JPH04141536A

JPH04141536A - 硬ろう付け性が優れた熱交換器用耐熱銅合金

Info

Publication number: JPH04141536A
Application number: JP26229790A
Authority: JP
Inventors: Motohisa Miyato; 宮藤　元久; Hiroshi Arai; 荒井　浩史; Riichi Tsuno; 津野　理一
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明はろう付け性及びろうの濡れ拡がり性が優れ、ま
た、ろう付け等の熱によって結晶粒が粗大化することが
なく、高い耐熱性を有する硬ろう付け性が優れた熱交換
器用耐熱銅合金に関する。

［従来の技術］風呂釜又は湯沸かし器等の熱交換器の缶体及びパイプに
は、従来、りん脱酸鋼が一般的に使用されている。これ
らの缶体及びパイプは溶接又はろう付けにより組み立て
られるので、それに使用する材料としては、溶接性及び
ろう付け性が良好であることが必要とされ、更に、熱交
換器の構成部材であるため、熱伝導性が良いことも必要
である。

脱酸銅の場合、ろう付け部及び溶接部において熱応力が
繰返し負荷されると、この部分から疲労破壊を起こすこ
とが知られている。

例えば、第１図に示す熱交換器の場合は、上下に配置さ
れている１対の缶体１間に、パイプ３を設置し、更にこ
のパイプにフィン２をろう付けした構造を有する。この
ような構造の熱交換器においては、ろう付け部又はその
近傍（図中Ａ乃至０部で示す）に割れが入ることがある
。これは加熱の不均一により生じた温度差によってパイ
プに熱膨張の差が生じることにより応力が発生し、この
熱応力の繰返しにより、缶体１及びパイプ３が疲労破壊
を起こすことに起因するものである。

また、第１図に示す熱交換器において、特にろう付け部
（Ａ−Ｃ）が割れやすい原因として、この部分が受ける
応力が高いことと、更にろう付け時の熱により、結晶粒
が粗大化して疲労に対する抵抗力が低下することがある
。

脱酸鋼は、この結晶粒の粗大化が起こりやすいという欠
点がある。このため、従来、熱応力による疲労破壊を防
止するために、パイプ部にベロースを入れたりして熱交
換器の構造上の面から熱応力を発生し難くする手段が講
じられてきたが、これは構造が複雑になると共に、製造
コストが高くなるという問題点を有する。

本願出願人はこのような疲労破壊に対する耐性を高めた
銅合金として所定の組成を有するＣｕ−Ｎｉ−８ｔ−Ｃ
ｏ合金を提案した（特開昭６２−７４０３９号）。この
熱交換器用銅合金は、Ｎｉ。

Ｓｉの析出硬化によって耐疲労性を向上させたものであ
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、この従来の銅合金は、はんだめっきの密
着性が不十分であり、ろう付け時の熱処理においてＳｉ
Ｏ２が表面拡散し、ろうの濡れ拡がり性に不具合が生じ
るという難点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなさてたものであって、
従来のＣｕ−Ｎ　ｉ−８１−Ｃｏ合金と同程度以上の優
れた耐疲労性及び耐熱性を有すると共に、ろう付け性及
びろうの濡れ拡がり性が向上した硬ろう付け性が優れた
熱交換器用耐熱鋼合金を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る硬ろう付け性が優れた熱交換器用耐熱銅合
金は、Ｎｔ；０．５乃至３．５重量％、Ｓｉ；　０．０
５乃至１，０重量％、ＣＯ；０．２乃至１．０重量％、
及びＢ　；　０．００５乃至０．１重量％を含有し、残
部がＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする
。

［作用コ本発明は、従来のＣｕ−Ｎｉ　−３ｉ　−Ｃｏ合金と同
様に、Ｎｉ２Ｓｉ化合物の析出による強化によって、優
れた耐疲労性及び耐熱性を確保する一方、Ｂを更に所定
量添加することにより、はんだめっきの密着性等のろう
付け性及びろうの濡れ拡がり性を向上させたものである
。

以下、本発明に係る熱交換器用耐熱鋼合金の成分添加理
由及び組成限定理由について具体的に説明する。

瓦ＬＮｉはＳｉと共に添加することによって、強度及び疲労
強度を向上させると共に、耐熱性の向上に寄与する。こ
の場合に、Ｎｉの含有量が０．５重量％未溝では、この
ような効果が得にくい。また、Ｎｉを３．５重量％、を
超えて含有しても、それに見合う強度及び疲労強度の向
上が得られない外、熱間加工性を低下させるという難点
がある。また、Ｎｆは高価であるため、過剰の添加はコ
ストを不必要に上昇させる。従って、Ｎｉ含有量は０．
５乃至３．５重量％とする。

ＬＳｉはＮｉと共に強度及び疲労強度を向上させると共に
、耐熱性の向上に寄与する。Ｓｉの含有量が０．０５重
量％未溝の場合は、Ｎ　ｌが０．５乃至３．５重量％含
有されていても疲労強度の向上及び耐熱性の向上の効果
が少ない。また、１．０重量％を超えてＳｉを含有する
と熱間加工性が低下するゎ従って、Ｓｉ含有量は０．０
５乃至１．０重量％とする。

なお、Ｎｉ及びＳｉは原子％でＮｉ：５ｉ＝２：１の比
率に近い割合で含有させるのがよい。

ＮｉとＳｉとの含有量の比が前記比率から大きく外れる
と、一方の成分がＮ１２ｈｔ化合物の析出に寄与するこ
となく含有されていることになり、このＮ１ｚＳｉ化合
物の析出量が減少する。このため、Ｎｉ及びＳｉを規定
内で添加しても、強度及び疲労強度の向上並びに耐熱性
の向上効果が小さくなる。

Ω」− Ｃｏは結晶粒の粗大化抑制に必須の効果をもたらす成分
であり、８θＯ乃至３００℃の温度でのろう付けによる
熱影響を受けても、結晶粒の成長を抑制して組織を微細
に保持し、耐疲労性を向上させる作用を有する。

ＣＯの含有量が０．２重量％未溝の場合は、このような
効果が少ない。また、ＣＯ含有量が１．０重量％以上の
場合は、含有量の増加に見合うＣＯの添加効果の向上が
得られない。従って、ｃｏ含有量は０．２乃至１．０重
量％とする。

ｆｌ− Ｂは合金のろう付性及びろうの濡れ拡がり性を向上させ
る作用を有し、本発明の目的を達成する上で重要な成分
である。

Ｂを合金中に添加すると、このＢはＳｉよりも優先して
酸化物となり、Ｓｉの酸化を抑制する。

また、Ｂはろう付け時に４ＧＯ”Ｃ以上に加熱されると
、容易に融解し、フラックス作用を有する。これにより
、ろう付け性及びろうの濡れ拡がり性が向上する。

つまり、従来のＣｕ−Ｎｉ−８１−Ｃｏ合金では、ろう
付け時の熱処理により合金中の残留Ｓｉが酸化してＳｉ
Ｏ□となり、この５ｉ０２酸化皮膜が表面に生成するこ
とにより、ろうの濡れ拡がり性を低下させていたが、Ｂ
を適量添加すると、このＢがＳｉよりも優先して酸化し
、ｓｉの酸化を抑制する。更に、このＢ２Ｏ３はろう付
け時の温度で容易に溶け、表面に濡れ拡がる。従って、
ろうの濡れ拡がり性も良好となる。

Ｂ含有量が０．００５重量％未溝０場合は、ろうの濡れ
拡がり性を向上させる効果が期待できない。

一方、Ｂの含有量が０．１重量％を超えると、合金の導
電率が低下してしまう。従って、Ｂ含有量は０．００５
乃至０．１重量％とする。

［実施例コ次に、本発明の実施例に係る熱交換器用耐熱銅合金を製
造し、その特性を試験した結果について、本願特許請求
の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

下記第１表に示す各種の組成を有する合金（実施例１乃
至３、比較例１乃至９）を黒鉛るつぼで溶解して金型鋳
造した。得られた鋳塊の表裏面を機械加工により、夫々
２．５１面削して、厚さが５．０層１、幅が７０ｎ１長
さが２００ｎの試験材を作成した。

第表この各試験材を８８０”Ｃの温度に加熱した後、厚さが
１５ｍｍになるまで熱間圧延し、次いでＢＯＯ’Ｃ以上
の温度から水冷した後、スケールを除去した。

その後、厚さが０．５ｍｍになるまで冷間圧延し、次い
で５００℃に２時間加熱して析出焼鈍を行った。

次に、この試験材を酸洗し、更に、ろう付け後の熱影響
をシミュレーシーンするために、８４０’Ｃに５分間加
熱する熱処理（ろう付けテスト）を行った。

下記第２表はこれらの試験材の種々の試験結果を示す。

但し、試験方法は以下のとおりである。

（１）引張試験においては、試験材から圧延方向に平行
に切り出したＪＩＳ１３号Ｂ試験片を使用した。

（２）疲労試験においては、薄板疲労試験機を使用し、
１（ｈｎ＋幅の試験片に対して、ＧＯＨ２の周期で、応
力振幅が１５ｋｇｆ／ｍｍ２、平均応力がＯの両振り繰
返し応力を負荷した。そして、この繰り返し応力により
破断する迄の回数を測定した。

（３）結晶粒径は光学顕微鏡により測定した。

（４）耐熱性試験においては、硝石及び塩浴炉を使用し
、種々の温度で５分間加熱した後の硬さを測定し、硬さ
が加熱前の硬さの８０％に低下す石ときの臨界温度を求
めた。この臨界温度を第２表の耐熱性欄に示す。この臨
界温度が高い方が耐熱性が良好となる。

（５）ろう付け性（濡れ拡がり性）試験は第２図に示す
装置を使用した。この試験装置においては、筒状の炉４
が水平に設置されており、その両端部は栓部材７，８に
より気密的に閉塞されるようになっている。一方、栓部
材７には炉４内で試験台１１を炉４の長手方向に移動さ
せるための支持棒１２が挿通されており、この支持棒１
２を介して炉外から試験台１１を操作できるようになっ
ている。また、炉４における栓部材７側の端部上壁には
Ｎ２ガスの導入部９が設けられており、他方の栓部材８
にはＮ２ガスの排出部１０が設けられている。

そして、炉４の中央部には炉４に向けて水を噴射するこ
とにより炉内の試験部材を冷却するための水冷帯６が設
けられている。また、この水冷帯６よりも栓部材８側の
部分の炉４には、ヒータ５が配設されている。

試験台１１には試験部材１３が載置される。第３図（ａ
）、（ｂ）は夫々この試験部材１３を示す正面図及び側
面図である。実施例１乃至３及び比較例１乃至９の各銅
合金により、側面視でＵ字形をなす試験片２０が成形さ
れ、この試験片２０上に、円柱状をなするう材２１が載
置される。このろう材２１は直径が２．５ｍ＋＋、長さ
が３ｃｍであり、組成はＢＣｕＰ−２（Ｃｕに７ないし
７．５重量％のＰを含有したもの）である。また、試験
片２０の長さは３００寵である。

このように構成された試験装置の炉内に試験部材１３を
装入し、窒素ガスを炉内に導入した。そして、先ず、試
験部材１３をヒータ５の配線位置に移動して８４０℃に
５分間加熱する熱処理を施してろう材２１を溶融させた
。次いで、試験部材１３を水冷帯６に移動させて冷却し
、ろう材２１を凝固させた。これにより、ろうの漏れ拡
がり性を調査した。

第２表から明らかなように、本発明の実施例１乃至３に
係る熱交換器用耐熱銅合金は比較例９の従来のＣｕ　−
Ｎ　ｉ　−８１−Ｃｏ合金と同様に、ろう付けを想定し
た熱処理後においても微細な結晶粒を有しており、優れ
た耐熱性及び耐疲労性を兼ね備えている。また、この従
来のＣｕ−Ｎｉ−５ｉ　−Ｃｏ合金の欠点であったろう
の漏れ拡がり性についても、実施例１乃至３及び比較例
１乃至６の合金は適量のＢを添加することにより、比較
例８の燐脱酸銅と同程度のろうの漏れ拡がり性を具備し
ている。

一方、比較例１の合金は、Ｎｉ含有量が特許請求の範囲
で規定した下限値の０．５重量％未満であるため、疲労
強度及び耐熱性が低い。

比較例２の合金はＮｉ含有量が上限値の３．５重量％を
超えているため、導電率が低い。

比較例３の合金はＳｉ含有量が下限値の０．０５重量％
未満であるため、疲労強度及び耐熱性が低い。

比較例４の合金はＳｉ含有量が下限値の１．０重量％を
超えているため、導電率が低い。

比較例５の合金は、Ｃｏ含有量が下限値の０．２重量％
未満であるため、結晶粒度の粗大化及び耐疲労性の低下
を招来している。

比較例６の合金はＣｏ含有量が上限値の１．０重量％を
超えているため、導電率が低い。

比較例７の合金はＢ含有量が特許請求の範囲にて規定し
た下限値の０．００５重量％未満であるため、ろうの濡
れ拡がり性が低下している。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明によれば従来のＣｕ−Ｎｉ
　−８１−Ｃｏ合金に適量のＢを添加することにより、
Ｃｕ−Ｎｉ　−８１−Ｃｏ合金の優れた耐疲労性及び耐
熱性は具備しつつ、ろう付け性及びろうの濡れ拡がり性
を向上させることができる。

このように本発明合金は熱交換器用鋼合金として優れた
特性を有しており、風呂釜及び湯沸し器等の材料として
極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は一般的な熱交換器の構造を示す
夫々正面図及び側面図、第２図はろうの濡れ拡がり試験
に使用したろう付け炉を示す正面図、第３図（ａ）、（
ｂ）は夫々試験部材を示す正面図及び側面図である。１；缶体、２；フィン、３；パイプ、４；炉、５；ヒー
タ、６；水冷帯、１３；試験部材、２０；試験片、２１
：ろう材

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｎｉ；０．５乃至３．５重量％、Ｓｉ；０．０５
乃至１．０重量％、Ｃｏ；０．２乃至１．０重量％、及
びＢ；０．００５乃至０．１重量％を含有し、残部がＣ
ｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする硬ろう
付け性が優れた熱交換器用耐熱銅合金。