合金管が提供されている。例えば、特開平６−１８４６６９号公報（特許文献１）には、Ｚｒ：０．００５〜１重量％含有し、残りがＣｕ及び不可避不純物からなる組成の銅合金からなる給水給湯用耐孔食性銅合金配管が開示されている。これによれば、Ｚｒを添加することで、孔食の発生やその成長が抑制される。

特開平６−１８４６６９号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、特許文献１は、銅合金中のＺｒの組成を規定することによって、耐食性を向上させるというものであるが、特許文献１の銅合金配管であっても、耐食性が十分でない場合があり、特に、マウンドレス型孔食には十分ではなかった。

なお、一般的には、Ｚｒは、強度の向上を目的として添加される。そして、Ｚｒ添加による析出強化によって、高強度化した銅合金は、銅管の薄肉化に寄与するので、有用な合金である。すなわち、Ｚｒを含有する銅合金は、強度が高い銅合金である。

従って、本発明の目的は、給湯給水用の配管に用いられるＺｒを含有する銅合金製の継目無管であって、耐食性に優れる給水給湯用銅合金継目無管を提供することにある。

本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、（１）銅合金継目無管を製造する工程中に、均質化処理を施すことで、銅合金継目無管の内側の表面に存在するＺｒ系金属間化合物の粒径を小さくできること、（２）そして、このようなＺｒ系金属間化合物のうち、粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量を、５０個／ｍｍ^２以下とすることで、耐食性に優れる銅合金継目無管が得られること等を見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明（１）は、管内に水を流通させる給水給湯用の銅合金製の継目無管であって、
該銅合金が、０．０１〜０．１５質量％のＺｒを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、
管の内側表面に存在する粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量が、５０個／ｍｍ^２以下であること、
を特徴とする給水給湯用銅合金継目無管を提供するものである。

また、本発明（２）は、管内に水を流通させる給水給湯用の銅合金製の継目無管であって、
該銅合金が、０．０１〜０．１５質量％のＺｒを含有し、更に、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ及びＰから選択される１種又は２種以上の元素を、合計で０．００４〜１．０質量％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、
管の内側表面に存在する粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量が、５０個／ｍｍ^２以下であること、
を特徴とする給水給湯用銅合金継目無管を提供するものである。

本発明によれば、給湯給水用の配管に用いられるＺｒを含有する銅合金製の継目無管であって、耐食性に優れる給水給湯用銅合金継目無管を提供することができる。

本発明の給水給湯用銅合金継目無管は、管内に水を流通させる給水給湯用の銅合金製の継目無管であって、
該銅合金が、０．０１〜０．１５質量％のＺｒを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、
管の内側表面に存在する粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量が、５０個／ｍｍ^２以下である給水給湯用銅合金継目無管である。

本発明の給水給湯用銅合金継目無管は、管内に水を流通させる給水給湯用の銅合金製の継目無管であって、ホテル、病院、マンション等の循環給湯システムなどの配管として用いられる。

本発明の給水給湯用銅合金継目無管は、銅合金製であるが、該銅合金は、Ｚｒを０．０１〜０．１５質量％含有する。Ｚｒの含有量が上記範囲内にあることにより、銅合金継目無管の強度が高くなる。一方、Ｚｒの含有量が、上記範囲未満だと、析出硬化による強度向上効果が十分でなく、また、上記範囲を超えると、粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の量を５０個／ｍｍ^２以下とするためには、高温で非常に長時間均質化処理することが必要となり、物理的には不可能ではないものの、実質的には工業上の製造が非常に困難となる。

該銅合金は、強度、加工性、ろう付け特性等の向上させる目的で、Ｚｒの他に、更に、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ及びＰから選択される１種又は２種以上の元素を、合計で０．００４〜１．０質量％含有していることが好ましい。

