(57)【要約】【課題】配管用等のりん脱酸銅管からなるレベルワウンドコイルの製造において、製造コストの増大を招くことなく、また環境上の問題もなく、管内に生じる炭素質皮膜を効果的に除去することができ、コイル状形態の銅管の処理にも有利に適用することの出来る新規な調質焼鈍処理を実施して、耐冷水型孔食用銅管を有利に得ることの出来る手法を提供すること。【解決手段】所定の抽伸加工が施されたりん脱酸銅からなる銅管をコイル状に巻き取って得られるレベルワウンドコイルを、かかる銅管内に、純度が９０％以上の水素ガスを封入した後、還元性雰囲気乃至は不活性雰囲気中において、３５０〜５００℃の温度に加熱することにより、焼鈍処理する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の抽伸加工が施されたりん脱酸銅からなる銅管をコイル状に巻き取って得られるレベルワウンドコイルを焼鈍処理するに際し、
かかる銅管内に、純度が９０％以上の水素ガスを封入した後、還元性雰囲気乃至は不活性雰囲気中において、３５０〜５００℃の温度に加熱することにより、前記焼鈍処理が施されるようにしたことを特徴とするレベルワウンドコイルの焼鈍方法。
【請求項２】
前記レベルワウンドコイルを構成する銅管の両管端に対して、それぞれ密封処置が施されて、かかる銅管の気密性が保持されている請求項１に記載のレベルワウンドコイルの焼鈍方法。
【請求項３】
前記焼鈍処理の時間が、３０分乃至５時間である請求項１又は請求項２に記載のレベルワウンドコイルの焼鈍方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レベルワウンドコイルの焼鈍方法に係り、特に、ビル、マンション、一般住宅等の建物用の給水・給湯配管、湯沸器用伝熱管、冷温水温調機器用配管及び伝熱管等に適用される、軟質乃至は半硬質のりん脱酸銅管からなるレベルワウンドコイルを製造するに際して、レベルワウンドコイル形態において、管内面に残留する油分に基づく炭素質皮膜の形成を有利に低減することの出来る調質焼鈍処理を行なう方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の抽伸加工が施されたリン脱酸銅からなる銅管は、それをコイル状に巻き取って得られるレベルワウンドコイルに対して、そのコイル状の形態下において焼鈍処理を施し、配管用等の軟質乃至半硬質のりん脱酸銅管のレベルワウンドコイルとされて、それぞれの用途に適用されているのであるが、そのような製造工程においては、銅管の抽伸工程で使用される抽伸油（潤滑油）が管内面に残存しているところから、その残存抽伸油が、引き続いて行なわれる調質焼鈍処理によって炭素質皮膜に変化して、管内に不均一に残留する問題を内在している。
【０００３】
すなわち、りん脱酸銅管を抽伸加工した場合において、その抽伸工程で使用された、高級炭化水素を含む抽伸油が管内に付着残存することは避けられず、そのために、引き続いて実施される焼鈍処理において、かかる高級炭化水素は、熱分解反応によって鎖式化合物の如き一次熱分解物を生成する他、環化脱水素反応や重縮合反応等の二次的な副反応が惹起されて、長鎖化合物や多環の縮合物等が生成し、通常の焼鈍雰囲気においては、焼鈍処理中、それら分子量の大なる副反応生成物が更にタールを経て炭素に変化し、そしてその炭素が皮膜状となって、銅管内に残留炭素として不均一に残留することとなるのである。
【０００４】
ところで、硬水を使用する欧米では、従来から、給水、給湯用配管として使用されるりん脱酸銅管にＩ型孔食の発生が経験されているが、かかるＩ型孔食は、銅管内に残留する前記炭素質皮膜に起因するものと推定されている。そこで、そのような炭素質皮膜の形成を防止し、或いは残留炭素質皮膜を除去するために、銅管内面を有機溶剤で洗浄して、残留する油分を除去した後に、焼鈍する方法や、酸化性混合ガスを管内に通しながら焼鈍処理する方法、或いは通常の焼鈍処理の後に、管内面に形成された炭素質皮膜をサンドブラスト等によって機械的に除去する方法等が、提案されている。
【０００５】
