JP3414294B2 - 0.2%耐力および疲労強度の優れた熱交換器用電縫溶接銅合金管 - Google Patents
0.2%耐力および疲労強度の優れた熱交換器用電縫溶接銅合金管Info
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器の伝熱管として用いられる0.2%耐力および疲労強
度の優れた電縫溶接銅合金管に関するものであり、特に
HFC系フロンを熱媒体として使用した熱交換器の伝熱
管に使用できる0.2%耐力および疲労強度の優れた電
縫溶接銅合金管に関するものである。
ットを熱間押し出し加工したのち引抜加工することによ
って成形した継目無銅合金管が主に用いられている。こ
の従来の燐脱酸銅から継目無銅合金管は、所定の長さに
切断され、これをヘアピン曲げ加工してU字形状に成形
し、このU字形状管を平行に並べた銅または銅合金フィ
ンの貫通孔に通し、U字形状管にプラグを通して拡管す
るか、もしくは液圧により拡管して銅または銅合金フィ
ンを平行にU字形状管に固定する。前記銅または銅合金
フィンを平行に固定したU字形状管は、さらに、U字形
状管の管端を押し広げるフレア加工、およびフレア加工
した部分を再び押し広げるリフレア加工などが施され、
この拡管部分に別の銅または銅合金フィンを平行に固定
したU字形状管の管端を挿入し、燐銅ろうによりろう付
けしてU字形状管同士を接続し、熱交換器の伝熱管に作
製する。
は、管端を拡管した後ろう付けのために管端が加熱され
ると、加熱された部分の結晶粒が粗大化し、ろう付け部
に隣接した熱影響部の強度が著しく低下する。かかるろ
う付け時の結晶粒の粗大化を阻止するための熱交換器用
銅合金管として、燐脱酸銅にFeを添加して結晶粒が粗
大化しにくくした熱交換器用銅合金管が知られている。
この燐脱酸銅にFeを添加して結晶粒が粗大化しにくく
した熱交換器用継目無銅合金管として、例えば、Fe:
0.005〜0.8%、P:0.01〜0.026%、
Zr:0.005〜0.3%、O2 :3〜30ppm を含
み、残部:Cuからなる組成の熱交換器用継目無銅合金
管(特公昭58−39900号公報参照)およびFe:
0.01〜1.0%、Cr,Si,Mn,As,Ni,
Coの内の1種または2種以上:0.005〜0.6
%、P:Ca,Mgの内の1種または2種以上:0.0
04〜0.04%を含み、残部:Cuからなる組成の熱
交換器用継目無銅合金管(特公昭52−156718公
報参照)が知られている。
ることにより成形した電縫溶接銅合金管も熱交換器用伝
熱管として用いられている。特に放熱および吸熱効果を
高めるために、内面に溝または凹凸を有する内面溝付銅
合金管は押出し加工により成形しようとすると、成形に
際して大きな抵抗を受けるところから加工効率が悪く、
したがって、内面溝付銅合金管などは片面に凹凸を形成
した銅板をO字状に曲げ加工したのち接合端面を電縫溶
接することにより成形した電縫溶接銅合金管が用いられ
ている。
として用いられている従来の燐脱酸銅または燐脱酸銅に
Feを添加した銅合金を圧延して薄板に成形し、この薄
板をO字状に曲げ加工したのち接合端面を電縫溶接して
電縫溶接管を製造すると、電縫溶接部およびその近傍の
強度が低下するので好ましくない。一般に、熱交換器に
組み込まれた伝熱管には熱媒体が充填され、熱媒体に凝
縮圧力をかけたり解放したりして熱交換器を作動させて
いるが、伝熱管に凝縮圧力が周期的にかかると、電縫溶
接管の特に溶接部に亀裂が発生しやすい。
ンが用いられていたが、このHCFC系フロンは、地球
のオゾン層の破壊に寄与するところから、近年、オゾン
層破壊のないHFC系フロンを使用するようになってき
た。HFC系フロンを熱媒体として使用した場合の凝縮
圧力は、従来のHCFC系フロンを熱交換器の熱媒体と
して使用した場合の凝縮圧力よりも大きくする必要があ
る。例えば、HCFC系フロンの内でも代表的なR−2
2を熱交換器の熱媒体として使用した場合に伝熱管内の
HCFC系フロンにかける凝縮圧力は20Kgf/cm
2 で十分であったが、HFC系フロンの内でも代表的な
R−410aを熱媒体として使用した場合の凝縮圧力は
31Kgf/cm2 を必要とし、熱交換器の伝熱管にか
かる凝縮圧力は従来の1.5倍以上の凝縮圧力を必要と
する。かかる高い凝縮圧力を周期的にかけられる環境下
で長年使用していると、0.2%耐力および疲労強度が
不足し、電縫溶接管からなる伝熱管の特に溶接部に亀裂
が発生して故障したり、0.2%耐力の不足により伝熱
管の寸法が大きく変化して熱交換器の性能が低下するな
どの課題があった。
従来よりも0.2%耐力および疲労強度の優れた銅合金
からなる熱交換器用電縫溶接銅合金管を得るべく研究を
行った結果、(a)燐脱酸銅にCoを単独で0.02〜
0.2%添加すると0.2%耐力および疲労強度が飛躍
的に向上すると共に電縫溶接部およびその近傍の強度低
下がなく、また導電率も向上する、(b)燐脱酸銅にC
o:0.02〜0.2%とともに炭素を1〜20ppm 添
加すると、0.2%耐力および疲労強度がさらに向上す
ると共に電縫溶接部およびその近傍の強度低下がない、
(c)Pの含有量は0.01〜0.05%が好ましく、
さらに不可避不純物として含まれる酸素含有量は50pp
m 以下に規定することが好ましい、などの知見を得たの
である。
れたものであって、 (1)重量%で、Co:0.02〜0.2%、P:0.