そして、該銅合金は、残部がＣｕ及び不可避的不純物である。

本発明の給水給湯用銅合金継目無管の内側の表面、つまり、水と接触する面には、該Ｚｒ系金属間化合物が存在する。なお、該Ｚｒ系金属間化合物とは、Ｚｒと他の１種以上の金属元素によって構成される化合物であり、銅合金の場合、ＺｒとＣｕによって構成される化合物、又はＺｒとＣｕと他の１種以上の金属元素によって構成される化合物である。具体的に、該Ｚｒ系金属間化合物とは、例えば、Ｃｕ_３Ｚｒ、ＣｕＺｒ等である。

該Ｚｒ系金属間化合物は、鋳造工程で溶湯が凝固する際に晶出する該Ｚｒ系金属間化合物の晶出物や、鋳造工程に添加されるＣｕＺｒ等の中間合金の融け残りや、鋳造工程より後の工程で銅マトリックスに固溶しているＺｒが析出することによって生じるＺｒ系金属間化合物の析出物である。これらのうち、該Ｚｒ系金属間化合物の晶出物は、鋳造工程で生成したものが、その後の熱間押出加工、冷間での圧延加工、抽伸加工などの工程で、破砕されて細かくなっていくが、最終製品、すなわち、給水給湯用として使用される継目無管に、粒径が大きな該Ｚｒ系金属間化合物の晶出物が存在していると、その電位が銅母相と比較して卑であるため、該Ｚｒ系金属間化合物の晶出物が、使用中に選択的に溶解して、継目無管にピットが生成する。そして、そのピットが、腐食の起点となる。

そこで、本発明の給水給湯用銅合金継目無管では、その内側の表面に存在する該Ｚｒ系金属間化合物のうち、粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量を、５０個／ｍｍ^２以下とすることにより、水に対する耐食性が良好となる。なお、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）により、継目無管の表面に存在している該Ｚｒ系金属間化合物の粒径及び個数の測定を行うことができる。

本発明の給水給湯用銅合金継目無管は、例えば、以下に示す給水給湯用銅合金継目無管の製造方法例（１）により製造される。なお、以下に示す製造方法例（１）は、本発明の給水給湯用銅合金継目無管を製造するための一例であり、本発明の給水給湯用銅合金継目無管は、以下に示す製造方法例（１）で製造されたものに限定されるものではない。

該製造方法例（１）は、鋳造工程と、熱間押出工程と、を有する。そして、該製造方法例（１）には、更に、形態例として、以下の工程を順に行う形態例が挙げられる。
（Ａ）鋳造工程→熱間押出工程→冷間圧延工程→冷間抽伸工程
（Ｂ）鋳造工程→熱間押出工程→冷間抽伸工程
なお、上記形態例（Ａ）及び（Ｂ）中の矢印は、工程順を示すものであるが、矢印の左側の工程の直後に矢印の右側の工程を行うということを意味するのではなく、矢印の左側の工程より後に矢印の右側の工程を行うということを意味する。そのため、矢印の左側の工程と矢印の右側の工程との間では、必要に応じて、適宜、種々の処理が行われる。なお、該冷間抽伸工程を行う回数は、１回でもよく、あるいは、２回以上であってもよい。

そして、該製造方法例（１）では、該鋳造工程より後に、該均質化処理を行う。

また、該製造方法例（１）では、該鋳造工程より後に、必要に応じて、適宜、他の熱処理を行うことができる。

該鋳造工程は、常法に従って、溶解、鋳造し、所定の元素が所定の含有量で配合されている鋳塊（ビレット）を得る工程である。

該鋳造工程では、例えば、該鋳造工程を行い得られる該鋳塊中の各成分の含有量が、本発明の給水給湯用銅合金継目無管を構成する銅合金中の所定の含有量となるように、銅の地金及び本発明の給水給湯用銅合金継目無管の含有元素の地金又は該含有元素と銅の合金を配合して、成分調整を行い、次いで、高周波溶解炉等を用いて、鋳塊（ビレット）を鋳造する。該鋳造工程では、通常、外径２００〜３８０ｍｍの該鋳塊を、鋳造速度１００ｍｍ／分以上で鋳造する。

