TWM683081U - 柔性不鏽鋼管結構 - Google Patents

Abstract

一種柔性不鏽鋼管結構，其包括有：一管體呈中空長筒狀並具有一管表面及一管內面，該管體由奧氏體不鏽鋼所製成，該管體按重量百分比計包含下列化學元素：碳（C）：≦0.03%；鎳（Ni）：7%至10.5%；銅（Cu）：1%至3.5%；鉻（Cr）：16%至18.5%；氮（N）：≦0.03% ；其餘為鐵（Fe）及其他合金元素；其中，該管體10於退火狀態下，其機械性能特徵中的延伸率（Elongation）介於40%至70%之間，藉由前述化學元素組合及退火狀態下之機械性能控制，使該管體於冷加工或後續接合時具有較佳之延性與成形容許度，從而提高配管彎角處的施工便利性與加工良率，有利於應用在冷氣空調的配管使用。

Description

柔性不鏽鋼管結構　

本創作係有關於一種不鏽鋼管結構，尤指一種適用於冷氣空調或換熱系統之配管施工的柔性不鏽鋼管結構。

按，冷氣空調之配管系統在實務上多以銅管作為主要管材，其原因在於銅管具備良好延展性，能配合現場施工以彎管器進行快速彎折、拉整與二次校正，且接頭施作與維修技術成熟，故可滿足空調配管之施工效率與品質需求。然而，銅材成本高且易受國際原物料價格波動影響，致使大量建置、汰換或維修時之材料費用居高不下，並直接推升整體工程成本；此外，銅管於特定環境條件下仍可能面臨耐蝕性不足之問題，例如在潮濕、鹽霧、酸鹼污染或含硫、含氨等腐蝕性介質環境中，銅材表面易發生腐蝕或點蝕而導致管壁減薄，進而提高冷媒滲漏風險與冷氣維護頻率，造成使用端之長期成本負擔。

為克服銅管成本與耐蝕性之限制，業界雖提出以不鏽鋼管取代銅管之方案，然習知不鏽鋼管多以強度與耐用性作為主流設計方向，其屈服強度偏高且加工硬化傾向明顯，致使在冷氣空調現場施工中，於彎管、拉整或二次校正時容易因塑性變形能力不足而產生裂紋、折皺或截面扁平化等缺陷，不僅降低施工良率，也增加配管工時與報廢損耗，使施工成本反而上升，尤其在狹窄空間佈管或需多次微調走向之情境下，不鏽鋼管更難維持與銅管相當之施工便利性與外觀一致性。因此，雖然不鏽鋼具有較佳耐蝕性之潛力，但在現場成形加工性與接頭密封可靠性未能同步提升之前，習知不鏽鋼管仍難以全面取代銅管，致使「以鋼代銅」在空調配管領域長期停留於需求面而未能普及，此為本創作所欲改善之技術問題點。

有鑑於此，本創作人於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本創作。

本創作所欲解決之技術問題在於針對現有技術存在的上述缺失，在第一實施例中提供一種柔性不鏽鋼管結構。

一管體，其呈中空長筒狀並具有一管表面及一管內面，該管體由奧氏體不鏽鋼所製成，該管體按重量百分比計包含下列化學元素：碳（C）：≦0.03%；鎳（Ni）：7%至10.5%；銅（Cu）：1%至3.5%；鉻（Cr）：16%至18.5%；其餘為鐵（Fe）及其他合金元素；其中，該管體於退火狀態下，其機械性能特徵中的延伸率（Elongation）介於40%至70%之間。

其中該管體的化學元素中限制包含小於0.03%的氮（N）。

其中該管體的機械性能特徵中的硬度（Hardness）介於110Hv至130Hv之間，且屈服強度（Yield Strength）介於130MPa至150MPa之間。

本創作所欲解決之技術問題在於針對現有技術存在的上述缺失，在第二實施例中提供一種柔性不鏽鋼管結構。

一管體，其呈中空長筒狀並具有一管表面及一管內面，該管體由奧氏體不鏽鋼所製成，該管體按重量百分比計包含下列化學元素：碳（C）：≦0.03%；鎳（Ni）：7%至10.5%；銅（Cu）：1%至3.5%；鉻（Cr）：16%至18.5%；錳（Mn）：≦2%；氮（N）：≦0.03%；其餘為鐵（Fe）及不可避免之雜質。

