JP2013076123A

JP2013076123A - 銅合金管

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Publication number: JP2013076123A
Application number: JP2011216075A
Authority: JP
Inventors: Masahito Watanabe; 雅人渡辺
Original assignee: Kobelco and Materials Copper Tube Ltd
Current assignee: Kobelco and Materials Copper Tube Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP5639025B2

Abstract

【課題】ろう付け時等の加熱時に、９５０℃を超えるような温度に過剰に加熱された場合にも、溶け割れの発生の可能性を低減した銅合金管を提供する。
【解決手段】熱交換器用銅合金管は、Ｓｎ：０．１乃至１．０質量％、Ｐ：０．００１乃至０．１００質量％、Ｚｒ：０．０１乃至０．３０質量％及びＡｌ：０．０００１乃至０．００５０質量％を含有し、Ｓ：０．００２０質量％以下、Ｏ：０．００５０質量％以下、Ｈ：０．０００２質量％以下に規制し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有する。そして、管軸を含む断面において、肉厚方向の平均結晶粒径が３０μｍ以下であり、１０００℃での絞り値が２０％以上である。
【選択図】なし

Description

本発明は、配管用銅合金管及び熱交換器用銅合金管のろう付け時の加熱による溶け割れを防止した銅合金管に関する。

りん脱酸銅管（ＪＩＳＨ３３００Ｃ１２２０Ｔ）は、ルームエアコン、パッケージエアコン、二酸化炭素冷媒ヒートポンプ式給湯器、冷蔵庫、ショーケース、及び自動販売機等の熱交換器、又はコンプレッサ周辺の機内配管及び部品等に広く使われている。

例えば、ルーム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、銅合金管も含めて銅管という）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って、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製リターンベンド管を挿入し、りん銅ろう等のろう材により拡管部とリターンベンド管とを接合して、ヘアピン状の銅管とリターンベンド管を連結することにより、熱交換器が製造されている。

また、コンプレッサと熱交換器をつなぐ機内配管では、銅管を任意に曲げ加工した材料を作製して、必要であれば管端を拡管又は縮管加工を行い、コンプレッサと熱交換器を上述のりん銅ろう等のろう材によって、機内配管により連結して、ルームエアコンを組み立てている。

一方、ルームエアコンなどに使用される冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）系のフロンが広く使用されてきたが、ＨＣＦＣはオゾン破壊係数が高いことから、環境保護の観点に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。更に、ヒートポンプ式給湯器及び自動販売機には、ＨＦＣよりも更に環境にやさしい自然冷媒である二酸化炭素が使用されるようになってきている。例えば、高圧ガス保安法冷凍保安規則関係例示基準等に規定される冷媒ガスの設計圧力は、高圧部の基準凝縮温度が４３℃のとき、ＨＣＦＣのＲ２２では１．６ＭＰａであるのに対して、ＨＦＣのＲ４１０Ａが２．６ＭＰａ、二酸化炭素が８．３ＭＰａと増大している。

設計圧力が高くなれば、熱交換器又は機内配管の銅管の肉厚を厚くして強度に耐えられるようにする必要がある。しかし、資源の有効活用の観点から、またコスト上の観点から、銅管の肉厚を上げて銅の使用量が多くなることについては問題がある。この課題を解決するために、従来のりん脱酸銅管に変えて、Ｓｎ及びＣｏ等の添加により強度を高めた高強度銅管が開発され、市場に供されるようになった。この高強度銅管は、従来の銅管よりも強度が高く、その分、肉厚を薄くすることができ、銅の使用量を削減して、省資源及び製品の低コスト化を図ることができる。また、この高強度銅管は、日本工業規格ＪＩＳＨ３３００にも追加登録（２００９年７月２０日）されて、従来のりん脱酸銅管に変わる新しい材料として期待されている。

例えば、本願出願人は、特許文献１にて、Ｓｎ：０．１乃至１．０質量％、Ｐ：０．００５乃至０．１質量％、Ｏ：０．００５質量％以下及びＨ：０．０００２質量％以下を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、平均結晶粒径が３０μｍ以下である熱交換器用銅管を提案した。また、本願出願人は、特許文献２にて、Ｓｎ：０．１乃至２．０質量％、Ｐ：０．００５乃至０．１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及び不可避不純物からなる組成を有し、引張り強さ２５５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、管軸直交断面において、管の肉厚方向と垂直な方向に測定した平均結晶粒径が３０μｍ以下である銅合金管であって、前記銅合金管の引張り強さをαａ、破壊圧力をＰＦａ、前記銅合金管と同一外径及び肉厚のりん脱酸銅管の引張り強さをαｄ、破壊圧力をＰＦｄとしたとき、（ＰＦａ）／（σａ）＞（ＰＦｄ）／（σｄ）である熱交換器用銅合金管を提案した。

特開２００３−２６８４６７号公報特開２００８−１７４７８５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された銅合金は、その所期の目的を達成し、Ｓｎの固溶強化によって強度が向上しているものの、配管等をりん銅ろうによりろう付けする際に（８００〜９５０℃）、引張応力が印加されていると、極めてまれに、割れが発生することがある。

ろう付け時の銅合金管の脆化割れとして、高温での銅合金管の延性（伸び、絞り）の低下による脆化割れと、高温での銅合金管の粒界の溶融による溶け割れとがある。脆化割れは以下の機構により発生すると推定される。つまり、Ｃｕ−Ｓｎ系の高強度銅管は、８００℃以上の温度において、りん脱酸銅に比して、その延性が低く、そのため、引張応力が印加された状態では、十分に変形することができず、割れに至ると考えられる。そして、本願出願人は、この脆化割れについて、それを防止した銅合金管を出願した（特願２０１０−０８０８２５号）。

一方、ろう付け時に、９５０℃を超えるような高温になると、この９５０℃から融点直下までの温度域において、銅合金管には溶け割れが発生する虞がある。Ｃｕ−Ｓｎ系銅合金管は、９５０℃を超える温度に加熱されると、りん脱酸銅よりも低い温度で粒界が溶融して、溶け割れに至りやすい。

なお、このような特殊な状況下において、引張応力が印加されないように製造工程を変更したり、ろう付け時の火力を配管形状ごとに調整するというような対策は、生産性の点から現実的ではない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ろう付け時等の加熱時に、９５０℃を超えるような温度に過剰に加熱された場合にも、溶け割れの発生の可能性を低減した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、Ｓｎ：０．１乃至１．０質量％、Ｐ：０．００１乃至０．１００質量％、Ｚｒ：０．０１乃至０．３０質量％及びＡｌ：０．０００１乃至０．００５０質量％を含有し、Ｓ：０．００２０質量％以下、Ｏ：０．００５０質量％以下、Ｈ：０．０００２質量％以下に規制し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有する銅合金の管材であって、管軸を含む断面において、肉厚方向の平均結晶粒径が３０μｍ以下であり、１０００℃での絞り値が２０％以上であることを特徴とする。

更に、上述の各銅合金管は、熱交換器に使用することができる。

なお、平均結晶粒径は、銅合金の管軸を含む断面において、ＪＩＳＨ０５０１に定められた切断法により肉厚方向の平均結晶粒径を測定し、この肉厚方向の平均結晶粒径を管軸方向に１００ｍｍ間隔の１０箇所で測定し、その平均値としたものである。

本発明によれば、りん銅ろうによるろう付け時等に９５０℃を超える高温に過剰に加熱された場合にも、溶け割れの発生の可能性を著しく低減することができる。

割れ試験の方法を示す模式図である。

以下、本発明について詳細に説明する。本発明者等が、高温での延性・靭性（絞り値、伸び）を向上させると共に、溶け割れを防止できる熱交換器用銅合金管を開発すべく種々実験研究した結果、銅合金管のＳｎ含有量、Ｐ含有量、Ｚｒ含有量、Ａｌ含有量及びその他の合金元素の含有量、及び平均結晶粒径を適切に規定することによって、過剰な高温に加熱されたときの溶け割れが防止された銅合金管を得ることができることを見出した。

