换热器用内面带槽管及其制造方法与流程

本发明涉及作为空调、热泵热水器(ecocute)等交叉翅片型换热器的导热管用的、加工性优异的内面带槽管。

背景技术：

一直以来，室内空调、箱型空调等空调机用换热器的导热管或制冷剂配管大多采用无缝铜管，使用在强度、加工性、导热性等各物性、以及材料和加工成本方面取得平衡的磷脱氧铜管(jish3300c1220t)。

这些换热器中，主要由对内面实施了螺旋状的槽加工的铜管(以下，内面带槽管)、和包含铝或铝合金板的翅片(以下为铝翅片)构成。具体而言，对于换热器的导热部，使弯曲加工(以下，发夹弯曲加工)成u字形的铜管通过铝翅片的贯穿孔，在经发夹弯曲加工的铜管内插入夹具而进行扩径，从而使内面带槽管与铝翅片密合。并且，进一步使该发夹弯曲铜管的开放端扩径，在该扩径开放端部插入同样弯曲加工成u字形的弯铜管，通过磷铜钎料等钎焊材料，将弯铜管钎焊至内面带槽管的扩径开放端部而使其连接，制成换热器。

近年来，作为导热管使用的铜管中，随着导热性能的提高、成本降低的要求而需要减少重量、即细径化和薄壁化，即使在发夹弯曲加工条件下也有发夹弯曲间距变小且严格的倾向。具体而言，进行薄壁化直至壁厚相对于外径的比(t/d)为0.04以下，在发夹弯曲间距小且严格的发夹弯曲条件下进行时，存在如下课题：发夹弯曲的内侧部分产生褶皱，或弯曲部分偏平，或显著损坏外观品质上的价值，极端时发生断裂。

作为研究了改善这种弯曲加工性的铜管，发现：在含有0.1～3.0质量％的sn、0.005～0.1质量％的p的铜合金中，通过使平均晶体粒径稳定地控制为30μm以下，使加工性优异(专利文献1)。

另外，提出了：着眼于织构，将属于轧制织构的β纤维的cu取向、s取向、brass取向的各取向的平均面积率之和设为10～25％的范围，从而能够改善铜管的断裂强度和弯曲加工性(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5107841号

专利文献2：日本专利第5464659号

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，对于上述现有技术，平滑管中，虽然可以期待较大的效果，但是在作为导热管大多使用的内面带槽管中，除了进行作为平滑管的制造工序的热挤压、冷轧、冷拔以外，还进行中间退火、冷拔、最终退火，内面带槽的铜管中还不能说形成了充分的对策。

因此，本发明的目的在于，能够解决上述现有的问题，提供具有优异的弯曲加工性的换热器用内面带槽的铜管。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决上述课题，反复进行了深入研究，结果发现，将铜合金的组成设为特定的组成，使用具有该组成的铜合金制造内面带槽管时，在从中间热处理至最终热处理之间的加工中，通过将外径减少率设为6～16％，将再结晶织构的goss取向的取向密度控制在3.2以下，能够得到加工性优异的内面带槽管，至此完成了本发明。

即，本发明(1)提供一种换热器用内面带槽管，其特征在于，其为铜合金制的换热器用内面带槽管，

该铜合金含有0.004～0.040质量％的p、且余量由cu和不可避免的杂质组成，

该铜合金的再结晶织构的goss取向的取向密度为大于0且3.2以下。

另外，本发明(2)提供(1)所述的换热器用内面带槽管，其特征在于，前述铜合金还含有总和为0.07质量％以下的选自由fe、mn、mg、cr、ti和zr组成的组中的1种或2种以上元素。

另外，本发明(3)提供换热器用内面带槽管的制造方法，其特征在于，其为依次进行铸造工序、热挤压加工、冷加工、中间热处理、滚轧成形加工和最终热处理；或者依次进行铸造工序、冷加工、中间热处理、滚轧成形加工和最终热处理的换热器用内面带槽管的制造方法，

