JPH0674466B2 - 熱交換器のタンク，プレート又はチューブ用銅合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明の銅合金は、自動車用エンジン冷却水用熱交換器
（一般にラジエーターと呼ばれている）をはじめ自動車
用ヒーター、各種工業用および家庭用熱交換器などにお
いて、主にプレート材、タンク材、チューブ材用に適す
るものである。

〔従来の技術およびその問題点〕

熱交換器は主にタンク、プレート、チューブ、フィンか
らなり、それぞれに銅合金が用いられている。そして、
タンク、プレート、チューブ材は主に黄銅２種または黄
銅１種の軟質材が用いられてきた。しかし、黄銅材は脱
亜鉛腐食したり、応力腐食割れを起こすことがあるので
熱交換器の信頼性を向上させるなどの上で問題があっ
た。

ラジエーターのタンク、プレート、チューブ材に例をと
って、それに用いられる銅合金の具備すべき特性を以下
に示す。

耐食性としては耐応力腐食割れ性、耐脱亜鉛腐食割れ性
があげられ、純銅系に近い耐食性が望まれる。特に、樹
脂タンクを直接かしめるプレート材の場合、歪取り焼鈍
を行えないので、高い耐応力腐食割れ性が必要となる。
また別の耐食性要件として塩分の影響を受ける状況下で
の大気腐食に対する耐性も優れていることが望ましい。

加工性はタンク、プレートは深い加工があるので特に優
れたものが必要であり、通常はエリクセン値で管理され
ている。またチューブ材は複雑なロックシームチューブ
加工を受けることが多いので黄銅の軟質材なみの加工性
がやはり必要である。

強度は黄銅材なみの強さをもつことが望ましく、特に直
接かしめを行うプレート材では強度が弱いとかしめ力が
確保できず、またチューブ材では材料の剛性が落ちると
成形加工が困難になる。

ハンダ付性についてはラジエーターはハンダ付を多用し
て組み立てるのでハンダ付性が劣ってはならない。

従って、本発明は、耐応力腐食割れ性などの耐食性が黄
銅より格段に優れ、加工性、強度、ハンダ付性は従来の
黄銅材なみの熱交換器用銅合金を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明は、0.5wt％（以下wt％を単に％で表示する）以
上10％未満のZn,0.5％を越え３％以下のSnを含有し、残
部がCuおよび不可避不純物からなる熱交換器用銅合金、
又は0.5％以上10％未満、（イ）望ましくは１％以上５
％未満また（ウ）さらに望ましくは１％以上3.5％以下
のZnと（ア）0.05％以上３％以下、（イ）望ましくは0.
5％を越え２％以下、また（ウ）さらに望ましくは1.0％
以上2.0％以下のSnと（ア）0.005％以上0.10％以下の
Ｐ、（イ）（ウ）望ましくは0.005％以上0.02％以下の
Ｐを含有し、残部がCuおよび不可避不純からなり、さら
に（ア）（イ）の場合の合金の結晶粒度は望ましくは0.
015mm以下であることを特徴とする熱交換器用銅合金で
あり、さらに（ウ）の場合は結晶粒度が0.005〜0.015mm
であるタンク又はプレート用銅合金であり、0.015mm以
下であるチューブ用銅合金である。また本発明はさらに
Fe又はおよびNiが加わった合金である0.5％以上５％未
満のZn,0.05％以上３％以下のSn、合計量で0.01％以上
1.0以下のFeおよびNiの１種又は２種,0.005％以上0.05
以下のＰを含有し、残部がCuおよび不可避不純物からな
る熱交換器用銅合金からなる。

次に本発明を構成する合金成分の限定理由を説明する。

Znは強度、加工性（エクリセリン値）、塩分の影響を受
ける状況下での大気腐食に対する耐食性を向上させる効
果があり、逆に耐応力腐食割れ性および耐脱亜鉛性にお
いて悪影響がある。そしてZn量は５％未満では上記の効
果が十分でなく、１％以上であることが望ましい。また
10％以上となると応力腐食割れを起し易く、Zn量は５％
未満が望ましく、さらに3.5％以下であることが耐応力
腐食割れ性を格段に向上させるためにはさらに望まし
い。

Snは強度を向上させ、耐応力腐食割れ性、耐脱亜鉛性を
向上させる。そしてSn量は0.5％以下ではその効果が十
分でなく、1.0％以上であることがさらに望ましい。ま
たSn量は３％を越えると熱間加工性が悪化し、さらに良
好な耐応力腐食割れ性を確保するためには２％以下、さ
らに望ましくは2.0％以下であることが望ましい。