一方、我が国においては、使用水質が軟水であるところから、これまで、給水、給湯用りん脱酸銅管には、欧米でみられるようなＩ型孔食は殆ど経験されておらず、そのために銅管内面に残留する油分について、更にはそれに基づくところの炭素質皮膜の形成については、製造上において、問題視されるものではなかった。しかし、最近、軟水の地下水使用において経験されるようになった孔食は、その腐食形態や腐食生成物等が、欧米で経験されるＩ型孔食と類似しており、同孔食の場合と同様、銅管内の残留炭素質皮膜をなくすことが、その防止対策になることが明らかとなっている。更に、冷温水温調機器用銅管においては、水質と管内の残留炭素質皮膜の影響により、孔食が発生することが確認されており、この点においても、孔食発生の一要因である炭素質皮膜の低減は、防食の有効な手段として考えられてきている。そして、これまでの知見によれば、地下水使用時及び冷温水温調機器用の銅管における腐食発生の残留炭素の閾値は、それぞれ、５ｍｇ／ｍ2 及び２ｍｇ／ｍ2 とされており、更に両腐食を防止するためには、残留炭素量を２ｍｇ／ｍ2 以下にすることが望ましいとされているのである。
【０００６】
かかる状況下、りん脱酸銅管の製造においては、通常、外観上の商品価値の観点から、銅管内外面の酸化変色を防ぐために、管内外面に接触する雰囲気を窒素ガスやＤＸガス等の不活性ガス乃至は還元性ガス雰囲気として、焼鈍処理が施されているのであるが、そのような雰囲気下での処理では、管内に残留する抽伸油によって生じる炭素質皮膜の有効な除去は、困難なことであった。
【０００７】
また、先に指摘した対策において、欧米で提案されている、サンドブラスト等による機械的除去方法では、アルミナ等の微細粒を高速、高圧で管内に噴射するための大型設備が必要となると共に、作業中に微細粒の破砕粉が多量に発生して、噴霧状となり、環境を害する恐れがある等の問題を有している。特に、りん脱酸銅管は、その製造工程において、コイル状に巻き取られてなるレベルワウンドコイル形態において取り扱われることが少なくないが、上記した機械的除去方法は、レベルワウンドコイル（コイル状）形態の銅管の処理には適用できないという難点もある。また、管内を有機溶剤で洗浄した後に焼鈍する方法や、酸化性ガスを管内に通して焼鈍する方法は、洗浄装置や連続焼鈍炉とは異なる加熱装置を必要とすることの他、作業工程も多くなり、製造コストを増大させると共に、有機溶剤の使用に際しては、環境対策上、使用後の有機溶剤を処理する必要があり、処理費用が嵩み、製造コストの更なる増大を招くという問題も内在している。
【０００８】
さらに、特開平６−１７０３４８号公報においては、銅管長尺コイルの管内残油除去方法として、また特開平６−２２８６４９号公報においては、長尺管の焼鈍方法として、レベルワウンドコイル（コイル状）形態にある銅管に対して、その管内に不活性乃至は還元性のガスを供給しつつ、加熱・焼鈍処理を実施することにより、管内の油分乃至は潤滑油を蒸発させて、除去せしめるようにした手法も明らかにされてはいるが、そこでは、管内に所定の雰囲気ガスを流通させながら加熱焼鈍処理を実施する必要があるところから、その処理工程が複雑となったり、特別の処理装置や大型の装置が必要となる等して、処理コストが増大することとなる問題を内在していると共に、管内面に形成される炭素質皮膜を充分に低減せしめることが出来ず、そのために、孔食発生の問題を、依然として内在するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−１７０３４８号公報
【特許文献２】特開平６−２２８６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景にして、給水、給湯用や冷温水温調機器用等の銅管として使用される、軟質乃至半硬質のりん脱酸銅管を得るべく、調質のための焼鈍処理が施されるレベルワウンドコイル形態の銅管内に形成される炭素質皮膜をなくすための焼鈍方法について鋭意研究した結果、完成されたものであって、その解決課題とするところは、配管用等のりん脱酸銅管からなるレベルワウンドコイルの製造において、製造コストの増大を招くことなく、また環境上の問題もなく、管内に生じる炭素質皮膜を効果的に除去することができ、レベルワウンドコイル（コイル状）形態の銅管の処理にも有利に適用することの出来る新規な調質焼鈍処理を実施して、耐冷水型孔食用銅管を有利に得ることの出来る手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そして、本発明にあっては、上述の如き課題を解決するために、所定の抽伸加工が施されたりん脱酸銅からなる銅管をコイル状に巻き取って得られるレベルワウンドコイルを焼鈍処理するに際し、かかる銅管内に、純度が９０％以上の水素ガスを封入した後、還元性雰囲気乃至は不活性雰囲気中において、３５０〜５００℃の温度に加熱することにより、前記焼鈍処理が施されるようにしたことを特徴とするレベルワウンドコイルの焼鈍方法を、その要旨とするものである。
