JPH0570870A

JPH0570870A - 伝熱管用銅合金及び熱交換器用伝熱管の製造方法

Info

Publication number: JPH0570870A
Application number: JP26311191A
Authority: JP
Inventors: Kenki Minamoto; 堅樹源; Shigeru Kiyouhara; 繁京原
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】加工性が優れていてローフィンチューブ等の
ような高性能異形伝熱管に適用することができると共
に、水蒸気のドレイン、アンモニアアタック及び臭化リ
チウムに対する耐食性が優れており、管の内側若しくは
外側が蒸気に接触する熱交換器の伝熱管又は管内を臭化
リチウムが通流する吸収式冷温水機に使用される熱交換
器の伝熱管に好適の熱交換器用伝熱管を得ることを目的
とする。【構成】Ｎｉを 0.1乃至4.0 重量％及びＭｎを0.01乃
至1.0 重量％含有すると共に、Ａｌ、Ｓｉ及びＰからな
る群から選択された少なくとも１種の元素を１元素当り
0.015乃至0.3 重量％且つ総量で 0.5重量％以下の含有
量で含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、
不純物としてのＦｅ含有量を 0.1重量％以下に規制した
銅合金により、熱交換器用伝熱管を製造する。この場合
に、所定の形状に成形した後に、 500乃至800 ℃の温度
で熱処理を施し、その後 1乃至20℃／分の冷却速度で冷
却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、その内部に高温の水蒸
気が通流する加熱用熱交換器若しくは雰囲気中の水蒸気
を凝縮する目的で使用される熱交換器等のように伝熱管
の内側若しくは外側が水蒸気に接触する熱交換器、又は
吸収式冷温水機のようにその内部に臭化リチウムが通流
する熱交換器の伝熱管として好適の伝熱管用銅合金及び
熱交換器用伝熱管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】銅又は銅合金製の伝熱管は、熱伝導率が
優れていると共に水蒸気に対する耐食性が優れているこ
とから、その内部に熱媒体として高温の水蒸気が通流す
る加熱用熱交換器及びその内部に冷水が通流し雰囲気中
の水蒸気を凝固させる熱交換器等に使用されている。

【０００３】また、銅又は銅合金製の伝熱管は、吸収式
冷温水機のように伝熱管内部に熱媒体として臭化リチウ
ムが通流する熱交換器にも使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
銅又は銅合金製の伝熱管は、通常の使用条件においては
優れた性能を示すものの、使用条件が厳しい場合は、水
蒸気のドレインにより腐食が発生することがあるという
問題点がある。例えば、水蒸気発生用ボイラーチューブ
の腐食抑制剤として水にヒドラジンが添加されることが
ある。このヒドラジンが分解して発生したアンモニアに
より銅又は銅合金製の伝熱管が腐食される。ドレインに
よる熱交換器の腐食のうち、アンモニアによる銅の溶解
を伴う現象は、特にアンモニアアタックといわれてい
る。

【０００５】熱媒体として臭化リチウムが使用されてい
る吸収式冷温水機においては、熱媒体の脱気処理が十分
に行われているときは不都合はないものの、熱媒体内に
空気の漏れ込みがあると、臭化リチウムによって銅又は
銅合金製伝熱管が腐食を受ける。また、伝熱管から銅イ
オンが溶出し、系内の他の部分に銅が再析出して、弊害
をもたらすこともある。

【０００６】なお、近時、熱交換器用伝熱管としては、
伝熱性能の向上のために、ローフィンチューブ及びその
他の異形管が使用されることが多い。従って、伝熱管用
銅合金には、耐食性が優れていると共に加工性が良好で
あることも要求される。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、水蒸気のドレインに対する耐食性が高く、
特にアンモニアアタックに対する耐食性が優れていると
共に、臭化リチウムに対する耐食性も優れており、且
つ、加工性が優れていてローフィンチューブ等のような
高性能異形伝熱管にも適用することができる伝熱管用銅
合金及び熱交換器用伝熱管の製造方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る伝熱管用銅
合金は、Ｎｉを 0.1乃至4.0 重量％及びＭｎを0.01乃至
1.0 重量％含有すると共に、Ａｌ、Ｓｉ及びＰからなる
群から選択された少なくとも１種の元素を１元素当り
0.015乃至0.3 重量％且つ総計で 0.5重量％以下の含有
量で含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、
不純物としてのＦｅの含有量を 0.1重量％以下に規制し
たことを特徴とする。但し、上記元素に加えて、Ｓｎ、
Ｚｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＮ
ｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素を総
計で 0.001乃至0.20重量％含有してもよい。

【０００９】また、本発明に係る熱交換器用伝熱管の製
造方法は、上述の組成を有する銅合金を所定の形状に成
形する成形工程と、この銅合金材に対して 500乃至800
℃の温度で熱処理を施す熱処理工程とを有することを特
徴とする。

