JP5990496B2 - 熱交換器用りん脱酸銅管 - Google Patents
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Description
Feはりん化物の形成によりりん脱酸銅管の強度を向上させる。この強度向上の効果を得るためには、Fe含有量は0.004質量%以上であることが必要である。一方、Feが0.08質量%を超えて添加されると、湯流れ、鋳肌及び芯割れ等の鋳造性が劣化すると共に、押出性が劣化する。また、Feが0.08質量%を超えると、耐力値が大きくなり、曲げ加工性が劣る結果となる。即ち、Feを0.08質量%以下にすることにより、鋳造性及び押出性の劣化が防止されて生産性が向上するとともに、良好な曲げ加工性を得ることができる。従って、Feの含有量を0.004乃至0.08質量%とする。
Coは本発明のりん脱酸銅管において、Pとの化合物により析出物を形成して、引張強さを向上させる成分である。本発明のりん脱酸銅管のCo含有量が0.004質量%未満であると、所望の強度を得ることができない。また、Coの含有量が0.02質量%以上であると、伸びが低下してしまい、加工性に悪影響を及ぼすと共に、高価なCoの添加量が多くなるため、製造コストが高くなってしまうことになる。従って、Coの含有量を0.004質量%以上、0.02質量%未満とする。
NiはFe及びCoと同様に、Pとの化合物を形成するため、結晶粒界及び粒内に化合物が析出して分布することによって、銅合金管の強度が向上する添加物である。このとき、Niの含有量が0.004質量%未満であると、上述の効果が十分でなくなる。また、Niの含有量が0.08質量%を超えると、熱間及び冷間加工性が阻害され、生産性の低減及び歩留の低下がおこる。従って、Niの含有量を0.004乃至0.08質量%にする。
本発明のりん脱酸銅管へのP含有量が0.05質量%を超えると、導電率が低下したり、熱間加工性及び冷間加工性が阻害されることになる。一方、P含有量が0.004質量%未満であると、所定の強度を得ることができず、また脱酸が不十分となり、酸化物が鋳塊に巻き込まれ、鋳塊の健全性が低下するとともに、製造された管の曲げ加工性が低下しやすくなる。従って、Pの含有量を0.004乃至0.05質量%にする。
熱交換器に加工されるとき、銅管は、ろう付けによる熱影響を受ける。このため、銅管は、このろう付けによる熱影響をシミュレートして、800℃に、15秒間加熱した後の銅管の引張強さが235N/mm2以上であることが必要である。引張強さが235N/mm2未満であると、運転圧力が高いHFC系フロン冷媒及び炭酸ガス冷媒のときに、疲労破壊が起こりやすくなる。
Snは固溶硬化によって、引張強さなどの強度及び耐熱性を向上させることができる。また、Snの添加により、銅管の伸びも向上して、ヘアピン曲げ性を改善することができる。しかし、Snの含有量が0.02質量%を超えると、銅管の熱間変形抵抗が増大して所要の押出圧力が高くなり、押出変形のために押出温度を上げることが必要になる。この押出温度の上昇により、押出材の表面酸化が増加し、生産性が低下し、りん脱酸銅管の表面欠陥が増加する。従って、本発明のりん脱酸銅管へSnを添加する場合は、そのSn含有量は0.02質量%以下とする。
Znを添加することにより、りん脱酸銅管の熱伝導率を大きく低下させることなく、その強度、耐熱性及び疲れ強さを向上させることができる。また、Znの添加により、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、内面溝形成時の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。また、熱交換器の組み立て工程においても、ヘアピン曲げ時に使用するマンドレルの摩耗と、アルミニウムフィンへ伝熱管を密着させるときの拡管加工時の拡管ビュレットの磨耗とを、低減させることができる。しかし、Znの含有量が0.05質量%を超えると、応力腐食割れ感受性が高くなる。よって、Znを添加する場合は、Znの含有量を0.05質量%以下とする。
Sは本発明のりん脱酸銅管において、不純物である。このSが銅管中に含有されると、SはCuと化合物を形成して母相中に存在する。Sの含有量が増えると、鋳塊時の鋳塊割れ及び熱間押出割れが増加する。また、熱間押出割れが発生しなくても、押出材を冷間圧延及び抽伸加工すると、材料内部のCu−S化合物は管の軸方向に伸張し、Cu−S化合物の界面で割れが発生しやすく、製品加工中又は製品において、表面疵及び割れ等が発生し、製品の歩留りを低下させる。また、Cu−S化合物の界面で割れが発生しない場合でも、本発明の合金管に曲げ加工を行う際、Cu−S化合物は、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。このような問題を改善するために、本発明のりん脱酸銅管への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%以下にする必要がある。Sは、銅地金、スクラップなどの原料、スクラップに付着する油、溶解鋳造雰囲気(溶湯を被覆する木炭/フラックス、溶湯と接触する雰囲気中のSOxガス、炉材等)より、比較的容易に溶湯中に取り込まれるため、S含有量を0.005質量%以下とするには、低品位のCu地金及びスクラップの使用量の低減、溶解雰囲気のSOxガスの低減、適正な炉材の選定の他、Mg、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。
本発明のりん脱酸銅管において、Oの含有量が0.005質量%を超えると、Cu及びSnの酸化物が鋳塊に巻き込まれ、鋳塊の健全性が低下するとともに、製造された管の曲げ加工性が低下しやすくなる。このため、Oの含有量を0.005質量%以下とする。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。
溶解鋳造時に溶湯に取り込まれる水素が多くなると、この水素はピンホール又は粒界に濃化する等の状態で、鋳塊中に存在し、熱間押出時に割れを発生させる。また、押出後も、焼鈍時に、粒界におけるHの膨れが発生しやすくなり、製品歩留が低下する。このため、本発明のりん脱酸銅管においては、Hの含有量を0.0002質量%以下とする。製品歩留りをより向上させるためには、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0.0002質量%以下とするためには、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の他、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。
Claims (5)
- Fe、Co(0.02質量%未満)及びNiからなる群から選択された少なくとも2種の元素を合計含有量で0.004乃至0.08質量%と、Pを0.004乃至0.05質量%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りん脱酸銅の焼鈍材であり、800℃に15秒間加熱した後の引張強さが235N/mm2以上であることを特徴とする熱交換器用りん脱酸銅管。
- Co:0.004質量%以上0.02質量%未満と、P:0.004乃至0.05質量%とを含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる組成を有するりん脱酸銅の焼鈍材であり、800℃に15秒間加熱した後の引張強さが235N/mm2以上であることを特徴とする熱交換器用りん脱酸銅管。
- 更に、Sn:0.02質量%以下を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器用りん脱酸銅管。
- 更に、Zn:0.05質量%以下を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱交換器用りん脱酸銅管。
- 更に、レベルワウンドコイル、直管、パンケーキコイル、又はバンチコイルの状態で製造されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の熱交換器用りん脱酸銅管。
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