该铸造工序中，铸造含有0.004～0.040质量％的p、且余量由cu和不可避免的杂质组成的铜合金，

从该中间热处理至该最终热处理之间的加工中的外径减少率为6～16％。

另外，本发明(4)提供(3)所述的换热器用内面带槽管的制造方法，其特征在于，前述铜合金还含有总和为0.07质量％以下的选自由fe、mn、mg、cr、ti和zr组成的组中的1种或2种以上元素。

发明的效果

根据本发明，能够提供具有优异的弯曲加工性的换热器用内面带槽管。

附图说明

图1为示出发夹弯曲部分的示意图。

图2为示出内面带槽管的槽形状的示意性截面图。

图3为示出内面带槽管的槽形状的示意性截面图。

具体实施方式

本发明的换热器用内面带槽管的特征在于，其为铜合金制的换热器用内面带槽管，

该铜合金含有0.004～0.040质量％的p、且余量由cu和不可避免的杂质组成，

该铜合金的再结晶织构的goss取向的取向密度为大于0且3.2以下。

首先，针对形成本发明的换热器用内面带槽管的铜合金的织构和特性进行说明。

对于形成本发明的换热器用内面带槽管的铜合金，在其再结晶织构中，微细均匀地存在晶粒，对goss取向的取向密度低至3.2以下。

在此，针对铜材料的织构进行说明。对于铜等多晶材料，大多具有晶粒沿若干特定方位取向的组织、即织构。作为上述取向，有cube取向、goss取向、brass取向、s取向、copper取向等。另外，晶体取向均匀分散而无堆积时，织构称为无规。另外，已知：织构的体积分率变化时，塑性各向异性发生变化。

上述织构即使为相同的晶系也根据加工方法而不同。铜管通常通过挤压而制造，在基于挤压的铜管的织构的情况下，与基于轧制的板材的织构的情况同样地以挤压管坯的挤压面与挤压方向(对挤压管坯进行轧制加工时轧制面与轧制方向)表示。挤压面以表示面的米勒指数(hkl)表达，挤压方向以表示方向的米勒指数[uvw]表达(h、k、l、u、v和w为整数)。并且，以满足hu+kv+lw＝0的条件的方式，切换h、k及l和u、v及w的顺序而汇总得到的24种等效的取向组，表示为{h，k，l}<u，v，w>，作为取向的通常表示。

基于上述表达方法，上述各取向如下所示。

cube取向：{001}<100>

goss取向：{011}<100>

brass取向：{011}<211>

copper取向：{112}<111>

s取向：{123}<634>

上述织构的取向密度是指将各取向相对于无规的取向的强度以比率的形式表示。本发明中，自这些取向偏移±10度以内的取向定义为相同的取向。但是，关于copper取向和s取向，将偏移±9度以内的取向定义为相同的取向。

上述取向密度的分布例如通过使用x射线衍射法求出晶体取向分布函数(odf)来测定。具体而言，由利用x射线衍射装置测定的极像图利用三维取向分析求出odf，从而求出各晶体取向的取向密度。odf中，通过bunge提出的级数展开法将偶数项的展开次数设为22次、将奇数项的展开次数设为19次而计算。需要说明的是，取向密度以特定方位的取向密度与具有无规取向的试样的取向密度之比表示，记为无规比。对于无规强度ir，通过下式自检测体试样强度ic算出。

上述数式中，α、β为测定角度，δs为步进角度。

本发明的换热器用内面带槽管中，从弯曲加工性提高的观点出发，将形成内面带槽管的铜合金的“无规的织构”中的、goss取向的取向密度的允许量设为3.2以下，尽量使goss取向的取向密度低。需要说明的是，使形成内面带槽管的铜合金的无规的织构中的goss取向消失(使取向密度为0)在制造上是困难的，因此本发明的换热器用内面带槽管中，形成内面带槽管的铜合金的goss取向的取向密度大于0。

并且，本发明的换热器用内面带槽管中，如果将使内面带槽管的发夹弯曲加工性降低的goss取向的取向密度设为3.2以下，则r值变成1以上，能够抑制发夹弯曲加工中的弯曲部内侧的压曲(buckling)、弯曲部的扁平。即，对于本发明的换热器用内面带槽管，通过使形成内面带槽管的铜合金的goss取向的取向密度为大于0且3.2以下，能够抑制发夹弯曲加工中的弯曲部内侧的压曲、弯曲部的扁平，因此，具有优异的加工性。

