TW548335B - Seamless copper alloy pipe having high 0.2% proof strength and strength for a heat exchanger - Google Patents
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Description
548335 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(1 ) 發明fe圍 本發明係關於一種具有高0 · 2 %保證強度和疲勞強 度的無縫銅合金管,其主要用於熱交換器的熱交換管,本 發明特別係關於使用H F C -型氟化碳作爲加熱媒質時, 可以作爲熱交換管的該管。 相關技術之描述 通常,無縫之磷脫氧的銅管被用來作爲熱交換器的熱 交換管。要將前述磷脫氧的銅管組裝在熱交換器的熱交換 器管上時,首先,該管必須要切成預定長度並藉由彎曲而 作成U形。之後,所形成的U形管通入平行排列的鋁合金 散熱片中,藉由擴張該管的內徑而使得插塞通過或負載液 壓而使得這些散熱片平行地固定於該管上。 此外,前述形成的U形管末端藉由燃燒成形和再燃燒 成形(再度擴張管之已燃燒成形的末端)而加長,藉由將 未經擴張的U形管的一端插入已經擴張的管的擴張末端並 使用磷銅焊劑焊接,使得這些拉長的末端與其他的U形管 結合。 管的末端擴張之後,當一般磷脫氧的銅之U形管的末 端於焊接時加熱時,會在受熱區域長出銅合金晶體,結果 ,該接近焊接部分之熱影響區域的強度顯著降低。用於熱 交換器的無縫銅合金管能夠避免在焊接時有晶體生成,已 經知道由加有F e之磷脫氧的銅製的無縫銅合金管。關於 由磷脫氧的銅(其有,添加F e作爲不可或缺的組份)製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -----------裝------^--訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 548335 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(2 ) 得之傳統的無縫銅合金管,已經知道下列組成物。換言之 ,用於熱交換器之製自銅合金的無縫銅合金管包含: 0 · 005 至〇· 8 重量e ,〇 · 〇 1 至 〇 . 026 %P ,〇· 005 至 0 · 3%Z r ,3 至 30ppm 氧, 餘者是C u (參考日本專利特許公開申請案第3 9 9 0 0 /1983號),另一者包含:0·01至1·0重量% Fe,〇 · 〇〇5 至 0 · 6% 選自 Cr、Si、Mn、 Ni和Co的至少一種元素,〇 · 005至0 . 6%選自 P、Ca和Mg的至少一種元素,〇 · 〇〇4至0 · 04 %氧,餘者是C u (參考日本專利特許公開申請案第 156719/1977 號)。 這些無縫銅合金管組裝作爲熱交換器的熱交換管並充 塡加熱介質。此熱交換器藉由載入加熱介質及對其施用範 圍寬廣的壓縮壓力而操作。以前使用H C F C型氟化碳作 爲加熱介質,但最近因爲H C F C型氟化碳會破壞地球的 臭氧層及對於H F C型氟化碳並無此顧慮,所以使用 H F C型氟化碳。 本發明欲解決的問題
但是,使用H F C型氟化碳作爲加熱介質時,壓縮壓 力必須比使用傳統的H C F C型氟化碳作爲加熱介質時來 得大。例如’R - 22 ( —種典型的HCFC型氟化碳) 作爲熱交換器的加熱介質時,H C F C型氟化碳在熱交換 管中的壓縮壓力是2 0公斤力/平方公分。但是,使用R 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公1 § -----------裝------^—1T--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 548335 B7____ 五、發明說明(3 ) 一 4 1 〇 a (—種典型的HF C型氟化碳)作爲加熱介質 時,熱交換管中的壓縮壓力必須是3 1公斤力/平方公分 ,此値是前値的1 · 5倍或以上。在施以這樣高的壓縮壓 力的環境下,因爲以前的熱交換管的〇 · 2 %保證強度和 疲勞強度不足,所以’長時間使用時,可能會發生熱交換 管龜裂和破裂的問題,因爲0 · 2 %保證強度欠佳,而使 熱交換管尺寸大幅改變,使得熱交換器的效能降低。 