JPS5933181B2 - Copper alloy for burner head - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた耐酸化性、熱間加工性、および被
削性を有し、かつ灯油や、その他種々のガスを燃料とし
て使用するバーナ（燃焼加熱器）のバーナーヘッド（火
口）の製造に用いるのに適した銅合金に関するものであ
る。Detailed Description of the Invention The present invention provides a burner (combustion heater) that has excellent oxidation resistance, hot workability, and machinability, and uses kerosene and various other gases as fuel. It relates to a copper alloy suitable for use in the manufacture of burner heads.

従来、この種のバーナーのバーナーヘッドは、鋳鉄鋳物
や黄銅ダイカスト品からなっていたが、前記鋳鉄鋳物で
は鉄さび発生の問題、はた前記黄銅ダイカスト品では使
用中に内在する気孔がふくれて変形を起すなどの問題が
あることから、最近では黄銅（Ｃｕ−４０％Ｚｎ）にｐ
ｂを０．５〜２％含有させたものからなるＣ ｕ−Ｚ
ｎ系合金の丸棒素材に、熱間型鍛造および仕上機械切削
を施すことによって製造したものが広く使用されている
。Traditionally, burner heads for this type of burner have been made of cast iron or die-cast brass, but the cast iron has problems with iron rust, and the die-cast brass has pores that swell up during use, causing deformation. Recently, brass (Cu-40%Zn) has been
Cu-Z containing 0.5 to 2% b
Products manufactured by subjecting N-based alloy round bar materials to hot die forging and finishing machine cutting are widely used.

通常、上記バーナーヘッドは、４５０〜５００°Ｃの温
度で使用されるため、上記材質のものでも十分な耐酸化
性を示し、所期の使用寿命をもつものであった。Since the above-mentioned burner head is usually used at a temperature of 450 to 500°C, even those made of the above-mentioned material exhibit sufficient oxidation resistance and have the expected service life.

しかし、近年、燃料節減の目的でバーナーの加熱方式に
改良がなされ、より完全燃焼を図るようになってきたた
め、これに付随してバーナーヘッドの使用温度も６００
〜６５０℃に上昇し、この温度では上記材質のバーナー
ヘッドでは酸化が著しく、使用寿命はきわめて短かくな
らざるを得ないものであった。However, in recent years, improvements have been made to the burner heating method for the purpose of saving fuel, and it has become possible to achieve more complete combustion.
At this temperature, the burner head made of the above-mentioned material undergoes significant oxidation and its service life must be extremely short.

そこで、上記材質のバーナーヘッドに耐酸化性を付与し
て使用寿命の延命化を図るべく、ＮｉメッキあるいはＣ
ｒメッキを施すことが提案されたが、この種のバーナー
ヘッドの場合、加熱冷却が繰り返される使用態様をとる
ため、バーナーヘッド本体とメッキ層との熱膨張差に帰
因する熱応力によって前記メッキ層が剥離してしまい、
所期の目的を達成することができないのが現状である。Therefore, in order to provide burner heads made of the above materials with oxidation resistance and extend their service life, Ni plating or carbon
It has been proposed to apply R plating, but since this type of burner head is used in a manner in which heating and cooling are repeated, the plating may be damaged due to thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the burner head body and the plating layer. The layers peel off,
The current situation is that the intended purpose cannot be achieved.