【００１２】
なお、かかる本発明に従うレベルワウンドコイルの焼鈍方法の望ましい態様によれば、前記レベルワウンドコイルを構成する銅管の両管端に対して、それぞれ密封処置が施されて、かかる銅管の気密性が保持されるようになっている。
【００１３】
また、本発明に従うレベルワウンドコイルの焼鈍方法の他の望ましい態様によれば、前記焼鈍処理の時間が、３０分乃至５時間であるように、構成されることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
要するに、本発明は、抽伸加工後に焼鈍による軟化処理を施して、軟質乃至半硬質のりん脱酸銅管のレベルワウンドコイルを得る手法に適用されるものであって、そこでは、抽伸加工後、調質焼鈍処理する、配管用のりん脱酸銅管のレベルワウンドコイルの製造に際し、抽伸加工した銅管の内部に高純度の水素ガスを封入して、焼鈍処理を行なうようにしているところから、焼鈍処理中、管内の水素濃度が高く維持されることとなり、これによって、抽伸油に含まれる高級炭化水素から、焼鈍時の熱分解により生成した鎖式化合物の如き一次熱分解物は、水素化反応により、その殆どが低級炭化水素に変化し、炭素質皮膜形成の原因となる遊離炭素の生成を抑制して、炭素質皮膜の形成が大幅に低減せしめられ得るようになったことにより、冷水型腐食の発生が効果的に防止され得ることとなるのである。
【００１５】
また、そのような本発明によれば、レベルワウンドコイルを構成するりん脱酸銅管内に高純度の水素ガスを封入するだけで、通常の加熱炉を用いて、加熱焼鈍処理を施すことが出来るところから、焼鈍処理中における不活性ガスや還元性ガスの銅管内への新たな供給システムを構築する必要がなく、そのために、焼鈍工程を簡略化することができ、また特別の装置を準備する必要もないところから、製造コストの増大を効果的に回避することが出来ることとなったのであり、更に、洗浄のための有機溶剤も使用するものではないために、環境上の問題も何等惹起されることがない等の特徴も有しているのである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ところで、かくの如き本発明が適用されるレベルワウンドコイルは、りん脱酸銅からなる銅管に対して、ポリブテンを主成分とする抽伸加工油を用いた通常の抽伸加工を施した後、例えば、特開２００２−３７０８６９号公報、特開２００４−２０１２号公報や特開２００７−１９１３１１号公報等に示される如き公知の手法に従って、コイル状に巻き取って得られるものであって、そのような銅管の内面には、必然的に抽伸加工油が付着しているのである。そして、そのような残留抽伸加工油が焼鈍による加熱によって熱分解されると、モノマーであるイソブチレン等の鎖式化合物を一次熱分解物として生成することとなり、更に従来においては、環化脱水素反応や重縮合反応等の更なる二次的な反応が惹起されて、炭素質皮膜が形成されるようになるのである。
【００１７】
本発明にあっては、そのようなレベルワウンドコイル形態にあるりん脱酸銅管の焼鈍処理に際して、炭素質皮膜が銅管内面に形成されるのを大幅に低減し、或いは阻止すべく、かかる銅管内の雰囲気を、純度が９０％以上の高純度な水素ガスにて置換し、そして管内に封入せしめた後、焼鈍処理を実施するようにしたのである。なお、この水素ガスの銅管内への封入には、管内に存在する水素ガスが管外に容易に漏出しないようにする公知の各種の手段が採用されることとなるが、一般に、レベルワウンドコイルを構成する銅管の両管端が、それぞれピンチシール等により密封処置されて、かかる銅管の気密性を保持するようにした構造が有利に採用されることとなる。
【００１８】
このように、高純度の水素ガスにて、銅管内が水素雰囲気とされているところから、抽伸加工油の一次熱分解によって生成するイソブチレン等の分解生成物は、水素化分解反応や水素付加反応により、メタン、エタン、プロパン等の低分子量の飽和炭化水素に分解されるようになるのであり、また、それら反応性の低い揮発性成分が増加することとなるために、環化脱水素反応や重縮合反応等の二次的な反応が効果的に抑制され、その結果として、残留油の成分となる、比較的分子量の大きな化合物の生成が減少することとなるのであり、更に水素付加反応のために、脱水素反応が抑制される方向となるために、炭素質の生成が惹起され難くなるのである。そして、それらの理由から、銅管内に残留抽伸油が存在していても、炭素質皮膜の形成が、有利に低減乃至は阻止され得るものと考えられるのである。
【００１９】
ここで、そのような銅管内に封入せしめられる水素ガスは、純度が９０％以上である必要があり、それよりも純度が低くなると、炭素質皮膜が形成され易くなって、本発明の目的を充分に達成し難くなるのである。特に、本発明にあっては、有利には、純度が９５％以上、中でも、９８％以上の水素ガスが好適に用いられて、本発明の目的が有利に達成されることとなる。
【００２０】
また、かかる銅管内に高純度水素ガスが封入されてなるレベルワウンドコイルに対する焼鈍処理は、管表面の変色を防止するために、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス乃至はＤＸガス等の還元性ガスからなる雰囲気中において実施され、更に、その際における加熱温度としては、３５０〜５００℃の温度下において、特に好ましくは４３０〜４８０℃の温度下において加熱処理することにより、焼鈍されることとなる。
【００２１】
なお、上記の焼鈍処理に際して、そのための加熱温度が低くなり過ぎると、抽伸油の主成分であるポリブテンの熱分解を有利に行ない難くなるからである。そのような抽伸油中のポリブテンが熱分解されても、本発明にあっては、銅管内に高純度の水素ガスが封入されているところから、熱分解後の生成物として不飽和炭化水素が形成され難く、そのために、熱分解生成物が縮合重合を経て、炭素皮膜化することが、有利に阻止され得ることとなるのである。しかしながら、焼鈍のための加熱温度が高くなり過ぎると、抽伸油のその他の成分である鉱油の熱分解が惹起され、その熱分解生成物は、高純度の水素ガスの存在下においても、容易に不飽和炭化水素となって、炭素皮膜を形成し易くなるところから、本発明にあっては、抽伸油中の鉱油の熱分解を抑制する温度域において焼鈍することで、残留炭素の形成を有利に防止するようにしているのである。
【００２２】
また、そのような温度域における焼鈍処理を効果的に進行せしめる上において、本発明にあっては、一般に、３０分乃至５時間の焼鈍時間（加熱時間）が採用されることとなるのである。なお、この焼鈍時間が短くなりすぎると、レベルワウンドコイルを構成するりん脱酸銅管の焼鈍を充分に行ない難くなって、目的とする調質銅管を得ることが困難となるからであり、また焼鈍時間が長くなり過ぎても、同様な問題に加えて、鉱油の熱分解や副反応が惹起される恐れが高くなり、炭素質皮膜が形成される恐れが高くなるという問題を内在することとなる。
【００２３】
このような本発明に従って、焼鈍処理して得られたレベルワウンドコイルのりん脱酸銅管にあっては、その目的とする調質が施されてなると共に、管内に封入された高純度水素ガスの存在によって、抽伸加工に用いられた抽伸油（潤滑油）に含まれる高級炭化水素から炭素質皮膜を形成する、遊離炭素の生成を効果的に抑制乃至は阻止し得ることにより、地下水使用時及び冷温水温調機器用の銅管における、それぞれの腐食を防止するために要請される残留炭素量の閾値：２ｍｇ／ｍ2 以下が、有利に実現され得ることとなるのであり、特に残留炭素量を１ｍｇ／ｍ2 以下と為し得て、調質されたりん脱酸銅管における冷水型腐食の発生を有利に防止することが可能となったのである。
【実施例】
【００２４】
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００２５】
なお、以下の実施例及び比較例において、それぞれ、調質されたりん脱酸銅管の管内に残存する炭素質皮膜量は、以下の方法で測定されて、遊離炭素量が求められた。
【００２６】
すなわち、先ず、調質して得られた銅管の管内にヘキサンを充填して、残留油分を除去した後、管内を乾燥せしめ、次いで塩酸と硝酸から構成される混酸を管内に注入して、管内全表面を溶解することにより、残留した炭素質皮膜を剥離させて、混酸中に懸濁させる。その後、かかる炭素質皮膜を懸濁した混酸を、予め加熱処理したガラス濾紙を用いて吸引濾過し、かかる濾紙上に炭素質皮膜を採取する。そして、その採取した炭素質皮膜を、蛍光Ｘ線装置を用いて分析して定量化することにより、遊離炭素量を求めた。
【００２７】
−実施例１−
りん脱酸銅（ＪＩＳ  Ｈ３３００  Ｃ１２２０）を材質とする管材を、抽伸油として、炭化水素系高分子化合物を主成分とする、動粘度：５００ｃＳｔ（４０℃）、残留炭素分：０．０１％の市販の潤滑油を用いて抽伸加工することにより、管外径：１５．８８ｍｍ、肉厚：０．７１ｍｍ、長さ：３５０ｍの抽伸管を得て、これを、従来と同様にして、外径：９８ｃｍ、内径：５６ｃｍのレベルワウンドコイル形態のコイル状に巻き取った。
【００２８】
次いで、この得られたりん脱酸銅管からなるレベルワウンドコイル（ＬＷＣ）において、その銅管内部の雰囲気を、純度：９９．９％の水素ガスを吹き込むことによって置換した後、レベルワウンドコイルを構成する銅管の両末端部を潰して、密封した。その後、かかる水素ガスの封入された銅管のレベルワウンドコイルを、ＤＸガス雰囲気中において、４５０℃の温度で６０分間加熱処理することにより、焼鈍処理を実施した。
【００２９】
そして、そのようなレベルワウンドコイル形態で焼鈍処理して得られたりん脱酸銅管について、その管内に残留する炭素質皮膜量を、前述の測定手法に従って測定して、その結果を、下記表１に示した。なお、銅管内の残留炭素皮膜量は、レベルワウンドコイル（ＬＷＣ）の内周部、中央部及び外周部に位置する部分について、それぞれ測定した。
【００３０】
−比較例１−
実施例１と同じ条件で抽伸加工して得られた、同一材質、同一寸法のりん脱酸銅管をコイル状に巻き取って形成されるレベルワウンドコイルを用い、その銅管の内部を、純度：９９．９％の水素ガスにより置換して、封入した後、ＤＸガス雰囲気中において、５５０℃の温度で６０分間の焼鈍処理を施した。そして、その焼鈍後のレベルワウンドコイルの各部位における銅管内の残留炭素皮膜量を、それぞれ実施例１と同様に測定し、その結果を、下記表１に併せ示した。
【００３１】
−比較例２−
実施例１と同じ条件で抽伸加工して得られた、同一材質、同一寸法のりん脱酸銅管を、コイル状に巻き取って形成されるレベルワウンドコイルを用いて、その銅管の内部を、（窒素ガス＋５％水素ガス）の混合ガスで置換して、封入した後、実施例１と同様の焼鈍処理を施した。そして、その焼鈍後のレベルワウンドコイルにおける各部位に位置する銅管内部の残留炭素皮膜量を、それぞれ実施例１と同様にして測定し、その結果を、下記表１に併せ示した。
【００３２】
−比較例３−
実施例１と同じ条件で抽伸加工して得られた、同一材質、同一寸法のりん脱酸銅管を、コイル状に巻き取って形成されるレベルワウンドコイルを用いて、その銅管の内部を、（窒素ガス＋５％水素ガス）の混合ガスにて置換し、封入した後、比較例１と同様な焼鈍処理を施した。そして、その焼鈍後のレベルワウンドコイルの各部位に位置する銅管内部の残留炭素皮膜量を、それぞれ実施例１と同様にして測定し、その結果を、下記表１に併せ示した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
かかる表１の結果から明らかなように、本発明に従って焼鈍処理して得られた、実施例１に係るりん脱酸銅管のレベルワウンドコイル（ＬＷＣ）は、その内周部、中央部及び外周部の何れの部位においても、管内残留炭素皮膜量が１ｍｇ／ｍ2 以下をなるものであって、従来より大幅に減少したものとなっており、また、管内面の酸化変色も認められず、外観品質も優れたものとなっているのである。
【００３５】
一方、比較例１〜３において焼鈍処理して得られた、レベルワウンドコイル（ＬＷＣ）の銅管にあっては、残留炭素皮膜量が多く、そのために、冷水型の腐食が発生し易いことが認められるのである。