解決此問題的方法 就前述觀點,本發明者硏究以發展出用於熱交換器的 無縫銅合金管,其含括0 · 2 %保證強度和疲勞強度極佳 的銅合金並得到下列結果: (a)在磷脫氧的銅中分別添〇.02至0·2%的 C 〇時,銅合金的0 · 2 %保證強度和疲勞強度大幅提高 ,導電性亦提高。 (b )在磷脫氧的銅中添加1至2 0 p pm碳及添加 0 · 02%至0 · 2%Co時,進一步提高銅合金的 〇· 2 %保證強度和疲勞強度。 (C) P含量以〇 · 01至0 . 5%爲佳,氧(無法 避免的雜質)含量以調整至5 0 p pm或以下爲佳。 基於前述結果而完成本發明,其特徵如下: (1 ) 一種用於熱交換器之〇 . 2 %保證強度和疲勞 強度高的無縫管,此無縫管製自包含下列物種的銅合金: 總量〇 · 〇 2至0 · 2重量%的(:〇,0 · 0 1至 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ^ ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ϋ ·ϋ ϋ __ϋ ϋ 1_ 一50, ϋ I ϋ n ϋ ϋ I ' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548335 A7 B7 五、發明說明(4) 0 · 05%P,餘者是Cu,及無可避免的雜質,該合金 的該雜質(氧)總含量調整至5 0 p p m或以下。 (2 ) —種用於熱交換器之0 · 2 %保證強度和疲勞 強度高的無縫管,此無縫管製自包含下列物的銅合金: 總量0 · 02至0 · 2重量%的0〇,〇 · 〇1至 0 · 05%P,1至20ppmC,餘者是Cu,及無可 避免的雜質,該合金的該雜質(氧)總含量調整至5 0 p p m或以下。 欲製備本發明之用於熱交換器的無縫銅合金管,一般 的銅電解質在低壓下熔解以製得熔融的低含氧銅,之後, C 〇及C 〇和P的母合金加至該熔融銅中,製成熔融的銅 合金。視情況所須地將C 〇和C之母合金之預定量的碳加 至前述熔融銅合金之後,該熔融銅合金經澆鑄而形成柱狀 的鑄塊。 將前述柱狀鑄塊加熱至預定溫度(介於8 5 0 °C和 1 0 5 0 t之間),並藉由壓出進入於水中而成形。之後 ,進行冷加工和鍛燒,以製得用於熱交換器之具有預定截 面尺寸的無縫銅合金管。 現將描述根據本發明之用於熱交換器的無縫銅合金管 之組成如前面所定義者的原因。 (a ) C 〇 C 〇溶解於磷脫氧的銅基質中或形成磷化合物相’是 一'種有效組份,其提筒目I[述銅合金的0 · 2 %保證強度和 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 41"rj ----------1^9 ^------1111-------111 (請先閱讀背面之注咅?事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 548335 B7 五、發明說明(5 ) 疲勞強度。Co含量超過0 · 2%時,前述銅合金的導電 性變得低於7 0 % I A C S且導熱性下降。反之,當◦ 〇 含量低於0 · 0 1 %時,無法達到所欲效果。因此,將 Co含量定爲0·02%至〇·2%,並以〇·04%至 0 . 1 %爲佳。
(b ) P P與C 〇共同存在時,使得晶體顆粒較細,因此,增 進0 · 2%保證強度和疲勞強度。p含量超過〇 · 〇5% 時,前述銅合金的導電度顯著降低。反之,當p含量低於 0 · 0 1 %時,無法達到所欲效果。因此,將p含量定爲 0 · 01%至 0 · 05%,並以 〇 · 015%至 0 · 04 %爲佳。 (c )氧 氧以無法避免的雜質形式存在。氧含量超過5 0 p p m時,在前述銅合金中形成粗粒氧化物,結果會降低 0 . 2 %保證強度和疲勞強度。因此,將用於熱交換器的 無縫銅合金管中的氧含量定爲5 0 P pm或以下,以1 〇 p p m或以下爲佳。
(d ) C 必要時,將C加至前述銅合金中以進一步提高0·2 %保證強度和疲勞強度。C的添加量超過2 0 p p m時, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -------^----AW ^------τ—訂---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548335 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(6 ) 前述銅合金不容易以傳統方法溶解及鑄造。反之,當C含 量低於1 p p m時,無法達到所欲效果。