本発明者等は、上述のような観点から、バーナーヘッド
の製造上必要な熱間加工性および被剛性を有し、かつバ
ーナーヘッドの使用温度である６００〜６５０℃の温度
ですぐれた耐酸化性を有する銅合金を開発すべく研究を
行なった結果、（ａ） 例えば、従来のＣｕ−４０％
Ｚｎ黄銅製バーナーヘッドの場合、高温加熱での厚い酸
化皮膜の形成および冷却過程での前記酸化皮膜の剥離脱
落を繰り返すことによって酸化が進行するが、この種の
Ｃｕ−Ｚｎ合金（黄銅）にＡ７を含有させると、バーナ
ーヘッドの使用温度である６００〜６５０℃において、
薄くて緻密な粘着性のある酸化皮膜が形成されるように
なり、この酸化皮膜は雰囲気とバーナーヘッド本体とを
絶縁してバーナーヘッド本体を保護するため、酸化の進
行が著しく抑制されるようになること。From the above-mentioned viewpoints, the present inventors have developed a material that has hot workability and rigidity necessary for manufacturing a burner head, and has excellent oxidation resistance at a temperature of 600 to 650°C, which is the operating temperature of the burner head. As a result of research to develop copper alloys with
In the case of a Zn brass burner head, oxidation progresses by repeating the formation of a thick oxide film during high-temperature heating and the peeling off of the oxide film during the cooling process. When containing, at the operating temperature of the burner head of 600 to 650°C,
A thin, dense and sticky oxide film is formed, and this oxide film insulates the burner head body from the atmosphere and protects the burner head body, so the progress of oxidation is significantly suppressed. To become a.

（ｂ）Ｃｕ−Ｚｎ合金にＡｌを含有させると、熱間加工
性および被削性が劣化するが、これにさらにＦｅおよび
Ｔｉのうちのいずれか１種または両方と、Ｍｎとを含有
させると、前記特性の劣化が抑えられ、バーナーヘッド
の製造上必要な熱間加工性および被削性が確保できるこ
と。(b) When a Cu-Zn alloy contains Al, its hot workability and machinability deteriorate; however, when it further contains one or both of Fe and Ti, and Mn. , Deterioration of the above characteristics is suppressed, and hot workability and machinability necessary for manufacturing a burner head can be ensured.

（Ｃ） 上記（ｂ）のＣｕ−Ｚ ｎ−ＡＡ−Ｆｅ （
Ｔ ｉ ）−Ｍ ｎ合金に、Ｐｂを添加含有させると被
削性が一段と向上し、さらにＳｉを添加含有させると耐
熱性が一段と向上するようになること。(C) Cu-Z n-AA-Fe (
When Pb is added to the Ti)-Mn alloy, the machinability is further improved, and when Si is further added to the alloy, the heat resistance is further improved.

以上（ａ）〜（Ｃ）に示される知見を得たのである。The findings shown in (a) to (C) above were obtained.

この発明は、上記知見にもとづいてなされたもので、重
量％で、 Ｚｎ 二 ２０〜４０％、 Ａｌ：０．５〜７．５％、 ＦｅおよびＴｉのうちの１種または２種：０．５〜３％
、 Ｍｎ：０．１〜３％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｐｂ：０．５〜３％、 Ｓｉ：０．０５〜２％（ただしＡｌ＋２ Ｓ ｉ ：
８％以下）、のうち１種または２種を含有し、Ｃｕおよ
び不可避不純物：残り、 からなる組成を有するバーナーヘッド用鋼合金に特徴を
有するものである。This invention was made based on the above findings, and contains, in weight percent, Zn2 20-40%, Al: 0.5-7.5%, one or two of Fe and Ti: 0. 5-3%
, Mn: 0.1 to 3%, and, if necessary, Pb: 0.5 to 3%, Si: 0.05 to 2% (however, Al+2 Si:
This is characterized by a steel alloy for burner heads having a composition containing one or two of the following (8% or less), the remainder being Cu and unavoidable impurities.

ついで、この発明の合金において成分組成範囲を上記の
通りに限定した理由を説明する。Next, the reason why the composition range of the alloy of the present invention is limited as described above will be explained.

（ａ）Ｚｎ 熱間加工に際して、合金組織がα十β相あるいはβ相と
なっている場合にすぐれた熱間加工性を示し、またＡｌ
含有量とも関係するが、Ｚｎ含有量が少なくなればなる
ほど、これに反比例してβ相の出現温度は高くなるもの
である。(a) Zn shows excellent hot workability when the alloy structure is α-decade β phase or β phase, and
Although it is related to the Zn content, the lower the Zn content, the higher the temperature at which the β phase appears in inverse proportion to this.

