JP2012077362A - 熱交換器用銅合金管 - Google Patents
熱交換器用銅合金管 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012077362A JP2012077362A JP2010225532A JP2010225532A JP2012077362A JP 2012077362 A JP2012077362 A JP 2012077362A JP 2010225532 A JP2010225532 A JP 2010225532A JP 2010225532 A JP2010225532 A JP 2010225532A JP 2012077362 A JP2012077362 A JP 2012077362A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- copper
- copper alloy
- crystal grain
- grain size
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Metal Extraction Processes (AREA)
Abstract
【解決手段】特定組成のSn−P系銅合金管における結晶粒組織を、この銅合金管の軸方向に平行な断面における平均結晶粒径D1と、この銅合金管の軸方向に垂直な断面における平均結晶粒径D2との差D1−D2が少ない、異方性の少ないものとして、銅合金管の肉厚を薄くしても、ろう付けに対する耐軟化性を向上させる。
【選択図】図1
Description
銅合金組成:
本発明における銅管の銅合金組成は、銅合金管に要求される、耐軟化性、破壊強度および曲げ加工性などの諸特性に優れさせるための基本組成として、Sn:0.1〜3.0質量%、P:0.005〜0.1質量%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる組成とする。次ぎに、添加元素の添加理由及び組成限定理由などについて説明するが、記載含有量は全て質量%である。
Sn、Pをともに含有するSn−P系銅管では、P含有量が0.1質量%を超えると、熱間押出時に割れが生じやすくなり、応力腐食割れ感受性が高くなると共に、熱伝導率の低下が大きくなる。また、P含有量が0.005質量%未満であると、脱酸不足により酸素量が増加してSnの酸化物が発生し、鋳塊の健全性が低下し、銅管として曲げ加工性が低下する。したがって、P含有量の範囲は0.005〜0.1質量%の範囲とする。
Snは、Sn−P系銅管の引張り強さを向上させ、結晶粒の粗大化を抑制させる効果を有し、種々の冷媒を使用する伝熱管の銅合金中に含有させた場合、りん脱酸銅管に比べて管の肉厚を薄くすることが可能になる。また、Snは積層欠陥エネルギーを低下させるため、ひずみが蓄積しやすく、抽伸加工途中の中間焼鈍や最終焼鈍などで、回復により生じる結晶粒を少なくし、再結晶核の生成によるひずみのない結晶粒を多くして、結晶粒の真円度を高める作用がある。
前記Sn−P系銅管やP系銅管では、共通して、Znを選択的に含有することにより、銅管の熱伝導率を大きく低下させることなく、強度、耐軟化性及び疲れ強さを向上させることができる。また、Znの含有により、冷間圧延、抽伸及び転造等に用いる工具の磨耗を低減させることができ、抽伸プラグ及び溝付プラグ等の寿命を延命させる効果があり、生産コストの低減に寄与する。Znの含有量が少なすぎると、これらの効果が十分得られなくなる。一方、Znの含有量が多すぎると、管の長手方向や管円周方向の引張強さが却って低下し、破壊強度が低下する。また、応力腐食割れ感受性も高くなる。従って、選択的に含有させる場合のZnの含有量は0.001〜1.0質量%とする。
Sn−P系銅管では、Fe、Ni、Mn、Mg、Cr、Ti、Zr、Agからなる群から選択された1種または2種以上を選択的に含有することにより、共通して、銅合金の強度、耐圧破壊強度、及び耐軟化性を向上させ、結晶粒を微細化して曲げ加工性を改善することができる。ただ、これら元素の中から選択する1種または2種以上の元素の含有量が合計で0.07質量%を超えると、押出圧力が上昇するため、これらの元素を添加しないものと同一の押出力で押出を行おうとすると、熱間押出温度を上げることが必要になる。これにより、押出材の表面酸化が多くなるため、本発明の銅管において表面欠陥が多発し、特に薄肉化された銅管の伝熱管としての破壊強度を向上できない。このため、選択的に含有させる場合には、Fe、Ni、Mn、Mg、Cr、Ti、Zr、Zr及びAgからなる群から選択された1種または2種以上の元素を、含有する元素の合計の含有量で0.07質量%未満(但し0質量%を含まず)とする。前記含有量は、0.05質量%未満とすることが望ましく、0.03質量%未満とすることがより望ましい。