Ｐは溶解鋳造性を向上させさらに耐脱亜鉛腐食性を向上
させる。そして上記効果を期待するためには0.005％未
満ではその効果が十分でない。またＰ量が0.1％を越え
ると応力腐食割れを起し易く、さらにＰ量は0.02％以下
であることが耐応力腐食割れ性を良好に保つためには望
ましい。

FeおよびNiは強度および耐応力腐食割れ性を向上させる
効果がある。この効果はFeおよびNiで同等であり、これ
らの単独又は併用添加によっても結晶粒が微細化するの
で上記効果があがるが、Ｐを同時に添加するとFexP化合
物を形成しさらに強度を向上させる効果がある。なおFe
xP化合物を形成したＰ分は耐応力腐食割れ性とは関係が
なくなるので下記（１）式におけるＰには含まれなくな
る。そしてFe量および又はNi量は全体で0.01％未満では
その効果が十分でなく、また1.0％を越えると加工性が
悪くなる。

熱交換器用タンク材プレート材チューブ材は全て成形加
工性が良い必要があるので、本発明合金は400℃〜800℃
の温度で10秒〜６時間行う焼鈍上り又はその後軽度の調
質圧延がなされた状態で使用される。従って本合金は再
結晶組織を呈する状態で使用されることを標準とする
が、その結晶粒度によって合金の性質は次のように変化
する。すなわち結晶粒度が細いほど耐応力耐食割れ性、
強度が向上するが加工性は低下する傾向にある。結晶粒
度は焼鈍温度と焼鈍時間を適性に選ぶことによって調整
が可能であるが、結晶粒度は耐応力腐食割れ性を良好に
保つためには0.015mm以下であることが望ましい。また
本合金をタンク材、プレート材に使用する場合は深絞り
加工性が良好である必要があり、この意味では結晶粒度
は0.005mm以上であることが望ましい。なお本合金をチ
ューブ材に使用する場合は、深絞り加工等の厳しい加工
はないので結晶粒度は加工性の面からは制限されない。
なお結晶粒度は加工材の表面肌の良否にも影響を与える
が、この意味では最終焼鈍前の加工率を15％以上とると
混粒が避けられので、15％以上とることが望ましい。ま
た耐応力腐食割れ性は最終加工率が75％以下望ましくは
50％以下のほうが良好となる傾向がある。

以下に実施例を示す。

実施例１ 第１表に示す各種の合金（１〜20）を黒鉛るつぼを用い
て木炭被覆下で溶解し、金型鋳造した。得られた約35×
90×150mmのインゴットを12mmに熱間圧延し、その後1.5
mmまで冷間圧延し、中間焼鈍を450℃×1hrの条件で行な
い、さらに冷間加工により厚み0.8mm（冷間加工率47
％）として最終焼鈍を550℃×1hrの条件で行なった。得
られた板から試験材を製作し、耐力、エリクセン値等を
測定し、さらにアンモニア蒸気を用いる応力腐食割れ試
験を実施した。

応力腐食割れ試験は、市販アンモニア水（28％）500cc
と純水500ccを入れた内容積13lのデシケータの中に第１
図に示すような形に曲げた短冊形全長150×巾12.7×厚
0.8mmの試験片を吊るし、クラックが生ずる時間と破断
する時間を求めた。得られた試験結果を第１表に同時に
示す。

第１表に見るように、本発明合金はいずれも耐応力腐食
割れ性において従来合金（試験材は市販品を用いた）よ
り格段に優れ、クラック発生時間でみても黄銅（合金2
0）の10倍以上の時間となっている。耐力はFe、Niを含
むもの以外は黄銅より低めとなっているが脱酸銅より確
実に高い。なお耐力がやや低い分は焼鈍温度を下げるこ
とによってとりかえすことが可能である。

エリクセン値はFe、Niを含むもの以外は従来合金なみに
高い。一方Feが入った合金15,16のエリクセン値はやや
低くきつい絞り加工にはやや不向であるが、脱酸銅なみ
の加工性はあるので、チューブ材や絞り加工のあまいプ
レート材などに強度が高い分薄肉化が可能であり好適で
ある。

さらに合金１、４、14につき従来合金と共に192hrの塩
水噴霧試験を実施したが、本発明合金は耐脱亜鉛性にお
いても従来合金に較べ格段に優れていた。

実施例２ Zn2.9％、Sn1.5％、P0.014％、残Cuからなる合金を実施
例１と同様に加工し、最終圧延率を66％、47％、33％の
３段階に変えさらに最終焼鈍温度を550℃、480℃、410
℃の３段階に変化させ、９種の加工方法の異なる合金を
作成した。これらについて結晶粒度および実施例１と同
様の特性を測定した。それらの結果を第２表に示す。

