本發明涉及作為空調、熱泵熱水器(ecocute)等交叉翅片型換熱器的導熱管用的、加工性優異的內面帶槽管。
背景技術:
一直以來,室內空調、箱型空調等空調機用換熱器的導熱管或制冷劑配管大多采用無縫銅管,使用在強度、加工性、導熱性等各物性、以及材料和加工成本方面取得平衡的磷脫氧銅管(jish3300c1220t)。
這些換熱器中,主要由對內面實施了螺旋狀的槽加工的銅管(以下,內面帶槽管)、和包含鋁或鋁合金板的翅片(以下為鋁翅片)構成。具體而言,對于換熱器的導熱部,使彎曲加工(以下,發夾彎曲加工)成u字形的銅管通過鋁翅片的貫穿孔,在經發夾彎曲加工的銅管內插入夾具而進行擴徑,從而使內面帶槽管與鋁翅片密合。并且,進一步使該發夾彎曲銅管的開放端擴徑,在該擴徑開放端部插入同樣彎曲加工成u字形的彎銅管,通過磷銅釬料等釬焊材料,將彎銅管釬焊至內面帶槽管的擴徑開放端部而使其連接,制成換熱器。
近年來,作為導熱管使用的銅管中,隨著導熱性能的提高、成本降低的要求而需要減少重量、即細徑化和薄壁化,即使在發夾彎曲加工條件下也有發夾彎曲間距變小且嚴格的傾向。具體而言,進行薄壁化直至壁厚相對于外徑的比(t/d)為0.04以下,在發夾彎曲間距小且嚴格的發夾彎曲條件下進行時,存在如下課題:發夾彎曲的內側部分產生褶皺,或彎曲部分偏平,或顯著損壞外觀品質上的價值,極端時發生斷裂。
作為研究了改善這種彎曲加工性的銅管,發現:在含有0.1~3.0質量%的sn、0.005~0.1質量%的p的銅合金中,通過使平均晶體粒徑穩定地控制為30μm以下,使加工性優異(專利文獻1)。
另外,提出了:著眼于織構,將屬于軋制織構的β纖維的cu取向、s取向、brass取向的各取向的平均面積率之和設為10~25%的范圍,從而能夠改善銅管的斷裂強度和彎曲加工性(專利文獻2)。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本專利第5107841號
專利文獻2:日本專利第5464659號
技術實現要素:
發明要解決的問題
然而,對于上述現有技術,平滑管中,雖然可以期待較大的效果,但是在作為導熱管大多使用的內面帶槽管中,除了進行作為平滑管的制造工序的熱擠壓、冷軋、冷拔以外,還進行中間退火、冷拔、最終退火,內面帶槽的銅管中還不能說形成了充分的對策。
因此,本發明的目的在于,能夠解決上述現有的問題,提供具有優異的彎曲加工性的換熱器用內面帶槽的銅管。
用于解決問題的方案
本發明人等為了解決上述課題,反復進行了深入研究,結果發現,將銅合金的組成設為特定的組成,使用具有該組成的銅合金制造內面帶槽管時,在從中間熱處理至最終熱處理之間的加工中,通過將外徑減少率設為6~16%,將再結晶織構的goss取向的取向密度控制在3.2以下,能夠得到加工性優異的內面帶槽管,至此完成了本發明。
即,本發明(1)提供一種換熱器用內面帶槽管,其特征在于,其為銅合金制的換熱器用內面帶槽管,
該銅合金含有0.004~0.040質量%的p、且余量由cu和不可避免的雜質組成,
該銅合金的再結晶織構的goss取向的取向密度為大于0且3.2以下。
另外,本發明(2)提供(1)所述的換熱器用內面帶槽管,其特征在于,前述銅合金還含有總和為0.07質量%以下的選自由fe、mn、mg、cr、ti和zr組成的組中的1種或2種以上元素。
另外,本發明(3)提供換熱器用內面帶槽管的制造方法,其特征在于,其為依次進行鑄造工序、熱擠壓加工、冷加工、中間熱處理、滾軋成形加工和最終熱處理;或者依次進行鑄造工序、冷加工、中間熱處理、滾軋成形加工和最終熱處理的換熱器用內面帶槽管的制造方法,
