JPH10140305A - 耐冷水型孔食用銅管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配管用銅管の管内残留炭素量を大幅に低減で
き、銅管における孔食の発生を大きく減少することが可
能となり、管内皮膜の密着性にも優れ、配管系内のトラ
ブル発生もなくなる配管用銅管の製造方法を提供する。 【解決手段】 軟質ないし半硬質りん脱酸銅管の製造に
おいて、該銅管を抽伸加工後、調質のため焼鈍処理を行
うに際し、加熱炉内を連続的に通過する銅管を、抽伸加
工時に使用した潤滑油の完全燃焼温度以上の温度域に１
００℃／秒以上の加熱速度で急速加熱して連続的に焼鈍
すると同時に、銅管内に、不活性ガスまたは酸素含有量
が体積比で２０％未満の不活性ガスを流速８ｍ／ｓ以上
の速度で供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐冷水型孔食用銅管の
製造方法、詳しくは、ビル、マンション、一般住宅等の
建築用給水、給湯配管、湯沸器用伝熱管、冷温水を使用
する空調機器用配管および伝熱管等に適用される軟質な
いし半硬質りん脱酸銅管の管内面に残留する遊離炭素に
基づく炭素質皮膜の形成を低減するための耐冷水型孔食
用銅管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】配管用軟質ないし半硬質りん脱酸銅管の
製造においては、銅管の抽伸工程で使用される潤滑油が
管内面に残存し、この残存潤滑油が引き続いて行われる
調質焼鈍処理により炭素質皮膜に変化して管内に不均一
に残留する。

【０００３】硬水を使用する欧米では、従来から給水、
給湯用配管として使用されるりん脱酸銅管にＩ（いち）
型孔食の発生が経験されているが、このＩ（いち）型孔
食は銅管内に残留する前記炭素質皮膜に起因するものと
推定されており、炭素質皮膜の形成を防止し、あるいは
残留炭素質皮膜を除去するために、炭素質皮膜をサンド
ブラスト等で機械的に除去する方法（BS規格 2871)や、
銅管内面を有機溶剤で洗浄、脱脂したのち、酸化性混合
ガスを管内に通しながら焼鈍する方法（GB 2,041,483
号) などが対策として示されている。

【０００４】我が国では、使用水質が軟水であるため、
これまで給水、給湯用りん脱酸銅管に欧米でみられるＩ
（いち）型孔食は殆ど経験されていなかったが、最近、
軟水の地下水使用において経験されるようになった冷水
型孔食は、腐食形態、腐食生成物等がＩ（いち）型孔食
と類似しており、Ｉ（いち）型孔食の場合と同様、冷水
型孔食の防止対策として銅管内の残留炭素質皮膜をなく
す必要のあることが次第に明らかにされてきている。

【０００５】従来、我が国においては、管内面に残存す
る炭素質皮膜の除去については、製造上、管理範囲外で
あり、通常、りん脱酸銅管の製造においては、外観上の
商品価値の観点から、銅管内外面の酸化変色を防ぐため
に、管内外面を窒素ガス、ＤＸガス等の非酸化性ガス雰
囲気あるいは還元性ガス雰囲気として焼鈍処理が施され
ている。しかし、この処理では管内に残留する炭素質皮
膜は除去できず、銅管内面に残存する炭素質皮膜量は多
くなっているのが現状である。

【０００６】欧米で提案されている前記サンドブラスト
等の機械的除去方法あるいは管内を洗浄後、酸化性ガス
を管内に通して焼鈍する方法は、環境上好ましくなく、
コスト上の問題点もある。配管用りん脱酸銅管の製造工
程においては、通常、抽伸加工で１０００ｍを超える長
尺コイルに成形されるが、コイル状態で焼鈍処理する
際、銅管内面に残存する炭素質皮膜を低減させるため
に、加熱されたコイル状の銅管内面に還元性ガスや不活
性ガスを供給することを基本とする方策が提案されてい
る。（特開平6-170348号公報、6-228649号公報、279860
号公報）