与此相对，形成内面带槽管的铜合金的goss取向的取向密度超过3.2时，铜管的织构中的具有goss取向的晶粒变得过多，因此，铜管的r值显著变小，在发夹弯曲加工中变得无法使内面带槽管平衡性良好地变形。其结果，内面带槽管的弯曲部内侧的压曲、弯曲部的扁平化极端时，产生裂纹。

对于除了构成无规的织构的goss取向以外的上述各取向的取向密度，如果在通常的内面带槽管的制造条件或制造方法的情况下，则各为10以内，例如几乎不会变大至超过10。并且，本发明的换热器用内面带槽管中，除形成内面带槽管的铜合金的goss取向以外的上述各取向的取向密度各为10以内，内面带槽管的制造工序中难以产生较大变化，对内面带槽管的发夹弯曲加工性不会有较大影响。

另外，本发明的换热器用内面带槽管中，形成内面带槽管的铜合金的平均晶体粒径优选为30μm以下。内面带槽管的厚度为较厚时，几乎没有影响，但根据轻量化、薄壁化的要求，内面带槽管的厚度尤其薄壁化成200μm以下时，该晶体粒径的尺寸的影响显著变大。即，铜合金的平均晶体粒径过大时，无法避免由对内面带槽管的圆周方向施加的拉伸力导致产生裂纹时的“应变的集中”，在发夹弯曲加工中无法进行良好的变形。其结果，即使控制上述goss取向的取向密度，有时也难以维持良好的发夹弯曲加工性。

关于铜合金的平均晶体粒径，对于与内面带槽管的轴向平行的面，通过jish0501规定的切断法，测定内面带槽管的壁厚方向的平均晶体粒径，将在内面带槽管的轴向的任意10个位置测定的结果进行平均，作为平均晶体粒径(μm)。

接着，对于形成本发明的换热器用内面带槽管的铜合金的成分组成进行说明。形成本发明的换热器用内面带槽管的铜合金含有0.004～0.040质量％的p、且余量由cu和不可避免的杂质组成。

另外，形成本发明的换热器用内面带槽管的铜合金除了含有p以外，还可以含有总和为0.07质量％以下的选自由fe、mn、mg、cr、ti和zr组成的组中的1种或2种以上元素。即，形成本发明的换热器用内面带槽管的铜合金含有0.004～0.040质量％的p，总和为0.07质量％以下的选自由fe、mn、mg、cr、ti和zr组成的组中的1种或2种以上元素，且余量由cu和不可避免的杂质组成。

铜合金中的p的含量超过0.04质量％时，应力腐蚀裂纹敏感性变高，且导热率大幅度降低，另外，p的含量低于0.004质量％时，由于脱氧不足而氧量增加且氢脆化的敏感性提高，铸锭的健全性降低。因此，形成本发明的换热器用内面带槽管的铜合金的p含量为0.004～0.040质量％。

fe、mn、mg、cr、ti和zr均使铜合金的强度、耐压断裂强度和耐热性提高，使晶粒微细化，从而提高内面带槽管的弯曲加工性。但是，铜合金含有选自由fe、mn、mg、cr、ti和zr组成的组中的1种或2种以上元素时，若这些元素的总含量超过0.07质量％，则挤压压力上升，因此，以与不添加这些元素的情况相同的挤压力进行挤压时，需要提高热挤压温度，由此，挤压材的表面氧化变多，因此，内面带槽管中多发表面缺陷。另外，铜合金中的选自由fe、mn、mg、cr、ti和zr组成的组中的1种或2种以上元素的总含量超过0.07质量％时，goss取向的取向密度超过3.2。因此，形成本发明的换热器用内面带槽管的铜合金含有选自由fe、mn、mg、cr、ti和zr组成的组中的1种或2种以上元素时，铜合金中所含有的这些元素的含量的总和为0.07质量％以下、优选为0.01～0.07质量％。

本发明的换热器用内面带槽管的壁厚相对于外径的比(t/d)优选为0.020～0.050、特别优选为0.025～0.050。

本发明的换热器用内面带槽管的制造方法的特征在于，其为依次进行铸造工序、热挤压加工、冷加工、中间热处理、滚轧成形加工和最终热处理；或者依次进行铸造工序、冷加工、中间热处理、滚轧成形加工和最终热处理的换热器用内面带槽管的制造方法，

该铸造工序中，铸造含有0.004～0.040质量％的p、且余量由cu和不可避免的杂质组成的铜合金，

从该中间热处理至该最终热处理之间的加工中的外径减少率为6～16％。

另外，本发明的换热器用内面带槽管的制造方法的特征在于，其为依次进行铸造工序、热挤压加工、冷加工、中间热处理、滚轧成形加工和最终热处理；或者依次进行铸造工序、冷加工、中间热处理、滚轧成形加工和最终热处理的换热器用内面带槽管的制造方法，

该铸造工序中，铸造含有0.004～0.040质量％的p、和总和为0.07质量％的选自由fe、mn、mg、cr、ti和zr组成的组中的1种或2种以上元素、且余量由cu和不可避免的杂质组成的铜合金，

从该中间热处理至该最终热处理之间的加工中的外径减少率为6～16％。

本发明的换热器用内面带槽管的制造方法中，依次进行铸造工序、热挤压加工、冷加工、中间热处理、滚轧成形加工和最终热处理；或者依次进行铸造工序、冷加工、中间热处理、滚轧成形加工和最终热处理。需要说明的是，如果依次进行这些工序，则可以根据需要在不损害本发明效果的范围内，在这些工序之间进行各种加工或热处理。

铸造工序中，对含有规定量的规定化学成分的铜合金的铸锭进行铸造，制作规定尺寸的钢坯。例如，铸造工序中，将原料的电解铜在木炭覆盖的状态下熔解，熔解铜后，兼顾脱氧而添加p作为cu-15质量％p中间合金。成分调节结束后，通过半连续铸造制作规定尺寸的钢坯。

热挤压加工中，首先，在热挤压加工前将上述钢坯用加热炉加热至规定的温度，进行均质化处理。然后，热挤压通过芯棒挤压进行，即向加工前以冷加工预穿孔的钢坯、或者挤压前以热加工穿孔的钢坯中插入芯棒的状态下，进行热挤压，得到无缝热挤压管坯。

将通过进行热挤压加工而得到的无缝热挤压管坯在热挤压后迅速冷却。冷却如下进行：将无缝热挤压管坯向水中挤压；或，将热挤压后的无缝热挤压管坯向水中投入，从而进行。

冷加工中，对挤压管坯进行轧制加工和拉拔加工，使外径和壁厚减少。轧制加工中，通过使加工率以截面减少率计为92％以下，能够降低轧制时的制品不良。拉拔加工通常通过多次加工进行，通过使1次拉拔中的加工率(截面减少率)为35％以下，能够降低管坯中的表面缺陷和内部裂纹。

中间热处理中，通过以保持温度400～700℃进行加热，使滚轧成形加工工序中的滚轧成形加工变得容易。中间热处理的升温速度为20℃/分钟以上、优选为40℃/分钟以上。中间热处理中的保持温度低于400℃时，goss取向的织构过于发达，因此，goss取向的取向密度超过3.2，无法得到良好的发夹弯曲加工性，另外，超过700℃时，晶粒粗大化，成为滚轧成形加工中的外观不良的原因。

滚轧成形加工为在管材料的内面进行形成内面槽的滚轧成形加工的工序，在中间热处理后的无缝管内配置对外面实施了螺旋状的槽加工的滚轧成形插塞，通过高速旋转的多个滚轧成形球，从管的外径按压，将滚轧成形插塞的槽转印至管的内面，从而进行。另外，通常，进行中间热处理后，根据减小铜管直径的缩径加工而进行滚轧成形加工。

本发明的换热器用内面带槽管的制造方法中，对于进行中间热处理后至进行最终热处理前之间的加工来说，本发明的换热器用内面带槽管的制造方法中，在进行中间热处理后至进行最终热处理前之间，根据缩径加工而进行滚轧成形加工。并且，进行中间热处理后至进行最终热处理前之间的加工中的外径加工度对于再结晶织构的形成赋予较大影响。因此，在本发明的换热器用内面带槽管的制造方法中，通过使从中间热处理至最终热处理之间的加工中的外径减少率为16％以下，能够使再结晶织构中的goss取向的取向密度为3.2以下。但是，即使想要使滚轧成形加工中的外径减少率为低于6％，内面上无法保持用于进行带槽加工的插塞而无法进行滚轧成形加工。因此，本发明的换热器用内面带槽管的制造方法中，将从中间热处理至最终热处理之间的加工中的外径减少率设为6～16％。需要说明的是，从中间热处理至最终热处理之间的加工中的外径减少率是指：由“((加工前的外径-加工后的外径)/加工前的外径)×100”的式子算出的，进行缩径加工和滚轧成形加工的本发明的换热器用内面带槽管的制造方法中，缩径和滚轧成形加工后的管的外径相对于缩径和滚轧成形加工前的管的外径的减少率。

最终热处理中，优选将保持温度设为400～600℃。另外，最终热处理的处理时间以内面带槽管的拉伸强度、0.2％弹性极限应力(proofstress)和伸长率成为规定范围的方式适宜选择。

在此，最终热处理中的冷却速度缓慢时，冷却过程中goss取向变得容易达成，难以使内面带槽管的织构中的goss取向的取向密度为3.2以下，另外，冷却过程中晶粒变得容易粗大化。因此，最终热处理的冷却速度为1.0℃/分钟以上、优选为5.0℃/分钟以上、特别优选为20.0℃/分钟以上。另外，为了不使晶粒粗大化，最终热处理中的室温至规定温度的平均升温速度也较快为优选。最终热处理中的升温速度与5℃/分钟相比慢时，即使加热至相同温度也容易使晶粒粗大化，耐压断裂强度和发夹弯曲加工性容易变低，还会变得阻碍生产率。因此，最终热处理中的室温至规定温度的平均升温速度优选为5℃/分钟以上。

以下，举出实施例对本发明进一步进行具体说明，但其仅为示例，并不限定本发明。

实施例

以下，示出内面带槽的铜管的实施例。

(1)对表1示出的化学成分的铸锭进行熔解和铸造，制作热挤压用的钢坯。(2)加热上述钢坯，在850℃下进行热挤压，得到挤压管坯。接着，将热挤压的挤压管坯在水中进行挤压并骤冷。

·挤压前以热加工进行内径约75mm穿孔。

·挤压管坯的外径为102mm、内径为75mm。

(3)将上述挤压管坯通过pilgermill轧制机进行冷轧，得到轧制管坯。

·轧制管坯的外径为46mm、内径为39.8mm。

·冷轧中的加工度(截面减少率)为88.9％。

截面减少率(％)＝((加工前的截面积-加工后的截面积)/加工前的截面积)×100

(4)将上述轧制管坯以冷加工进行多次拉拔，得到拉拔管坯。

·拉拔管坯的外径为7.8～10.0mm、底壁厚为0.19～0.25mm。

·冷拔整体中的加工度以截面减少率计为97.1～98.3％。

·冷轧和冷拔的总加工度、即冷加工的总加工度以截面减少率计为99.8～99.9％。

(5)将上述拉拔管坯进行中间热处理，得到用于供至滚轧成形加工的原管。

·中间热处理以保持温度530℃实施。

(6)将上述原管进行球滚轧成形加工，得到内面带槽管。

<内面带槽管的尺寸规格>

·外径：7.0mm

·壁厚(图2中、符号t)：0.17mm

·翅片高度(图2中、符号h)：0.16mm

·翅片顶角(图2中、符号γ)：10°

·槽条数：45条

·导程角(leadangle)α(图3中、符号α)：30°

·滚轧成形加工中的加工度由下式算出。

截面积减少率(％)＝((加工前的截面积-加工后的截面积)/加工前的截面积)×100

外径减少率(％)＝((加工前的外径-加工后的外径)/加工前的外径)×100

壁厚减少率(％)＝((加工前的底壁厚-加工后的底壁厚)/加工前的壁厚)×100

(7)将上述内面带槽管卷取于圆筒状的整列多层卷，制作自内面侧解卷的方式的lwc。然后，进行下述条件的最终热处理，得到内面带槽管(平绕盘管(levelwoundcoil(lwc)))。