以下、本発明の銅合金管の成分添加理由及び組成の数値限定理由について説明する。

「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ると共に、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の粗大化を抑制して、銅合金管の耐熱性を向上させる。しかし、高温加熱されたとき、Ｓｎ含有合金では、Ｓｎ含有量の増加に伴って高温での延性低下が認められることを見出した。Ｓｎが高温延性を低下させる機構は明確ではないが、高温での粒界若しくは粒界近傍の強度又は延性を低下させることにより、割れが発生したと思われる。Ｓｎの含有量が１．０質量％を超えると、高温における延性低下が大きくなると共に、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、耐食性の低下等をもたらす。また、Ｓｎ含有量が１．０質量％を超えると、必要な押出圧力が高くなり、Ｓｎ含有量が１．０質量％以下の銅合金と同一の押出圧力で押出成形しようとすると、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、生産性が低下し、銅合金管の表面欠陥が増加する。また、本発明の銅合金へのＳｎの含有量が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及び細かい結晶粒径を得ることができなくなり、更にりん銅ろう等によるろう付け加熱時の強度低下抑制効果及び結晶粒粗大化防止効果が、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：０．００１乃至０．１００質量％」
Ｐは、Ｓｎと同様に、銅合金管の高温延性を低下させ、Ｓｎによる高温延性の低下を助長する。Ｐ含有量が０．１００質量％を超えると、本発明の銅合金の特に高温における延性低下が大きくなり、また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てしまう。一方、Ｐ含有量が０．００１質量％未満であると、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０．００１乃至０．１００質量％にすることが必要である。

「Ｚｒ：０．０１乃至０．３０質量％」
配管等をりん銅ろうによりろう付けする際に、そのろう付け温度は、通常８００〜９５０℃であるが、この配管等が不用意に９５０℃を超えるような高温に加熱された場合、材質がＣｕ−Ｓｎ系銅合金管の場合は、その結晶粒界のＳｎの濃度が結晶粒内より高いことから、この粒界の融点が粒内よりも低下し、その結果粒界が先に溶融して応力を支えきれなくなる。これが溶け割れの現象である。

この溶け割れは、Ｃｕ−Ｓｎ系銅合金管にＺｒを添加することにより、著しく低減することが可能になる。溶け割れ発生が低減される機構は明確でないが、応力が負荷された状態でろう付け加熱により温度が上昇すると、到達温度が９５０℃を超えない状態でも、Ｚｒを含有しないＣｕ−Ｓｎ系銅合金管では粒界に作用する応力が粒界の強度を超え、破壊が起こる。一方、Ｚｒを含有させることにより、粒界の強度が向上するか、又は粒界近傍で応力集中が緩和される等の現象が発現すると推定される。これにより、粒界での割れの起点が減少し、９５０℃未満の温度で割れが抑制されると共に、加熱温度が９５０℃を超えても、粒界近傍での応力が減少していることから、溶け割れの発生が大幅に低減される。このように、Ｚｒの含有量を適切に設定することにより、９５０℃未満に加熱したときの割れだけでなく、９５０℃を超える過剰の加熱による溶け割れをも防止することができる。このためには、Ｚｒを０．０１乃至０．３０質量％添加することが必要である。Ｚｒが０．０１質量％未満では、８００乃至９５０℃での延性の回復効果があり、９５０℃未満の割れ防止に効果はあるものの、前述の９５０℃を超えた場合の溶け割れの十分な対策とはならない。従って、安定して溶け割れを防止するためには、Ｚｒを０．０１質量％以上添加することが必要である。一方、Ｚｒ含有量が０．３０質量％を超えると、Ｚｒの粗大な晶出物が発生し、管の曲げ加工性を低下させる。よって、Ｚｒ含有量は０．０１乃至０．３０質量％とする。

「Ａｌ：０．０００１乃至０．００５０質量％」
不可避的不純物であるＳは低融点であり、微量でも粒界に濃縮して粒界の強度を下げ、銅合金管の高温での脆化を助長する。Ａｌは、Ｓを、溶解鋳造工程において、溶解中に安定したＡｌ硫化物(Ａｌ_２Ｓ_３等)として分離し、除去するという作用を有する。また、Ａｌは、その後の加工熱処理工程において、粒界になお存在するＳを、安定したＡｌ硫化物(Ａｌ_２Ｓ_３等)として無害化する作用を有する。Ａｌ含有量が０．０００１質量％未満では、Ｓを分離し、除去する効果が十分でなく、Ｓが鋳塊中に残留してしまい、高温での材料の脆化を助長すると共に、熱間加工時に割れなどの原因となる。一方、Ａｌ含有量が０．００５０質量％を超えると、導電率の低下が大きくなり、またＡｌの酸化物の巻き込みにより、合金管に表面疵が発生し、曲げ加工性の低下等、材料の特性を低下させる。よって、Ａｌ含有量は、０．０００１乃至０．００５０質量％とする。

「Ｓ：０．００２０質量％以下」
Ｓは、固溶せずに、粒界に濃縮しやすく、融点が低いために、粒界の強度を著しく低下させ、本発明の銅合金の高温での延性を低下させる。Ｓは本発明の銅合金中において、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、鋳造時の鋳塊割れ及び熱間押出工程における熱間押出割れが増加する。また、熱間押出割れが発生しないまでも、押出材を冷間圧延し、抽伸加工すると、材料内部のＣｕ−Ｓ化合物は管の軸方向に伸張し、Ｃｕ−Ｓ化合物の界面で割れが発生しやすく、製品加工中及び加工後の製品において、表面疵及び割れ等が発生し、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、本発明の銅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、本発明の銅合金におけるＳの含有量は０．００２０質量％以下、望ましくは０．００１０質量％以下に規制する必要がある。

Ｓは、銅地金、及びスクラップ等の原料、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）から、比較的簡単に溶湯中に取り込まれるため、Ｓ含有量を０．００２０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を低減し、溶解雰囲気のＳＯｘガスを低減し、適正な炉材を選定し、Ｍｇ及びＣａ等のように、Ｓと親和性が強い元素を溶湯に微量添加すること等の対策が有効である。

「Ｏ：０．００５０質量％以下（５０ｐｐｍ以下）」
本発明の銅合金管においては、溶け割れを抑制する元素として、Ｚｒを添加するが、そのＺｒが酸化されてしまうと、Ｚｒの添加効果が消失する。このため、Ｏは０．００５０質量％以下とする。また、Ｏの含有量が０．００５０質量％を超えると、Ｃｕ及びＳｎの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。また、Ｏの含有量が０．００５０質量％を超えると、水素脆化を起こす危険性が増大する。このため、Ｏの含有量を０．００５０量％以下とする必要がある。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（２ｐｐｍ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、その水素が粒界に集まって、高温での延性低下を促進しやすくなる。また、溶湯に取り込まれる水素が多くなると、ピンホールが発生しやすくなり、水素が粒界に濃化した状態で鋳塊中に存在すると、熱間押出時の割れを発生させやすくなる。また、水素が過剰であると、押出後においても、焼鈍時に、粒界に水素に起因する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％以下とするためには、溶解鋳造時の原料を乾燥状態にすること、溶湯被覆木炭を赤熱すること、溶湯と接触する雰囲気の露点を低く保持すること、及びりん添加前の溶湯を酸化気味にすること等の対策が有効である。

「結晶粒度：平均結晶粒径が３０μｍ以下」
結晶粒度は、素材の強度と曲げ等の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く、曲げ加工性が向上する。結晶粒度が大きいと強度が低くなる。結晶粒度が３０μｍ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。従って、平均結晶粒径は、３０μｍ以下、更には１５μｍ以下が好ましい。

なお、高温で引張応力が印加された状態では、結晶粒径が小さい方が高温延性の低下を抑制するのに有利である。本発明合金では、８００℃、１０分間加熱された後の結晶粒径が７０μｍ以下であることが望ましい。