【０００７】これらの方法によれば、管内の遊離炭素量
を従来に比べてかなり低減させることができるが、例え
ば特開平6-228649号公報にみられるように、焼鈍炉を真
空室、加熱室、冷却室に分け、コイル状銅管をまず真空
室に導入して排気し、加熱室内で還元性または不活性雰
囲気中で加熱焼鈍するとともに、加熱中に還元性または
不活性ガスを圧送して潤滑油蒸気を排出し、次いで冷却
室で還元性または不活性雰囲気中で冷却するなど、複雑
な工程を経なければならず、処理にも長時間を要すると
いう難点がある。半硬質銅管においては、焼鈍後、さら
にコイルを巻き戻し、半硬質の調質工程を経たのち再び
コイルに巻き取ることが必要となる。また、これらの方
法で処理した銅管も、使用環境によっては、なお孔食が
生じる場合があり、耐孔食性を改善するために、炭素量
をさらに減少させることが望まれている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、軟質ないし
半硬質りん脱酸銅管の内面に形成される炭素質皮膜を低
減させるための上記従来の製造方法における問題点を解
消するためになされたものであり、その目的は、抽伸加
工後、調質焼鈍処理を行うりん脱酸銅管の製造におい
て、従来の方法に比べて長時間を要することなく、製造
コストの増大を招くことなく、また環境上の問題もな
く、管内面に生じる炭素質皮膜をさらに低減することを
可能とする調質焼鈍処理を行う耐冷水型孔食用銅管の製
造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による耐冷水型孔食用銅管の製造方法は、軟
質ないし半硬質りん脱酸銅管の製造において、該銅管を
抽伸加工後、調質のための焼鈍処理を行うに際し、加熱
炉内を連続的に通過する銅管を、抽伸加工時に使用した
潤滑油の完全燃焼温度以上の温度域に１００℃／秒以上
の加熱速度で急速加熱して、連続的に焼鈍すると同時
に、銅管内に、不活性ガスまたは酸素含有量が体積比に
して２０％未満の不活性ガスを流速８ｍ／ｓ以上の速度
で供給し、銅管内面に残存する遊離炭素量を低減するこ
とを構成上の第１の特徴とし、銅管内面の残存遊離炭素
量を０．０１ｍｇ／ｄｍ² 以下とすることを第２の特徴
とする。

【００１０】銅管を窒素ガス、ＤＸガスなどの非酸化性
ガスあるいは還元性ガス雰囲気中で焼鈍処理する従来の
工程において、銅管内に遊離炭素が残留する機構はつぎ
のようである。すなわち、銅管を抽伸加工した場合、抽
伸加工工程で使用される高級炭化水素を含む潤滑油が管
内に残存することは避けられず、引き続いて行われる焼
鈍処理において、高級炭化水素は熱分解反応により芳香
族炭化水素ならびに低級炭化水素に変化する。上記通常
の焼鈍雰囲気においては、焼鈍処理中、芳香族炭化水素
はさらにタールを経て炭素に変化し、この炭素が皮膜状
となって銅管内に不均一に残留する。

【００１１】本発明においては、銅管を抽伸加工したの
ち調質焼鈍処理する場合、銅管をコイル状態でなく巻き
戻した銅管を加熱炉内を連続的に通過させながら焼鈍処
理すること、および加熱炉中で銅管内の残存潤滑油を加
熱分解させることなく完全燃焼させ、管内に不活性ガス
または低濃度酸素を含有する不活性ガスを特定速度以上
の速度で通風することにより、潤滑油燃焼ガスを管外に
排出するとともに、不活性ガスが酸素を含有する場合に
は、管内に残存する潤滑油を気体状二酸化炭素に酸化分
解し、遊離炭素の一層の低減を図ることを特徴とするも
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、リン脱酸銅管を抽伸
加工により長尺のコイル状に成形したのち、コイルを巻
き戻しながら銅管を加熱炉内に給送し、加熱炉内を連続
的に通過させながら焼鈍処理する。加熱炉としては加熱
域、保持域、冷却域をそなえた誘導加熱炉が好適に使用
される。焼鈍処理後、銅管は軟化状態で、あるいは半硬
質調質処理されたのち、コイル状に巻き取られる。な
お、銅管外面の酸化を防止するために、加熱炉内は窒素
ガス、ＤＸガスなどにより非酸化性雰囲気あるいは還元
性雰囲気とするのが好ましい。