【００１０】

【作用】以下、本発明に係る伝熱管用銅合金の成分添加
理由及び組成限定理由について説明する。

【００１１】ＮｉＮｉは、アンモニアに対する耐食性を
向上させると共に、臭化リチウムに対する耐食性も向上
させる効果がある。しかし、Ｎｉ含有量が0.1重量％未
満の場合は、その効果を十分に発揮することができな
い。また、Ｎｉ含有量が 4.0重量％を超えると、酸素含
有量が多い場合などのように特殊な場合を除いて、一般
の使用条件では前述の効果が飽和してそれ以上の改善効
果が期待できないばかりでなく、コストの上昇を招来す
る。従って、Ｎｉ含有量は 0.1乃至4.0 重量％とする。

【００１２】Ｍｎ健全な鋳塊を得るためには、銅合金の
溶解鋳造に際に溶湯に対して脱酸処置を施すことが必要
である。Ｎｉ含有銅合金の場合、Ｍｎの添加により脱酸
処理を行なうことができる。しかし、Ｍｎ添加量が0.01
重量％未満では脱酸処理が十分でなく、 1.0重量％以上
添加すると、銅合金の加工性が悪くなる。従って、Ｍｎ
含有量は0.01乃至1.0 重量％とする。

【００１３】Ａｌ，Ｓｉ，ＰＡｌ、Ｓｉ及びＰは、微量
添加によって臭化リチウムに対する耐食性を向上させる
効果がある。これらの元素のうちから１種だけを添加し
てもよく、また、２種以上の元素を共添してもよい。し
かし、１元素当りの添加量が 0.015重量％未満の場合
は、上述の効果を十分に得ることができない。また、こ
れらの元素を１元素当り 0.3重量％を超えて添加しても
その効果は飽和してしまい、無駄である。更に、これら
の元素の総計の含有量が 0.5重量％を超えると、水蒸気
が凝縮した所謂ドレインに対する耐食性が劣化して、淡
水中で孔食を生じる虞れがある。従って、これらの元素
の添加量は、１元素当り 0.015乃至0.3 重量％とし、総
計で 0.5重量％以下とする。

【００１４】Ｆｅ通常、Ｃｕ−Ｎｉ系合金の場合に、海
水に対する耐食性を向上させるために、特に海水に対す
る耐侵食性を向上させる目的でＦｅが添加されている。
しかし、本発明の対象となる熱交換器においては耐海水
性は必要でない。また、Ｆｅを添加することにより水蒸
気のドレインに対する耐食性が劣化することもある。従
って、本発明においては、Ｆｅを添加しないだけではな
く、不純物としてのＦｅの含有量を 0.1重量％以下に規
制することが必要である。

【００１５】Ｓｎ，Ｚｎ，Ｃｏ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｍｏ，Ｖ，ＮｂＳｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂからなる群から選択された
１種又は２種以上の元素を銅合金中に少量添加すると、
臭化リチウム環境での銅イオンの溶出防止に有効であ
る。しかし、これらの元素の総計の含有量が 0.001重量
％未満の場合は、その効果が十分でない。また、これら
の元素の総計の含有量が0.20重量％を超えると、加工性
が劣化する。従って、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｒ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂからなる群から選択され
た元素を添加する場合は、総計の含有量を 0.001乃至0.
20重量％とすることが好ましい。

【００１６】次に、本発明に係る熱交換器用伝熱管の製
法方法における熱処理時の温度限定理由について説明す
る。

【００１７】熱交換器用伝熱管は、伝熱性能の向上のた
めに、ローフィンチューブ及びその他の異形管として使
用されることが多い。これらの形状に加工された管は、
最終工程で熱処理が施され、金属組織的に安定な状態に
して使用される。

【００１８】この場合の熱処理温度を 500乃至800 ℃に
することにより、微量添加元素による耐食性改善効果が
一層優れたものになる。即ち、熱処理時の温度が 500℃
未満の場合は、前述の微量添加元素を含む銅合金におけ
る組織の安定性が十分でない。また、熱処理時の温度が
800℃を超えると、結晶が粗大化する虞れがある。従っ
て、熱処理温度は 500乃至800 ℃とする。

【００１９】また、この温度で熱処理を施した後の冷却
工程において、冷却速度が 1℃／分以下の場合は、Ｓ
ｉ、Ａｌ及びＰ等の元素とＮｉとが反応して、その結果
化合物が析出する。金属組織的に、第２相の析出は強度
の向上には有効であるが、耐食性には悪影響をもたらす
ことが多い。また、冷却速度が20℃／分を超えると、歪
み生じて伝熱管としての品質が劣化する。従って、上述
の熱処理後の冷却速度は、１乃至20℃／分とすることが
好ましい。

【００２０】

【実施例】次に、本発明方法により供試材を製造し、熱
交換器用伝熱管としての性能を試験した結果を、比較例
と比較して説明する。

【００２１】先ず、下記表１に示す組成の銅合金を夫々
10kgづつ高周波溶解炉で溶解した後、熱間圧延及び冷間
圧延加工を施し、厚さが 1.0mmの板状試験片を得た。そ
の後、下記表２に示す条件で熱処理を施して供試材とし
た。この熱処理後の合金の結晶粒度を表２に併せて示
す。