Ｚｒは活性な金属なので、溶解時の酸化ロスが多くなるため、成分調整においては、Ｚｒの溶解時の酸化ロスを考慮した配合が必要である。

該鋳造工程を行い得られる該鋳塊（ビレット）は、銅合金であり、Ｚｒを０．０１〜０．１５質量％含有している。そして、該鋳塊中の銅マトリックスには、凝固時に晶出した粒径がおよそ１０〜５００μｍと比較的大きな粒径の該Ｚｒ系金属間化合物が存在している。

該熱間押出工程は、該鋳造工程で得られた該鋳塊を、８００〜９７０℃に加熱した後、８００〜９７０℃で熱間押出加工し、継目無熱間押出素管を得る工程である。

該熱間押出工程での熱間押出加工は、マンドレル押出によって行われる。すなわち、加熱前に、冷間で予め穿孔したビレット、あるいは、押出前に熱間で穿孔したビレットに、マンドレルを挿入した状態で、熱間押出を行なって、継目無熱間押出素管を得る。

該熱間押出工程により得られた該継目無熱間押出素管を、冷却した後、上記（Ａ）の形態例では、冷間圧延工程（チューブレデュサーによる）及び冷間抽伸工程を行い、また、上記（Ｂ）の形態例では、冷間抽伸加工を行い、管の外径及び肉厚を減じていく。

そして、該製造方法例（１）では、該鋳造工程より後に、該均質化処理を行う。

該均質化処理は、該鋳塊（ビレット）を加熱することにより、該鋳塊の凝固時に晶出した該Ｚｒ系金属間化合物を、銅マトリックス中に固溶させるための処理である。該鋳塊の外径又はＺｒ含有量により、晶出した該Ｚｒ系金属間化合物が、銅マトリックス中に固溶する温度や時間が異なるため、該均質化処理では、給水給湯用銅合金継目無管の内側表面に存在する粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量が、５０個／ｍｍ^２以下となるように、適宜、該均質化処理の際の加熱温度及び加熱時間を選択して、晶出した該Ｚｒ系金属間化合物を、銅マトリックス中に固溶させる。なお、該均質化処理の際の加熱温度が、９７０℃を超えると、該鋳塊が溶融するおそれがある。また該均質化処理の際の加熱時間が長すぎると、不必要な長時間加熱となりエネルギーロスが多くなるので好ましくない。

該製造方法例（１）では、該鋳造工程と該熱間押出工程の間に、該均質化処理を行う。具体的には、
（Ｉ）該鋳造工程を行って得た該鋳塊を、所定の温度で所定の時間加熱して、該均質化処理を行い、次いで、冷却し、次いで、該熱間押出工程を行うこと、
（ＩＩ）該鋳造工程を行って得た該鋳塊を、所定の温度で所定の時間加熱して、該均質化処理を行い、冷却することなく、該熱間押出工程を行うこと、
が挙げられる。上記（Ｉ）としては、具体的には、バッチ式の加熱炉で、該鋳塊を加熱して、該均質化処理を行った後、一旦冷却し、改めて、熱間押出加工前の連続加熱炉で加熱して、該熱間押出工程を行うことが挙げられる。また、上記（ＩＩ）としては、該鋳塊を、熱間押出加工前の連続加熱炉又はバッチ式の加熱炉で加熱し、一定時間保持することで、該熱間押出加工前の加熱に該均質化処理を兼ねさせ、該熱間押出工程を行うことが挙げられる。

また、該製造方法例（１）では、該鋳造工程から最終製品である該給水給湯用銅合金継目無管を製造するまでの工程の間に、適宜、溶体化処理、時効処理等の熱処理を行う。

該溶体化処理及び該時効処理は、Ｚｒ系金属間化合物の微細な析出物による析出硬化を施す処理として行われる。

該溶体化処理は、銅管を９２０℃以上に加熱し、冷却速度１０℃／秒以上で急冷することにより行われる。また、該熱間押出工程又は該均質化処理の際の加熱に、該溶体化処理のための加熱を兼ねさせてもよく、この場合、９２０℃以上の加工温度で熱間押出工程を行った後の加熱された銅合金、又は該均質化処理を行った後の加熱された銅合金を、冷却速度１０℃／秒以上で急冷する。