【００１３】銅管は、加熱炉内を連続的に通過しなが
ら、抽伸加工時に使用した潤滑油の完全燃焼温度以上の
温度で且つ銅管の焼鈍処理温度域、例えば４５０〜６５
０℃に、１００℃／ｓ以上の加熱速度で急速加熱され
る。当該加熱処理により銅管は連続的に焼鈍される。そ
の際、銅管内に、例えば窒素ガスなどの不活性ガスまた
は酸素含有量が体積比で２０％未満の不活性ガスを流速
８ｍ／ｓ以上の速度で供給する。

【００１４】不活性ガスの供給は、巻き取り側（焼鈍処
理完了側）から巻き戻し側（未焼鈍側）へ行う。巻き戻
し側から巻き取り側へ行うこともできるが、銅管内の潤
滑油燃焼ガスによる汚損、燃焼ガスの再付着防止の観点
から、巻き取り側から巻き戻し側へ行うのがより好まし
い。

【００１５】本発明においては、残存潤滑油の加熱分解
反応を極力生じさせることなく完全燃焼させることが必
要であり、加熱温度は潤滑油の燃焼温度以上でなければ
ならない。完全燃焼温度未満の加熱では遊離炭素の低減
が達成されない。加熱速度は１００℃／ｓ以上が好まし
く、１００℃／ｓ未満では、残存した潤滑油の加熱分解
反応が生じて、遊離炭素が管内面に残存し易い。加熱速
度が大きいほど残存炭素量の低減を図ることができる
が、上限は加熱装置の能力により左右される。実際上、
上限は７００〜８００℃／ｓ程度である。

【００１６】急速加熱焼鈍と同時に管内に通風する不活
性ガスの流速は８ｍ／ｓ以上が好ましく、不活性ガスを
この流速で銅管内に供給することにより潤滑油燃焼ガス
が管外に完全に放出される。８ｍ／ｓ未満の流速では、
管内に遊離炭素が残留し易く、燃焼ガスによる変色が生
じる場合もある。流速が大きいほど残存炭素量を低減さ
せることができるが、流速は設備能力により左右され
る。実際上、その上限は１００ｍ／ｓ程度である。

【００１７】不活性ガスとしては酸素を含有しない純粋
の不活性ガスを使用してもよいが、体積比として２０％
未満の酸素が含有している不活性ガスを使用するのがよ
り好ましい。２０ｖｏｌ％未満の酸素を含有した不活性
ガスを通風することにより、銅管内に残存した潤滑油
は、酸化分解反応によって気体状の二酸化炭素に変化す
るから、管内面の遊離炭素残存量をさらに低減させるこ
とができる。また、管内面に亜酸化銅の皮膜が形成され
易くなる、亜酸化銅の皮膜は密着性に優れて剥離し難
く、内面変色も許容範囲内である。

【００１８】不活性ガス中の酸素含有量が高くなると、
銅管内面の酸化が促進されて、黒色の酸化銅が生じ易く
なる。酸化銅は密着性が劣るため、銅管を実配管した場
合、剥離し易く、剥離した酸化銅皮膜は配管系内の汚
損、あるいは目詰まりなどの障害を引き起こす。酸化銅
の生成は銅管内面を変色させる点でも好ましくない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例１ りん脱酸銅管（JIS H3300 C1220)を、炭化水素系高分子
化合物を主成分とする動粘度500cSt(40 ℃) 、残留炭素
分0.01％の潤滑油（潤滑油Ａ）を用いてブルブロック抽
伸により加工し、管外径15.88mm 、肉厚0.71mm、長さ45
0mのコイル状の管とした。このコイル状りん脱酸銅管４
コイルを、誘導加熱炉を使用し、表１に示す条件で焼鈍
処理した。

