专利名称：0.2%耐力和疲劳强度优良的热交换器用无缝铜合金管的制作方法
技术领域：
本发明涉及主要用作热交换器传热管的、0.2％耐力和疲劳强度优良的无缝铜合金管，特别是涉及能够用于使用HFC系氟利昂作为热介质的热交换器传热管中的、耐力和疲劳强度优良的无缝铜合金管。
背景技术：
作为热交换器的传热管，一般使用由磷脱氧铜制成的无缝铜管。在将该磷脱氧铜制无缝铜管作为热交换器的传热管进行装配时，为了提高放热和吸热效果，将磷脱氧铜制无缝铜合金管切割成一定长度，将其象发卡似地弯曲加工成U字形，穿过与该U形管平行排列的铝或铝合金散热片的通孔，将塞子通过U形管来胀管、或是采用液压的方法来胀管，将铝或铝合金散热片平行地固定在传热管上。
进一步地，进行将U形管管端扩口的扩口加工以及将扩口加工部分再次扩口的再扩口加工，在该胀管部分插入另外的U形管，用磷铜焊剂进行焊接，将两个U形管连接在一起。
过去的磷脱氧铜制U形管的管端胀管后，为了进行焊接而将管端加热，则被加热部分的晶粒变得粗大，与焊接部位邻接的受热影响那部分的强度有时候显著降低。作为用于阻止这种焊接时晶粒变粗的热交换器用无缝铜合金管，众所周知有向磷脱氧铜中添加Fe而使晶粒难以变粗的热交换器用无缝铜合金管。作为在磷脱氧铜中含有必须成分Fe的该常规的热交换器用无缝铜合金管，已知有例如含有Fe0.005～0.8％、P0.01～0.026％、Zr0.005～0.3％、O23～30ppm，其余部分由铜组成的热交换器用无缝铜合金管(参照特公昭58-39900号公报)以及含有Fe0.01～1.0％、含有Cr、Si、Mn、As、Ni、Co中1种或2种以上0.005～0.6％、含有P、Ca、Mg中1种或2种以上0.004～0.04％，其余部分由铜组成的热交换器用无缝铜合金管(参照特开昭52-156718公报)等。
这些无缝铜合金管作为热交换器的传热管被装配，向传热管中填充热介质，对热介质或加载或释放凝结压力，使热交换器工作。作为上述热介质，过去一直使用HCFC系氟利昂，但因为该HCFC系氟利昂促进地球臭氧层的破坏，近几年来，就已改为使用不破坏臭氧层的HFC系氟利昂。
但是，将HFC系氟利昂作为热介质时，凝缩压力必须比过去的HCFC系氟利昂被用作热交换器热介质时的凝缩压力还要大。例如，将HCFC系氟利昂中有代表性的R-22用作热交换器热介质时，施加在传热管内的HCFC系氟利昂上的凝缩压力为20Kgf/cm2就足够了，但是，将HFC系氟利昂中有代表性的R-410a用作热介质时，凝缩压力必须为31Kgf/cm2，热交换器传热管中的这种凝缩压力必须为过去凝缩压力的1.5倍以上。在周期性地加载这么高的凝缩压力的环境下，过去的传热管中就存在着这样一些问题因0.2％耐力和疲劳强度不足，长年使用时，传热管上产生龟裂而出现故障，或者因0.2％耐力不足，使传热管的尺寸发生很大变化，从而使热交换器的性能降低。
发明的公开因此，为了获得由0.2％耐力和疲劳强度比过去还要优良的铜合金制成的热交换器用无缝铜合金管，本发明者们进行了研究，其结果，获得以下的经验(a)如果向磷脱氧铜中单独添加Co0.02～0.2％时，则0.2％耐力和疲劳强度大幅度提高，导电率也提高；(b)如果向磷脱氧铜中添加Co0.02～0.2％、同时添加碳1～20ppm时，则0.2％耐力和疲劳强度进一步提高(c)P的含量优选为0.01～0.05％，进一步地，优选将作为不可避免的杂质而含有的氧含量规定在50ppm以下。
本发明就是根据这种经验而实现，具有以下特征(1)一种0.2％耐力和疲劳强度优良的热交换器用无缝铜合金管，是由这样一种铜合金制成，其中含有按重量％计Co0.02～0.2％、P0.01～0.05％，其余由Cu和不可避免的杂质构成，作为上述不可避免的杂质而含有的氧含量规定在50ppm以下；(2)一种0.2％耐力和疲劳强度优良的热交换器用无缝铜合金管，是由这样一种铜合金制成，其中含有按重量％计Co0.02～0.2％、P0.01～0.05％，C1～20ppm，其余由Cu和不可避免的杂质构成，作为上述不可避免的杂质而含有的氧含量规定在50ppm以下。
为了制造本发明的热交换器用无缝铜合金管，首先在还原气氛中将通常的电解铜熔融，制成含氧50ppm以下的低氧铜熔液，向获得的低氧铜熔液中添加Co和Cu-P母合金，再根据需要，向上述铜合金中添加作为Co-C母合金中的一定量C之后浇铸制成圆柱状铸锭。
将该圆柱状铸锭加热至850℃～1050℃，进行水中挤出加工，再进行冷加工和退火，由此制作一定截面尺寸的热交换器用无缝铜合金管。
构成本发明热交换器用无缝铜合金管的铜合金成分组成限定在如上所述范围内，以下说明其理由。(a)CoCo在磷脱氧铜坯料中固溶或形成磷化合物相，是一种提高原材料坯料的0.2％耐力和疲劳强度的有效成分，但Co含量如果超过0.2％，则导电率不足70％，导热率降低，因此是不好的，另一方面，Co含量不足0.01％时，得不到所希望的效果。因此，Co含量规定在0.02～0.2％的范围内。Co含量的更优选的范围为0.04～0.1％。(b)PP与Co共存而使晶粒微细化，因此具有提高0.2％耐力和疲劳强度的作用，但其含量如果超过0.05％，则导电率显著降低，因此是不好的，另一方面，其含量不足0.01％时，得不到所希望的效果。因此，将P含量规定为0.01～0.05％。P含量更优选的范围为0.015～0.04％。(c)氧氧作为不可避免的杂质而含有，但如果含量超过50ppm时，则形成粗粒氧化物，使0.2％耐力和疲劳强度降低，是不好的。因此，将热交换器用无缝铜合金管中含有的氧含量规定为50ppm以下(优选为10ppm以下)。(d)CC是为了进一步提高0.2％耐力和疲劳强度而根据需要添加的，其含量超过20ppm时就很难采用通常的熔融浇铸法，另一方面，含量不足1ppm时得不到所希望的效果。因此，将C的含量规定为1～20ppm(优选为1～5ppm)。
实施发明的最佳方案准备原料电解铜，将电解铜在还原气氛中熔解，制成氧含量在50ppm以下的低氧铜熔液，向获得的低氧铜熔液中添加Co和Cu-15％P母合金，再根据需要，添加一定量的Co-1％C母合金制成熔融铜合金，之后浇铸到铸模中，制成直径320mm、长710mm、具有表1～表3所示成分组成的圆柱状铸锭。
用坯料加热炉将该圆柱状铜合金铸锭在温度950℃下加热保持1小时，然后进行水中挤出加工，在熔体处理的同时，制成直径100mm、厚10mm的管坯。
再次进行冷加工，将进行了这种溶体处理的管坯成型为内径6.5mm、壁厚0.25mm的无缝铜合金管，再将获得的无缝铜合金管装入光亮退火炉中，在550℃下施行退火1小时，制成本发明热交换器用无缝铜合金管(以下称为本发明管)1～14和比较热交换器用无缝铜合金管(以下称为比较管)1～5。再准备含有必须成分Fe的表3所示元素组成的常规热交换器用无缝铜合金管(以下称为常规管)1～3。
分别将这些本发明管1～14、比较管1～5和常规管1～3的一端密封，从另一端施加60kgf/cm2的内压然后释放，分别对本发明管1～14、比较管1～5和常规管1～3重复进行该周期性的内压2×107次，测定是否发生龟裂，将该结果示于表1～表3中，由此评价疲劳强度。
进一步地，分别准备与本发明管1～14、比较管1～5和常规管1～3的组成相同的拉伸试验片，按照JIS Z 2241的方法进行拉伸试验，测定0.2％耐力和伸长度，其结果示于表1～表3中，再按照JIS C 3001的四探针法测定测定长度为1m的导电率，其结果示于表1～表3中，由此评价传热特性。
表1
表2<
>表3<
号表示超出本发明条件以外)从表1～表3所示结果看出，本发明管1～14即使重复进行2×107次的周期性内压，皆不发生龟裂，与此相反，常规管1～3在1×106次以下的周期性内压时，皆发生龟裂，因此可以得知，本发明管1～14的疲劳强度比常规管1～3优良。而且可以得知，本发明管1～14的伸长度与常规管1～3相比没有特殊的差别，而对于0.2％耐力而言，本发明管1～14皆比常规管1～3优良，而且导电率也提高了。
然而，可以看出，组成超出本发明范围以外的比较管1～5，作为热交换器用无缝铜合金管，其疲劳强度、0.2％耐力、伸长度、导电率中至少一个表现出不好的特性。
如上所述，本发明的热交换器用无缝铜合金管，特别是疲劳强度和0.2％耐力优良，因此，可以有效地作为热交换器的传热管使用，特别是在普及热交换器热介质使用HFC系氟利昂的热交换器方面，能够做出极大贡献。
权利要求
1.一种0.2％耐力和疲劳强度优良的热交换器用无缝铜合金管，其特征在于，它是由这样一种铜合金制成，其中含有按重量％计Co0.02～0.2％、P0.01～0.05％，其余由Cu和不可避免的杂质构成，作为上述不可避免的杂质而含有的氧含量规定在50ppm以下。
2.一种0.2％耐力和疲劳强度优良的热交换器用无缝铜合金管，其特征在于，它是由这样一种铜合金制成，其中含有按重量％计Co0.02～0.2％、P0.01～0.05％，C1～20ppm，其余由Cu和不可避免的杂质构成，作为上述不可避免的杂质而含有的氧含量规定在50ppm以下。
全文摘要
本发明涉及主要用作热交换器传热管的无缝铜合金管,特别是涉及能够用于使用HFC系氟利昂作为热介质的热交换器传热管中的无缝铜合金管。热交换器用无缝铜合金管是由这样一种铜合金制成,其中含有按重量%计Co:0.02～0.2%、P:0.01～0.05%,根据需要还含有C:1～20ppm,其余由Cu和不可避免的杂质构成,作为上述不可避免的杂质而含有的氧含量规定在50ppm以下。
文档编号C22C9/06GK1272888SQ99800951
公开日2000年11月8日 申请日期1999年6月11日 优先权日1998年6月16日
发明者须藤雄一郎, 山道哲雄, 斋藤丰 申请人:三菱综合材料株式会社