因此,將C含量 定爲lppm至2〇PPm,並以lppm至5ppm爲 佳。 具體實施本發明的最佳模式 製備銅電解質作爲原料之後,該銅於低壓下熔解以製 成熔融的低含氧銅,其氧含量低於5 0 p pm或以下, C 〇及C 〇和1 5 % P的母合金加至該熔融銅中。必要時 ,添加預定量的C 〇和1 % C的母合金,結果製得熔融的 銅合金。前述熔融的銅合金在鑄模中鑄造,製成直徑 3 2 0毫米、長7 1 0毫米的柱狀鑄塊,其元素組成示於 附表1至附表3。 前述的柱狀銅合金鑄塊以坏段加熱器於維持9 5 0 °C 的條件下加熱1小時之後,處理此溶液並同時藉由壓出進 入水中而製成直徑1 0 0毫米、厚1 0毫米的初管。之後 ,對前述初管進行冷加工處理,以製成內徑6 · 5毫米、 厚0 · 2 5毫米的無縫管。前述所得的無縫銅合金管在鍛 燒爐中於5 5 0 °C鍛燒1小時,得到用於熱交換器之編號 1至1 4號之的無縫銅合金管(下文中稱爲本發明的管) 及編號1至5號之比較用的無縫銅合金管(下文中稱爲比 較用管)。進一步地製得編號1至3號之傳統的無縫銅合 金管,其元素組成示於附表3,F e是無法避免的組份( 下文中稱爲傳統的管)。 __- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) —I - I I I I I^--訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 548335 A7 __ B7 五、發明說明(7 ) 這些編號1至1 4號的本發明的管、編號1至5號之 比較用的管和編號1至3號之傳統的管的疲勞強度測定方 式是:在該管的一端封住且另一端週期性地施壓(即, 6 0公斤力/平方公分)2 X 1 0 7次,偵測各種管是否開 始龜裂,其結果列於附表1至附表3並加以評估。 另利用J I S Z 2 2 4 1的方法測定0 · 2 %保 證強度和拉伸率,其中,所用的抗張試樣之組成與編號1 至1 4號的本發明的管、編號1至5號之比較用的管和編 號1至3號之傳統的管相同。這些結果列於附表1至附表 3。此外,以四探頭法(J I S C 3 0 0 1 )以1毫 米測量長度測定這些銅合金的導電度。這些結果列於附表 1至附表3並評估導熱性。 優點 由附表1至附表3的結果,編號1至1 4號的本發明 的所有的管在週期性地施以內壓2 X 1 〇 7之後,均未開始 龜裂。然而,編號1至3號之傳統的管在週期性地施以內 壓1 X 1 0 6次或較少次之後開始龜裂。這些結果顯示:與 編號1至3號之傳統的管比較,編號1至1 4號之本發明 的管的疲勞強度極佳。此外,編號1至1 4號之本發明的 管的拉伸率與編號1至3號之傳統的管沒有顯著的差別。 但是,相較於編號1至3號之傳統的管,編號1至1 4號 之所有的本發明的管的〇 · 2 %保證強度極佳,此外,可 以看出本發明的管的導電度提高。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注咅?事項再填寫本頁) | 裝------^--訂 S---------_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548335 A7 _____ B7 _ 五、發明說明(8) 此外’組成與本發明之申請專利範圍不相符之編號1 至5號之比較用的管之疲勞強度、〇 . 2 %保證強度、拉 伸率和導電度中至少有一者不符合用於熱交換器之無縫銅 合金管的期望。 如前述者’根據本發明之用於熱交換器的無縫銅合金 管因爲疲给強度和0 · 2 %保證強度特別佳,所以可以有 效地作爲傳熱管。特別地,本發明中的銅合金管非常適合 用於使用H C F -型氟化碳作爲加熱介質的熱交換器 ----------—裝S丨I丨1丨訂---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本 適一度 一尺 釐 I公 97 2 X 10 2 /(\ 格 規 Α4 S) Ν (C 準 標 家 548335 A7 B7 五、發明說明(9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 導電率 %IACS 86.4 85.3 85.6 85.1 86.2 〇〇 89.2 拉伸率(%) 43.8 42.6 42.3 39.8 39.1 40.3 1 46.1 ^ I 餓 in 1 & 言A q vh: ° s 18.3 19.1 19.2 19.5 19.8 19.1 r—I 〇〇 τ-< 踩E櫬 國 3 壊 摧 璀 壊 壊 摧 巷 壊 ^1111 潔 轵 g _ _鞋 ^ S 账郝 <υ Ρ^Η 1 1 1 1 1 1 1 〇(ppm) C(ppm) 1 1 1 1 1 1 1 Plh 0.03 0.03 0.03 0.02 0.04 0.05 0.02 0.05 0.08 〇 τ—Η 〇 0.14 0.19 \ < \ \ 〇 0.02 編號 r—Η CN CO 寸 \〇 ----------—裝------^—訂,--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 548335 A7 B7 五、發明說明(10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ΓΝΙ撇銮 導電率 %IACS i 85.3 85.8 86.3 85.2 86.1 85.2 88.5 拉伸率(%) 40.3 43.1 42.1 40.3 41.1 cn ! 1 "' ^ 寸 45.2 ^ I 激 Jn 1 | 承 *R °i \t: ° g 22.4 22.3 21.1 21.4 20.2 22.5 20.1 铝趟]舔 踩E櫬 頸 3壊 壊 壊 摧 摧 摧 裝 壊 課 S _奥 ^ S # IR 漉 £ 1 1 I 1 1 1 1 〇(ppm) C(ppm) WO ο 寸 cs T—Η 〇\ ίη Ph 0.04 0.03 0.03 0.02 0.04 0.04 0.02 M3 ! i Ο 0.07 0.09 0.14 0.20 ! 0.12 0.03 編號 oo σ\ 〇 \.....i CN cn 寸 ϋ —all -·ϋ _ϋ 11 i·— a^i ^^1 ·ϋ · 1_1 ^^1 i__^i n·· ϋ emmmM in ϊ 、I ϋ i-ϋ ^^1 ^^1 ϋ emmam 1 I -xf (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 4^ 548335 A7 _B7 五、發明說明(11 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (#您要^醒編DVK-瓣艦ffi-^郜激傅鄹t(fpr )Co嗽錾 導電率 %IACS 80.5 65.6 86.2 72.3 67.2 74.8 78.2 82.4 拉伸率(%) 41.6 34.1 CnI Csi 42.6 36.3 38.4 39.0 42.3 ^ 1 激in 11 ^ \t; ° g 20.3 14.7 12.1 CX3 r—Η 13.8 oo 國_ \ < r—i 壊 X r-H 猶 un ^ \ i 壊 於2xl06次龜裂 鏘 τ—Η 於1χ105次龜裂 y川 <D 1 1 1 1 1 T i 关 \ < Ο 关 1 〇(ppm) g 并 S 冢_ β i 條卿 C(ppm) 1 1 1 1 1 I I 1 0.04 0.03 0.03 * 0.005 *0.06 0.03 0.03 0.03 * 0.007 *0.70 0.10 0.14 0.09 r—Η I * 1 * 編號 \ < csi CO 寸 r—i CN CO -u ft 1 血 -----------裝------^—訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- ο 548335 附件2 辦讓 松告本 勞強度和3 包含下列物 總量0 0.05% 雜質的氧在 2 · 一 勞強度和3 包含下列物 總量〇 0.05% 該雜質的氧 六、申請專利範圍 第8 8 11 0 111號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國90年5月修正 種用於熱交換器之高達0 · 2 %保證強度、疲 9 · 1 %以上拉伸率的無縫管,此無縫管製自 種的銅合金: t •02至0.2重量%的〇〇,0.01至 P,餘者是Cu,及無可避免的雜質’充當該 該合金的總含量調整至5 0 p p m或以下。 種用於熱交換器之高達0 . 2 %保證強度、疲 9 · 1 %以上拉伸率的無縫管,此無縫管製自 種的銅合金: ·〇2至0.2重量%的Co,0·〇1至 P,1至2〇ppmC,餘者是Cu,及充當 在該合金的總含量調整至5 0 d d m或以下° ---r-------裝------^--訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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