·热处理方法：以辊底连续退火炉进行。

·条件：保持温度以500℃实施。

[表1]

关于制造的内面带槽管，以如下方法评价平均晶体粒径、晶体取向分布函数(odf)、拉伸特性、发夹弯曲加工性。将其结果记载于表2。

<平均晶体粒径>

对于与铜管的轴向平行的面，通过jish0501规定的切断法，测定铜管的壁厚方向的平均晶体粒径，将在铜管的轴向的任意10个位置测定的结果进行平均，作为平均晶体粒径(μm)。

<晶体取向分布函数(odf)>

由通过x射线衍射装置(rigakucorporation制的rint2000)测定的极像图利用三维取向分析求出odf，由此求出各晶体取向的取向密度。对于odf，通过bunge提出的级数展开法将偶数项的展开次数设为22次、将奇数项的展开次数设为19次来计算。需要说明的是，取向密度以特定方位的取向密度与具有无规取向的试样的取向密度之比表示，记为无规比。对于无规强度ir，由检测体试样强度ic通过下式算出。

<拉伸特性>

通过拉伸试验测定r值。试验片设为jisz2201的11号试验片，锤打夹持部而制成平片。对该试验片用英斯特朗型精密万能试验机施加20％应变，测定铜管的外径变化量、壁厚变化量，算出r值。

<发夹弯曲加工性>

将芯轴的外径设为6.15mm、将弯曲间距设为16mm，进行发夹加工性的评价。对于各实施例和比较例的内面带槽管，进行各20根的试验。评价如下。

(i)褶皱产生

计数发夹弯曲的内侧部分产生褶皱的内面带槽管的数量，以下述式求出褶皱产生率。将褶皱产生率为0％的情况设为合格(○)。

褶皱产生率(％)＝(产生褶皱的管的根数/进行试验的管的根数)×100

(ii)扁平率

以下述算出发夹弯曲后的弯曲部的扁平率。

扁平率(％)＝((最大外径-最小外径)/公称外径)×100

需要说明的是，测定位置为发夹弯曲部的45°、90°、135°位置，公称外径在本例中为7.0mm。需要说明的是，发夹弯曲部的45°、90°、135°是指如图1所示，使内面带槽管弯曲45°的位置(符号a)、弯曲90°的位置(符号b)、弯曲135°的位置(符号c)。求出试验的各内面带槽管的扁平率，将扁平率的平均值为15％以下的情况设为合格(○)。

[表2]

实施例e1～e6中，如表1所示通过将滚轧成形工序中的外径减少率设为6～16％，表2示出的再结晶织构中的goss取向的取向密度为3.2以下，r值高至1以上。另外，在e7～e12中，通过使外径减少率也为6～16％，goss取向的取向密度也为3.2以下，r值也高至1以上。由此，实施例e1～e12中，能够得到良好的发夹弯曲加工性。

对于比较例c1、c2，由于滚轧成形加工中的外径减少率低于6％，无法保持用于对内面进行带槽加工的插塞，而无法进行滚轧成形加工。

比较例c3～c5中，虽然能够进行滚轧成形加工，但是由于外径减少率超过16％，goss取向的取向密度与3.2相比变高，r值降低为低于1，无法得到必要的发夹弯曲加工性。

比较例c6～c12中，由于成分组成超过规定量，即使外径减少率为6～16％，goss取向的取向密度也会变高，发夹弯曲加工性变低。

附图标记说明

l管轴

p弯曲间距

t壁厚(底壁厚)

h翅片高度

s内面槽的最深位置

γ翅片顶角

α导程角