該時効処理は、通常、最終の該冷間抽伸工程の後に行われ、冷間での加工を施した銅管を、４００〜７００℃で加熱し、冷却することにより行われる。

そして、該製造方法例（１）では、上記の工程及び処理を行って、「管の内側表面に存在する粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量が５０個／ｍｍ^２以下であること」を満たす給水給湯用銅合金継目無管を得る。

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

（実施例１〜４及び比較例１〜３）
（鋳造工程）
表１に示す化学成分を含有する外径２５０ｍｍの鋳塊を鋳造した。なお、表１中、残部はＣｕ及び不可避不純物である。
（均質化処理）
熱間押出前の加熱を兼ねて、表１に示す条件にて、上記で得た鋳塊を連続加熱炉で加熱して、均質化処理を行った。
（熱間押出工程）
上記のようにして均質化処理された鋳塊を、表１に示す温度にて、熱間押出加工を行い、外径８０ｍｍ×肉厚８ｍｍの銅管を押出し、押出後ただちに水中へ投入して冷却を行った。
（冷間圧延工程）
上記のようにして熱間加工された銅管を、冷間圧延により、外径４０ｍｍ×肉厚２ｍｍまで加工した。
（冷間抽伸加工）
上記のようにして冷間圧延された銅管を、冷間抽伸により、外径１５．８８ｍｍ×肉厚０．７ｍｍまで加工し、銅合金継目無管を得た。加工後、管を３ｍ長に切断した。

１）残部はＣｕ及び不可避不純物
２）熱間押出加工前に、８５０℃にて加熱した。
３）１ｍｍ^２当たりの粒径０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の個数

（管の内側表面の観察）
上記のようにして得た銅金継目無管の内側表面のＺｒ系金属間化合物を、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）解析により、観察した。１０００倍で、任意に選択した０．１ｍｍ×０．１ｍｍの視野中のＺｒを含有する粒子を同定し、画像解析により、０．１μｍ以上の粒子数の測定を行った。そして、得られた結果を、１ｍｍ^２当たりに換算して、１ｍｍ^２当たりの粒子数を算出した。その結果を表１に示す。

（耐食性評価）
実施例１、実施例４、及び比較例１〜３の銅合金継目無管に、表２に示す水質の試験水を１年間通水するフィールド試験を実施した。試験後、管の内側表面の腐食状況を観察し、耐食性を評価した。その結果を表３に示す。評価基準は、水質Ａ及びＢのいずれでも腐食が見られなかった場合「○」と、水質Ａ又はＢのいずれか一方で腐食が見られた場合「×」と、水質Ａ及びＢのいずれでも腐食が見られた場合「××」とした。

１）ＢはＡに水酸化カルシウム及び炭酸ガスを注入したもの

Claims (2)

1. 管内に水を流通させる給水給湯用の銅合金製の継目無管であって、
   該銅合金が、０．０１〜０．１５質量％のＺｒを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、
   管の内側表面に存在する粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量が、５０個／ｍｍ^２以下であること、
   を特徴とする給水給湯用銅合金継目無管。
2. 管内に水を流通させる給水給湯用の銅合金製の継目無管であって、
   該銅合金が、０．０１〜０．１５質量％のＺｒを含有し、更に、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ及びＰから選択される１種又は２種以上の元素を、合計で０．００４〜１．０質量％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金であり、
   管の内側表面に存在する粒径が０．１μｍ以上のＺｒ系金属間化合物の存在量が、５０個／ｍｍ^２以下であること、
   を特徴とする給水給湯用銅合金継目無管。