該鑄造工序中,鑄造含有0.004~0.040質量%的p、且余量由cu和不可避免的雜質組成的銅合金,
從該中間熱處理至該最終熱處理之間的加工中的外徑減少率為6~16%。
另外,本發明(4)提供(3)所述的換熱器用內面帶槽管的制造方法,其特征在于,前述銅合金還含有總和為0.07質量%以下的選自由fe、mn、mg、cr、ti和zr組成的組中的1種或2種以上元素。
發明的效果
根據本發明,能夠提供具有優異的彎曲加工性的換熱器用內面帶槽管。
附圖說明
圖1為示出發夾彎曲部分的示意圖。
圖2為示出內面帶槽管的槽形狀的示意性截面圖。
圖3為示出內面帶槽管的槽形狀的示意性截面圖。
具體實施方式
本發明的換熱器用內面帶槽管的特征在于,其為銅合金制的換熱器用內面帶槽管,
該銅合金含有0.004~0.040質量%的p、且余量由cu和不可避免的雜質組成,
該銅合金的再結晶織構的goss取向的取向密度為大于0且3.2以下。
首先,針對形成本發明的換熱器用內面帶槽管的銅合金的織構和特性進行說明。
對于形成本發明的換熱器用內面帶槽管的銅合金,在其再結晶織構中,微細均勻地存在晶粒,對goss取向的取向密度低至3.2以下。
在此,針對銅材料的織構進行說明。對于銅等多晶材料,大多具有晶粒沿若干特定方位取向的組織、即織構。作為上述取向,有cube取向、goss取向、brass取向、s取向、copper取向等。另外,晶體取向均勻分散而無堆積時,織構稱為無規。另外,已知:織構的體積分率變化時,塑性各向異性發生變化。
上述織構即使為相同的晶系也根據加工方法而不同。銅管通常通過擠壓而制造,在基于擠壓的銅管的織構的情況下,與基于軋制的板材的織構的情況同樣地以擠壓管坯的擠壓面與擠壓方向(對擠壓管坯進行軋制加工時軋制面與軋制方向)表示。擠壓面以表示面的米勒指數(hkl)表達,擠壓方向以表示方向的米勒指數[uvw]表達(h、k、l、u、v和w為整數)。并且,以滿足hu+kv+lw=0的條件的方式,切換h、k及l和u、v及w的順序而匯總得到的24種等效的取向組,表示為{h,k,l}<u,v,w>,作為取向的通常表示。
基于上述表達方法,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>
上述織構的取向密度是指將各取向相對于無規的取向的強度以比率的形式表示。本發明中,自這些取向偏移±10度以內的取向定義為相同的取向。但是,關于copper取向和s取向,將偏移±9度以內的取向定義為相同的取向。
上述取向密度的分布例如通過使用x射線衍射法求出晶體取向分布函數(odf)來測定。具體而言,由利用x射線衍射裝置測定的極像圖利用三維取向分析求出odf,從而求出各晶體取向的取向密度。odf中,通過bunge提出的級數展開法將偶數項的展開次數設為22次、將奇數項的展開次數設為19次而計算。需要說明的是,取向密度以特定方位的取向密度與具有無規取向的試樣的取向密度之比表示,記為無規比。對于無規強度ir,通過下式自檢測體試樣強度ic算出。
上述數式中,α、β為測定角度,δs為步進角度。
本發明的換熱器用內面帶槽管中,從彎曲加工性提高的觀點出發,將形成內面帶槽管的銅合金的“無規的織構”中的、goss取向的取向密度的允許量設為3.2以下,盡量使goss取向的取向密度低。需要說明的是,使形成內面帶槽管的銅合金的無規的織構中的goss取向消失(使取向密度為0)在制造上是困難的,因此本發明的換熱器用內面帶槽管中,形成內面帶槽管的銅合金的goss取向的取向密度大于0。
并且,本發明的換熱器用內面帶槽管中,如果將使內面帶槽管的發夾彎曲加工性降低的goss取向的取向密度設為3.2以下,則r值變成1以上,能夠抑制發夾彎曲加工中的彎曲部內側的壓曲(buckling)、彎曲部的扁平。即,對于本發明的換熱器用內面帶槽管,通過使形成內面帶槽管的銅合金的goss取向的取向密度為大于0且3.2以下,能夠抑制發夾彎曲加工中的彎曲部內側的壓曲、彎曲部的扁平,因此,具有優異的加工性。
與此相對,形成內面帶槽管的銅合金的goss取向的取向密度超過3.2時,銅管的織構中的具有goss取向的晶粒變得過多,因此,銅管的r值顯著變小,在發夾彎曲加工中變得無法使內面帶槽管平衡性良好地變形。其結果,內面帶槽管的彎曲部內側的壓曲、彎曲部的扁平化極端時,產生裂紋。
對于除了構成無規的織構的goss取向以外的上述各取向的取向密度,如果在通常的內面帶槽管的制造條件或制造方法的情況下,則各為10以內,例如幾乎不會變大至超過10。并且,本發明的換熱器用內面帶槽管中,除形成內面帶槽管的銅合金的goss取向以外的上述各取向的取向密度各為10以內,內面帶槽管的制造工序中難以產生較大變化,對內面帶槽管的發夾彎曲加工性不會有較大影響。
另外,本發明的換熱器用內面帶槽管中,形成內面帶槽管的銅合金的平均晶體粒徑優選為30μm以下。內面帶槽管的厚度為較厚時,幾乎沒有影響,但根據輕量化、薄壁化的要求,內面帶槽管的厚度尤其薄壁化成200μm以下時,該晶體粒徑的尺寸的影響顯著變大。即,銅合金的平均晶體粒徑過大時,無法避免由對內面帶槽管的圓周方向施加的拉伸力導致產生裂紋時的“應變的集中”,在發夾彎曲加工中無法進行良好的變形。其結果,即使控制上述goss取向的取向密度,有時也難以維持良好的發夾彎曲加工性。
關于銅合金的平均晶體粒徑,對于與內面帶槽管的軸向平行的面,通過jish0501規定的切斷法,測定內面帶槽管的壁厚方向的平均晶體粒徑,將在內面帶槽管的軸向的任意10個位置測定的結果進行平均,作為平均晶體粒徑(μm)。
接著,對于形成本發明的換熱器用內面帶槽管的銅合金的成分組成進行說明。形成本發明的換熱器用內面帶槽管的銅合金含有0.004~0.040質量%的p、且余量由cu和不可避免的雜質組成。
另外,形成本發明的換熱器用內面帶槽管的銅合金除了含有p以外,還可以含有總和為0.07質量%以下的選自由fe、mn、mg、cr、ti和zr組成的組中的1種或2種以上元素。即,形成本發明的換熱器用內面帶槽管的銅合金含有0.004~0.040質量%的p,總和為0.07質量%以下的選自由fe、mn、mg、cr、ti和zr組成的組中的1種或2種以上元素,且余量由cu和不可避免的雜質組成。
銅合金中的p的含量超過0.04質量%時,應力腐蝕裂紋敏感性變高,且導熱率大幅度降低,另外,p的含量低于0.004質量%時,由于脫氧不足而氧量增加且氫脆化的敏感性提高,鑄錠的健全性降低。因此,形成本發明的換熱器用內面帶槽管的銅合金的p含量為0.004~0.040質量%。
fe、mn、mg、cr、ti和zr均使銅合金的強度、耐壓斷裂強度和耐熱性提高,使晶粒微細化,從而提高內面帶槽管的彎曲加工性。但是,銅合金含有選自由fe、mn、mg、cr、ti和zr組成的組中的1種或2種以上元素時,若這些元素的總含量超過0.07質量%,則擠壓壓力上升,因此,以與不添加這些元素的情況相同的擠壓力進行擠壓時,需要提高熱擠壓溫度,由此,擠壓材的表面氧化變多,因此,內面帶槽管中多發表面缺陷。另外,銅合金中的選自由fe、mn、mg、cr、ti和zr組成的組中的1種或2種以上元素的總含量超過0.07質量%時,goss取向的取向密度超過3.2。因此,形成本發明的換熱器用內面帶槽管的銅合金含有選自由fe、mn、mg、cr、ti和zr組成的組中的1種或2種以上元素時,銅合金中所含有的這些元素的含量的總和為0.07質量%以下、優選為0.01~0.07質量%。
本發明的換熱器用內面帶槽管的壁厚相對于外徑的比(t/d)優選為0.020~0.050、特別優選為0.025~0.050。
本發明的換熱器用內面帶槽管的制造方法的特征在于,其為依次進行鑄造工序、熱擠壓加工、冷加工、中間熱處理、滾軋成形加工和最終熱處理;或者依次進行鑄造工序、冷加工、中間熱處理、滾軋成形加工和最終熱處理的換熱器用內面帶槽管的制造方法,
該鑄造工序中,鑄造含有0.004~0.040質量%的p、且余量由cu和不可避免的雜質組成的銅合金,
從該中間熱處理至該最終熱處理之間的加工中的外徑減少率為6~16%。
另外,本發明的換熱器用內面帶槽管的制造方法的特征在于,其為依次進行鑄造工序、熱擠壓加工、冷加工、中間熱處理、滾軋成形加工和最終熱處理;或者依次進行鑄造工序、冷加工、中間熱處理、滾軋成形加工和最終熱處理的換熱器用內面帶槽管的制造方法,
該鑄造工序中,鑄造含有0.004~0.040質量%的p、和總和為0.07質量%的選自由fe、mn、mg、cr、ti和zr組成的組中的1種或2種以上元素、且余量由cu和不可避免的雜質組成的銅合金,
從該中間熱處理至該最終熱處理之間的加工中的外徑減少率為6~16%。
本發明的換熱器用內面帶槽管的制造方法中,依次進行鑄造工序、熱擠壓加工、冷加工、中間熱處理、滾軋成形加工和最終熱處理;或者依次進行鑄造工序、冷加工、中間熱處理、滾軋成形加工和最終熱處理。需要說明的是,如果依次進行這些工序,則可以根據需要在不損害本發明效果的范圍內,在這些工序之間進行各種加工或熱處理。
鑄造工序中,對含有規定量的規定化學成分的銅合金的鑄錠進行鑄造,制作規定尺寸的鋼坯。例如,鑄造工序中,將原料的電解銅在木炭覆蓋的狀態下熔解,熔解銅后,兼顧脫氧而添加p作為cu-15質量%p中間合金。成分調節結束后,通過半連續鑄造制作規定尺寸的鋼坯。
熱擠壓加工中,首先,在熱擠壓加工前將上述鋼坯用加熱爐加熱至規定的溫度,進行均質化處理。然后,熱擠壓通過芯棒擠壓進行,即向加工前以冷加工預穿孔的鋼坯、或者擠壓前以熱加工穿孔的鋼坯中插入芯棒的狀態下,進行熱擠壓,得到無縫熱擠壓管坯。
將通過進行熱擠壓加工而得到的無縫熱擠壓管坯在熱擠壓后迅速冷卻。冷卻如下進行:將無縫熱擠壓管坯向水中擠壓;或,將熱擠壓后的無縫熱擠壓管坯向水中投入,從而進行。
冷加工中,對擠壓管坯進行軋制加工和拉拔加工,使外徑和壁厚減少。軋制加工中,通過使加工率以截面減少率計為92%以下,能夠降低軋制時的制品不良。拉拔加工通常通過多次加工進行,通過使1次拉拔中的加工率(截面減少率)為35%以下,能夠降低管坯中的表面缺陷和內部裂紋。
中間熱處理中,通過以保持溫度400~700℃進行加熱,使滾軋成形加工工序中的滾軋成形加工變得容易。中間熱處理的升溫速度為20℃/分鐘以上、優選為40℃/分鐘以上。中間熱處理中的保持溫度低于400℃時,goss取向的織構過于發達,因此,goss取向的取向密度超過3.2,無法得到良好的發夾彎曲加工性,另外,超過700℃時,晶粒粗大化,成為滾軋成形加工中的外觀不良的原因。
滾軋成形加工為在管材料的內面進行形成內面槽的滾軋成形加工的工序,在中間熱處理后的無縫管內配置對外面實施了螺旋狀的槽加工的滾軋成形插塞,通過高速旋轉的多個滾軋成形球,從管的外徑按壓,將滾軋成形插塞的槽轉印至管的內面,從而進行。另外,通常,進行中間熱處理后,根據減小銅管直徑的縮徑加工而進行滾軋成形加工。
本發明的換熱器用內面帶槽管的制造方法中,對于進行中間熱處理后至進行最終熱處理前之間的加工來說,本發明的換熱器用內面帶槽管的制造方法中,在進行中間熱處理后至進行最終熱處理前之間,根據縮徑加工而進行滾軋成形加工。并且,進行中間熱處理后至進行最終熱處理前之間的加工中的外徑加工度對于再結晶織構的形成賦予較大影響。因此,在本發明的換熱器用內面帶槽管的制造方法中,通過使從中間熱處理至最終熱處理之間的加工中的外徑減少率為16%以下,能夠使再結晶織構中的goss取向的取向密度為3.2以下。但是,即使想要使滾軋成形加工中的外徑減少率為低于6%,內面上無法保持用于進行帶槽加工的插塞而無法進行滾軋成形加工。因此,本發明的換熱器用內面帶槽管的制造方法中,將從中間熱處理至最終熱處理之間的加工中的外徑減少率設為6~16%。需要說明的是,從中間熱處理至最終熱處理之間的加工中的外徑減少率是指:由“((加工前的外徑-加工后的外徑)/加工前的外徑)×100”的式子算出的,進行縮徑加工和滾軋成形加工的本發明的換熱器用內面帶槽管的制造方法中,縮徑和滾軋成形加工后的管的外徑相對于縮徑和滾軋成形加工前的管的外徑的減少率。
最終熱處理中,優選將保持溫度設為400~600℃。另外,最終熱處理的處理時間以內面帶槽管的拉伸強度、0.2%彈性極限應力(proofstress)和伸長率成為規定范圍的方式適宜選擇。
在此,最終熱處理中的冷卻速度緩慢時,冷卻過程中goss取向變得容易達成,難以使內面帶槽管的織構中的goss取向的取向密度為3.2以下,另外,冷卻過程中晶粒變得容易粗大化。因此,最終熱處理的冷卻速度為1.0℃/分鐘以上、優選為5.0℃/分鐘以上、特別優選為20.0℃/分鐘以上。另外,為了不使晶粒粗大化,最終熱處理中的室溫至規定溫度的平均升溫速度也較快為優選。最終熱處理中的升溫速度與5℃/分鐘相比慢時,即使加熱至相同溫度也容易使晶粒粗大化,耐壓斷裂強度和發夾彎曲加工性容易變低,還會變得阻礙生產率。因此,最終熱處理中的室溫至規定溫度的平均升溫速度優選為5℃/分鐘以上。
以下,舉出實施例對本發明進一步進行具體說明,但其僅為示例,并不限定本發明。
實施例
以下,示出內面帶槽的銅管的實施例。
(1)對表1示出的化學成分的鑄錠進行熔解和鑄造,制作熱擠壓用的鋼坯。(2)加熱上述鋼坯,在850℃下進行熱擠壓,得到擠壓管坯。接著,將熱擠壓的擠壓管坯在水中進行擠壓并驟冷。
·擠壓前以熱加工進行內徑約75mm穿孔。
·擠壓管坯的外徑為102mm、內徑為75mm。
(3)將上述擠壓管坯通過pilgermill軋制機進行冷軋,得到軋制管坯。
·軋制管坯的外徑為46mm、內徑為39.8mm。
·冷軋中的加工度(截面減少率)為88.9%。
截面減少率(%)=((加工前的截面積-加工后的截面積)/加工前的截面積)×100
(4)將上述軋制管坯以冷加工進行多次拉拔,得到拉拔管坯。
·拉拔管坯的外徑為7.8~10.0mm、底壁厚為0.19~0.25mm。
·冷拔整體中的加工度以截面減少率計為97.1~98.3%。
·冷軋和冷拔的總加工度、即冷加工的總加工度以截面減少率計為99.8~99.9%。
(5)將上述拉拔管坯進行中間熱處理,得到用于供至滾軋成形加工的原管。
·中間熱處理以保持溫度530℃實施。
(6)將上述原管進行球滾軋成形加工,得到內面帶槽管。
<內面帶槽管的尺寸規格>
·外徑:7.0mm
·壁厚(圖2中、符號t):0.17mm
·翅片高度(圖2中、符號h):0.16mm
·翅片頂角(圖2中、符號γ):10°
·槽條數:45條
·導程角(leadangle)α(圖3中、符號α):30°
·滾軋成形加工中的加工度由下式算出。
截面積減少率(%)=((加工前的截面積-加工后的截面積)/加工前的截面積)×100
外徑減少率(%)=((加工前的外徑-加工后的外徑)/加工前的外徑)×100
壁厚減少率(%)=((加工前的底壁厚-加工后的底壁厚)/加工前的壁厚)×100
(7)將上述內面帶槽管卷取于圓筒狀的整列多層卷,制作自內面側解卷的方式的lwc。然后,進行下述條件的最終熱處理,得到內面帶槽管(平繞盤管(levelwoundcoil(lwc)))。
·熱處理方法:以輥底連續退火爐進行。
·條件:保持溫度以500℃實施。
[表1]
關于制造的內面帶槽管,以如下方法評價平均晶體粒徑、晶體取向分布函數(odf)、拉伸特性、發夾彎曲加工性。將其結果記載于表2。
<平均晶體粒徑>
對于與銅管的軸向平行的面,通過jish0501規定的切斷法,測定銅管的壁厚方向的平均晶體粒徑,將在銅管的軸向的任意10個位置測定的結果進行平均,作為平均晶體粒徑(μm)。
<晶體取向分布函數(odf)>
由通過x射線衍射裝置(rigakucorporation制的rint2000)測定的極像圖利用三維取向分析求出odf,由此求出各晶體取向的取向密度。對于odf,通過bunge提出的級數展開法將偶數項的展開次數設為22次、將奇數項的展開次數設為19次來計算。需要說明的是,取向密度以特定方位的取向密度與具有無規取向的試樣的取向密度之比表示,記為無規比。對于無規強度ir,由檢測體試樣強度ic通過下式算出。
<拉伸特性>
通過拉伸試驗測定r值。試驗片設為jisz2201的11號試驗片,錘打夾持部而制成平片。對該試驗片用英斯特朗型精密萬能試驗機施加20%應變,測定銅管的外徑變化量、壁厚變化量,算出r值。
<發夾彎曲加工性>
將芯軸的外徑設為6.15mm、將彎曲間距設為16mm,進行發夾加工性的評價。對于各實施例和比較例的內面帶槽管,進行各20根的試驗。評價如下。
(i)褶皺產生
計數發夾彎曲的內側部分產生褶皺的內面帶槽管的數量,以下述式求出褶皺產生率。將褶皺產生率為0%的情況設為合格(○)。
褶皺產生率(%)=(產生褶皺的管的根數/進行試驗的管的根數)×100
(ii)扁平率
以下述算出發夾彎曲后的彎曲部的扁平率。
扁平率(%)=((最大外徑-最小外徑)/公稱外徑)×100
需要說明的是,測定位置為發夾彎曲部的45°、90°、135°位置,公稱外徑在本例中為7.0mm。需要說明的是,發夾彎曲部的45°、90°、135°是指如圖1所示,使內面帶槽管彎曲45°的位置(符號a)、彎曲90°的位置(符號b)、彎曲135°的位置(符號c)。求出試驗的各內面帶槽管的扁平率,將扁平率的平均值為15%以下的情況設為合格(○)。
[表2]
實施例e1~e6中,如表1所示通過將滾軋成形工序中的外徑減少率設為6~16%,表2示出的再結晶織構中的goss取向的取向密度為3.2以下,r值高至1以上。另外,在e7~e12中,通過使外徑減少率也為6~16%,goss取向的取向密度也為3.2以下,r值也高至1以上。由此,實施例e1~e12中,能夠得到良好的發夾彎曲加工性。
對于比較例c1、c2,由于滾軋成形加工中的外徑減少率低于6%,無法保持用于對內面進行帶槽加工的插塞,而無法進行滾軋成形加工。
比較例c3~c5中,雖然能夠進行滾軋成形加工,但是由于外徑減少率超過16%,goss取向的取向密度與3.2相比變高,r值降低為低于1,無法得到必要的發夾彎曲加工性。
比較例c6~c12中,由于成分組成超過規定量,即使外徑減少率為6~16%,goss取向的取向密度也會變高,發夾彎曲加工性變低。
附圖標記說明
l管軸
p彎曲間距
t壁厚(底壁厚)
h翅片高度
s內面槽的最深位置
γ翅片頂角
α導程角