JPH01108332A - 熱交換器用銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野］ 本発明は熱交換器用鋼合金に関し、更に詳述すれば、ろ
う付は等の熱により結晶粒が粗大化することがなく、熱
交換器に使用されたときに熱応力による疲労破壊に対し
て高い耐疲労性を有する熱交換器用銅合金に関する。

［従来の技術］ 湯沸器等の熱交換器の缶体及びパイプは内部に水が通流
するので、この熱交換器用銅合金には耐食性が要求され
ている。

また、缶体及びパイプには溶接又はろう付けが施される
ので、溶接性及びろう付は性が良好であることが必要で
ある。更に、熱交換器として熱伝導性が良いことも必要
である。

燐脱酸銅はこのような耐食性、溶接性、ろう付は性及び
熱伝導性のいずれも満足するものであり、このため、こ
の種の熱交換器の缶体及びパイプ用の材料として燐脱酸
銅が従来広く使用されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の燐脱酸銅は、ろう付は部及び溶接
部に熱応力が繰返して負荷される場合には、この部分か
ら疲労破壊を起すことがある。

例えば、湯沸器等の熱交換器においては、通常、缶体と
缶体との間にパイプを溶接し、更にこのパイプにフィン
を付けて熱効率を高めている。この場合に、缶体とパイ
プとを溶接した部分又はろう付けした部分に割れが入る
ことがある。

この原因は加熱の不均一により生じた温度差によってパ
イプに熱膨張差が生じて応力が発生することと、加熱の
繰返しによりこの応力も繰返して印加されるため疲労破
壊を起こすことによるものである。

更に、溶接又はろう付は部が割れる原因として、この部
分が受ける応力が高いことと、溶接又はろう付は時の熱
により結晶粒が粗大化して疲労に対する抵抗力が低下す
ることが考えられる。

ところで、脱酸銅はこの結晶粒の粗大化が起り易い。こ
のため、熱応力による疲労破壊を防止する対策として、
パイプ部にベローズを入れて熱交換器の構造上の面から
熱応力が発生し難いものにしたり、また、管の肉厚を厚
くすることにより強度を保つようにしている。しかし、
このような対策では、構造が複雑になると共に、コスト
が高くなるという問題点がある。

従って、脱酸銅と同程度の優れた耐食性を有する一方、
ろう付は及び溶接等の熱応力による疲労破壊が抑制され
て優れた耐疲労性を有する熱交換器用銅合金が望まれて
いる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
ろう付は及び溶接等による熱影響を受けても結晶粒の粗
大化が抑制され、繰返して熱応力を受けた場合に、高い
耐疲労性を有すると共に、耐食性が優れた熱交換器用銅
合金を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る熱交換器用銅合金は、０．０５乃至１．５
重量％のＡｊｌ、０．０５乃至１．５重量％のＳｎ、０
．０２乃至０．５重量％のＣｏ、０゜００５乃至０．５
重量％のＭｎ、及び０．００３乃至０．１重量％のＰを
゛含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物であることを
特徴とする。

以下、本発明に係る熱交換器用銅合金について詳細に説
明する。

先ず、本発明に係る熱交換器用銅合金の成分添加理由及
び組成限定理由について説明する。

Ａ、ｆｆ（アルミニウム）を添加するのは、銅合金の耐
熱性及び耐食性を向上させるためである。八βの組成範
囲を０．０５乃至１．５重量％（以下、単に％で現わす
）に限定したのは、０．０５％未満では耐熱性及び耐食
性の向上効果が殆ど期待できない一方、１．５％を超え
ると銅合金の熱伝導性及び加工性を低下させてしまうか
らである。このため、Ａρ含有量は０．０５乃至１．５
％とする。

Ｓｎ（スズ）は銅合金の耐食性及び強度を向上させる成
分である。Ｓｎの組成範囲を０．０５乃至１．５％に限
定したのは、０．０５％未満では強度の向上を期待する
ことができず、１．５％を超えると、銅合金の熱伝導性
が低下してしまうからである。

Ｃｏ（コバルト）は銅合金の結晶粒粗大化の抑制に著し
い効果を示す元素である。銅合金がろう付けに際して８
００乃至９００℃の温度域における熱影響を受けても、
Ｃｏの含有により銅合金の結晶粒の成長が抑制される。

その結果、結晶組織が微細に保持されて耐疲労性が向上
する。Ｃｏの含有量が０．０２％未満ではこのような効
果は少ない。また、Ｃｏを０．５％を超えて含有しても
、含有量の増加の割には耐疲労性の向上効果が少ない一
方、加工性及び熱伝導性が低下するという弊害がある。

従って、ＣＯ含有量は０．０２乃至０゜５％とする。

Ｍｎ（マンガン）は耐熱性を向上させると共に、大気溶
解処理における脱酸効果を高める作用を有する。Ｍｎの
含有量が０．００５％未満の場合はこれらの効果が少な
く、また、０．５％を超えて含有されると耐熱性は向上
する反面、熱伝導性が低下してしまう。このため、Ｍｎ
の含有量は０゜００５乃至０．５％にする。

Ｐ（リン）は脱酸効果を高めると共に、強度を向上させ
る。また、Ｐは溶接性を助長させる効果も有する。Ｐの
含有量が０．００３％未満の場合はこれらの効果が得ら
れず、０．１％を超えると応力腐食割れの感受性が高く
なる。従って、Ｐ含有量は０．００３乃至０．１％とす
る。

なお、本発明に係る熱交換器用銅合金には、上述の添加
成分の外に、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタ
ン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マ
グネシウム）等の成分がスクラップ等から不純物として
混入する可能性がある。

この場合に、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇは０゜１％
まで、またＺｎは１．０％まで含有しても、本発明に係
る熱交換器用銅合金の所望の特性に悪影響を及ぼすこと
はない、このため、これらの成分を上記組成範囲で不純
物として含有することは本願発明の目的を達成する上で
何ら障害とならず、許容されるものである。

［実施例］ 次に、本発明に係る熱交換器用銅合金の実施例について
、本願の特許請求の範囲から外れる組成を有する比較例
と共に説明する。

下記第１表はこの実施例合金及び比較例合金の組成を示
す。

第１表 この第１表に示す組成を有する各銅合金原料を高周波溶
解炉に装入し、この原料を木炭被覆を行って大気中で溶
解した後、鋳鉄製のブックモールド（４５ａｍ厚、３０
龍幅、２００順長）に鋳造した。この鋳塊の表裏両面を
２．５報ずつ固剤した後、８５０℃の温度で厚さが１０
＋ｎになるまで熱間圧延し、スケールを除去した後、厚
さが１．０關になるまで冷間圧延した。次いで、実施例
合金１乃至６及び比較例合金１の試料については、５５
０℃の温度で、また比較例２の合金については４００℃
の温度で３０分間焼鈍して熱交換器用銅合金を得た０次
いで、ろう付けの熱影響を想定して、これらの銅合金を
８５０℃に５分間加熱することにより熱処理した。

次いで、熱処理後の銅合金に対し、引張試験、疲労試験
、腐食試験及び結晶粒径測定試験を実施した。その試駆
結果を下記第２表示す。

第２表 但し、※の単位はｋｇｆ／−である。

また、各試験条件は下記のとおりである。

（１）引張試験は、圧延方向に平行に切り出しなＪＩＳ
１３号Ｂ試験片を使用して実施した。

（２）疲労試験は、薄板疲労試験機を使用して、１０■
翼幅の試験片に対し６０Ｈｚの周期で両振り繰返し応力
を負荷し、１０７回数時の応力値を求めた。

（３）耐食性は、板厚が１ｍｌ、幅が４０１、長さが１
００龍の試料を使用して下記の腐食条件で試験した。

腐食媒体；イオン交換水＋８０　ｐｐｍ　Ｓ　Ｏ４”　
＋５０ｐｐａｉ　Ｃｌ！−＋３０ｐｐｍ　ＨＣＯ３−残
留塩素；１〜３　ｐｐｍｍ 温　　　度；　６０℃ 流動水　；０．５乃至１ｍ／秒 期　　間；１ケ月 その後、表面を１０体積％の塩酸水溶液で酸洗して試験
前後の重量変化により腐食減量を求めて耐食性を評価し
た。

（４）結晶粒径は光学頴微鏡により測定した。

この第２表から明らかなように、本発明の実施例合金１
乃至６は比較例合金２の脱酸銅に比して高い耐疲労性を
有する。また、ろう付けを想定した熱処理の後において
も、各実施例合金１乃至６は微細な結晶粒を有しており
、熱交換器として使用された場合、繰返し負荷される熱
応力に対して高い耐疲労性を有するものである。更に、
実施例合金１乃至６においては、比較例合金］に比して
Ｃｏ含有による結晶粒粗大化の抑制効果が認められる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係る熱交換器用銅合金は
ろう付は又は溶接に際して結晶粒が粗大化せず、繰返し
熱応力に対して高い耐熱疲労性を有すると共に、強度及
び耐食性が優れている。従って、この銅合金は熱交換器
用銅合金として極めて実益が高い。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ０．０５乃至１．５重量％のＡｌ、０．０５乃至１．５
   重量％のＳｎ、０．０２乃至０．５重量％のＣｏ、０．
   ００５乃至０．５重量％のＭｎ及び０．００３乃至０．
   １重量％のＰを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物
   であることを特徴とする熱交換器用銅合金。