その他の元素は不純物であり、Sn−P系銅管の、特に薄肉化された銅管の伝熱管としての破壊強度を向上させるために、含有量は極力少ない方が好ましい。しかし、これら不純物を低減するためのコストとの兼ね合いもあり、以下に、代表的な不純物元素の現実的な許容量(上限量)を示す。
Sn−P系銅管で、SはCuと化合物を形成して母相中に存在する。原料として用いる低品位銅地金、スクラップ等の配合割合が増加すると、Sの含有量が増える。Sは鋳塊時の鋳塊割れや熱間押出割れを助長する。また、押出材を冷間圧延したり、抽伸加工すると、Cu-S化合物が管の軸方向に伸張し、銅合金母相とCu−S化合物の界面で割れが発生しやすくなる。このため、加工中の半製品及び加工後の製品において、表面疵や割れ等になりやすく、特に薄肉化された銅管の伝熱管としての破壊強度を低下させる。また、管の曲げ加工を行う際、割れ発生の起点となり、曲げ部で割れが発生する頻度が高くなる。したがって、S含有量は0.005質量%以下、望ましくは0.003質量%以下、更に望ましくは0.0015質量%以下にする。S含有量を減らすためには、低品位のCu地金及びスクラップの使用量を少なくし、溶解雰囲気のSOxガスを低減し、適正な炉材を選定し、Mg及びCa等のSと親和性が強い元素を溶湯に微量添加する等の対策が有効である。
Sn−P系銅管では、S以外の不純物元素As、Bi、Sb、Pb、Se、Te等についても同様に、鋳塊、熱間押出材、及び冷間加工材の健全性を低下させ、特に薄肉化された銅管の伝熱管としての破壊強度を低下させる。したがって、これらの元素の合計含有量(総量)は0.0015質量%以下、望ましくは0.0010質量%以下、更に望ましくは0.0005質量%以下とすることが好ましい。
Sn−P系銅管では、Oの含有量が0.005質量%を超えると、Cu又はSnの酸化物が鋳塊に巻き込まれ、鋳塊の健全性が低下し、特に薄肉化された銅管の伝熱管としての破壊強度を低下させる。このため、Oの含有量は好ましくは0.005質量%以下とすることが好ましい。曲げ加工性をより改善するには、Oの含有量を0.003質量%以下とすることが望ましく、0.0015質量%以下とすることが更に望ましい。
Sn−P系銅管では、溶解鋳造時に溶湯に取り込まれる水素(H)が多くなると、凝固時に固溶量が減少した水素が鋳塊の粒界に析出し、多数のピンホールを形成し、熱間押出時に割れを発生させる。また、押出後も圧延及び抽伸加工した銅管を焼鈍すると、焼鈍時にHが粒界に濃縮し、これに起因して膨れが発生しやすくなり、特に薄肉化された銅管の伝熱管としての破壊強度を低下させる。このため、Hの含有量を0.0002質量%以下とすることが好ましい。製品歩留りも含めて、破壊強度をより向上させるには、Hの含有量を0.0001質量%以下とすることが望ましい。なお、Hの含有量を低減するには、溶解鋳造時の原料の乾燥、溶湯被覆木炭の赤熱、溶湯と接触する雰囲気の露点の低下、りん添加前の溶湯を酸化気味にする等の対策が有効である。
本発明銅合金管の結晶粒組織は、SEM−EBSP法による測定結果で、銅合金管の軸方向に平行な方向の断面における平均結晶粒径D1を20μm以下とするとともに、このD1と、前記銅合金管の軸方向に垂直な方向の断面における平均結晶粒径D2との差D1−D2を3μm以下(0μmを含む)とする。
銅管組織において結晶粒径が小さいほど、破壊強度と曲げ加工性バランスが向上することが知られている。本発明でも、この機構を利用して、後述する結晶粒の異方性と共に、平均結晶粒径の前記D1やD2を微細化する。すなわち、後述するSEM−EBSP法による測定結果で、Sn−P系銅管組織の銅合金管の軸方向に平行な(方向の)断面における前記平均結晶粒径D1の方を基準として、20μm以下に微細化し、破壊強度と曲げ加工性とのバランスを向上させる。
銅合金管の軸方向に平行な(方向の)断面における平均結晶粒径D1と、この銅合金管の軸方向に垂直な(方向の)断面における平均結晶粒径D2との差D1−D2が無い(0μm)か、3μm以下と小さいほど、銅管の部位(断面方向)による平均結晶粒径の異方性が小さく、耐軟化性が向上する。したがって、本発明では、銅合金管の軸方向に平行な断面の平均結晶粒径D1を前記20μm以下に微細化させた上に、更に、このD1とD2との差D1−D2を3μm以下(0μm)と規定する。
本発明で規定するように銅管組織の結晶粒を制御するためには、回復により生じた結晶粒を少なくし、再結晶核の生成によるひずみのない結晶粒を多くする必要がある。このためには、抽伸加工途中で、通常は行わない、中間焼鈍を入れて、この中間焼鈍により一度再結晶させ、結晶粒径を小さくしてから、最終焼鈍すれば良い。本発明によれば、このように、1.0mm以下に薄肉化されても、耐軟化性を向上させ、併せて破壊強度および曲げ加工性に優れた熱交換器用Sn−P系銅合金管を製造しやすい利点もある。