【００２０】なお、誘導加熱炉は、８基の加熱コイルが
装備された長さ5.25m の加熱域、長さ4.35m の保持域、
および冷却水を噴射して加熱処理された銅管を冷却する
長さ2.1mの冷却域より構成され、熱処理された銅管は、
ベルトフィーダー方式により加熱炉内を連続的に通過し
焼鈍される。

【００２１】加熱温度および加熱速度は、誘導コイルの
電圧およびベルトフィーダーにより制御した。保持域に
おいて放射温度計により測定した銅管の温度を加熱温度
とし、加熱温度と焼鈍処理前の銅管の温度との差を、加
熱域を通過する時間で除した値を加熱速度とした。な
お、銅管の外面の酸化を防止するために、誘導加熱炉内
を窒素ガス雰囲気とした。

【００２２】潤滑油Ａの完全燃焼温度については、別途
熱分析を行って、窒素雰囲気、加熱速度10℃/ 分の条件
で加熱減量が99％となる温度(410℃) を求め、この温度
を潤滑油Ａの完全燃焼温度とした。

【００２３】焼鈍処理後、500mコイルの入口部、中央
部、出口部の３か所について、それぞれ2m長さの供試管
を採取し、各供試管内に残留する炭素質皮膜量を以下の
方法で測定し、遊離炭素量を求めた。 (1) 供試管内にヘキサンを充填して残留油分を除去す
る。 (2) 供試管内を乾燥後、硝酸と塩酸（1:1)の混酸溶液を
管内に注入し、管内全表面を溶解することにより残留し
た炭素質皮膜を除去し、混酸溶液中に溶解させる。 (3) 炭素質皮膜を溶解した混酸溶液を、予め加熱処理し
たガラス濾紙を用いて吸引濾過し、濾紙上に炭素質皮膜
を採取する。 (4) 採取した炭素質皮膜を、濾紙とともに酸素気流中で
燃焼し、発生する炭素ガスを電量滴定法により定量し、
遊離炭素を求める。

【００２４】また、各コイルの上記３か所から長さ1mの
供試管を採取して、半割り後、管内面の変色状態、生成
皮膜の密着性を評価し、Ｘ線回折により主たる生成物質
（酸化物）を同定した。管内に残留する遊離炭素量の測
定結果、管内面の変色状態、主たる生成物質、生成皮膜
の密着性の評価結果を表２に示す。なお、生成皮膜の密
着性については、半割り管を展開し偏平にした際、皮膜
の剥離がほとんど無いものを密着性良好（○）とし、皮
膜がほぼ全域にわたって剥離したものを密着性不良
（×）とし、総合評価としては、遊離炭素量が0.01mg/d
m²以下で、且つ皮膜の密着性が良好なものを○、遊離炭
素量が0.01mg/dm²を越える場合または皮膜の密着性が不
良なものを×とした。

【００２５】比較例１ 実施例１と同じ条件で抽伸加工した同一材質、同一寸法
のコイル状りん脱酸銅管を、実施例１と同じく誘導加熱
炉を使用し、表３に示す条件に従って焼鈍処理を行い、
焼鈍処理後、４コイルについて、実施例１と同様に供試
管を採取して、実施例１と同じ方法で、遊離炭素量を測
定し、管内面の変色状態を観察し、主たる生成物質、生
成皮膜の密着性を評価した。結果を表４に示す。なお、
表３において、本発明の条件を外れたものには下線を付
した。

【００２６】

【表１】 《表注》供給方向：巻き取り側（焼鈍完了側）をＡ、巻き戻し側 （未焼鈍側）をＢとする。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】表２に示されるように、本発明により処理
されたりん脱酸銅管( 試験No.1〜4)は、管内残留遊離炭
素量がいずれも0.01mg/dm²以下で、管内面に生成された
皮膜の密着性も優れていた。これに対して比較例による
銅管は、表４に示すように、遊離炭素量が多く、あるい
は管内面の酸化が進行して黒褐色の酸化銅(CuO) が生成
し密着不良となり、総合評価において劣っている。試験
No.5は加熱温度が低いため、試験No.6は加熱速度が小さ
いため、また試験No.7は不活性ガスの供給速度が低いた
め、潤滑油の燃焼分解不足や燃焼潤滑油の再付着が生じ
て、残留炭素量が多くなっている。試験No.8は供給ガス
中の酸素量が多いため、管内面の酸化が促進されて酸化
銅が生成し、管内面が黒褐色に変色した。

【００３１】実施例２ りん脱酸銅管（JIS H3300 C1220)を、炭化水素系高分子
化合物を主成分とする動粘度150cSt(40 ℃) 、残留炭素
分0.01％以下の潤滑油（潤滑油Ｂ）を用いてブルブロッ
ク抽伸し、管外径22.22mm 、肉厚0.81mm、長さ300mのコ
イル形状に加工した。このコイル状銅管４コイルを、実
施例１と同様、誘導加熱炉を使用して表５に示す条件に
従って焼鈍処理を行った。管外面は実施例１と同じく窒
素ガス雰囲気とし、管外面の酸化を防止した。潤滑油Ｂ
の完全燃焼温度は、別途熱分析を行い、窒素ガス雰囲気
中、加熱速度10℃/ 分で加熱した場合、加熱減量が99％
となる温度（400 ℃) をもとめ、これを潤滑油Ｂの完全
燃焼温度とした。

【００３２】焼鈍処理後、各コイル状銅管の入口部、中
央部および出口部の３か所から供試管を採取し、実施例
１と同様に、遊離炭素量を測定し、管内面皮膜の変色を
観察し、皮膜の密着性を評価した。結果を表６に示す。

【００３３】比較例２ 実施例２と同じ条件で抽伸加工し、実施例２と同じく誘
導加熱炉を使用して、表７に示す条件に従って焼鈍処理
した同一材質、同一寸法のコイル状りん脱酸銅管の４コ
イルについて、入口部、中央部および出口部の３か所か
ら供試管を採取し、実施例２と同じく、遊離炭素量を測
定し、管内面皮膜の変色を観察し、皮膜の密着性を評価
した。結果を表８に示す。なお、表７において、本発明
の条件を外れたものには下線を付した。

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】

【表７】

【００３７】

【表８】

【００３８】表６に示すように、本発明に従って処理さ
れた銅管内の遊離炭素量は、いずれも0.01mg/dm²以下と
少なく、管内面皮膜の密着性も良好であった。これに対
して、表８に示すように、比較例における試験No.13 は
加熱温度が低く、試験No.13は不活性ガスの供給速度が
小さく、試験No.14 は加熱速度が低いため、潤滑油の燃
焼分解不足や燃焼潤滑油の再付着が生じ、いずれも遊離
炭素量が多くなっている。試験No.16 は不活性ガス中の
酸素含有量が多いため、管内面の酸化が進行して黒色の
酸化銅による管内面の変色が生じた。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、配管用りん脱酸用銅管
の炭素質皮膜生成を大幅に低減することができるから、
冷水型孔食の発生を大きく減少させることが可能とな
る。本発明は、連続焼鈍工程に適用できるから、処理工
程は簡便であり、製造コストの増大を招くことがなく耐
冷水型孔食用りん脱酸銅管の安定供給に役立ち、また配
管系内のトラブルの発生もなくなり、工業上きわめて有
用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｚ (72)発明者 澤 聖健 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軟質ないし半硬質りん脱酸銅管の製造に
   おいて、該銅管を抽伸加工後、調質のための焼鈍処理を
   行うに際し、加熱炉内を連続的に通過する銅管を、抽伸
   加工時に使用した潤滑油の完全燃焼温度以上の温度域に
   １００℃／秒以上の加熱速度で急速加熱して、連続的に
   焼鈍すると同時に、銅管内に、不活性ガスまたは酸素含
   有量が体積比にして２０％未満の不活性ガスを流速８ｍ
   ／ｓ以上の速度で供給し、銅管内面に残存する遊離炭素
   量を低減することを特徴とする耐冷水型孔食銅管の製造
   方法。
2. 【請求項２】 銅管内面の残存遊離炭素量を０．０１ｍ
   ｇ／ｄｍ² 以下にすることを特徴とする請求項１記載の
   耐冷水型孔食銅管の製造方法。