01〜0.05%を含有し、残りがCuおよび不可避不
純物からなり、前記不可避不純物として含まれる酸素含
有量を50ppm 以下に規制した組成の銅合金からなるH
FC系フロンを熱媒体として使用した熱交換器の伝熱管
に使用する0.2%耐力および疲労強度の優れた熱交換
器用電縫溶接銅合金管、 (2)重量%で、Co:0.02〜0.2%、P:0.
01〜0.05%、C:1〜20ppm を含有し、残りが
Cuおよび不可避不純物からなり、前記不可避不純物と
して含まれる酸素含有量を50ppm 以下に規制した組成
の銅合金からなる0.2%耐力および疲労強度の優れた
熱交換器用電縫溶接銅合金管、に特徴を有するものであ
る。
製造するには、通常の電気銅を還元雰囲気中で溶解して
酸素:50ppm 以下の低酸素銅溶湯を作製し、得られた
低酸素銅溶湯にCoおよびCu−P母合金を添加し、さ
らに必要に応じて所定量のCをCo−C母合金として添
加したのち鋳造して鋳塊を製造する。
て熱間圧延したのち冷間圧延することにより薄板を作製
し、得られた薄板をO字状に曲げ加工し、さらに接合端
面を電縫溶接することにより所定の断面寸法の熱交換器
用電縫溶接銅合金管を作製する。
合金管を構成する銅合金の成分組成を上記の如く限定し
た理由について説明する。
し、電縫溶接部およびその近傍の強度低下を防止し、さ
らに素材の0.2%耐力および疲労強度を向上させる成
分であるが、Co含有量が0.2%を越えると導電率が
70%未満となって熱伝導率が低下するので好ましくな
く、一方、Co含有量が0.01%未満では所望の効果
が得られない。したがって、Co含有量は0.02〜
0.2%の範囲となるようにそれぞれ定めた。Co含有
量の一層好ましい範囲は0.04〜0.1%である。
て0.2%耐力および疲労強度を向上させる作用がある
が、その含有量が0.05%を越えると著しく導電率を
低下させるので好ましくなく、一方、その含有量が0.
01%未満では所望の効果が得られない。したがってP
の含有量は0.01〜0.05%に定めた。P含有量の
一層好ましい範囲は0.015〜0.04%である。
を越えて含有すると粗大な酸化物が形成され、0.2%
耐力および疲労強度を低下させるので好ましくない。従
って、熱交換器用電縫溶接銅合金管に含まれる酸素含有
量は50ppm 以下(好ましくは10ppm 以下)に定め
た。
めに必要に応じて添加するが、その含有量が20ppm を
越えて含有させることは通常の溶解鋳造法では困難であ
り、一方、1ppm 未満の含有は所望の効果が得られな
い。従って、C含有量は1〜20ppm (好ましくは1〜
5ppm )に定めた。
解して酸素:50ppm以下の低酸素銅溶湯を作製し、得
られた低酸素銅溶湯にCoおよびCu−15%P母合金
を添加し、さらに必要に応じて所定量のCo−1%C母
合金として添加したのち鋳型に鋳込んで表1〜表3に示
される成分組成の鋳塊を製造した。
保持の条件で加熱したのち、熱間圧延し面削することに
より厚さ:9mmの寸法を有する熱延板を作製した。この
熱延板を厚さ:0.8mmまで冷間圧延し、400℃の
温度で1時間焼鈍後、50%の加工率で厚さ0.4mm
まで冷間圧延し、さらに400℃の温度で1時間焼鈍す
ることにより銅合金製帯を作製した。この銅合金製帯を
スリッターにより幅:31mm間隔で裁断し、溝付き圧
延ロールによりエンボス加工し、片面に凹凸を有する溝
付き銅合金薄板を作製した。
ルおよびアイドラの間を通すことによりO字状に曲げ加
工したのち接合端面を電縫溶接することにより内面に凹
凸を有し外径が6.5mmの寸法を有する電縫溶接銅合金
管に作製し、得られた電縫溶接銅合金管を、さらに光揮
焼鈍炉に装入し、550℃で1時間保持の焼鈍を施すこ
とにより、本発明熱交換器用電縫溶接銅合金管(以下、
本発明管という)1〜14および比較熱交換器用電縫溶
接銅合金管(以下、比較管という)1〜5を製造した。
さらに比較のために、Feを必須成分として含有する表
3に示される成分組成の銅合金鋳塊を作製し、これを実
施例と同様にして従来熱交換器用電縫溶接銅合金管(以
下、従来管という)1〜3を作製した。
よび従来管1〜3の一端をそれぞれ密封し、他端から6
0kgf/cm2 の内圧をかけたのち解放する周期的内
圧を本発明管1〜14、比較管1〜5および従来管1〜
3にそれぞれ2×107 回繰り返し施し、亀裂発生の有
無を測定し、その結果を表1〜表3に示に表すことによ
り疲労強度を評価した。
よび従来管1〜3と同じ組成の引張試験をそれぞれ用意
し、これら引張試験片を用い、JIS Z 2241に
準拠した方法により引張試験を行って0.2%耐力およ
び伸びを測定し、その結果を表1〜表3に示し、さらに
JIS C 3001に準拠した四端子法により測定
長:1mで導電率を測定してその結果を表1〜表3に示
すことにより伝熱特性を評価した。
管1〜14はいずれも周期的内圧を2×107 回繰り返
し施しても亀裂が発生しないのに対し、従来管1〜3は
1×106 回以下の周期的内圧でいずれも電縫溶接部で
亀裂が発生しているところから、本発明管1〜14は従
来管1〜3に比較して疲労強度が優れていることが分か
る。また伸びは従来管1〜3に比較して格段の差は無い
が、0.2%耐力については本発明管1〜14は従来管
1〜3に比較していずれも優れており、さらに導電率も
向上していることが分かる。
組成を有する比較管1〜5は、疲労強度、0.2%耐
力、伸び、導電率の内の敷く無くとも1つに熱交換器用
電縫溶接銅合金管として好ましくない特性が現れること
が分かる。
溶接銅合金管は、特に疲労強度および0.2%耐力に優
れているので、熱交換器の伝熱管として有効であり、特
にHFC系フロンを熱交換器の熱媒体として使用する熱
交換器の普及に大いに貢献し得るものである。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、Co:0.02〜0.2%、
P:0.01〜0.05%を含有し、残りがCuおよび
不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれ
る酸素含有量を50ppm 以下に規制した組成の銅合金か
らなることを特徴とするHFC系フロンを熱媒体として
使用した熱交換器の伝熱管に使用する0.2%耐力およ
び疲労強度の優れた熱交換器用電縫溶接銅合金管。 - 【請求項2】 重量%で、Co:0.02〜0.2%、
P:0.01〜0.05%、C:1〜20ppm を含有
し、残りがCuおよび不可避不純物からなり、前記不可
避不純物として含まれる酸素含有量を50ppm 以下に規
制した組成の銅合金からなることを特徴とする0.2%
耐力および疲労強度の優れた熱交換器用電縫溶接銅合金
管。
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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JP00191399A JP3414294B2 (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 0.2%耐力および疲労強度の優れた熱交換器用電縫溶接銅合金管 |
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JP2000199023A JP2000199023A (ja) | 2000-07-18 |
JP3414294B2 true JP3414294B2 (ja) | 2003-06-09 |
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ID=11514833
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP00191399A Expired - Lifetime JP3414294B2 (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 0.2%耐力および疲労強度の優れた熱交換器用電縫溶接銅合金管 |
Country Status (1)
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-
1999
- 1999-01-07 JP JP00191399A patent/JP3414294B2/ja not_active Expired - Lifetime
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