前記平均結晶粒径D1、D2は、電界放出型走査電子顕微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscope:FESEM)に、後方散乱電子回折像[EBSP: ElectronBack Scattering (Scattered) Pattern]システムを搭載した結晶方位解析法を用いて、各々測定する。この際、前記した通り、図1に各々記載している四角の枠内の広範な測定範囲(領域) を各々測定している。ただ、これらD1、D2との測定位置は必ずしも、互いに銅管での同じ長さ位置(部位)で測定する必要はなく、銅管の長手方向での位置(部位)が互いに異なっても、あるいは互いに大きく離れても、銅管の材質は均一であるので差し支えない。ただ、この点、製造される銅管の長手方向の両端部だけは避けることが好ましい。
本発明銅管の製造方法について、平滑管の場合を例として以下に説明する。本発明のSn−P系銅管は、基本的な工程自体は常法により製造可能であるが、銅管の結晶粒組織を前記した真円状の結晶粒とするためには、抽伸工程において中間焼鈍を特に施す必要がある。以下に、各工程を具体的に説明する。
(a)電気銅を原料として、Sn−P系銅管は溶湯中に所定のSnを添加し、更に必要に応じて選択的な添加元素を添加した後、Cu−P母合金を添加することにより、所定組成の溶湯を作製した。これら溶製した銅合金の成分組成を、銅管の成分組成とした。
前記製造した銅管の結晶粒組織における、平均結晶粒径D1とD2は前記したSEMにEBSPシステムを搭載した結晶方位解析法により、図1に示す各四角の枠内を測定した。これら四角の枠の測定範囲は、枠の幅(短辺)=銅管肉厚0.80mm×枠の長さ(長辺)=1.5mmの測定範囲(領域)とした。
これら測定結果のうち、図2に表1の発明例1、図3に表1の比較例7、図4に比較例2、図5に比較例1の銅管結晶組織(図面代用写真)を各々示す。これら図2〜5において、平均結晶粒径D1を測定した、銅管の軸方向に平行な断面(平行D1と記載)は右側に、平均結晶粒径D2を測定した、銅管の軸方向に垂直な断面(垂直D2と記載)は左側に、各々示している。
前記供試材の引張試験は、JIS11号試験片を用いて、5882型インストロン社製万能試験機により、室温、試験速度10.0mm/min、GL=50mmの条件で、引張強さ(MPa)を測定した。同一条件の試験片を3本試験し、それらの平均値を採用した。
前記製造した銅管から500mmの長さの銅管を試験用に採取して、銅管の一方の端部を金属製治具(ボルト)にて耐圧的に閉塞した。そして、もう一方の開放側端部から、ポンプにて管内に負荷される水圧を徐々に高めていき(昇圧速度:1.5MPa/秒程度)、完全に管が破裂する際の水圧(MPa)を、ブルドン管式圧力計で読み取り、伝熱管の破壊強度(耐圧強度、耐圧性能、破壊圧力)とした。この試験を同一銅管に対して5回(試験管5個に対して)行い、各水圧(MPa)の平均値を室温での破壊強度とした。また破壊強度から銅管の肉厚や外径の影響を取り除いた換算応力を、破壊圧力として求めた。ここで換算応力σは、破壊強度をP、銅管の外径をD、銅管の肉厚をtとしたとき下記の式から求めた。
σ=P×(D−0.8t)/(2×t)
銅合金管が熱交換器用伝熱管としてろう付けされることを模擬して、前記製造した銅合金管から試験用に採取した500mmの長さの銅合金管を800℃に10分間加熱した後の破壊強度(破壊圧力)を、ろう付け相当加熱後の破壊圧力として、前記した同じ試験方法で求めた。
熱交換器の伝熱部を模擬して、前記製造した銅合金管を、各例について10本づつ、ピッチが40mmのU字形に曲げおよびピッチが30mmのU字曲げに加工した。この際、銅合金管の曲げ部における割れ、亀裂の発生を目視にて調査し、10本とも割れ、亀裂が全くなく曲げ加工できたものを、曲げ加工性が良好な○として評価した。また、10本とも割れ、亀裂は無いが、しわが発生しており、曲げ半径がより小さく、曲げ加工条件を厳しくした場合には、割れ、亀裂が発生する可能性があるものを、曲げ加工性が劣る△として評価した。更に、曲げ加工した10本の中に、割れ、亀裂が1本でも発生したものを曲げ加工性が不良な×として評価した。
表1に示すとおり、発明例1〜13は化学組成が本発明範囲で、抽伸(中間焼鈍)条件が適正であるので、この銅合金管組織が、SEM−EBSP法による測定結果で、この銅合金管の軸方向に平行な断面における平均結晶粒径D1が20μm以下であるとともに、このD1と前記銅合金管の軸方向に垂直な断面における平均結晶粒径D2との差D1−D2が3μm以下である。このため銅管の特性として、引張強さが高いにも関わらず、曲げ加工性がよく、しかも、ろう付け相当の加熱後の破壊強度の低下も抑制されており、耐軟化性が優れている。
これに対して、比較例7〜12は、表1に示すとおり、本発明組成範囲内の合金であるにもかかわらず、抽伸(中間焼鈍)条件や最終焼鈍条件が適切な範囲にない。
Claims (3)