「１０００℃での絞り値が２０％以上」
高ろう付け温度に相当する１０００℃での絞り値が、２０％未満であると、ろう付け時に引張応力が印加された場合に、割れが生じる危険性があることがわかった。このため、１０００℃における絞り値が２０％以上であることが必要である。なお、９００℃での絞り値が２５％以上、また、９５０℃での絞り値が２０％以上であることが更に望ましい。本発明の銅合金管は、熱交換器の配管等に使用され、引張応力が印加された状態でろう付けされる態様で使用される場合でも、１０００℃における絞り値が２０％以上であるので、高温における延性が極めて優れたものであり、８５０℃を超える高温に加熱されても、割れを防止することができる。なお、絞りとは、管の引張試験後の破断部の断面積を試験前の断面積で除した比率のことで、この値が高い程、延性が高い。

以下、本発明の銅合金管の製造方法の一例について説明する。以下に示す製造方法は平滑管の場合についてのものであるが、内面溝付管の場合は、周知の内面溝付工程が付加される。

先ず、原料の電気銅を木炭被覆のもとで溶解し、銅が溶解した後、Ｓｎ及び必要な添加元素を所定量添加し、更に、脱酸を兼ねてＣｕ−１５質量％Ｐ中間合金によりＰを添加する。このとき、Ｚｒ等の酸化しやすい添加元素については、所定量を均一にかつ適正に添加するために、中間合金で添加することが望ましい。成分調整が終了した後、半連続鋳造により所定の寸法のビレットを作製する。得られたビレットを加熱炉で加熱し、均質化処理を行なう。熱間押出前に、ビレットを７５０〜９５０℃に１分〜２時間程度保持して均質化による偏析の改善処理を行う。その後、ビレットにピアシングによる穿孔加工を行い、７５０〜９５０℃で熱間押出を行う。

本発明の銅合金管を製造するには、Ｓｎの偏析解消又は押出後にＺｒを固溶させることによりその後のＳｎの偏析を抑制することが必須要件である。このため、熱間押出による断面減少率が８８％以上、望ましくは９３％以上となるようにし、更に熱間押出後の素管を水冷等の方法により、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。但し、断面減少率は、［穿孔されたビレットのドーナツ状の面積−熱間押出後の素管の断面積］／［穿孔されたビレットのドーナツ状の面積］×１００％として求まる。

その後、押出素管に圧延加工を行なう。このときの加工率を断面減少率で９２％以下とすることにより、圧延時の製品不良を低減することができる。次いで、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、抽伸加工は複数台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）を３５％以下にすることにより、素管における表面欠陥及び内部割れを低減することができる。

必要に応じて、抽伸管に焼鈍を行う。本発明の銅合金管を製造するには、ローラーハース炉による連続焼鈍により、抽伸管の実体温度が４００〜７００℃となるように加熱し、その温度で１０分〜１時間程度保持するようにして焼鈍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が５℃／分以上、望ましくは１０℃／分以上となるように加熱することが望ましい。なお、上記のローラーハース炉による連続焼鈍に変えて、高周波誘導加熱炉を用い、高速昇温、高速冷却、及び短時間加熱の焼鈍を行ってもよい。

次に、本発明の銅合金の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

下記表１乃至６に示す組成の実施例１乃至１４及び比較例１乃至９並びに従来例１の各組成の銅合金材料を得るために、電気銅を溶解した溶湯に、Ｓｎ、及びＺｒを添加した後、Ｃｕ−Ｐ母合金を添加し、更にＡｌ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８５０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％以上であった。押出後の素管は急冷され、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。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は４０％以下とした。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５５０乃至６５０℃（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８０分保持した後、室温まで冷却して供試材とした。

評価試験は、室温から１０００℃まで１５分間で昇温させて、１０分間保持した後、その温度で高温引張試験を行い、夫々、引張強さ、伸び及び絞り値を測定した。引張強さ、伸び及び絞り値はＪＩＳＺ２２４１に記載された定義に基づいて算出した。なお、高温引張り後の絞りは、｛（引張試験前の管の断面積−引張り破断後の破断面の断面積）／（引張り試験前の管の断面積）｝×１００％であり、引張破断後の断面積は破断面の外径と肉厚を測定することにより算出した。また、引張応力が印加された状態でのろう付けを模擬する割れ試験として、図１に示す固定荷重の割れ試験を行った。即ち、固定台１に外径が１１ｍｍ、内径が９．８ｍｍのステンレス鋼製の管２をその軸方向を水平にして固定し、この管２に、上述のごとく、外径が９．５２ｍｍ、肉厚が０．８０ｍｍ、長さが３００ｍｍの供試管３を挿入した。供試管３の挿入長は１５０ｍｍであり、図１に示すように、管２から出ている１５０ｍｍの部分の端部から５０ｍｍの位置に１ｋｇの錘４を取り付けた。そして、アセチレン酸素バーナー５により、管２近傍の供試管３の部分を約９５０〜１０００℃に加熱した。アセチレン酸素バーナーと管２との間の距離は、５ｃｍとした。アセチレン酸素バーナー炎の当たる位置にＫ熱電対を点溶接し、加熱中の供試管の温度を測定した。アセチレン酸素バーナーによる加熱は、加熱後、８〜１２秒で９５０℃になるように調整した。錘４により、供試管３の加熱部において、供試管に約２０ＭＰａの引張応力が印加されるものである。

下記表１及び表２は、本発明の実施例１乃至１４、比較例１乃至９及び従来例１の組成を示し、表３は、その結晶粒径及び１０００℃における高温引張試験（絞り）の測定値と、溶け割れ試験の試験結果を示す。

この表３に記載されているように、本発明の実施例１乃至１４は、割れ試験において、割れが発生しなかった。これに対し、比較例２，５，９は、夫々、Ｓｎが多く、Ｚｒが少なく、Ｓが多いため、溶け割れが発生した。また、従来例１も、Ｚｒを含有しないため、、溶け割れが発生した。

比較例１はＳｎが少ないため、結晶粒径が大きく、高強度銅管としての十分な強度が得られなかった。比較例３はＰが少ないため、Ｏが多くなり、鋳塊に酸化物の巻き込みがあり、管の外面に多数の疵が発生した。比較例４はＰが多いため、鋳塊に割れが発生した。比較例６はＺｒが多いため、鋳塊の肌が悪く、銅合金管の表面の疵が多かった。比較例７はＡｌが少ないため、Ｓが多くなり、絞り値が本発明の範囲から外れた。比較例８はＡｌが多いため、鋳塊に酸化物が巻き込まれ、管の外面に多数の疵が発生した。

１：固定台
２：管
３：供試管
４：錘
５：アセチレン酸素バーナー

「１０００℃での絞り値が２０％以上」
ろう付け温度に相当する１０００℃での絞り値が、２０％未満であると、ろう付け時に引張応力が印加された場合に、割れが生じる危険性があることがわかった。このため、１０００℃における絞り値が２０％以上であることが必要である。なお、９００℃での絞り値が２５％以上、また、９５０℃での絞り値が２０％以上であることが更に望ましい。本発明の銅合金管は、熱交換器の配管等に使用され、引張応力が印加された状態でろう付けされる態様で使用される場合でも、１０００℃における絞り値が２０％以上であるので、高温における延性が極めて優れたものであり、８５０℃を超える高温に加熱されても、割れを防止することができる。なお、絞りとは、管の引張試験後の破断部の断面積を試験前の断面積で除した比率のことで、この値が高い程、延性が高い。

Claims

Ｓｎ：０．１乃至１．０質量％、Ｐ：０．００１乃至０．１００質量％、Ｚｒ：０．０１乃至０．３０質量％及びＡｌ：０．０００１乃至０．００５０質量％を含有し、Ｓ：０．００２０質量％以下、Ｏ：０．００５０質量％以下、Ｈ：０．０００２質量％以下に規制し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有する銅合金の管材であって、管軸を含む断面において、肉厚方向の平均結晶粒径が３０μｍ以下であり、１０００℃での絞り値が２０％以上であることを特徴とする銅合金管。
熱交換器に使用されることを特徴とする請求項１に記載の銅合金管。