其中該管體具備下列機械性能特徵：延伸率（Elongation）介於40%至70%之間；硬度（Hardness）介於110Hv至130Hv之間；屈服強度（Yield Strength）介於130MPa至150MPa之間。

其中該管體的外徑介於6mm至20mm之間，且該管體的厚度介於0.6mm至1.2mm之間。

其中該管體之一端形成有一擴口端，該擴口端的內徑大於或等於該管體的外徑，且該擴口端用於與一延伸管體之套接。

其中該延伸管體之一端套接於該擴口端之端口內，且於該擴口端與該延伸管體之間設置一環狀焊圈，以焊接方式熱融該環狀焊圈而形成該擴口端與該延伸管體套接處的密封。

其中該延伸管體為不鏽鋼管或銅管材質。

其中該管體之該管表面處套設有一保護套，該保護套包括一內層及一外層，該內層為發泡聚乙烯（EPE）材質，且該外層為交聯聚乙烯發泡棉（XPE）材質。

本創作的第一主要目的在於，以超低碳、超低氮為核心，並配合鎳、銅與鉻之比例設計，使不鏽鋼在退火狀態下同時滿足延伸率40%至70%、硬度110Hv至130Hv與屈服強度130MPa至150Mp之性能，藉此降低間隙固溶強化與抑制過度加工硬化，使該管體更容易產生塑性變形而呈現良好可撓性，於冷氣空調現場彎管、拉整與二次校正時可降低裂紋風險、減少截面扁平化，並維持耐蝕性與施工良率，促成以鋼代銅的可行性。

本創作的第二主要目的在於，該管體端部形成擴口端，並以擴口端內徑大於或等於管體外徑之設計，提供延伸管體的同軸套接與定位，再於套接區配置環狀焊圈，並以加熱方式使環狀焊圈熔融形成連續密封焊接層，藉此降低施焊不均造成的漏焊與氣孔風險，更能對應不鏽鋼管或銅管之同材或異材連接需求，提升接合處氣密性與可靠性，降低冷媒滲漏與後續維修成本。

本創作的第三主要目的在於，該管體外側套設雙層保護套，內層採發泡聚乙烯、外層採交聯聚乙烯發泡棉之組合，兼顧緩衝吸能與耐磨抗撕裂能力，不僅能有效保護管體表面，並在長距離拉管、束帶綁固或多次移動調整時維持保護層完整性，同時提供一定隔熱與降低結露風險的效果，有助於冷氣空調配管的耐用性、外觀一致性與施工效率提升。

其他目的、優點和本創作的新穎特性將從以下詳細的描述與相關的附圖更加顯明。

為使貴審查委員對本創作之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合(圖式簡單說明)詳述如後：

先請由圖1所示觀之，一種柔性不鏽鋼管結構，其包括有：一管體10，其呈中空長筒狀並具有一管表面11及一管內面12，該管體10由奧氏體不鏽鋼所製成，該管體10按重量百分比計包含下列化學元素：碳（C）：≦0.03%；鎳（Ni）：7%至10.5%；銅（Cu）：1%至3.5%；鉻（Cr）：16%至18.5%；氮（N）：≦0.03% ；其餘為鐵（Fe）及其他合金元素；其中，該管體10於退火狀態下，其機械性能特徵中的延伸率（Elongation）介於40%至70%之間；硬度（Hardness）介於110Hv至130Hv之間；且屈服強度（Yield Strength）介於130MPa至150MPa之間。前述退火狀態可為固溶退火或一般退火之任一者，例如使該管體10於適當溫度區間加熱後進行冷卻，以降低加工硬化並提升延伸率，惟實際退火條件可依管徑、厚度及產線條件調整，並不以此為限。藉由前述化學元素組合及退火狀態下之機械性能控制，使該管體10於冷加工或後續接合時具有較佳之延性與成形容許度，並降低成形過程中產生裂紋或過度加工硬化之風險。

其中，本創作將碳（C）與氮（N）在該管體10中的含量控制在小於等於0.03%，藉此降低間隙固溶強化與抑制過度加工硬化，使該管體10在退火狀態下仍可維持高延伸率（Elongation），經過實測能介於40%至70%之間，從而使該管體10更容易被塑形並呈現良好可撓性，適用於冷氣空調管路之現場彎管、拉整與二次校正。另一方面，藉由鎳（Ni）的含量在7%至10.5%之間，與銅（Cu）的含量在1%至3.5%之間的比例調整，再配合鉻（Cr）為16%至18.5%之不鏽化基礎，可使奧氏體組織更為穩定並維持材料之延性與耐蝕性；其中，銅（Cu）之加入可作為合金化調控元素，進而在穩定狀態下降低鎳（Ni）的含量，藉此有效降低該管體10的生產成本，使該管體10在價格上更有競爭力。又該管體10可被配置為冷媒管路之液管或氣管，並可於現場以彎管器、手動彎管等方式進行彎折成形，使該管體10沿著牆面、天花板或管槽走向形成預定配管路徑，並藉由所述延伸率（Elongation）介於40%至70%之間之材料延展性，藉此讓該管體10於彎折成形時降低彎曲破裂風險，同時降低彎曲截面的扁平化程度，從而提高配管施工的便利性。據此，本創作之管體10在實務上能應用於冷氣空調領域，在既有空調銅管供應鏈與施工習慣的轉換需求下，提供一種以鋼管取代銅管之方案，兼顧容易加工成形、更佳的抗腐蝕性與更低的建置成本之優勢，使該管體10在滿足彎曲施工需求的同時，有效的達成以鋼代銅之產業升級目標。

於另一實施例中，再請由圖1所示，該管體10由奧氏體不鏽鋼所製成，該管體10按重量百分比計包含下列化學元素：碳（C）：≦0.03%；鎳（Ni）：7%至10.5%；銅（Cu）：1%至3.5%；鉻（Cr）：16%至18.5%；錳（Mn）：≦2%；氮（N）：≦0.03%；其餘為鐵（Fe）及不可避免之雜質。實測前述柔性不鏽鋼管結構，其中該管體10具備下列機械性能特徵：延伸率（Elongation）介於40%至70%之間；硬度（Hardness）介於110Hv至130Hv之間；屈服強度（Yield Strength）介於130MPa至150MPa之間。藉此使管體10在維持奧氏體不鏽鋼之耐蝕基礎下，仍能提供符合柔性成形所需之機械性能，使該管體10在現場微調彎折時，降低彎曲外弧側之拉伸裂紋風險，並抑制彎曲內弧側之截面扁平化，從而提高配管彎角處的施工便利性與加工良率，有利於應用在冷氣空調的配管使用。

其實際使用之功效，請配合圖1至圖3所示，該管體10的外徑介於6mm至20mm之間，且該管體10的厚度介於0.6mm至1.2mm之間。透過前述外徑與厚度範圍之設定，可使該管體10適用於空調管路或換熱管路等應用情境，並於彎管、佈管或裝配過程中兼顧加工性與結構需求。具體而言，所述外徑介於6mm至20mm之範圍可對應常見冷媒配管尺寸配置，而所述厚度介於0.6mm至1.2mm之範圍可在滿足耐壓與抗凹陷需求下，維持可彎曲施工所需之成形性，使該管體10於現場彎管時不易產生局部破損或過度扁平之情況。再者，在管體之連接結構方面，該管體10之一端形成有一擴口端13，該擴口端13的內徑大於或等於該管體10的外徑，且該擴口端13用於與一延伸管體20之套接，而該延伸管體20能為不鏽鋼管或銅管材質。其中該延伸管體20之一端套接於該擴口端13之端口內，且於該擴口端13與該延伸管體20之間設置一環狀焊圈30，以焊接方式加熱熔融該環狀焊圈30而形成該擴口端13與該延伸管體20套接處的密封，藉此透過環狀焊圈30於周向形成連續之密封焊接界面，以提高接合處之氣密性與可靠性。又該環狀焊圈30可為釺焊圈或焊料圈之任一者，且其加熱方式可採火焰、感應加熱或電阻加熱等方式，使該環狀焊圈30於擴口端13與延伸管體20之間形成連續密封焊接層，藉由該環狀焊圈30之環狀供料形式，可使熔融焊材沿周向自動潤濕並填充管間隙，降低施工時焊材施加不均造成之漏焊或氣孔風險，並有助於在銅管或不鏽鋼管之異材或同材連接需求中形成一致之密封接頭品質。

再進一步說明，請參閱圖1所示，在該管體10之外部防護方面，該管體10之該管表面11處套設有一保護套40，該保護套40包括一內層41及一外層42，該內層41為發泡聚乙烯（EPE）材質，且該外層42為交聯聚乙烯發泡棉（XPE）材質。該內層41之發泡聚乙烯（EPE）可提供主要緩衝吸能與具有一定隔熱效果，不僅能有效防止碰撞與震動對該管體10的影響，更是作為冷氣管路能有效的降低製冷能量的流失，另能降低因內外溫差造成之結露或滴水風險；該外層42之交聯聚乙烯發泡棉（XPE）則可提供較佳之耐磨、抗撕裂及抗壓縮變形能力，使該保護套40在長距離拉管、束帶綁固、夾具固定或多次移動調整時仍不易破損，從而維持外覆防護的完整性，藉由該內層41與該外層42之雙層材質配置，可在運輸、施工與裝配過程中提供緩衝及耐磨保護，以降低該管體10表面受外力刮損或撞擊之風險，並提升整體管路佈設的耐用性。

惟以上所述者，僅為本創作之一較佳實施例而已，當不能以之限定本創作實施之範圍；即大凡依本新型申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

10:管體 11:管表面 12:管內面 13:擴口端 20:延伸管體 30:環狀焊圈 40:保護套 41:內層 42:外層

圖1 係本創作之立體圖。 圖2 係本創作於管體套接前之示意圖。 圖3 係本創作於管體套接後之示意圖。

10:管體

11:管表面

12:管內面

40:保護套

41:內層

42:外層

Claims (10)

1. 一種柔性不鏽鋼管結構，其包括有：一管體，其呈中空長筒狀並具有一管表面及一管內面，該管體由奧氏體不鏽鋼所製成，該管體按重量百分比計包含下列化學元素：碳（C）：≦0.03%；鎳（Ni）：7%至10.5%；銅（Cu）：1%至3.5%；鉻（Cr）：16%至18.5%；其餘為鐵（Fe）及其他合金元素；其中，該管體於退火狀態下，其機械性能特徵中的延伸率（Elongation）介於40%至70%之間。
2. 如請求項1所述的柔性不鏽鋼管結構，其中該管體的化學元素中限制包含小於0.03%的氮（N）。
3. 如請求項1所述的柔性不鏽鋼管結構，其中該管體的機械性能特徵中的硬度（Hardness）介於110Hv至130Hv之間，且屈服強度（Yield Strength）介於130MPa至150MPa之間。
4. 一種柔性不鏽鋼管結構，其包括有：一管體，其呈中空長筒狀並具有一管表面及一管內面，該管體由奧氏體不鏽鋼所製成，該管體按重量百分比計包含下列化學元素：碳（C）：≦0.03%；鎳（Ni）：7%至10.5%；銅（Cu）：1%至3.5%；鉻（Cr）：16%至18.5%；錳（Mn）：≦2%；氮（N）：≦0.03%；其餘為鐵（Fe）及不可避免之雜質。
5. 如請求項4所述的柔性不鏽鋼管結構，其中該管體具備下列機械性能特徵：延伸率（Elongation）介於40%至70%之間；硬度（Hardness）介於110Hv至130Hv之間；屈服強度（Yield Strength）介於130MPa至150MPa之間。
6. 如請求項1或請求項4所述的柔性不鏽鋼管結構，其中該管體的外徑介於6mm至20mm之間，且該管體的厚度介於0.6mm至1.2mm之間。
7. 如請求項1或請求項4所述的柔性不鏽鋼管結構，其中該管體之一端形成有一擴口端，該擴口端的內徑大於或等於該管體的外徑，且該擴口端用於與一延伸管體之套接。
8. 如請求項7所述的柔性不鏽鋼管結構，其中該延伸管體之一端套接於該擴口端之端口內，且於該擴口端與該延伸管體之間設置一環狀焊圈，以焊接方式熱融該環狀焊圈而形成該擴口端與該延伸管體套接處的密封。
9. 如請求項8所述的柔性不鏽鋼管結構，其中該延伸管體為不鏽鋼管或銅管材質。
10. 如請求項1所述的柔性不鏽鋼管結構，其中該管體之該管表面處套設有一保護套，該保護套包括一內層及一外層，該內層為發泡聚乙烯（EPE）材質，且該外層為交聯聚乙烯發泡棉（XPE）材質。