- Sn:0.1〜3.0質量%、P:0.005〜0.1質量%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる組成を有する銅合金管であって、この銅合金管組織が、SEM−EBSP法による測定結果で、この銅合金管の軸方向に平行な断面における平均結晶粒径D1が20μm以下であるとともに、このD1と前記銅合金管の軸方向に垂直な断面における平均結晶粒径D2との差D1−D2が3μm以下(0μmを含む)であることを特徴とする熱交換器用銅合金管。
- 前記銅合金管が、更にZn:0.01〜1.0質量%を含有する請求項1に記載の熱交換器用銅合金管。
- 前記銅合金管が、更にFe、Ni、Mn、Mg、Cr、Ti、Co、Zr及びAgからなる群から選択された1種または2種以上の元素を合計で0.07質量%未満(但し0%を含まず)含有する請求項1または2に記載の熱交換器用銅合金管。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010225532A JP5499300B2 (ja) | 2010-10-05 | 2010-10-05 | 熱交換器用銅合金管 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010225532A JP5499300B2 (ja) | 2010-10-05 | 2010-10-05 | 熱交換器用銅合金管 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012077362A true JP2012077362A (ja) | 2012-04-19 |
JP5499300B2 JP5499300B2 (ja) | 2014-05-21 |
Family
ID=46237944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010225532A Expired - Fee Related JP5499300B2 (ja) | 2010-10-05 | 2010-10-05 | 熱交換器用銅合金管 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5499300B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015101754A (ja) * | 2013-11-25 | 2015-06-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 高強度銅合金管 |
CN104789812A (zh) * | 2014-01-18 | 2015-07-22 | 株式会社神户制钢所 | 强度、耐热性以及弯曲加工性优异的Fe-P系铜合金板 |
WO2019078474A1 (ko) * | 2017-10-18 | 2019-04-25 | 주식회사 풍산 | 내열성 및 방열성이 우수한 구리 합금 판재 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009079270A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Dowa Metaltech Kk | Cu−Sn−P系銅合金板材およびその製造法並びにコネクタ |
JP2009114493A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Kobelco & Materials Copper Tube Inc | 熱交換器用銅合金管 |
JP2009270166A (ja) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Kobe Steel Ltd | 耐軟化性に優れた熱交換器用銅合金管 |
JP2010065270A (ja) * | 2008-09-10 | 2010-03-25 | Kobe Steel Ltd | 曲げ加工性に優れた熱交換器用銅合金管 |
-
2010
- 2010-10-05 JP JP2010225532A patent/JP5499300B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009079270A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Dowa Metaltech Kk | Cu−Sn−P系銅合金板材およびその製造法並びにコネクタ |
JP2009114493A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Kobelco & Materials Copper Tube Inc | 熱交換器用銅合金管 |
JP2009270166A (ja) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Kobe Steel Ltd | 耐軟化性に優れた熱交換器用銅合金管 |
JP2010065270A (ja) * | 2008-09-10 | 2010-03-25 | Kobe Steel Ltd | 曲げ加工性に優れた熱交換器用銅合金管 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015101754A (ja) * | 2013-11-25 | 2015-06-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 高強度銅合金管 |
CN104789812A (zh) * | 2014-01-18 | 2015-07-22 | 株式会社神户制钢所 | 强度、耐热性以及弯曲加工性优异的Fe-P系铜合金板 |
WO2019078474A1 (ko) * | 2017-10-18 | 2019-04-25 | 주식회사 풍산 | 내열성 및 방열성이 우수한 구리 합금 판재 |
CN109937262A (zh) * | 2017-10-18 | 2019-06-25 | 株式会社豊山 | 具有高耐热和散热性能的铜合金带材 |
CN109937262B (zh) * | 2017-10-18 | 2021-03-30 | 株式会社豊山 | 具有高耐热和散热性能的铜合金带材 |
US11697864B2 (en) | 2017-10-18 | 2023-07-11 | Poongsan Corporation | Copper alloy strip having high heat resistance and thermal dissipation properties |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5499300B2 (ja) | 2014-05-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4629080B2 (ja) | 熱交換器用銅合金管 | |
JP4630323B2 (ja) | 破壊強度に優れた熱交換器用銅合金管 | |
JP5464659B2 (ja) | 破壊強度および曲げ加工性に優れた熱交換器用銅管 | |
JP3794971B2 (ja) | 熱交換器用銅合金管 | |
JP2008255381A (ja) | 耐熱高強度熱交換器用銅合金管 | |
JP2006274313A (ja) | 熱交換器用銅合金管及びその製造方法 | |
JP5534777B2 (ja) | 銅合金継目無管 | |
JP4818179B2 (ja) | 銅合金管 | |
JP5499300B2 (ja) | 熱交換器用銅合金管 | |
JP5078368B2 (ja) | 熱交換器用銅合金管の製造方法 | |
JP5960672B2 (ja) | 高強度銅合金管 | |
JP5107841B2 (ja) | 曲げ加工性に優れた熱交換器用銅合金管 | |
JP5968816B2 (ja) | 高強度銅合金管およびその製造方法 | |
JP5078410B2 (ja) | 銅合金管 | |
JP6034727B2 (ja) | 高強度銅合金管 | |
JP5404139B2 (ja) | 熱交換器用銅合金管 | |
JP5602707B2 (ja) | ろう付け後の強度に優れた高強度銅管 | |
JP5792696B2 (ja) | 高強度銅合金管 | |
JP5638999B2 (ja) | 銅合金管 | |
JP5033051B2 (ja) | 耐軟化性に優れた熱交換器用銅合金管 | |
JP5544591B2 (ja) | 銅合金管 | |
JP5336296B2 (ja) | 加工性に優れた熱交換器用銅合金管 | |
JP2013076123A (ja) | 銅合金管 | |
JP2013189664A (ja) | 銅合金管 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120816 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131224 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140124 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140212 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5499300 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |