JP2008240128A - 銅合金管 - Google Patents

Abstract

【課題】引張強さ及び０．２％耐力が高く、強度的に優位な銅合金管で、かつヘアピン曲げ加工性及び拡管性を改善した高強度の熱交換器用として有用な銅合金管を提供する。
【解決手段】Ｃｏ：０．０３乃至０．１５質量％、Ｓｎ：０．１乃至１．０質量％、Ｐ：０．００４乃至０．０８質量％、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｏ：０．００５質量％以下、及びＨ：０．０００２質量％以下を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有する。更に、Ｚｎ：０．０１乃至１．０質量％を含有することが好ましい。Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＡｇからなる群から選択された１種以上の元素を総計で０．０７質量％未満含有することが好ましい。更に、管の引張強さが２５０乃至３００Ｎ／ｍｍ^２、伸びが４０％以上、平均結晶粒径が１０乃至３５μｍであることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、耐圧破壊強度及び加工性が優れていて熱交換器用として有用な銅合金管に関する。

例えば、エアコンの熱交換器は、ヘアピン状に曲げ加工したＵ字形銅管（以下、銅管という場合は銅合金管も含む）をアルミニウムフィンの貫通孔に通し、前記銅管を治具により拡管することにより銅管とアルミニウムフィンとを密着させ、更に、銅管の開放端を拡管し、この拡管部にＵ字形に曲げ加工した銅管（リターンベンド）を挿入し、りん銅ろう等のろう材により銅管（リターンベンド）をヘアピン状銅管の拡管部にろう付けすることにより、複数個のヘアピン状銅管がリターンベンド銅管により連結された熱交換器が製造されている。

また、熱交換器と、四方弁及びアキュームレーター等の各種部品をつなぐ機内配管も、拡管及びろう付けにより接続されている。このため、熱交換器に使用される銅管には、熱伝導率、曲げ加工性及びろう付け性が良好であることが要求される。従って、これらの特性が良好であり、適切な強度を有するりん脱酸銅が広く使用されている。

エアコン等の熱交換器に使用する冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）系フロンが広く使用されてきたが、ＨＣＦＣはオゾン破壊係数が大きいことから、地球環境保護の点より、その値が小さいＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系フロンが使用されるようになってきた。また、給湯器、自動車用空調機器、自動販売機等に使用する熱交換器等に自然冷媒であるＣＯ_２が用いられるようになってきた。熱交換器において、これらの冷媒が使用される圧力（熱交換器の伝熱管内を流れる圧力）は凝縮器（ＣＯ_２においてはガスクーラー）において最大となり、例えば、ＨＣＦＣ系フロンのＲ２２では１．８ＭＰａ、ＨＦＣ系フロンのＲ４１０Ａでは３ＭＰａ、またＣＯ_２冷媒では７乃至１０ＭＰａ（超臨界状態）程度であり、新たに採用された冷媒の運転圧力は従来冷媒Ｒ２２の１．６乃至６倍程度に増大している。

伝熱管の破壊圧力をＰ、伝熱管の外径をＤ、伝熱管の引張強さをσ、伝熱管の肉厚をｔ（内面溝付管の場合は底肉厚）とすると、これらの間には、Ｐ＝２×σ×ｔ／（Ｄ−０．８ｔ）の関係がある。前記式を肉厚ｔに関して整理すると、ｔ＝（Ｄ×Ｐ）／（２×σ＋０．８Ｐ）となり、伝熱管の引張強さが大きいほど肉厚を薄くできることがわかる。実際に、伝熱管を選定する場合、前記のＰに更に安全率Ｓ（通常２．５乃至５程度）をかけた圧力に対して算出される引張強さ及び肉厚の伝熱管を用いる。

りん脱酸銅製伝熱管の場合、引張強さが小さいことから、冷媒の運転圧力の増大に対応するには管の肉厚を厚くする必要がある。また、熱交換器の組立の際、ろう付け部は８００℃以上の温度に数秒乃至数十秒間加熱されるため、ろう付け部及びその近傍ではその他の部分に比べて結晶粒が粗大化し、軟化により強度が低下した状態となってしまうことから、肉厚をより厚くする必要がある。このように、伝熱管としてりん脱酸銅を用いると、熱交換器の質量増大、及び価格増大を招くことから、引張強さが大きく、加工性に優れ、且つ良好な熱伝導率を有する伝熱管が強く要求されるようになってきた。

このような要求に応えるべく、０．２％耐力と疲れ強さが優れた銅合金管として、例えば、Ｃｏ：０．０２乃至０．２質量％、Ｐ：０．０１乃至０．０５質量％、Ｃ：１乃至２０ｐｐｍを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、不純物の酸素が５０ｐｐｍ以下である熱交換器用継目無銅合金管（特許文献１）が提案されている。また、Ｃｏ：０．０３乃至０．１５質量％、Ｐ：０．０２乃至０．０５質量％をＣｏ／Ｐ：４以下となるように含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、不可避不純物として含まれる酸素含有量を５０ｐｐｍ以下に規制した組成を有し、更に平均結晶粒径が２０μｍ以下の再結晶粒を有し、この再結晶粒内に平均粒径が１乃至３０ｎｍの微細な析出物が分散した銅合金管（特許文献２）が提案されている。

特開２０００−１７２８ 特開２００１−３１６７４２

しかしながら、特許文献１の銅合金は、Ｃｏの燐化物による析出強化によって、０．２％耐力及び疲労強度が優れているが、強度を重視したため、０．２％耐力値が高く、熱交換器の組み立て加工時に、ヘアピン管に曲げるときに、割れが発生しやすく、歩留が低下する原因となっていた。また、りん銅ろうのろう付け以上の温度で加熱したり、加熱温度がりん銅ろうのろう付け温度程度であっても、長時間加熱したりすると、析出強化の強化機構であるＣｏの燐化物が固溶してしまい、加熱後の引張強さ並びに耐力及び破壊圧力等の強度が低下するという問題点があった。

また、特許文献２の銅合金は特許文献１と同じく、Ｃｏの燐化物による微細な析出物による析出強化によって疲労強度が優れたものとなるが、実施例をみると、結晶粒径が１０μｍ以下と極めて小さいため、当然引張強さ及び０．２％耐力が大きくなり、伸びが小さく、特許文献１の場合と同様に、ヘアピン管に曲げる際に割れが発生する虞があり、また、拡管作業時に設備的な不具合が生じるなどの問題点があった。一方、上述したとおり、りん銅ろうのろう付け温度が高かったり、ろう付け時間が長いと、析出強化機構のＣｏの燐化物が固溶してしまい、加熱後の強度が低くなるという課題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、引張強さ及び０．２％耐力が高く、強度的に優位な銅合金管で、かつヘアピン曲げ加工性及び拡管性を改善した高強度の熱交換器用として有用な銅合金管を提供することを目的とする。

本発明に係る銅合金管は、Ｃｏ：０．０３乃至０．１５質量％、Ｓｎ：０．１乃至１．０質量％、Ｐ：０．００４乃至０．０８質量％、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｏ：０．００５質量％以下、及びＨ：０．０００２質量％以下を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。

本発明においては、更に、Ｚｎ：０．０１乃至１．０質量％を含有することが好ましい。また、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＡｇからなる群から選択された１種以上の元素を総計で０．０５質量％未満含有することが好ましい。

更に、本発明においては、管の引張強さが２５０乃至３００Ｎ／ｍｍ^２、伸びが４０％以上、平均結晶粒径が１０乃至３５μｍであることが好ましい。

更にまた、本発明においては、８００℃に１５秒間加熱した後の引張強さが２３５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、平均結晶粒径が１００μｍ以下であることが好ましい。

更に、前記銅合金は、例えば、管内面に溝が形成される内面溝付管である。

以下に、本発明について詳細に説明する。本発明者等が種々実験研究した結果、Ｃｏ含有量、Ｓｎ含有量、Ｐ含有量、Ｓ含有量、引張強さなどを適切に規定することにより、本発明の課題を解決できる銅合金管を得ることができることを見出した。

次に、本発明の熱交換器用として有用な銅合金管の組成について、その成分添加理由及び組成限定理由について説明する。

「Ｃｏ：０．０３乃至０．１５質量％」
Ｃｏは本発明の銅合金管において、Ｐとの化合物により析出物を形成して、引張強さを向上させる成分である。Ｃｏの含有量が０．１５質量％を超えると、強度が高くなりすぎて、伸びが低下してしまい、加工性に悪影響を及ぼすことになる。また、本発明の銅合金のＣｏ含有量が０．０３質量％未満であると、所望の強度を得ることができない。従って、Ｃｏの含有量を０．０３乃至０．１５質量％とすることが必要である。

「Ｓｎ：０．１乃至１．０質量％」
Ｓｎは固溶硬化によって、引張強さを向上させたり、りん銅ろうなどのろう付けによる熱影響に対して結晶粒度の粗大化が抑制されて耐熱性が向上する。Ｓｎの含有量が１．０質量％を超えると、鋳塊における凝固偏析が激しくなり、通常の熱間押出及び／又は加工熱処理により偏析が完全に解消しないことがあり、銅合金管の組織、機械的性質、曲げ加工性、ろう付け後の組織及び機械的性質の不均一性をもたらす。また、押出圧力が高くなり、Ｓｎが１質量％以下の合金と同一押出圧力とするには、押出温度を上げることが必要になり、それにより押出材の表面酸化が増加し、生産性の低下及び銅合金管の表面欠陥が増加する。また、本発明の合金へのＳｎ含有量が０．１質量％未満であると、焼鈍後及びろう付け加熱後に十分な引張強さが得られず、細かい結晶粒径を得ることができなくなる。また、りん銅ろうなどによるろう付け加熱時に強度が低下することを抑制する効果及び結晶粒が粗大化することを防止する効果が、不十分なものとなってしまう。従って、Ｓｎの含有量を０．１乃至１．０質量％とすることが必要である。

「Ｐ：０．００４乃至０．０８質量％」
Ｐは本発明の合金中において、前述のように、Ｃｏとの化合物により析出物ＣｏＰを形成して、引張強さを向上させる成分である。本発明の銅合金へのＰ含有量が０．０８質量％を超えると、導電率が低下したり、熱間加工性及び冷間加工性が阻害されることになる。一方、Ｐ含有量が０．００４質量％未満であると、ＣｏＰ析出物による所定の強度を得ることができず、また脱酸が不十分となり、酸化物が鋳塊に巻き込まれ、鋳塊の健全性が低下すると共に、製造された管の曲げ加工性が低下しやすくなる。従って、Ｐの含有量を０．００４乃至０．０８質量％にすることが必要である。

「Ｓ：０．００５質量％以下」
Ｓは本発明の合金中において、Ｃｕと化合物を形成して母相中に存在する。Ｓの含有量が増えると、鋳塊時の鋳塊割れ及び熱間押出割れが増加する。また、熱間押出割れが発生しなくても、押出材を冷間圧延し、抽伸すると、材料内部のＣｕ−Ｓ化合物は管の軸方向に伸張し、Ｃｕ−Ｓ化合物界面で割れが発生しやすく、製品加工中や製品において表面疵、割れ等になり、製品の歩留りを低下させる。また、Ｃｕ−Ｓ化合物界面で割れが発生しない場合でも、本発明の合金管に曲げ加工を行う際、割れ発生の起点となり、曲げ部で割れが発生する頻度が高くなる。このような問題を改善するために、本発明の銅合金管は、Ｓ含有量を０．００５％以下、望ましくは０．００３％以下、更に望ましくは０．００１５％以下にする必要がある。Ｓは、銅地金、スクラップなどの原料、スクラップに付着する油、溶解鋳造雰囲気（溶湯を被覆する木炭／フラックス、溶湯と接触する雰囲気中のＳＯｘガス、炉材等）より比較的簡単に溶湯中に取り込まれるため、Ｓ含有量を０．００５質量％以下とするには、低品位のＣｕ地金及びスクラップの使用量低減、溶解雰囲気のＳＯｘガス低減、適正な炉材の選定、Ｍｇ、Ｃａ等Ｓと親和性の強い元素を溶湯に微量添加する等の対策が有効である。

なお、Ｓ以外の不純物元素Ａｓ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅも、Ｓと同様に、鋳塊、熱間押出材、及び冷間加工材の健全性を低下させ、また管の曲げ加工性を損なうことから、これらの元素の合計含有量は０．００１５％以下、望ましくは０．００１０％以下、更に望ましくは０．０００５％以下とすることが好ましい。

「Ｏ：０．００５質量％以下」
本発明の銅合金管において、Ｏの含有量が０．００５質量％を超えると、Ｃｕ、Ｓｎ及びＣｏの酸化物の１種又は２種以上が鋳塊に巻き込まれ、鋳塊の健全性が低下すると共に、製造された管の曲げ加工性が低下しやすくなる。このため、Ｏの含有量を０．００５質量％とする必要がある。曲げ加工性をより改善するには、Ｏの含有量を０．００３質量％以下とすることが望ましく、０．００１５％以下とすることが更に望ましい。

「Ｈ：０．０００２質量％以下」
溶解鋳造時に溶湯に取り込まれる水素が多くなると、ピンホール、粒界に濃化等の状態で鋳塊中に存在し、熱間押出時の割れを発生させる。また、押出後も焼鈍時粒界にＨの膨れが発生しやすくなり、製品歩留が低下する。このため、本発明の銅合金管においてはＨの含有量を０．０００２質量％以下とすることが必要である。製品歩留りをより向上させるにはＨの含有量を０．０００１質量％以下とすることが望ましい。

なお、Ｈの含有量を０．０００２質量％（２ｐｐｍ）以下とするには、溶解鋳造時の原料の乾燥、溶湯被覆木炭の赤熱、溶湯と接触する雰囲気の露点の低下、りん添加前の溶湯を酸化気味にする等の対策が有効である。

「Ｚｎ：０．０１乃至１．０質量％」
Ｚｎを添加することにより、銅合金管の熱伝導率を大きく低下させることなく、強度、耐熱性及び疲れ強さを向上させることができる。また、Ｚｎの添加により、冷間圧延、抽伸及び転造等に用いる工具の磨耗を低減させることができ、抽伸プラグ、溝付プラグ等の寿命を延命させる効果があり、生産コストの低減に寄与する。また、熱交換器の組み立て工程においても、ヘアピン曲げ時のマンドレルやアルミフィンへ伝熱管を密着させるときの拡管加工時の拡管ビュレットの磨耗も低減させることができる。

Ｚｎの含有量が１．０質量％を超えると、応力腐食割れ感受性が高くなる。また、Ｚｎの含有量が０．０１質量％未満であると上述の効果が十分でなくなる。従って、Ｚｎの含有量を０．０１乃至１．０質量％とする。

「Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＡｇからなる群から選択された１種以上の元素を合計０．０５質量％未満」
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｇはいずれも本発明の銅合金の強度、耐圧破壊強度及び耐熱性を向上させ、結晶粒を微細化して曲げ加工性を改善する。これらの元素の総含有量が０．０５質量％を超えると、押出圧力が上昇するため、これらの元素を添加しないものと同一の押出力で押出加工しようとすると、熱間押出温度を上げることが必要になる。それにより、押出材の表面酸化が多くなるため、本発明の銅合金管において表面欠陥が多発し、製品歩留りが低下する。このため、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｇの群より選択する１種以上の元素を合計０．０５質量％未満とすることが望ましい。また、この総計含有量は、０．０３％未満とすることがより望ましく、０．０２質量％未満とすることが更に望ましい。

「引張強さ：２５０乃至３００Ｎ／ｍｍ^２」
引張強さは、管の強度を示す重要な指標であり、また前述したように管の引張強さは破壊強度にも関係して、引張強度が高いほど管の厚さを薄くすることができる。引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ^２未満であると、エアコン等の熱交換器に組み込んだときの強度が不十分であり、ろう付け後の強度を十分に維持できない。また、引張強さが３００Ｎ／ｍｍ^２を超えると、ヘアピン管の曲げ加工での割れ及び拡管加工時に拡管力が高くなりすぎて、拡管できなかったり、拡管のビュレットが固定されているバーが折れる等の不具合が発生する虞がある。従って、引張強さは２５０乃至３００Ｎ／ｍｍ^２にすることが必要である。ここでいう引張強さは、焼鈍して軟質材とした本発明の組成の銅合金管の管軸方向の引張強さである。

「伸び：４０％以上」
伸びは管の加工性を示している。伸びが４０％未満であると、ヘアピン曲げ加工時に管が十分に伸びずに、曲げ部に割れが発生したり、機内配管の加工時に不都合が生じる。従って、伸びは４０％以上であることが必要である。

「結晶粒度：平均結晶粒径が１０乃至３５μｍ」
結晶粒度は、素材の強度と加工性に重要な役割を果たしている。一般に結晶粒度が小さければ、強度は高いが加工性が低下し、結晶粒度が大きいと、強度が低くなり、加工性は向上する。結晶粒度が３５μｍを超えると、強度が低下して、エアコン等の熱交換器に組み込んだときの耐圧が不十分となり、またろう付け後の強度を十分に維持できない。また結晶粒度が１０μｍより低いと、硬すぎてヘアピン管の曲げ加工において割れが発生したり、拡管加工時に拡管力が高くなりすぎて拡管ができなかったり、拡管のビュレットが固定されているバーが折れるなどの不具合が発生する可能性が高くなる。

平均結晶粒径は、銅合金管の軸方向に平行の断面について、ＪＩＳＨ０５０１に定めらた切断法により、肉厚方向の平均結晶粒径を測定し、これを管軸方向に任意の１０箇所で測定してそれらの平均を平均結晶粒径とした。

「８００℃に１５秒間加熱した後の引張強さ：２３５Ｎ／ｍｍ^２以上」
銅合金管が熱交換器に加工されたとき、銅合金管はろう付けによる熱影響を受ける。このろう付けによる熱影響を模擬して、８００℃に１５秒間加熱した後の強度を調べる。そして、この８００℃に１５秒間加熱した後の引張強さが２３５Ｎ／ｍｍ^２未満であると、運転圧力が高いＨＦＣ系フロン冷媒及び炭酸ガス冷媒のとき、疲労破壊が起こりやすくなる。

「８００℃に１５秒間加熱した後の管軸直交断面の肉厚方向に垂直な方向の平均結晶粒径：１００μｍ以下」
熱交換器に加工されたとき、ろう付けによる熱影響を模擬した８００℃１５秒間加熱後に結晶粒径が粗大化するが、その値が１００μｍを超えると、ろう付け部において耐圧強度の低下が大きく、運転圧力が高いＨＦＣ系フロン冷媒及び炭酸ガス冷媒用の熱交換器に用いたとき信頼性が低下する。従って、管軸平行断面の肉厚方向の平均結晶粒径が１００μｍ以下、更には６０μｍ以下が望ましい。

「銅合金管が内面溝付管である。」
本発明の銅合金管は、りん脱酸銅管に比べて引張強さを大きく、且つ結晶粒径を小さくすることができるので転造加工による内面溝付管の製造に好適である。特に、引張強さが大きいことから、転造加工時に引抜き方向に伸びにくいので溝付プラグの溝部への合金管の肉の充填が円滑であり、良好なフィン形状を有する内面溝付管を高速で加工することが可能になる。銅合金管の引張強さが不足していると、銅合金管が転造加工時に引き抜き方向に伸びてしまい、溝付プラグの溝が銅合金管の内面を押圧しても、銅合金管の内面部分が溝付プラグの溝内に十分に入り込まず、溝加工しにくく、加工速度を遅くせざるを得ない。

次に、本発明の銅合金管の製造方法について、平滑管及び内面溝付管の場合を例として以下に説明する。
（ａ）溶解鋳造
電気銅を雰囲気中で溶解し、銅が溶解した後、Ｃｏ及びＳｎを添加し、更にＣｕ−１５質量％Ｐ中間合金の添加によりＰ成分を調整する。所定成分に調整後、所定寸法のビレットに鋳造する。
（ｂ）加熱
ビレットを６５０乃至８５０℃に加熱する。
（ｃ）熱間押出
加熱ビレットに穿孔加工を行い、７５０乃至９５０℃で熱間押出する。熱間押出の加工率（［穿孔されたビレットの断面積−熱間押出後の素管の断面積］／［穿孔されたビレットの断面積］×１００％）は８０％以上とすることが望ましく、９０％以上とすることが更に望ましい。
（ｄ）急冷処理
本件発明の銅合金管に所定の特性を発揮させるには、押出後Ｃｏを固溶させること及び再結晶による結晶粒の粗大化を防止することが必要であり、そのために、例えば水冷等の方法により熱間押出材を急冷する。熱間押出後、押出素管の表面温度が３００℃になるまでの冷却速度が１０℃／秒以上、望ましくは１５℃／秒以上、更に望ましくは２０℃／秒以上となるように冷却することが好ましい。
（ｅ）圧延
押出素管に圧延加工を行なう。圧延加工率は断面減少率で９５％以下、望ましくは９０％以下とすることにより、製品不良を低減できる。
（ｆ）抽伸加工
圧延素管に抽伸加工を行なって所定の寸法の素管を製造する。通常、抽伸加工は何台かの抽伸機を用いて行うが、各抽伸機による加工率（断面減少率）は４０％以下にすることにより、表面欠陥や内部割れを低減できる。
（ｇ）焼鈍
再結晶及びＣｏ−Ｐ化合物の析出が発生する条件で抽伸管を焼鈍する。再結晶により伸びが回復して管の加工性が向上し、またＣｏ−Ｐ化合物の析出により目的とする引張り強さと耐力を保持させることが可能になる。本発明の銅合金管を製造するには、抽伸管の実体温度：４００乃至７００℃で、５分乃至１２０分間程度保持することが望ましい。また、室温から所定温度までの平均昇温速度を５℃／分以上、望ましくは１０℃／分以上とすることが望ましい。なお、通常、ローラーハース炉による連続焼鈍が行われるが、高周波誘導加熱炉を用い、高速昇温、短時間加熱、高速冷却、短時間加熱の焼鈍を行ってもよい。以上の工程で、平滑管が製造される。
（ｈ）内面溝付加工
内面溝付管の場合は、更に、焼鈍した平滑管の内面に溝付転造加工を行う。
（ｉ）焼鈍
その後、加工した内面溝付管に必要に応じて焼鈍する。焼鈍条件は前記（ｇ）と同様である。これにより、内面溝付管が加工される。

次に、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

（第１実施例）
先ず、平滑管の実施例について説明する。

電気銅を溶解して得た溶湯にＣｏ及びＳｎを添加し、更に必要に応じてＺｎを添加した後、Ｃｕ−Ｐ母合金を添加することにより、所定組成の溶湯を作製し、直径３００ｍｍのビレットに鋳造した。

次に、前記ビレットを８２０乃至９５０℃に加熱した後、ビレット中心をピアシング加工し、熱間押出により外径１００ｍｍ、肉厚１０ｍｍの押出素管を作製した。この断面減少率は９０％以上である。押出後の素管を急冷し、押出直後から水冷までの時間及び水冷後の押出素管の表面温度等より、３００℃までの平均冷却速度は２０℃／秒以上と見積られた。

次に、押出素管を圧延及び抽伸して、外径９．５２ｍｍ、肉厚０．８０ｍｍの素管を製作した。なお、圧延における断面減少率は９０％以下、抽伸における１パスあたりの加工率を４０％以下とした。

次に、還元性ガス雰囲気にしたローラーハース炉で、前記抽伸管を５６０乃至６２０℃（実体温度）に加熱し（平均昇温速度１０乃至２５℃／分）、その温度で３０乃至９０分保持した後、室温まで冷却して供試材とした。

（第２実施例）
次に、内面溝付管の実施例について説明する。溶解から抽伸加工までは、前述の平滑管の場合と同様である。抽伸加工後の平滑管を溝付転造用の素管として、この素管をインダクションヒーターにより中間焼鈍した。

中間焼鈍した溝付転造用素管に溝付転造加工を行い、外径７ｍｍ、底肉厚０．２３ｍｍ、フィン高さ０．１６ｍｍ、リード角３５°、溝数５５の内面溝付管を製作した。

内面溝付管を焼鈍炉にて、還元性ガス雰囲気中で、雰囲気温度６００℃の加熱帯を１２０分間で通過させ、その後冷却帯を通過させて室温まで徐冷した。

（実施例比較例の試験方法等）
曲げ試験は以下のようにして行った。供試材より長さ１０００ｍｍの管を１０本採取し、第１実施例はピッチ２５ｍｍ、第２実施例はピッチ２０ｍｍでヘアピン曲げ加工を行い、曲げ部の割れの有無を確認した。図１は供試管の曲げピッチを示す図である。この図１に示すように、曲げピッチとは曲げ加工後の平行部における管１の中心間隔である。

応力腐食割れ試験は以下のようにして行った。管から長さ７５ｍｍの試験片を切り取り、脱脂し、乾燥した後、ＪＩＳＫ８０８５に規定するアンモニア水を等量の純水で薄めた１１．８％以上のアンモニア水を入れたデシケーターに液面から５０ｍｍ離して入れ、このアンモニア雰囲気中に常温で２時間保持する。その後、試験片を元の外径の５０％まで押しつぶして、割れの判定を目視で行った。割れなしを○、割れありを×で示す。

工具磨耗試験は以下のようにして行った。外径１２ｍｍ、肉厚０．９ｍｍの実施例及び比較例の管を製作した。前記試験材１００トンを外径９．５２ｍｍ、肉厚０．８ｍｍに冷間抽伸加工したとき、超硬製フローティングプラグの加工前後における銅管加工部の外径を測定して、その外径減少量を工具磨耗とした。

下記表１は、第１実施例の組成並びに機械的強度及び曲げ試験結果を示す。本願請求の範囲を満たす実施例１乃至１３は、引張強さ、伸び、０．２％耐力、曲げ加工性及び８００℃１５秒間加熱後の引張強さが、いずれも優れたものであった。これに対し、本発明の範囲から外れる比較例１乃至１２は、上記特性のいずれかが劣るものであった。

下記表２は、第１実施例の応力腐食割れ試験の結果及び工具摩耗量試験の結果を示す。試験材にはＺｎが入っていない実施例Ｎｏ．２、Ｚｎ量を適正に含有させた実施例Ｎｏ．８、９、１０、ＪＩＳＣ１２２０Ｔ相当品の比較例Ｎｏ．１、Ｚｎが特許請求の範囲の下限を下回っている比較例Ｎｏ．８及びＺｎを特許請求の範囲の上限を超えて入れた比較例Ｎｏ．９を選んだ。なお、表１の比較例４は押出圧力が高くて、押出ができず、比較例１２は熱間押出時に割れが生じて加工できなかった。

図２は、フローティングプラグの磨耗状況を示す図である。供試管４の外側にダイス２を設け、このダイス２に整合する位置の供試管４内にプラグ３を配置し、供試管４を矢印方向に引き抜くと、供試管４はダイス２とフローティングプラグ３との間で縮径加工される。このとき、プラグ３には、供試管４の引抜きによる摩擦力によって矢印方向の力が作用し、プラグ３のアプローチ部３ｂとベアリング部３ａとの境界部分の磨耗が最も激しい。表２はこのプラグ３のアプローチ部３ｂとベアリング部３ａとの境界部分の磨耗を示す。応力腐食割れは、Ｚｎ含有量が多いと発生しやすくなり、また工具磨耗はＺｎ量が多いほど改善されるという関係にある。そこで、表１及び２に示すように、本発明の実施例２はＺｎを含まないので、工具磨耗量は比較的多いものの、実施例８，９，１０はＺｎを本発明の請求項２の範囲で含むので、工具磨耗量が少ないと共に、応力腐食割れが発生しなかった。比較例１はりん脱酸銅(Ｃｏ及びＳｎを含まない)なので工具磨耗はさほど大きくないが、強度が低い。比較例８はＣｏ及びＳｎを含むので工具磨耗量が大きく、Ｚｎ含有量が本願請求項２の範囲よりも小さいので、工具磨耗量を低減する効果までは得られていない。比較例９はＺｎ含有量が多いので工具磨耗量は少ないものの、応力腐食割れが発生した。なお、比較例８は、Ｚｎ含有量以外の成分は、本発明の請求項を満足するものであるので、実施例２と同等の特性を示しており、Ｚｎ含有量の下限値の作用効果を示すために表２に記載した。

下記表３は、第２実施例の機械的強度及び曲げ試験結果を示す。この第２実施例は、第１実施例の平滑管のうち、実施例２，比較例１，２の組成のものについて、内面溝転造加工を施したものである。この表３に示すように、実施例２は比較例１，２に比して、引張強度及び８００℃１５秒間加熱後の引張強さが優れたものであった。なお、実施例２の応力腐食割れ試験結果及び工具摩耗試験結果は表２に示すとおりである。

本発明の銅合金管は、耐圧破壊強度が優れているため、二酸化炭素及びフロン等の冷媒を使用する熱交換器の伝熱管（平滑管及び内面溝付管）、前記熱交換器の蒸発器と凝縮器を繋ぐ冷媒配管及び機内配管、前記熱交換器の部品として四方弁及びアキュームレーター等に用いることができる。また、本発明の銅合金管はろう付け加熱後も優れた耐圧破壊強度を備えるため、ろう付け部を有する伝熱管、機内配管、冷媒配管、及びヒートパイプ等に用いることができる。また、本発明の銅合金管は、高強度でかつヘアピン曲げ加工性、及び拡管加工性が優れているため、灯油配管、水配管、及びコントロール銅管等の用途にも適用することができる。

銅管の曲げピッチを示す図である。 フローティングプラグの磨耗状況を示す図である。

符号の説明

２ ダイス
３ フローティングプラグ
４ 供試管
３ａ ベアリング部
３ｂ アプローチ部
５ 部分

Claims (6)

1. Ｃｏ：０．０３乃至０．１５質量％、Ｓｎ：０．１乃至１．０質量％、Ｐ：０．００４乃至０．０８質量％、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｏ：０．００５質量％以下、及びＨ：０．０００２質量％以下を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする銅合金管。
2. 更に、Ｚｎ：０．０１乃至１．０質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載の銅合金管。
3. 更に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＡｇからなる群から選択された１種以上の元素を総計で０．０５質量％未満含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の銅合金管。
4. 管の引張強さが２５０乃至３００Ｎ／ｍｍ^２、伸びが４０％以上、平均結晶粒径が１０乃至３５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の銅合金管。
5. ８００℃に１５秒間加熱した後の引張強さが２３５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、平均結晶粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の銅合金管。
6. 管内面に溝が形成される内面溝付管であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の銅合金管。

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