JPH04354843A

JPH04354843A - 熱交換器用銅基合金

Info

Publication number: JPH04354843A
Application number: JP22817591A
Authority: JP
Inventors: Akira Sugawara; 章菅原; Tai Yamamura; 山村　タイ; Michihiro Kosaka; 小坂　満弘
Original assignee: Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1992-12-09
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JP3243479B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器用銅基合金に
関し、さらに詳しくは自動車用ラジエータあるいは各種
工業用または家庭用熱交換器の構成材料として好適かつ
信頼性に富む銅基合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、銅基合金は自動車用ラジエー
タあるいは各種工業用または家庭用熱交換器などに用い
られて来た。自動車用ラジエータの場合、これを構成す
るタンク，プレート，チューブおよびフィン用材として
主に用いられており、特にタンク，プレートおよびチュ
ーブについては、黄銅１種または黄銅２種といった強度
と成形加工性に優れる軟質な銅基合金が用いられていた
。

【０００３】近年、自動車業界では、自動車の軽量化お
よび材質の高信頼化が強く望まれるようになり、自動車
の個々の部品についての軽量化および高信頼化が図られ
るようになった。

【０００４】しかしながら、上記自動車用ラジエータに
用いられている黄銅１種または黄銅２種といった黄銅材
は、脱亜鉛腐食を起こしたり、応力腐食割れを起こした
りすることがあるため、信頼性の面で問題があった。ま
た軽量化に対しては、必要とする成形加工性を満足した
上で、さらに強度向上が強く求められて来た。

【０００５】黄銅材を部材として用いた自動車用ラジエ
ータに起こる脱亜鉛腐食や応力腐食割れは、次に挙げる
事由によるものと考えられる。通常、ラジエータは空気
により強制的に冷却されるところから、空気中のＳＯ２
、ＮＯｘおよびＣｌ２ガスなどにより腐食が生じる。ま
た、エンジンルーム内への融雪材（ＮａＣｌ等）の追入
や水分の追入により、腐食しやすい環境がつくられてい
る。さらに、ラジエータ内部には冷却媒体が環流してお
り、長期間にわたって使用していると、腐食生成物や汚
れが発生し、これらの発生および蓄積によって生じる通
気差電池や、環流している液体による衝撃腐食などによ
って脱亜鉛腐食，粒界腐食または孔食等が内側から生じ
ることなどから，ラジエータの寿命を低下させていた。

【０００６】さらに、ラジエータ各部は、成形加工によ
る残留応力や組立時におけるかしめ等の応力が、腐食環
境とあいまって応力腐食割れを生じることなどから、液
漏れ等の重大な欠陥を引き起こすことがあった，

【００
０７】

【発明が解決しようとする課穎】本発明は、上述した従
来の技術の問題点を解決し、耐応力腐食割れ性などの耐
食性に優れ、かつ強度，成形加工性および半田付け性に
優れた熱交換器用銅基合金を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため鋭意研究したところ、従来の黄銅材に含ま
れるＺｎ成分を規制すると共に、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐを適量
添加することによって黄銅の耐食性、特に耐応力腐食割
れ性を大幅に改善し、強度，成形加工性を向上させ得る
ことを見い出し、本発明を達成することができた。

【０００９】すなわち、本発明は、重量％において、Ｚ
ｎ：７〜１８％、Ｎｉ：０．５〜３．０％、Ｓｎ：０．
５〜２．０％、Ｐ：０．０１〜０．２０％、残部がＣｕ
および不可避的不純物からなる熱交換器用銅基合金に関
するものである。

【００１０】この銅基合金は、結晶粒度が０．００５〜
０．０３５ｍｍの合金として得ることが可能であり、こ
の条件が満たされるときは、熱交換器用銅基合金として
さらに好ましいものとなる。また引張強さが３３Ｋｇｆ
／ｍｍ２以上の合金として得ることが可能である。さら
にまた、エクセリン値が１１ｍｍ以上の合金として得る
ことが可能である。これらの条件がすべて満たされると
き、熱交換器用合金として最適のものとなるが、合金の
使用目的によっては必ずしもすべての条件が満たされる
必要はないので、目的に応じ、経済性を考慮して製造条
件を選ぶ。また、本発明はさらに、上記銅基合金を主体
とする熱交換器用プレート部材を提供する。

【００１１】本発明の合金成分の限定理由および作用を
以下に説明する。Ｚｎは，強度，成形加工性および半田
付け部の耐熱密着性を向上させる効果を有しており、こ
れらの効果は重量％において、Ｚｎ含有量が７％未満で
は充分でなく、１８％を越えるとＮｉ，Ｓｎ，Ｐ存在下
であっても脱亜鉛腐食や応力腐食割れを起こしやすくな
る。そのため、本発明におけるＺｎの含有量は、７〜１
８％重量％（好ましくは９〜１６重量％）の範囲とした
。

【００１２】Ｎｉは、強度，耐熱性および耐応力腐食割
れ性を向上させる効果を有しており、これらの効果は重
量％においてＮｉ含有量が０．５％未満では充分ではな
く、３．０％を越えると加工性が悪くなる。そのため、
本発明におけるＮｉの含有量は、０．５〜３．０重量％
（好ましくは０．６５〜１．１重量％）の範囲とした。

【００１３】Ｓｎは、強度，耐脱亜鉛腐食性、耐応力腐
食割れ性を向上させる効果を有しており、これらの効果
は、重量％においてＳｎ含有量が０．５％未満では充分
でなく、２．０％を越えると熱間加工性が悪化してしま
う。そのため、本発明におけるＳｎの含有量は、０．５
〜２．０重量％（好ましくは０．５〜１．５重量％）の
範囲とした。

【００１４】Ｐは、溶解鋳造性，耐脱亜鉛腐食性および
耐力を向上させる効果を有しており、これらの効果は、
重量％においてＰ含有量が０．０１％未満では充分でな
く、０．２％を越えると応力腐食割れを起こし易くなる
。そのため、本発明におけるＰの含有量は０．０１〜０
．２０重量％（好ましくは０．０３〜０．１０重量％）
の範囲とした。

【００１５】また、ＮｉとＰを同時に添加すると、結晶
粒が微細化し、耐応力腐食割れ性を向上させる効果があ
る。さらにＮｉ−Ｐ系化合物の形成により強度および耐
熱性も向上するが、好ましいＮｉとＰの比率Ｎｉ／Ｐは
５以上５０以下（さらに好ましくは６．５〜３７）であ
る。

【００１６】また、Ｚｎ含有量が低下すると、脱亜鉛腐
食や応力腐食割れの感受性が低下するが、強度不足にな
るので、Ｎｉ，ＳｎおよびＰ量を多くしなければならな
い。従って、Ｎｉ，ＳｎおよびＰ含有量はＺｎ含有量と
密接な関係がある。ここで、Ｎｉ，ＳｎおよびＰ含有量
を多くすることは、鋳造時の湯流れ性の低下、熱間およ
び冷間加工時の変形抵抗の増大または変形能の低下、あ
るいは熱処理時の被膜形成など製造上不利となる。従っ
て、Ｎｉ，ＳｎおよびＰ添加量が最も少なくて特性を満
足するＺｎの最適量が求められる。Ｚｎの最適量は９〜
１６％、Ｎｉ，ＳｎおよびＰ添加量はそれぞれ０．６５
〜１．１０、０．５〜１．５、０．０３〜０．１０％の
範囲である。従って、好ましいＺｎ含有量は９〜１６％
、このときのＮｉ，ＳｎおよびＰ含有量はそれぞれ０．
６５〜１．１０、０．５〜１．５、０．０３〜０．１０
％の範囲である。

【００１７】結晶粒度は、細かい方が強度および耐応力
腐食割れ性が向上するが、深絞りや張出し成形加工性が
低下する。従って、０．００５ｍｍ以上が望ましく、０
．０３５ｍｍを越えると強度および耐応力腐食割れ性が
低下してくる。また、成形加工後の肌荒れが起こりやす
くなる。従って、結晶粒度は０．００５〜０．０３５ｍ
ｍの範囲とする。

【００１８】また、ラジエータのタンク，プレート，フ
ィンの薄肉化に対応するために、引張強さ３３Ｋｇｆ／
ｍｍ２以上、エリクセン値１１ｍｍ以上が好ましい。よ
り好ましくは、引張強さ３４Ｋｇｆ／ｍｍ２以上、エリ
クセン値１３ｍｍ以上である。強度と成形加工性が共に
良くなるようにしないと、ラジエータの軽量化の達成は
難しくなる。さらに、前述した耐食性の向上により、薄
肉化を可能とする。

【００１９】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。しかし、本発明の範囲は以下の実施例により
制限されるものではない。

【００２０】

【実施例】表１にその化学成分値（重量％）を示す銅基
合金試料１〜１４を高周波誘導溶解炉を用いて溶製し、
４０ｍｍ×４０ｍｍ×１４０ｍｍの鋳塊に鋳造した。こ
の場合、溶解鋳造雰囲気を完全に不活性ガスでシールド
して行なった。

【００２１】次いで、各鋳塊を４０ｍｍ×４０ｍｍ×１
５ｍｍの大きさに切断し、この鋳片を８１０℃で熱間圧
廷し、厚さ５ｍｍの熱延板を得た。これを面削した後、
１．５ｍｍまで冷延し、５００〜５５０℃の温度で焼鈍
した。これを酸洗した後、厚さ０．４ｍｍまで冷延し、
４００〜６００℃の温度で結晶粒度が０．０２５ｍｍに
なるように焼鈍した。ただし、供試試料中８のみは６５
０℃で焼鈍し、結晶粒度を０．０６０ｍｍとした（結晶
粒度はＪＩＳ　　Ｈ　　０５０１を参考にして求めた）
。

【００２２】得られた板材を酸洗後、バフ研磨して表面
粗さをＲｍａｘ　　０．００１５ｍｍに調整した。これ
を試験材として用い、引張強さ，伸び，エリクセン値お
よび耐応力腐食割れ性を調べ、その結果を同表に併記し
た。

【００２３】引張強さ，伸びおよびエリクセン値の測定
は、それぞれＪＩＳ　　Ｚ２２４４、ＪＩＳ　　Ｚ　　
２２４１、およびＪＩＳ　　Ｚ　　２２４７（Ａ法）に
従って行なった。耐応力腐食割れ性については、市販の
アンモニア水（２５〜２８％）を純水で薄め、１３％と
した液をデシケータ底部に入れ、次いで中央部の応力が
１０Ｋｇｆ／ｍｍ２になるようにアーチ状に曲げた試験
片をその保持具と共にデシケータ内に置き、常温下で保
持した。

【００２４】各所定時間経過毎に、これらの試験片をデ
シケータ内より取り出し、実体顕微鏡で試験片表面を４
０倍に拡大して観察し、割れ発生時間を測定した。

【００２５】同表の結果より、以下のことが判明した。本発明の好ましい態様であるＮｏ．１〜Ｎｏ．３の合金
は、引張強さ，伸びおよびエリクセン値に優れ、かつ耐
応力腐食割れ性も良好であり、従って熱交換器用銅基合
金として非常に優れた合金であることが分る。

【００２６】これに対し、Ｚｎが本発明で規定する量よ
り少ない比較合金Ｎｏ．４は、強度が低く、Ｃｕ含有量
が多くなるため、原料費が高騰して工業材料として不適
当となる。逆に、Ｎｉ，Ｓｎ，Ｐが本発明で規定する量
であっても、Ｚｎが規定量より多い比較合金Ｎｏ．５、
６および７は熱間圧延の途中で割れが発生し、製造する
ことができなかった。

【００２７】Ｓｎを含まない比較合金Ｎｏ．８は強度お
よび伸びが低く、Ｐを含まない比較合金Ｎｏ．９は耐応
力腐食割れ性に劣っている。また、Ｎｉを含まない比較
合金Ｎｏ．１０は強度の面でも耐応力腐食割れ性の面で
も劣っていることが分る。

【００２８】Ｎｉ，Ｓｎが本発明で規定する量より少な
い比較合金Ｎｏ．１１は、強度および耐応力腐食割れ性
に劣っている。

【００２９】ＮｉおよびＰを含まない比較合金Ｎｏ．１
２は熱間圧廷の途中で割れが発生し、製造することがで
きなかった。

【００３０】Ｎｉ，ＳｎおよびＰを含まない従来の黄銅
材である比較合金Ｎｏ．１３およびＮｏ．１４は強度の
面でも耐応力腐食割れ性の面でも劣っていることが分る
。

【００３１】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る銅基合金は
、熱交換器用として強度，成形加工性および耐応力腐食
割れ性に優れた特性を有し、近時各分野で所望される熱
交換器の軽量化や高信頼化に対応できるものである。

【表１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量％においてＺｎ：７〜１８，Ｎｉ
：０．５〜３．０，Ｓｎ：０．５〜２．０，Ｐ：０．０
１〜０．２０，残部がＣｕおよび不可避的不純物からな
る熱交換器用銅基合金。
【請求項２】　　結晶粒度が０．００５〜０．０３５ｍ
ｍである請求項１記載の熱交換器用銅基合金。
【請求項３】　　引張強さが３３Ｋｇｆ／ｍｍ２以上お
よびエリクセン値が１１ｍｍ以上である請求項１又は２
記載の熱交換器用銅基合金。
【請求項４】　　重量％においてＺｎ：７〜１８．Ｎｉ
：０．５〜３．０，Ｓｎ：０．５〜２．０，Ｐ：０．０
１〜０．２０，残部がＣｕおよび不可避的不純物からな
る銅基合金を主体とする熱交換器用プレート部材。