このようなことから、例えば熱間鍛造などの金型寿命を
考慮し、できるだけ低い温度でβ相を出現させて良好な
熱間加工を行なうためには最低２０％のＺｎ含有量が必
要である。For this reason, in order to make the β phase appear at as low a temperature as possible and perform good hot working, a Zn content of at least 20% is required, taking into account the life of the mold in hot forging, for example. .

しかし４０％を越えて含有させると、耐酸化性が劣化す
るようになると共に、γ相が出現して被剛性および延性
が著しく悪化するようになることから、その上限値を４
０％と定めた。However, if the content exceeds 40%, the oxidation resistance will deteriorate and γ phase will appear, resulting in a marked deterioration of stiffness and ductility.
It was set as 0%.

（ｂ） 、Ｉ Ａ７成分には、上記のように高温で薄くて緻密な粘着性
のある酸化皮膜を形成して耐酸化性を著しく向上させる
作用があるが、その含有量が０．５％未満では前記作用
に所望の向上効果が得られず、一方１５％を越えて含有
させると、γ相が出現して被削性および熱間加工性（延
性）が著しく劣化するようになることから、その含有量
を０．５〜７．５％と定めた。(b) , I A7 component has the effect of forming a thin, dense and sticky oxide film at high temperatures to significantly improve oxidation resistance as described above, but if its content is 0.5% If the content is less than 15%, the desired effect of improving the above-mentioned action cannot be obtained, whereas if the content exceeds 15%, the machinability and hot workability (ductility) will significantly deteriorate due to the appearance of γ phase. , its content was determined to be 0.5 to 7.5%.

（ｃ）ＦｅおよびＴｉ バーナーヘッドの製造に際し、例えば熱間型鍛造を施す
場合、丸棒素材は７００℃以上の温度に予備加熱される
が、この素材がＣｕ−Ｚｎ−Ａ１合金である場合結晶粒
の粗大化が著しく、特に前記合金がβ単相組織をもつ場
合顕著であり、このように結晶粒が粗大化した状態で鍛
造を行なうと、割れが発生するようになる。(c) Fe and Ti When manufacturing burner heads, for example, when hot die forging is performed, the round bar material is preheated to a temperature of 700°C or higher, but if this material is a Cu-Zn-A1 alloy, crystallization The coarsening of the grains is remarkable, especially when the alloy has a β single-phase structure, and if forging is performed in a state where the grains are coarsened in this way, cracks will occur.

ＦｅおよびＴｊには、このような結晶粒の粗大化を防止
する作用があるのであって、その含有量が０．５％未満
では前記作用に所望の結晶粒微細化効果を得ることがで
きず、一方３％を越えて含有させると、合金強度が必要
以上に上がる反面、被削性に問題が生じるようになり、
さらに合金の溶解が困難になることから、その含有量を
０．５〜３％と定めた。Fe and Tj have the effect of preventing such crystal grain coarsening, and if their content is less than 0.5%, the desired crystal grain refining effect cannot be obtained. On the other hand, if the content exceeds 3%, the alloy strength will increase more than necessary, but problems will arise in machinability.
Furthermore, since it becomes difficult to melt the alloy, its content is set at 0.5 to 3%.