【００２２】実施例及び比較例の各供試材に対して以下
に示す試験を実施して、その耐食性及び加工性を評価し
た。

【００２３】アンモニア水浸漬試験アンモニアアタック
に対する耐食性を評価するために、実施例及び比較例の
供試材を夫々２個づつ用意し、これらの供試材を１重量
％のＮＨ₄ ＯＨを含む水溶液中に、室温（18乃至25℃）
にて20日間浸漬し、その後腐食減量を調べて耐食性を評
価した。なお、この場合の比液量は 2ml／cm² である。

【００２４】ジェット試験水蒸気のドレインに対する耐
食性を評価するためにジェット試験を行なった。即ち、
腐食を促進する意味で微量（100ppm）のＮＨ₄ ＯＨを含
む水道水を用いて、流速が 9ｍ／秒のジェット流を各供
試材に垂直に当てるジェット試験を１ヵ月間行い、その
後腐食減肉深さを調べた。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】臭化リチウム水溶液による噴霧試験臭化リ
チウムに対する耐食性を評価するために、70℃に加温し
た65％臭化リチウム水溶液を試験片に１ｍ² 当り約１リッ
トル／分の割合で30分間噴霧した後、70℃の空気を10分間
送風して試験片を乾燥することを10日間に亘って繰り返
した。なお、試験片の大きさは、幅が40mm、長さが 100
mm、厚さが 1mmである。

【００２８】淡水浸漬試験淡水に対する耐食性を評価す
るために、ＮａＣｌ（200ppm）及びＮａ₂ ＳＯ₄（200pp
m）を添加した水道水に、残留塩素が0.1ppmになるよう
に次亜塩素酸ナトリウムを添加し、この液中に各供試材
を１ヵ月間浸漬して、その後腐食減量を調べた。

【００２９】加工性伝熱管として使用する場合は、伝熱
性能向上の観点から、ローフィンチューブ等のような高
性能異形伝熱管に加工した管が用いられることが多い。
従って、伝熱管の材料としては、加工性が優れており、
これらの形状に容易に加工できることが必要である。材
料の加工性を評価するために、引張試験を行なった。こ
の場合に、経験上、伸び率が35％以上のものは加工性が
良好であり、30％以下のものは加工性が不良であるとい
える。

【００３０】これらの耐食性及び加工性の評価試験結果
を下記表３にまとめて示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】この表３から明らかなように、本実施例方
法により製造した実施例１乃至１８の供試材はいずれも
アンモニア水における腐食減量が 4.1mg／cm² 以下、臭
化リチウム水溶液における腐食減量が32mg／cm² 以下、
ジェット試験における腐食深さが0.08mm以下、淡水にお
ける腐食減量が0.30mg／cm² 以下であり、アンモニア
水、臭化リチウム水溶液、水蒸気のドレイン及び淡水に
対する耐食性が優れていると共に、伸びが38％以上であ
り、加工性も良好であった。一方、比較例１乃至１８
は、アンモニア水に対する耐食性、臭化リチウム水溶液
に対する耐食性、水蒸気のドレインに対する耐食性、淡
水に対する耐食性及び加工性のうちの１つ以上の特性が
満足できるものでなかった。なお、比較例２は、実施例
１乃至１８と略同等の特性を有しているものの、Ｎｉ含
有量が多いため、製造コストが高いという欠点がある。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る伝熱管
用銅合金は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ及びＰを所定量含
有すると共に、Ｆｅの含有量を特定の値以下に規制した
から、水蒸気のドレイン、アンモニアアタック及び臭化
リチウムに対する耐食性が優れた伝熱管を得ることがで
きる。また、本発明に係る伝熱管用銅合金は、加工性も
優れているため、ローフィンチューブ等のような高性能
異形伝熱管に成形することが容易である。

【００３４】本発明に係る熱交換器用伝熱管の製造方法
においては、所定の組成を有する銅合金を所望の形状に
成形した後、所定の温度で熱処理を施すから、組織の安
定性が優れており、水蒸気のドレイン、アンモニアアタ
ック及び淡水に対する耐食性が優れた熱交換器用伝熱管
を製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉを 0.1乃至4.0 重量％及びＭｎを0.
01乃至1.0 重量％含有すると共に、Ａｌ、Ｓｉ及びＰか
らなる群から選択された少なくとも１種の元素を１元素
当り 0.015乃至0.3 重量％且つ総計で 0.5重量％以下の
含有量で含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からな
り、不純物としてのＦｅの含有量を 0.1重量％以下に規
制したことを特徴とする伝熱管用銅合金。
【請求項２】Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂからなる群から選択された少な
くとも１種の元素を総計で 0.001乃至0.20重量％含有す
ることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管用銅合金。
【請求項３】請求項１又は２に記載の組成を有する銅
合金を所定の形状に成形する成形工程と、この銅合金材
に対して 500乃至800 ℃の温度で熱処理を施す熱処理工
程とを有することを特徴とする熱交換器用伝熱管の製造
方法。
【請求項４】前記熱処理工程後に、１乃至20℃／分の
冷却速度で冷却する冷却工程を有することを特徴とする
請求項３に記載の熱交換器用伝熱管の製造方法。