第２表にみるように、結晶粒が細くなると耐応力腐食割
れ性と耐力が向上する。結晶粒度が0.005mmの場合はエ
リクセン値が13.2まで下がっているがエリクセン値が1
2.8未満となると深い絞り加工がやや困難になること、
エリクセン値の標準偏差は通常0.17程度（３シグマで0.
5）となることを考えあわせると、絞り加工が主となる
プレート材、タンク材には結晶粒度0.005mmが本合金系
では最小のものとなることがわかる。なお、最終加工率
としては低い加工率の方が耐応力腐食割れ性がやや優れ
ていることがわかる。

なお第１表、第２表に記した全ての合金について、弱活
性ロジンを用いてはんだ拡がりテストも実施したが、全
ての合金において問題はなかった。

実施例３ 第３表に示す各種の合金（１〜18）を実施例１と同様に
加工し、最終圧延率60％，最終焼鈍温度は結晶粒度が0.
005〜0.010mmになるように400〜500度×1hrで実施し
た。

これらの合金につき実施例１と同じ方法で応力腐食割れ
試験を実施し、試験片のエッジ部にクラックが発生する
までの時間を求めた。

この時の結果を表３に合わせて示すとともに、この結果
のうち合金No.1〜9,16〜18の結果を第２図に示す。（簡
便化のためZnは1,2,3,4％,Snは1.1,1.6,2.1％で代表し
た。） 第２図よりSnはZnの添加に伴う応力腐食割れの促進を鈍
化させており、Snの効果はZnが多い程大きいことが判
る。

また、第３の結果のうち合金No.7〜15の結果を第３図に
示す。第３図よりSnはＰの添加に伴う応力腐食割れの促
進を鈍化させており、Snの効果はＰが多い程大きいこと
が判る。

〔発明の効果〕 以上のような本発明合金によれば、耐応力腐食割れ性な
どの耐食性が従来より格段に優れ、強度および加工性が
従来材に劣らない熱交換器用として最適な合金が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐応力腐食割れ試験をする場合に試料を与えた
拘束曲げの状態を示す説明図である。 第２図は本発明合金のZnとSnの含有量のクラック発生間
間を示す図面である。 第３図は同合金のＰとSnの含有量のクラック発生時間を
示す図面である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−147830（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−138033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−39142（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−138034（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】0.5wt％以上10wt％未満のZn,0.5wt％を越
   え3wt％以下のSnを含有し、残部がCuおよび不可避不純
   物からなる熱交換器のタンク、プレート又はチューブ用
   銅合金。
2. 【請求項２】0.5wt％以上10wt％未満のZn,0.5wt％を越
   え3wt％以下のSn,0.005wt％以上0.10wt％以下のＰを含
   有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる熱交換器の
   タンク、プレート又はチューブ用銅合金。
3. 【請求項３】1wt％以上5wt％未満のZn,0.5wt％を越え2w
   t％以下のSn,0.005wt％以上0.02wt％以下のＰを含有
   し、残部がCuおよび不可避不純物からなる熱交換器のタ
   ンク、プレート又はチューブ用銅合金。
4. 【請求項４】結晶粒度が0.015mm以下であることを特徴
   とする請求項２又は３記載の熱交換器のタンク、プレー
   ト又はチューブ用銅合金。
5. 【請求項５】1wt％以上3.5wt％以下のZn,1.0wt％以上2.
   0wt％以下のSn,0.005wt％以上0.02wt％以下のＰを含有
   し、残部がCuおよび不可避不純物からなり、その合金の
   結晶粒度が0.005〜0.015mmであることを特徴とする熱交
   換器のタンク又はプレート用銅合金。
6. 【請求項６】1wt％以上3.5wt％以下のZn,1.0wt％以上2.
   0wt％以下のSn,0.005wt％以上0.02wt％以下のＰを含有
   し、残部がCuおよび不可避不純物からなり、その合金の
   結晶粒度が0.015mm以下であることを特徴とする熱交換
   器のチューブ用銅合金。
7. 【請求項７】0.5wt％以上5wt％未満のZn,0.5wt％を越え
   3wt％以下のSn,合計量で0.01wt％以上1.0wt％以下のFe
   およびNiの１種又は２種、0.005wt％以上0.05wt％以下
   のＰを含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる熱
   交換器のタンク、プレート又はチューブ用銅合金。