（ｄ） Ｍｎ Ｍｎ成分には、Ｚｎ、Ａｌ、および後述のＳｉの含有量
増大に伴って出現するγ相を抑制する作用があるほか、
溶解作業に際してＡ７を添加含有させる前に脱酸剤とし
て使用してＡｌ２Ｏ３の形成を防止し、もってＡｌ２Ｏ
３が合金中に存在することによって生ずる熱間加工性お
よび被剛性の低下を抑制する作用があるが、その含有が
０．１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方３％を越えて含有させると、必要以上に合金強度が向
上しすぎて、被剛性が低下するようになることから、そ
の含有量を０．１〜３％と定めた。(d) Mn The Mn component has the effect of suppressing the γ phase that appears as the content of Zn, Al, and Si (described later) increases, and
It is used as a deoxidizing agent to prevent the formation of Al2O3 before adding A7 during the melting process, thereby reducing Al2O.
The presence of 3 in the alloy has the effect of suppressing the reduction in hot workability and stiffness caused by the presence of 3 in the alloy, but if the content is less than 0.1%, the desired effects cannot be obtained; If the content exceeds 0.1% to 3%, the alloy strength will increase more than necessary and the rigidity will decrease, so the content was set at 0.1 to 3%.

（ｅ）Ｐｂ Ｐｂ成分には合金の被削性を一段と改善する作用がある
が、その含有量が０．５％未満では所望の改善効果が得
られず、一方３％を越えて含有させると、耐酸化性が低
下するようになることから、その含有量を０．５〜３％
と定めた。(e) Pb The Pb component has the effect of further improving the machinability of the alloy, but if its content is less than 0.5%, the desired improvement effect cannot be obtained, while if it is contained in excess of 3%, , since the oxidation resistance will decrease, its content should be reduced to 0.5 to 3%.
It was determined that

（ｆ）Ｓｉ Ｓｉ成分には、Ａｌとの共存においてさらに一段と耐酸
化性を改善する作用があるが、その含有量が０．０５％
未満では所望の改善効果が得られず、一方２％を越えて
含有させると被削性が低下するようになることから、そ
の含有量を０．０５〜２％と定めた。(f) Si The Si component has the effect of further improving oxidation resistance when coexisting with Al, but its content is 0.05%.
If the content is less than 2%, the desired improvement effect cannot be obtained, whereas if the content exceeds 2%, the machinability decreases, so the content was set at 0.05 to 2%.

なお、この場合、Ａｌ＋２Ｓｉの合計含有量が８％を越
えると、同様に熱間加工性および被削性が著しく劣化す
るようになることから、Ａｌ＋２Ｓｉの合計含有量の上
限値を８％とした。In this case, if the total content of Al + 2Si exceeds 8%, the hot workability and machinability will similarly deteriorate significantly, so the upper limit of the total content of Al + 2Si was set at 8%. .

つぎに、この発明の合金を実施例により従来例と対比し
ながら説明する。Next, the alloy of the present invention will be explained using examples while comparing it with a conventional example.

まず、通常の高周波炉を使用して、それぞれ第１表に示
される最終成分組成をもった銅合金溶湯を調製し、鋳造
した後、面削し、熱間押出しして成形した径２８龍φの
丸棒素材に、熱間型鍛造および仕上機械切削を施して灯
油気化燃焼式ヒーターのバーナーヘッドをそれぞれ製造
した。First, a molten copper alloy with a final composition shown in Table 1 was prepared using an ordinary high-frequency furnace, and after casting, it was face-milled and hot-extruded to form a molten copper alloy with a diameter of 28 mm. Burner heads for kerosene vaporization heaters were manufactured using round bar materials by hot die forging and finishing machine cutting.

ついで、この結果得られた本発明合金製バーナーヘッド
および従来合金製バーナーヘッドのそれぞれを上記ヒー
ターに組込み、燃焼温度を６００〜６５０℃にコントロ
ールすると共に、４０分燃焼、３０分休止を１サイクル
とし、これを１０および２０サイクル繰り返す酸化試験
を行ない、バ−ナーヘッドの重量増加を測定した。Then, each of the burner head made of the alloy of the present invention and the burner head made of the conventional alloy obtained as a result was assembled into the above-mentioned heater, and the combustion temperature was controlled at 600 to 650°C, and one cycle consisted of 40 minutes of combustion and 30 minutes of rest. An oxidation test was conducted in which this was repeated for 10 and 20 cycles, and the weight increase of the burner head was measured.

この測定結果を第１表に合せて示した。The measurement results are also shown in Table 1.

なお、いずれの合金も熱間加工性および被削性のきわめ
て良好なものであった。Note that all alloys had extremely good hot workability and machinability.

第１表に示されるように、本発明合金製バーナーヘッド
は、いずろもすぐれた耐酸化性を示すのに対して、従来
合金製バーナーヘッドは、激しい酸化と脱スケールを繰
り返し、実用に供し得ないものであった。As shown in Table 1, the burner heads made of the alloy of the present invention all exhibit excellent oxidation resistance, whereas the burner heads made of the conventional alloy undergo repeated severe oxidation and descaling, making them difficult to put into practical use. It was something I couldn't get.

上述のように、この発明の合金は、すぐれた耐酸化性、
熱間加工性、および被剛性を兼ね備えているので、特に
バーナーヘッドの製造に用いた場合、製造上および性能
上著しくすぐれた特性を発揮し、長期に亘る安定した使
用寿命を確保することができるのである。As mentioned above, the alloy of this invention has excellent oxidation resistance,
Because it has both hot workability and rigidity, it exhibits outstanding characteristics in terms of manufacturing and performance, especially when used in the manufacture of burner heads, and can ensure a stable service life over a long period of time. It is.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ｉ Ｚｎ：２０−４０％、 Ａｌ：０．５〜７．５％、 ＦｅおよびＴｉのうちの１種または２種二０．５〜３％ Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｃｕおよび不可避不純物：残り、 （以上重量％）からなる組成を有することを特徴とする
バーナーヘッド用銅合金。 ２ Ｚｎ：２０〜４０％、 Ａ＃：０．５〜７．５％、 ＦｅおよびＴｉのうちの１種または２種二０．５〜３％
、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｐｂ：０．５〜３％、 Ｃｕおよび不可避不純物：残り、 （以上重量％）からなる組成を有することを特徴とする
バーナーヘッド用銅合金。 ３ Ｚｎ：２０−４０％、 Ａｌ：０．５〜７．５％、 ＦｅおよびＴｉのうちの１種または２種二０．５〜３％
、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．０５〜２％（ただし、Ａ７十２Ｓｉ：８％以
下）、 Ｃｕおよび不可避不純物：残り、 （以上重量％）からなる組成を有することを特徴とする
バーナーヘッド用銅合金。 ４ Ｚｎ：２０−４０％、 Ａ［：０．５〜７．５％、 ＦｅおよびＴｉのうちの１種または２種二０．５〜３％
、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｐｂ：０．５〜３％、 Ｓｉ：０．０５〜２％（ただし、ＡＩ十２Ｓｉ：８％以
下）、 Ｃｕおよび不可避不純物：残り、 （以上重量％）からなる組成を有することを特徴とする
バーナーヘッド用銅合金。[Claims] i Zn: 20-40%, Al: 0.5-7.5%, one or two of Fe and Ti 0.5-3% Mn: 0.1-3 %, Cu and unavoidable impurities: Remaining: (more than % by weight) A copper alloy for a burner head. 2 Zn: 20-40%, A#: 0.5-7.5%, one or two of Fe and Ti 0.5-3%
, Mn: 0.1 to 3%, Pb: 0.5 to 3%, Cu and unavoidable impurities: the remainder, (the above weight %) a copper alloy for a burner head. 3 Zn: 20-40%, Al: 0.5-7.5%, one or two of Fe and Ti 20.5-3%
, Mn: 0.1 to 3%, Si: 0.05 to 2% (however, A72Si: 8% or less), Cu and unavoidable impurities: the remainder (more than % by weight). Copper alloy for burner head. 4 Zn: 20-40%, A[: 0.5-7.5%, one or two of Fe and Ti 0.5-3%
, Mn: 0.1 to 3%, Pb: 0.5 to 3%, Si: 0.05 to 2% (however, AI12Si: 8% or less), Cu and unavoidable impurities: the remainder, (over weight% ) A copper alloy for burner heads, characterized by having a composition consisting of: