(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金の心材と、当該心材の一方の面にクラッドされた中間層材と、当該中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材とろう材のいずれか一方又は両方が、Ｍｇ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％を含有し、前記中間層材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記ろう材が、Ｓｉ：２．５〜１３．０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材のろう付加熱前における結晶粒径が６０μｍ以上であり、ろう付加熱前における前記心材の圧延方向に沿った断面において、板厚方向の結晶粒径をＲ１（μｍ）、圧延方向の結晶粒径をＲ２（μｍ）としたとき、Ｒ１／Ｒ２が０．３０以下であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
【請求項２】
前記心材が、Ｍｇ：０．０５〜３．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項１に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項３】
前記中間層材が、Ｎｉ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項４】
前記ろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項５】
前記ろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、中間層材用及びろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した中間層材鋳塊及びろう材鋳塊を所定の厚さまでそれぞれ熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に所定厚さとした中間層材をクラッドし、当該中間層材の心材側ではない面に所定厚さとしたろう材をクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、圧延開始温度が４００〜５２０℃であり、クラッド材の温度が２００〜４００℃である間に１パスでの圧下率が３０％以上となる圧延パスを５回以下に制限し、前記焼鈍工程において、クラッド材が２００〜５６０℃で１〜１０時間保持されることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【請求項７】
アルミニウム合金の心材と、当該心材の一方の面にクラッドされた中間層材と、当該中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材と、当該心材の他方の面にクラッドされたろう材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材と、当該中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材のいずれか一方又は両方が、Ｍｇ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％を含有し、前記中間層材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材が、Ｓｉ：２．５〜１３．０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記心材の他方の面にクラッドされたろう材が、Ｓｉ：２．５〜１３．０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材のろう付加熱前における結晶粒径が６０μｍ以上であり、ろう付加熱前における前記心材の圧延方向に沿った断面において、板厚方向の結晶粒径をＲ１（μｍ）、圧延方向の結晶粒径をＲ２（μｍ）としたとき、Ｒ１／Ｒ２が０．３０以下であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
【請求項８】
前記心材が、Ｍｇ：０．０５〜３．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項７に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項９】
前記中間層材が、Ｎｉ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項７又は８に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項１０】
前記中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項７〜９のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項１１】
前記中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項１２】
前記心材の他方の面にクラッドされたろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項７〜１１のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項１３】
前記心材の他方の面にクラッドされたろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなる、請求項７〜１２のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材。
【請求項１４】
請求項７〜１３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、中間層材用、中間層材の心材側ではない面にクラッドされるろう材用及び心材の他方の面にクラッドされるろう材のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した中間層材鋳塊、中間層材の心材側ではない面にクラッドされるろう材鋳塊及び心材の他方の面にクラッドされるろう材鋳塊を所定の厚さまでそれぞれ熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に所定厚さとした中間層材をクラッドし、当該中間層材の心材側ではない面に所定厚さとしたろう材をクラッドし、心材鋳塊の他方の面に所定厚さとしたろう材をクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、圧延開始温度が４００〜５２０℃であり、クラッド材の温度が２００〜４００℃である間に１パスでの圧下率が３０％以上となる圧延パスを５回以下に制限し、前記焼鈍工程において、クラッド材が２００〜５６０℃で１〜１０時間保持されることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜５及び７〜１３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器であって、ろう付加熱後における前記中間層材の結晶粒径が１００μｍ以上であることを特徴とする熱交換器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の熱交換器の製造方法であって、不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでアルミニウム合金材をろう付けすることを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高耐食性で高成形性のアルミニウム合金クラッド材及びその製造方法に関し、詳細には、ラジエータなどの熱交換器における冷媒や高温圧縮空気の通路構成材として好適に使用される高耐食性で高成形性のアルミニウム合金クラッド材及びその製造方法に関する。更に本発明は、前記高耐食性で高成形性のアルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器に関し、特に自動車用熱交換器などの流路形成部品、ならびに、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  アルミニウム合金は軽量かつ高熱伝導性を備えており、適切な処理により高耐食性が実現できるため、自動車用熱交換器、例えば、ラジエータ、コンデンサ、エバポレータ、ヒータ、インタークーラなどに用いられている。自動車用熱交換器のチューブ材としては、３００３合金などのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金を心材として、一方の片面に、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金のろう材や、Ａｌ−Ｚｎ系アルミニウム合金の犠牲陽極材をクラッドした２層クラッド材、或いは、これら２層クラッド材において、心材の他方の片面にＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金のろう材を更にクラッドした３層クラッド材が使用されている。熱交換器は通常、このようなクラッド材のチューブ材とコルゲート成形したフィン材とを組み合わせて、６００℃程度の高温でろう付することによって作製される。【０００３】  一般的には、ブレージングシートの心材合金としては、溶融温度が６００℃以上のアルミニウム合金が用いられ、クラッドされるろう材合金としては、溶融温度が６００℃以下のＡｌ−Ｓｉ系合金が用いられる。このブレージングシートにより熱交換器の部材を作製して組み合わせて６００℃前後の温度に加熱することにより、ブレージングシートのろう材部のみ溶融させて他部材とろう付することで熱交換器を作製することができる。このようなブレージンシートを使用することにより、熱交換器を構成する多数の部材を一度にろう付することができるため、ブレージングシートは熱交換器用の材料として広く利用されている。【０００４】  主に実用化されているろう付方法としては、真空ろう付法とノコロックろう付法が挙げられる。真空ろう付法では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなるろう材が用いられる。真空中で加熱することによりろう材中のＭｇが材料から蒸発し、その際に材料表面の酸化皮膜を破壊してろう付を可能にするものである。しかしながら、真空ろう付法は高価な真空加熱装置を必要とする欠点がある。一方、ノコロックろう付法では、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材が用いられる。フラックスを塗布した後に不活性ガス中で加熱し、フラックスにより材料表面の酸化皮膜を破壊してろう付を可能にするものである。しかしながら、フラックス塗布において塗りムラがあるとろう付不良の原因となるため、フラックスを必要箇所に均一に塗布することが必要であった。【０００５】  これらに対して、高価な真空加熱装置やフラックスを用いずに不活性ガス中で加熱することによりろう付を可能にするろう付方法が提案されている。特許文献１には、Ｍｇを含有するろう付品を炭素質カバーで覆って加熱し、フラックスを用いずにろう付する方法が記載されている。この方法では、Ｍｇにより炭素質カバー内の酸素濃度を低減し、酸化を防止することでろう付を可能にする。また、特許文献２には、ろう材にＭｇを含有したクラッド材を使用して熱交換器を構成し、フラックスを用いずにろう付する方法が記載されている。この方法では、ろう材中のＭｇにより表面の酸化皮膜を除去することで、ろう付を可能にしている。【０００６】  また、最近の自動車に使用される新しい熱交換器においては、より一層の高性能化を実現するため、チューブ形状の複雑化が進んでいる。そのた��、材料にはより一層の高成形性が要求されるようになってきている。従来においては、冷間圧延の途中で中間焼鈍を行うＨ１４調質にしたり、冷間圧延の後に仕上焼鈍を行うＨ２４調質にしたりして、チューブ材の成形性を調整してきた。しかしながら、このような調質だけでは近年の高形成性に対する要求を満足することは困難となってきている。【０００７】  また、この熱交換器のチューブ内外の表面に腐食性を有する液体が存在すると、孔食孔発生によりチューブが貫通したり、均一腐食によってチューブの板厚が減少して耐圧強度が低下し、チューブが破裂する虞がある。その結果、内部を循環している空気や冷却水、冷媒の漏洩が生じる危険性がある。更に、チューブとフィンとの接合、チューブ同士の接合などが必要な場合には、その面にろう材を具備する必要がある。従来、例えばコンデンサのチューブ外面のように、融雪塩などによる厳しい腐食環境に晒され、なおかつチューブとフィンとを接合させる必要がある場合は、チューブ材の外側の面に犠牲陽極効果を有する層を中間層としてクラッドし、更にその外側にろう材をクラッドすることで、耐食性とろう付性の両立を図ってきた。しかしながら、既に述べたようなチューブ形状の複雑化のため、特定部分に腐食性の液体が濃化することがあり、従来のように単に中間層をクラッドするだけでは漏洩防止が不十分な場合が生じるようになってきた。【０００８】  従来、これら成形性及び耐食性を、それぞれ個別に向上させるための技術は提案されてきた。例えば、クラッド材の成形性又は電縫溶接性を向上させる技術については、特許文献３、４に示されている。しかしながら、これらの特許文献においては、犠牲陽極材の耐食性を向上させる手段については記載されていない。一方、クラッド材の耐食性を向上させる技術については、特許文献５に示されている。しかしながら、これらの特許文献においては、クラッド材の成形性を向上させる手段については記載されていない。【０００９】  具体的には、特許文献３に記載されるクラッド材は、心材の長手方向に直角な断面における平均結晶粒径を３０μｍ以下とすることによって、材料の電縫溶接性を向上させている。しかしながら、犠牲陽極材については、粒径０．２μｍ以上のＭｇ２Ｓｉの面積率を０．５％以下にすると規定されているが、これも電縫溶接性を向上させるための手段である。犠牲陽極材の耐食性についてはＺｎやＭｇの添加量を規定しているのみであり、従来技術以上に耐食性を向上させる技術については何らの記載も示唆も無い。【００１０】  また、特許文献４に記載されるクラッド材は、心材を繊維状組織とすることによって、材料の電縫溶接性を向上させている。しかしながら、犠牲陽極材についは、心材と犠牲陽極材の硬度が５０Ｈｖ以上で、硬度の比（犠牲陽極材／心材）が１．０未満であると規定されているが、これはろう付加熱後の疲労強度を確保するための手段である。犠牲陽極材の耐食性については、ここでもＺｎやＭｎの添加量を規定しているのみであり、従来技術以上に耐食性を向上させる技術については何らの記載も示唆も無い。【００１１】  一方で、特許文献５に記載されるクラッド材では、犠牲陽極材の結晶粒径を１００〜７００μｍとすること���よって、アルカリ環境下での耐食性を向上させている。しかしながら、心材については成分が規定されているのみで、その組織や機械的性質などについては記載されておらず、成形性の向上については何らの記載も示唆も無い。【００１２】  また、これらの特許文献で示されている犠牲陽極材はいずれも材料表面にクラッドされるものであり、心材とろう材との間に中間層として設けられることについては記載されていない。更に、これらの特許文献に記載されているろう付方法は全てフラックスを用いた方法であり、フラックスを用いずにろう付する方法については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−０４４７１３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９０５７４号公報
【特許文献３】特開平８−２９１３５４号公報
【特許文献４】特開２０１０−２５５０１４号公報
【特許文献５】特開平１１−２０９８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  本発明は、上記問題点を解消すべく完成されたもので、アルミニウム合金クラッド材を例えば熱交換器のチューブ材として用いる際に、優れた成形性を有し、しかもろう付加熱後には中間層材が優れた耐食性を有し、更に、フラックスを用いずにろう付することを可能にするアルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、ならびに、これを用いた熱交換器及びその製造方法を提供することを目的とする。このような高耐食性アルミニウム合金クラッド材は、自動車用熱交換器の流路形成部品として好適に使用できる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  本発明者らは上記課題について鋭意研究を重ねた結果、それぞれがクラッド材として特定の合金組成と金属組織を有する心材及び中間層材をクラッドした材料が上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。【００１６】  すなわち、本発明の第１の形態は請求項１において、アルミニウム合金の心材と、当該心材の一方の面にクラッドされた中間層材と、当該中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材とろう材のいずれか一方又は両方が、Ｍｇ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％を含有し、前記中間層材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記ろう材が、Ｓｉ：２．５〜１３．０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材のろう付加熱前における結晶粒径が６０μｍ以上であり、ろう付加熱前における前記心材の圧延方向に沿った断面において、板厚方向の結晶粒径をＲ１（μｍ）、圧延方向の結晶粒径をＲ２（μｍ）としたとき、Ｒ１／Ｒ２が０．３０以下であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材とした。【００１７】  本発明は請求項２では請求項１において、前記心材が、Ｍｇ：０．０５〜３．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００１８】  本発明は請求項３では請求項１又は２において、前記中間層材が、Ｎｉ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００１９】  本発明は請求項４では請求項１〜３のいずれか一項において、前記ろう材が、前記各成分元素の他にＺｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００２０】  本発明は請求項５では請求項１〜４のいずれか一項において、前記ろう材が、前記各成分元素の他にＮａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００２１】  本発明は請求項６において、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、中間層材用及びろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した中間層材鋳塊及びろう材鋳塊を所定の厚さまでそれぞれ熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に所定厚さとした中間層材をクラッドし、当該中間層材の心材側ではない面に所定厚さとしたろう材をクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、圧延開始温度が４００〜５２０℃であり、クラッド材の温度が２００〜４００℃である間に１パスでの圧下率が３０％以上となる圧延パスを５回以下に制限し、前記焼鈍工程において、クラッド材が２００〜５６０℃で１〜１０時間保持されることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法とした。【００２２】  本発明の第２の形態は請求項７において、アルミニウム合金の心材と、当該心材の一方の面にクラッドされた中間層材と、当該中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材と、当該心材の他方の面にクラッドされたろう材とを備えるアルミニウム合金クラッド材において、前記心材が、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．５〜２．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材と、当該中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材のいずれか一方又は両方が、Ｍｇ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％を含有し、前記中間層材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材が、Ｓｉ：２．５〜１３．０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％を更に含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記心材の他方の面にクラッドされたろう材が、Ｓｉ：２．５〜１３．０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記中間層材のろう付加熱前における結晶粒径が６０μｍ以上であり、ろう付加熱前における前記心材の圧延方向に沿った断面において、板厚方向の結晶粒径をＲ１（μｍ）、圧延方向の結晶粒径をＲ２（μｍ）としたとき、Ｒ１／Ｒ２が０．３０以下であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材とした。【００２３】  本発明は請求項８では請求項７において、前記心材が、Ｍｇ：０．０５〜３．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００２４】  本発明は請求項９では請求項７又は８において、前記中間層材が、Ｎｉ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００２５】  本発明は請求項１０では請求項７〜９のいずれか一項において、前記中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００２６】  本発明は請求項１１では請求項７〜１０のいずれか一項において、前記中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００２７】  本発明は請求項１２では請求項７〜１１のいずれか一項において、前記心材の他方の面にクラッドされたろう材が、Ｚｎ：０．５〜８．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜２．００ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％及びＶ：０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種以上を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００２８】  本発明は請求項１３では請求項７〜１２のいずれか一項において、前記心材の他方の面にクラッドされたろう材が、Ｎａ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０ｍａｓｓ％から選択される１種又は２種を更に含有するアルミニウム合金からなるものとした。【００２９】  本発明は請求項１４において、請求項７〜１３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法であって、前記心材用、中間層材用、中間層材の心材側ではない面にクラッドされるろう材用及び心材の他方の面にクラッドされるろう材のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した中間層材鋳塊、中間層材の心材側ではない面にクラッドされるろう材鋳塊及び心材の他方の面にクラッドされるろう材鋳塊を所定の厚さまでそれぞれ熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に所定厚さとした中間層材をクラッドし、当該中間層材の心材側ではない面に所定厚さとしたろう材をクラッドし、心材鋳塊の他方の面に所定厚さとしたろう材をクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含み、前記熱間クラッド圧延工程において、圧延開始温度が４００〜５２０℃であり、クラッド材の温度が２００〜４００℃である間に１パスでの圧下率が３０％以上となる圧延パスを５回以下に制限し、前記焼鈍工程において、クラッド材が２００〜５６０℃で１〜１０時間保持されることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材の製造方法とした。【００３０】  本発明は請求項１５において、請求項１〜５及び７〜１３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器であって、ろう付加熱後における前記中間層材の結晶粒径が１００μｍ以上であることを特徴とする熱交換器とした。【００３１】  本発明は請求項１６において、請求項１５に記載の熱交換器の製造方法であって、不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでアルミニウム合金材をろう付けすることを特徴とする熱交換器の製造方法とした。
【発明の効果】
【００３２】  本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、例えば熱交換器のチューブ材として用いる際に、チューブの形状が複雑であっても良好な成形が可能であり、しかもろう付加熱後には中間層材により優れた耐食性を示す。更に、本発明に係るアルミニウム合金クラッド材はフラックスを用いずにろう付することが可能である。このようなアルミニウム合金クラッド材を流路形成部品等に用いて、自動車用などの熱交換器が提供される。このクラッド材は耐エロージョン性などろう付性にも優れ、更に軽量性や良好な熱伝導性の観点から、自動車用の熱交換器チューブ材として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】中間層材の圧延面において、粒界で囲まれた結晶粒を示す模式図である。
【図２】心材の圧延方向に沿った断面における、板厚方向の結晶粒径Ｒ１及び圧延方向の結晶粒径Ｒ２を示す模式図である。
【図３】繊維状組織を有する心材を陽極酸化処理した際における、圧延方向沿った断面の偏光顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】  本発明に係る高耐食性であり、かつ高成形性を兼ね備えたアルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、ならびに、当該アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器及びその製造方法の好適な実施態様について、詳細に説明する。
【００３５】１．アルミニウム合金クラッド材を構成する層  本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、心材の成分及び金属組織を適切に制御することにより優れた成形性を有し、また、心材の一方の面にクラッドされた中間層材の成分及び金属組織を適切に制御することにより優れた耐食性を有し、更に、中間層材やろう材の成分を適切に制御することによりフラックスを用いないろう付を可能にする。従って、本発明の第１の形態に係るアルミニウム合金クラッド材では、心材の他方の面へのクラッドについては、特に制限するものではない。例えば、チューブが溶接などの方法で製管され、なおかつフィンとのろう付を必要としないような場合は、本発明の第１の形態に係るアルミニウム合金クラッド材として、心材の他方の面には何もクラッドしなくても良い。これに対して、チューブ材同士や、チューブとフィンとのろう付を行う場合には、本発明の第２の形態に係るアルミニウム合金クラッド材として、心材の他方の面にもろう材がクラッドされる。
【００３６】  以下では、上記心材、中間層材、ならびに、両ろう材、すなわち、中間層材の心材側ではない面にクラッドされたろう材（以下、「第１のろう材」と記す）及び心材の他方の面にクラッドされたろう材（以下、「第２のろう材」と記す））の成分について説明する。
【００３７】２．中間層材、ろう材へのＭｇの添加  本発明に係るアルミニウム合金クラッド材を用いるろう付では、フラックスを使用せず不活性ガス中でろう付加熱する方法が好適に用いられる。このろう付方法では、Ｍｇによってろう材表面の酸化皮膜が還元、破壊され、溶融したろう材の金属表面を露出させることで相手材料とのろう付を可能にする。このろう材表面のＭｇは、第１の形態では、第１のろう材と中間層材の一方、或いは、両方に添加される。また、第２の形態では、第１のろう材と中間層材の一方、或いは、両方に添加され、かつ、第２のろう材にも添加される。Ｍｇが第１のろう材に添加される場合は、ろう付加熱中に第１のろう材中のＭｇがそのろう材表面に拡散することにより、そのろう材表面にＭｇが供給される。一方、中間層材にＭｇが添加される場合は、ろう付加熱中に中間層材から第１のろう材表面へＭｇが拡散することにより、そのろう材表面にＭｇが供給される。Ｍｇが第１のろう材と中間層材の両方に添加される場合は、前記両方の拡散によりろう材表面にＭｇが供給される。また、第２のろう材中に添加されたＭｇもまた、ろう付加熱中に第２のろう材表面に拡散することにより、そのろう材表面に供給される。
【００３８】  第１、２のろう材及び中間層材に添加されるＭｇ量は、０．０５〜２．５０ｍａｓｓ％（以下、単に「％」と記す）である。０．０５％未満では、ろう材表面に供給されるＭｇ量が少なく、酸化皮膜の還元作用が十分でないため、ろう付が機能し難くなる。一方、２．５０％を超えると、Ｍｇ濃化により溶融ろう材中のＭｇ量が過剰となり、Ｍｇの酸化物を形成し易くなるためにろう付性に悪影響を及ぼす。Ｍｇ含有量は、好ましくは０．０５〜２．００％である。また、第１のろう材にＭｇが添加されていない場合には、中間層材のＭｇは１．００〜２．５０％であることが好ましく、さらに好ましくは、１．００〜２．００％である。
【００３９】３．心材  第１及び第２の形態の心材には、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｆｅ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．５〜２．０％を必須元素として含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が用いられる。
【００４０】  また、両形態の心材には、上記必須元素に加えて、Ｍｇ：０．０５〜３．５０％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％及びＶ：０．０５〜０．３０％から選択される１種又は２種以上を選択的添加元素として更に含有してもよい。
【００４１】  両形態の心材は、上記必須元素及び選択的添加元素の他に不可避的不純物を、各々０．０５％以下、全体で０．１５％以下更に含有していてもよい。
【００４２】  両形態の心材に用いるアルミニウム合金は、ＪＩＳ  ３０００系合金、例えばＪＩＳ  ３００３合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金が好適に用いられる。以下に、各成分について詳細に説明するが、これら各成分は第１及び第２の形態において共通する。
【００４３】Ｓｉ：  Ｓｉは、Ｆｅ、Ｍｎと共にＡｌ−Ｆｅ―Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化により心材の強度を向上させ、或いは、アルミニウム母相中に固溶して固溶強化により心材の強度を向上させる。Ｓｉ含有量は、０．０５〜１．５０％である。０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となる。一方、１．５０％を超えると心材の融点が低下し、ろう付け時に心材が溶融する虞が高くなる。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．１０〜１．２０％である。
【００４４】Ｆｅ：  Ｆｅは、Ｓｉ、Ｍｎと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化により心材の強度を向上させる。Ｆｅの添加量は、０．０５〜２．００％である。含有量が０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となる。一方、２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｆｅ含有量は、好ましくは０．１０〜１．５０％である。
【００４５】Ｍｎ：  Ｍｎは、Ｓｉと共にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系またはＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化により心材の強度を向上させ、或いは、アルミニウム母相中に固溶して固溶強化により心材の強度を向上させる。Ｍｎ含有量は、０．５〜２．０％である。０．５％未満では上記効果が不十分となり、２．０％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．８〜１．８％である。
【００４６】Ｃｕ：  Ｃｕは、固溶強化により心材の強度を向上させるので含有させてもよい。Ｃｕ含有量は、０．０５〜１．５０％である。０．０５％未満では上記効果が不十分となり、１．５０％を超えると鋳造時におけるアルミニウム合金の割れ発生の虞が高くなる。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．３０〜１．００％である。
【００４７】Ｍｇ：  Ｍｇは、Ｍｇ２Ｓｉの析出により心材の強度を向上させるので含有させてもよい。Ｍｇ含有量は、０．０５〜３．５０％である。０．０５％未満では上記効果が不十分となり、３．５０％を超えると心材の融点が低下し、ろう付け時に心材が溶融する虞が高くなる。Ｍｇ含有量は、好ましくは０．１０〜３．００％である。
【００４８】Ｔｉ：  Ｔｉは、固溶強化により心材の強度を向上させるので含有させてもよい。Ｔｉ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が不十分となる。０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００４９】Ｚｒ：  Ｚｒは、固溶強化により心材の強度を向上させると共に、Ａｌ−Ｚｒ系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Ｚｒ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｚｒ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００５０】Ｃｒ：  Ｃｒは、固溶強化により心材の強度を向上させると共に、Ａｌ−Ｃｒ系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Ｃｒ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｃｒ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００５１】Ｖ：  Ｖは、固溶強化により心材の強度を向上させると共に、耐食性も向上させるので含有させてもよい。Ｖ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｖ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００５２】  これらＭｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶは、心材中に必要により少なくとも１種が含有されていればよい。
【００５３】４．中間層材  第１及び第２の形態の中間層材には、Ｚｎ：０．５〜８．０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｆｅ：０．０５〜２．００％を必須元素として含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が用いられる。
【００５４】  また、既に述べたように、中間層材は、Ｍｇ：０．０５〜２．５０％を含有してもよいが、第１のろう材がＭｇを含有している場合は、中間層材はＭｇを含有していなくても良い。また、第１のろう材にＭｇが含有していない場合には、中間層はＭｇを含有する。この場合、中間層のＭｇは１．００〜２．５０％であることが好ましく、さらに好ましくは、１．００〜２．００％である。
【００５５】  また、両形態の中間層材は上記必須元素とＭｇに加えて、Ｎｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜２．００％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％及びＶ：０．０５〜０．３０％から選択される１種又は２種以上を選択的添加元素として更に含有してもよい。更に、両形態において、上記必須元素及び選択的添加元素の他に不可避的不純物を、各々０．０５％以下、全体で０．１５％以下更に含有していてもよい。以下に、各成分について説明するが、これら各成分は第１及び第２の形態において共通する。
【００５６】Ｚｎ：  Ｚｎは孔食電位を卑にすることができ、心材との電位差を形成することで犠牲防食効果により耐食性を向上することができる。Ｚｎの含有量は０．５〜８．０％である。０．５％未満では、犠牲防食効果による耐食性向上の効果が十分に得られない。一方、８．０％を超えると、腐食速度が速くなり早期に中間層材が消失して耐食性が低下する。Ｚｎ含有量は、好ましくは１．０〜６．０％である。
【００５７】Ｓｉ：  Ｓｉは、Ｆｅと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、またＭｎを同時に含有している場合にはＦｅ、Ｍｎと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化により中間層材の強度を向上させ、或いは、アルミニウム母相中に固溶して固溶強化により中間層材の強度を向上させる。また、Ｓｉは中間層材の電位を貴にするため、犠牲防食効果を阻害して耐食性を低下させる。Ｓｉの含有量は、０．０５〜１．５０％である。含有量が０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となる。一方、１．５０％を超えると中間層材の孔食電位が貴になって犠牲防食効果を失わせ、耐食性が低下する。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．１０〜１．２０％である。
【００５８】Ｆｅ：  Ｆｅは、Ｓｉと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、またＭｎを同時に含有している場合にはＳｉ、Ｍｎと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、分散強化により中間層材の強度を向上させる。Ｆｅの添加量は、０．０５〜２．００％である。含有量が０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高となる。一方、２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｆｅ含有量は、好ましくは０．１０〜１．５０％である。
【００５９】Ｎｉ：  Ｎｉは、Ａｌ−Ｎｉ系、或いは、Ｆｅと共にＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ系の金属間化合物を形成する。これらの金属間化合物はアルミニウムのマトリックスより腐食電位が大きく貴であるため、腐食のカソードサイトとして作用する。そのため、これらの金属間化合物が中間層材に分散していると、腐食の起点が分散する。その結果、深さ方向への腐食が進行し難くなり、耐食性が向上するので含有させてもよい。更に、Ｎｉは中間層材の強度を向上させる効果も有する。そこで、耐食性や強度を向上させるために、Ｎｉの含有量は、０．０５〜２．００％とする。０．０５％未満では上記耐食性や強度の向上効果が十分に得られない。一方、２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．１０〜１．５０％である。
【００６０】Ｍｎ：  Ｍｎは、中間層材の強度と耐食性を向上させるので含有させてもよい。Ｍｎの含有量は、０．０５〜２．００％である。２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。一方、０．０５％未満では、その効果が十分得られない。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０５〜１．８０％である。
【００６１】Ｔｉ：  Ｔｉは、固溶強化により中間層材の強度を向上させると共に、耐食性も向上させるので含有させてもよい。Ｔｉ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では、上記効果が得られない。０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．０５〜０．２０％である。
【００６２】Ｚｒ：  Ｚｒは、固溶強化により中間層材の強度を向上させると共に、Ａｌ−Ｚｒ系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Ｚｒ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。一方、０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｚｒ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００６３】Ｃｒ：  Ｃｒは、固溶強化により中間層材の強度を向上させると共に、Ａｌ−Ｃｒ系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Ｃｒ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｃｒ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００６４】Ｖ：  Ｖは、固溶強化により中間層材の強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。Ｖ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｖ含有量は、好ましくは０．０５〜０．２０％である。
【００６５】  これらＮｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶは、中間層材中に必要により少なくとも１種が含有されていればよい。
【００６６】５．ろう材  第１及び第２の形態における第１のろう材には、Ｓｉ：２．５〜１３．０％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０％を必須元素として含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が用いられる。また、既に述べたように、第１のろう材は、Ｍｇ：０．０５〜２．５０％を含有しても良いが、中間層材がＭｇを含有している場合はＭｇを含有していなくても良い。
【００６７】  第２の形態における第２のろう材には、Ｓｉ：２．５〜１３．０％、Ｆｅ：０．０５〜１．２０％、Ｍｇ：０．０５〜２．５０％を必須元素として含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が用いられる。
【００６８】  両形態の第１のろう材は、上記必須元素（Ｍｇを含有する場合には、「上記必須元素とＭｇ」、以下において同じ）に加えて、また、第２の形態の第２のろう材は上記必須元素に加えて、Ｚｎ：０．５〜８．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．０５〜２．００％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０％、Ｚｒ：０．０５〜０．３０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％及びＶ：０．０５〜０．３０％から選択される１種又は２種以上を第１の選択的添加元素として更に含有してもよい。また、両形態において、上記必須元素に加えて、或いは、上記必須元素と第１の選択的添加元素に加えて、Ｎａ：０．００１〜０．０５０％及びＳｒ：０．００１〜０．０５０％から選択される１種又は２種を第２の選択的添加元素として更に含有してもよい。更に、両形態において、上記必須元素、ならびに、第１及び／又は第２の選択的添加元素の他に不可避的不純物を、各々０．０５％以下、全体で０．１５％以下更に含有していてもよい。以下に、各成分について説明するが、これら各成分は第１及び第２の形態において共通する。
【００６９】Ｓｉ：  Ｓｉを含有することによりろう材の融点が低下して液相を生じさせ、これによってろう付を可能にする。Ｓｉ含有量は２．５〜１３．０％である。２．５％未満では、生じる液相が僅かでありろう付が機能し難くなる。一方、１３．０％を超えると、例えばこのろう材をチューブ材に用いた場合に、フィンなどの相手材へ拡散するＳｉ量が過剰となり、相手材の溶融が発生してしまう。Ｓｉ含有量は、好ましくは３．５〜１２．０％である。
【００７０】Ｆｅ：  Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し易いために、ろう付に有効となるＳｉ量を低下させてろう付性の低下を招く。Ｆｅ含有量は、０．０５〜１．２０％である。０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用しなければならずコスト高を招く。一方、１．２０％を超えると、ろう付に有効となるＳｉ量を低下させてろう付が不十分となる。Ｆｅ含有量は、好ましくは０．１０〜０．５０％である。
【００７１】Ｚｎ：  Ｚｎは孔食電位を卑にすることができ、心材との電位差を形成することで犠牲防食効果により耐食性を向上することができるので含有させてもよい。Ｚｎの含有量は０．５〜８．０％である。０．５％未満では、犠牲防食効果による耐食性向上の効果が十分に得られない。一方、８．０％を超えると、腐食速度が速くなり早期に犠牲防食層が消失して耐食性が低下する。Ｚｎ含有量は、好ましくは１．０〜６．０％である。
【００７２】Ｃｕ：  Ｃｕは、固溶強化によりろう材の強度を向上させるので含有させてもよい。Ｃｕ含有量は、０．０５〜１．５０％である。０．０５％未満では上記効果が不十分となり、１．５０％を超えると鋳造時におけるアルミニウム合金の割れ発生の虞が高くなる。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．３０〜１．００％である。
【００７３】Ｍｎ：  Ｍｎは、ろう材の強度と耐食性を向上させるので含有させてもよい。Ｍｎの含有量は、０．０５〜２．００％である。２．００％を超えると鋳造時に巨大金属間化合物が形成され易くなり、塑性加工性を低下させる。一方、０．０５％未満では、その効果が十分得られない。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０５〜１．８０％である。
【００７４】Ｔｉ：  Ｔｉは、固溶強化によりろう材の強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。Ｔｉ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では、上記効果が得られない。０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００７５】Ｚｒ：  Ｚｒは、固溶強化によりろう材の強度を向上させると共に、Ａｌ−Ｚｒ系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Ｚｒ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｚｒ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００７６】Ｃｒ：  Ｃｒは、固溶強化によりろう材の強度を向上させると共に、Ａｌ−Ｃｒ系の金属間化合物を析出させてろう付加熱後の結晶粒を粗大化する作用を有するので含有させてもよい。Ｃｒ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｃｒ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００７７】Ｖ：  Ｖは、固溶強化によりろう材の強度を向上させると共に耐食性も向上させるので含有させてもよい。Ｖ含有量は、０．０５〜０．３０％である。０．０５％未満では上記効果が得られない。０．３０％を超えると巨大金属間化合物を形成し易くなり、塑性加工性を低下させる。Ｖ含有量は、好ましくは０．１０〜０．２０％である。
【００７８】Ｎａ、Ｓｒ：  Ｎａ、Ｓｒは、ろう材中のＳｉ粒子を微細化する効果を発揮する。Ｎａ、Ｓｒの含有量はそれぞれ、０．００１〜０．０５０％である。それぞれの含有量が０．００１％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、それぞれの含有量が０．０５０％を超える場合は、酸化被膜が厚くなり、ろう付性を低下させる。それぞれの好ましい含有量は、いずれも０．００３〜０．０２０％である。
【００７９】  これらＺｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎａ及びＳｒは、ろう材中に必要により少なくとも１種が含有されていればよい。
【００８０】６．中間層材の結晶粒径  本発明のアルミニウム合金クラッド材では、ろう付加熱前における中間層材の結晶粒径を６０μｍ以上、ろう付加熱後における中間層材の結晶粒径を１００μｍ以上に規定する。これは、ろう付加熱後における中間層材の耐食性の向上を目的としたものである。なお、図１に示すように、ここでの結晶粒径とは、中間層材を圧延面から観察し、粒界で囲まれた領域を結晶粒としてその円相当径直径の算術平均値をいうものとする。また粒界とは、隣接する結晶方位差が２０度以上である境界を指すものとする。結晶粒径の測定方法は特に限定されるものではないが、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）によるのが一般的である。以下にこの限定理由を説明する。
【００８１】  中間層材は、これを優先的に腐食させることにより腐食を面状に進行させ、チューブの穴空き腐食を防ぐ、犠牲防食の目的でクラッドされる。しかしながら、この中間層材の腐食速度が速ければ、中間層材が早期に消失して犠牲防食の効果を失ってしまい、チューブは穴空き腐食を生じてしまう。
【００８２】  発明者らは鋭意研究の結果、中間層材における結晶粒界の腐食速度は結晶粒内よりも速く、結晶粒界の面積を減少させることにより腐食速度を抑制できることを見出した。この結晶粒界の面積を減少させることは、結晶粒径を大きくすることと同義である。更に詳細な検討により、ろう付加熱後において、中間層材の結晶粒径が１００μｍ以上であれば、中間層材の腐食速度が抑制され、アルミニウム合金クラッド材は優れた耐食性を有することが判明した。ろう付加熱後において、中間層材の結晶粒径が１００μｍ未満の場合は、中間層材の腐食速度が速く犠牲防食効果を早期に失ってしまうため、有効な耐食性を得ることができない。なお、ろう付加熱後における中間層材の結晶粒径は、好ましくは１２０μｍ以上である。また、ろう付加熱後における中間層材の結晶粒径の上限は特に限定するものではないが、１０００μｍ以上とすることは困難である。
【００８３】  発明者らは更なる検討を行ったところ、ろう付加熱前の中間層材の結晶粒径と、ろう付加熱後の中間層材の結晶粒径とに、正の相関関係があることを見出した。すなわち、ろう付加熱後における中間層材の大きな結晶粒径を得るためには、ろう付加熱前の中間層材の結晶粒径が大きくなっている必要がある。この点につき詳細に検討した結果、ろう付加熱前における中間層材の結晶粒径が６０μｍ以上である場合に、ろう付加熱後における中間層材の結晶粒径が１００μｍ以上となることが判明した。ろう付加熱前における中間層材の結晶粒径が６０μｍ未満である場合、ろう付加熱後の中間層材の結晶粒径は１００μｍ未満となってしまう。なお、ろう付加熱前における中間層材の結晶粒径は、好ましくは８０μｍ以上である。また、ろう付加熱前における中間層材の結晶粒径の上限値は特に限定するものではないが、１０００μｍ以上とすることは困難である。
【００８４】７．心材の結晶粒径  本発明のアルミニウム合金クラッド材は、ろう付加熱前における心材の圧延方向に沿った断面において、板厚方向の結晶粒径をＲ１（μｍ）とし、圧延方向の結晶粒径をＲ２（μｍ）としたとき、Ｒ１／Ｒ２を０．３０以下に規定する。これは、ろう付加熱前における、クラッド材の成形性向上を図るための指標である。図２に示すように、ここでの結晶粒径Ｒ１及びＲ２（μｍ）とは、クラッド材の圧延方向に沿った断面を観察して粒界で囲まれた領域を結晶粒として、各結晶粒の板厚方向の最大径をＲ１とし圧延方向の最大径をＲ２として定義した。また、粒界とは、隣接する結晶方位差が２０度以上である境界を指すものとする。結晶粒径の測定方法には特に限定されるものではないが、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）によるのが一般的である。なお、心材の加工度が非常に大きい場合、鏡面研磨後に陽極酸化を行って陽極酸化面を偏光顕微鏡で観察すると、図３に示すような繊維状組織が観察される。このような場合は、板厚方向の結晶粒径が完全につぶされており、Ｒ１＝０であると定義する。
【００８５】  既に述べたように、アルミニウム合金の成形性は、中間焼鈍の条件やその後の圧延率で決定される調質によって機械的性質を調整することにより向上させていた。しかしながら、厳しい条件の曲げ加工などの工程が実施される場合には、材料が割れを生じてしまう。本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ろう付加熱前における心材の結晶粒が、圧延方向に沿った断面において圧延方向に扁平である程、優れた成形性が得られることを見出した。そして、本発明では、上記Ｒ１／Ｒ２によって結晶粒の扁平度を示す指標とした。本発明者らの詳細な検討により、Ｒ１／Ｒ２が０．３０以下であるとき、心材の結晶粒は十分に扁平となり優れた成形性を有することが判明した。Ｒ１／Ｒ２が０．３０を超えると、心材の結晶粒の扁平度が不十分であり、優れた加工性を有することができない。Ｒ１／Ｒ２は、好ましくは０．２０以下である。ここで、Ｒ１／Ｒ２が小さいほど扁平度が大きくなり、加工性がより良好となって好ましい。なお、上述のように、Ｒ１＝０で、Ｒ１／Ｒ２が０でも良い。
【００８６】８．アルミニウム合金クラッド材の製造方法
【００８７】８−１．製造方法の態様  本発明に係る上記第１形態のアルミニウム合金クラッド材の製造方法は、心材用、中間層材用及び第１ろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した中間層材鋳塊及び第１ろう材鋳塊を所定の厚さまでそれぞれ熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に所定の厚さとした中間層材をクラッドし、他方の面に所定の厚さとした第１ろう材をクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含む。
【００８８】  本発明に係る上記第２形態のアルミニウム合金クラッド材の製造方法は、心材用、中間層材用、第１ろう材用及び第２ろう材用のアルミニウム合金をそれぞれ鋳造する工程と、鋳造した中間層材鋳塊、第１ろう材鋳塊及び第２ろう材鋳塊を所定の厚さまでそれぞれ熱間圧延する熱間圧延工程と、心材鋳塊の一方の面に所定の厚さとした中間層材をクラッドし、当該中間層材の心材側ではない面に所定の厚さとした第１ろう材をクラッドし、当該心材鋳塊の他方の面に所定の厚さとした第２ろう材をクラッドしてクラッド材とするクラッド工程と、クラッド材を熱間圧延する熱間クラッド圧延工程と、熱間クラッド圧延したクラッド材を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方においてクラッド材を焼鈍する１回以上の焼鈍工程とを含む。
【００８９】８−２．鋳造工程と熱間圧延工程  心材、第１及び第２のろう材及び中間層材の鋳造工程における条件に特に制限は無いが、通常は水冷式の半連続鋳造によって行われる。また、心材、中間層材、第１及び第２のろう材、をそれぞれ所定の厚さまで熱間圧延する工程において、その加熱条件は、４００〜５６０℃の温度で、１〜１０時間行うのが好ましい。４００℃未満では塑性加工性が乏しいため圧延時にコバ割れなどを生じる場合がある。５６０℃を超える高温の場合には、加熱中に鋳塊が溶融してしまう虞がある。加熱時間が１時間未満では鋳塊の温度が不均一となって塑性加工性が乏しく、圧延時にコバ割れなどを生じる場合があり、１０時間を超える場合は生産性を著しく損なってしまう。
【００９０】８−３．熱間クラッド圧延工程  上記第１及び第２の態様に係るアルミニウム合金クラッド材の製造方法では、熱間クラッド圧延工程において、圧延開始温度が４００〜５２０℃であり、クラッド材の温度が２００〜４００℃である間に１パスでの圧下率が３０％以上となる圧延パスを５回以下に制限する。なお、熱間クラッド圧延工程は、粗圧延工程と仕上圧延工程に分けてもよい。仕上圧延工程では、リバース式又はタンデム式の圧延機が用いられる。リバース式圧延機では、片道１回の圧延を１パスと定義し、タンデム式圧延機では、圧延ロール１組による圧延を１パスと定義する。
【００９１】  まず、圧延パスについて説明する。既に述べたように、本発明のアルミニウム合金クラッド材は、ろう付加熱前の状態において、中間層材の結晶粒径を大きくする必要がある。中間層材の結晶粒は製造中の焼鈍工程において形成されるものであり、焼鈍前に中間層材へ蓄積しているひずみが大きい程、焼鈍時に生じる粒成長の駆動力が大きくなり、大きな結晶粒を得ることができる。一方、本発明のアルミニウム合金クラッド材は、ろう付加熱前の状態において、心材の結晶粒を扁平な状態にする必要がある。心材の結晶粒は、同じく製造中の焼鈍工程において形成されるものであり、焼鈍前に心材に蓄積しているひずみが小さいほど、焼鈍時に生じる板厚方向への粒成長の駆動力が小さくなり、その結果、扁平な結晶粒を得ることができる。
【００９２】  すなわち、中間層材の結晶粒を大きくすることと、心材の結晶粒を扁平にすることとは背反の関係にある。そのため、これらを両立することは従来技術では困難であった。しかし、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、熱間クラッド圧延工程の制御によって両立が可能であることを見出した。
【００９３】  熱間クラッド圧延時の温度が比較的低温のときに、圧下率の大きな圧延パスを行うと、より大きなせん断ひずみが材料の中央部まで入り易い。詳細には、熱間クラッド圧延工程においてクラッド材の温度が２００〜４００℃の間に圧下率が３０％以上となる圧延パスを５回以下に制限する場合に、心材に入るせん断ひずみが少なく、ろう付加熱前の状態において、心材の結晶粒を扁平にすることができる。熱間クラッド圧延工程においてクラッド材の温度が４００℃を超えている間は、熱間クラッド圧延中に動的回復が生じるため、圧下率が３０％以上となる圧延パスを施しても、心材に入るせん断ひずみが大きくならないので心材結晶粒の扁平度に影響はない。一方、熱間クラッド圧延工程におけるクラッド材の温度が２００℃未満では、熱間圧延中に割れが生じてクラッド材を製造することができない。また、１パスでの圧下率が３０％未満の場合は、心材に入るせん断ひずみが大きくならないので心材結晶粒の扁平度に影響はない。クラッド材の温度が２００〜４００℃の間に圧下率が３０％以上となる圧延パスは、好ましくは４パス以下である。なお、上記圧下率は、好ましくは３５％以上である。また、５０％を超える圧延パスをかけると、材料に割れなどが生じるおそれがある。
【００９４】  一方で、熱間クラッド圧延工程においてクラッド材の温度が２００〜４００℃の間に圧下率が３０％以上となる圧延パスが５回以下に制限しても、クラッド材の表層付近である中間層材には大きなせん断ひずみが入る。そのため、中間層材には中間焼鈍において十分な粒成長が生じ、中間層材において大きな結晶粒を得ることができる。すなわち、熱間クラッド圧延における上記制御により、中間層材の結晶粒径を粗大にし、かつ、心材の結晶粒を扁平にすることが可能となるのである。
【００９５】  次に、圧延開始温度について説明する。ろう付加熱前における中間層材の結晶粒径は、熱間クラッド圧延工程における圧延開始温度を調整することにより制御される。熱間クラッド圧延の開始温度が５２０℃以下であれば、熱間クラッド圧延時に中間層材に大きなせん断ひずみが入り、ろう付加熱前における中間層材の結晶粒径を大きくすることができる。熱間クラッド圧延の開始温度が５２０℃を超える場合は、熱間クラッド圧延時に中間層材において動的回復が生じてせん断ひずみが減少し、ろう付加熱前における中間層材の結晶粒径を大きくすることができない。一方、熱間クラッド圧延開始時の材料温度が４００℃未満では、圧延中に材料割れを生じる。従って、熱間クラッド圧延の開始温度は、４００〜５２０℃とする。なお、熱間クラッド圧延の開始温度は、好ましくは４２０〜５００℃である。
【００９６】  なお、熱間クラッド圧延工程においてクラッド材の温度が２００〜４００℃である間における圧下率３０％以上のパス数に下限は特に設けない。しかしながら、圧下率３０％以上のパスを１パスも含まない場合には、所望の効果を得るには圧下率３０％未満のパスを多く必要とするので生産性が損なわれる。従って、圧下率３０％以上のパスを１パス以上含むことが好ましい。また、熱間クラッド圧延前に、クラッド材を４００〜５６０℃で１〜１０時間加熱するのが好ましい。加熱温度が４００℃未満では、圧延時の材料温度が低過ぎるために圧延中に材料割れを生じる虞がある。一方、加熱温度が５６０℃を超えると、ろう材が溶融する虞がある。また、加熱時間が１時間未満では材料温度が均一になり難い。一方、加熱時間が１０時間を超えると、生産性を著しく損なう場合がある。なお、熱間クラッド圧延後の板厚に特に制限は無いが、通常、２．０〜５．０ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００９７】８−４．焼鈍工程  上記第１及び第２の態様に係るアルミニウム合金クラッド材の製造工程では、冷間圧延工程の途中及び冷間圧延工程の後の一方又は両方において、クラッド材を１回以上焼鈍する焼鈍工程が設けられる。具体的には、（１）冷間圧延工程の途中において１回以上の中間焼鈍が実施され、（２）冷間圧延工程の後に最終焼鈍工程が１回実施され、或いは、（３）（１）及び（２）が実施されるものである。この焼鈍工程では、クラッド材を２００〜５６０℃で１〜１０時間保持する。
【００９８】  焼鈍工程は材料中のひずみを調整する目的で行われるが、この工程によって中間層材を再結晶化させ、上述のような大きな結晶粒を得ることができる。焼鈍工程におけるクラッド材温度が２００℃未満の場合や、保持時間が１時間未満の場合は、中間層材の再結晶化が完了しない。焼鈍温度が５６０℃を超える場合には、ろう材に溶融が生じる虞がある。また、保持時間が１０時間を超えても、クラッド材の性能上は問題ないが生産性を著しく損なう。
【００９９】  なお、焼鈍工程の回数の上限は特に限定されるものではないが、工程数の増加によるコスト増加を回避するために、３回以下とするのが好ましい。
【０１００】８−５．均質化処理工程  アルミニウム合金心材を鋳造して得られる鋳塊を、クラッド工程の前に均質化処理工程に供しても良い。均質化処理工程は、通常、４５０〜６２０℃で１〜２０時間鋳塊を保持するのが好ましい。温度が４５０℃未満の場合や保持時間が１時間未満では均質化効果が十分でない場合があり、６２０℃を超えると心材鋳塊の溶融を生じてしまう虞がある。また、保持時間が２０時間を超えても、均質化効果が飽和し経済性に欠ける。
【０１０１】８−６．クラッド率  本発明のアルミニウム合金クラッド材では、中間層材のクラッド率（片面）を３〜２５％とするのが好ましい。上述のように、製造工程中の熱間クラッド圧延工程において、中間層材にのみ大きなせん断ひずみが加えられる必要がある。しかしながら、中間層材のクラッド率が２５％を超えると、中間層材全体に十分なせん断ひずみが加わらず、中間層材全体を再結晶組織とすることができない場合がある。一方、中間層材のクラッド率が３％未満では、中間層材が薄過ぎるため、熱間クラッド圧延中において心材全体にわたって中間層材を被覆することができない場合がある。中間層材のクラッド率は、より好ましくは５〜２０％である。  なお、第１及び第２のろう材のクラッド率に特に制限は無いが、通常はいずれも３〜３０％程度でクラッドされる。
【０１０２】９．熱交換器  上記アルミニウム合金クラッド材は、チューブ材、ヘッダープレートなどの熱交換器用部材として、特にチューブ材として好適に用いられる。例えば、上記アルミニウム合金クラッド材に曲げ成形を施し、その両端部の重ね合せ部分をろう付け接合して、冷却水などの媒体を流すためのチューブ材が作製される。また、上記アルミニウム合金クラッド材を加工して、チューブ材の両端部と接合される孔を備えたヘッダープレートが作製される。本発明に係る熱交換器は、例えば、上記のチューブ材、フィン材及びヘッダープレートを組み合わせ、これらを一度にろう付加工した構造を有する。
【０１０３】  このような本発明の材料を用いて通常条件のろう付接合を行った熱交換器では、上述のように、ろう付加熱後におけるアルミニウム合金クラッド材の中間層材の結晶粒径が１００μｍ以上であることを特徴とする。この特徴により、上述のように、ろう付加熱後における中間層材の耐食性の向上を図ることができる。
【０１０４】  上記熱交換器は、両端部分をヘッダープレートに取り付けたチューブ材の外面にフィン材を配置して組立てる。次いで、チューブ材の両端重ね合せ部分、フィン材とチューブ材外面、チューブ材の両端とヘッダープレートを１回のろう付け加熱によって同時に接合する。ろう付け方法としては、フラックス無しろう付法、ノコロックろう付法、真空ろう付法が用いられるが、不活性ガス雰囲気中におけるフラックス無しのろう付けが好ましい。ろう付けは、通常５９０〜６１０℃の温度で２〜１０分間、好ましくは５９０〜６１０℃の温度で２〜６分間の加熱によって行なわれる。ろう付されたものは、通常、２０〜５００℃／分の冷却速度で冷却される。
【実施例】
【０１０５】  次に、本発明例と比較例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。【０１０６】  表１に示す合金組成を有する心材合金、表２に示す合金組成を有する中間層材合金、表３に示す合金組成を有するろう材合金をそれぞれＤＣ鋳造により鋳造し、各々両面を面削して仕上げた。面削後の鋳塊厚さは、いずれも４００ｍｍとした。ろう材及び中間層材については、最終板厚で狙いの厚さとなるクラッド率を計算し、それに必要な合わせ時の厚さとなるよう、５２０℃で３時間の加熱工程に供した後、所定の厚さまで熱間圧延した。【０１０７】
【表１】
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【０１０８】
【表２】
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【０１０９】
【表３】
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【０１１０】  これらの合金を用い、心材合金の一方の面に表２の中間層材を組み合わせ、中間層材の心材ではない方の面に、表３のろう材を組み合わせた。一部のものには心材の他方の面にも表３のろう材を組み合わせた。なお、中間層の心材側ではない面にクラッドされているろう材を第１のろう材、心材の他方の面にクラッドされているろう材を第２のろう材とする。第１及び第２のろう材、ならびに、中間層材のクラッド率は、いずれも１０％とした。【０１１１】  これらの合わせ材を加熱工程に供した後に、熱間クラッド圧延工程にかけ、３．５ｍｍ厚さの３層又は４層のクラッド材を作製した。加熱工程における温度及び時間、熱間クラッド圧延工程における開始温度と終了温度を、表４に示す。更に、熱間クラッド圧延工程においては、クラッド材の温度が２００℃〜４００℃である間に１パスでの圧下率が３０％以上となる圧延パスを１回以上施したが、この圧延パス数を表４に示す。なお、本発明例においてはいずれも開始温度が４００℃以上、終了温度が２００℃以上４００℃未満であるので、クラッド材の温度が２００℃〜４００℃となるパスが存在していることは明らかである。熱間クラッド圧延工程後において、クラッド材に冷間圧延を施した。一部のものについては、冷間圧延の途中にバッチ式中間焼鈍（１回又は２回）を行ない、次いで、最終冷間圧延を施して最終板厚０．３ｍｍのクラッド材試料を作製した。他の一部のものについては、これら中間焼鈍と最終焼鈍の両方を行って、最終板厚０．３ｍｍのクラッド材試料を作製した。また、中間焼鈍後の冷間圧延率は、いずれも３０％とした。中間焼鈍の条件を表４に示す。なお、表４に示すように、Ｅ１４〜１６では、中間焼鈍と最終焼鈍を共に行なわず、Ｅ１６では、熱間クラッド圧延を行わなかった。また、心材の均質化処理条件を表４に示した。【０１１２】
【表４】
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【０１１３】  以上の製造工程において問題が発生せず、０．３ｍｍの最終板厚まで圧延できた場合は製造性を「○」とし、鋳造時や圧延時に割れが生じて０．３ｍｍの最終板厚まで圧延できなかったり、熱間クラッド圧延工程前の加熱工程や中間焼鈍工程で溶融が生じたり、熱間クラッド圧延での圧着不良が生じたりして、クラッド材を製造できなかった場合は製造性を「×」とした。結果を表５〜７に示す。また、それぞれのクラッド材における心材合金、中間層材合金、ろう材合金の組み合わせについても表５〜７に示す。【０１１４】
【表５】
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【０１１５】
【表６】
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【０１１６】
【表７】
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【０１１７】  上記クラッド材試料を下記の各評価に供した結果を、同じく表５〜７に示す。なお、表６、７における製造性「×」のものについては試料を製造できなかったため、下記評価は行うことができなかった。【０１１８】（成形性の評価）  各クラッド材試料から、圧延方向と平行な方向にＪＩＳ５号試験片を切り出し、圧延方向と平行な方向に５％ストレッチしてから、中間層材面を曲げの内側とし、曲げ半径Ｒ０．０５ｍｍの１８０°曲げを行なった。これの曲げＲ断面を観察できるよう樹脂埋めして、鏡面研磨を行い、光学顕微鏡により割れ発生の有無を評価した。その結果、心材に割れが発生していない場合を成形性合格（○）とし、心材に割れが発生した場合を成形性不合格（×）とした。なお、両ろう材、中間層材での割れ発生の有無は評価対象外とした。【０１１９】（ろう付性の評価）  厚さ０．０７ｍｍ、調質Ｈ１４、合金成分は３００３合金に１．０％のＺｎを添加したフィン材を用意し、これをコルゲート成形して熱交換器フィン材とした。このフィン材を上記クラッド材試料の第１のろう材の面又は第２のろう材面に配置し、フラックスは塗布せずに、炉内に不活性ガスとして窒素ガスを流し、６００℃で３分のろう付加熱に供して、ミニコア試料を作製した。ろう付け後にフィンを剥離して、フィンとろう材の接触数（山数）とフィレットが形成されている箇所の比率からフィン接合率を求めた。このミニコア試料のフィン接合率が９５％以上であり、かつ、クラッド材試料及びフィンに溶融が生じていない場合をろう付性が合格（○）とした。一方、（１）フィン接合率が９５％未満の場合と、（２）クラッド材試料及びフィンの少なくともいずれかに溶融が生じた場合とにおいて、（１）及び（２）、或いは、（１）又は（２）をろう付性が不合格（×）とした。【０１２０】（ろう付加熱後における引張強さの測定）  ６００℃で３分の熱処理（ろう付加熱に相当）を施したクラッド材試料を、引張速度１０ｍｍ／分、ゲージ長５０ｍｍの条件で、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に従って引張試験に供した。得られた応力−ひずみ曲線から引張強さを読み取った。その結果、引張強さが１２０ＭＰａ以上の場合を合格（○）とし、それ未満を不合格（×）とした。【０１２１】（中間層材の結晶粒径の測定）  ろう付加熱（６００℃で３分の熱処理でありろう付加熱に相当）前のクラッド材試料、ならびに、ろう付加熱後のクラッド材試料の表面から研磨してろう材を除去した後、中間層材のＬ−ＬＴ面を鏡面研磨し、中間層材結晶粒径測定用試料とした。この試料における２ｍｍ×２ｍｍの領域をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）においてＥＢＳＤにかけ、その結果から結晶方位差が２０度以上である境界を粒界として検出し、結晶粒径（円相当直径）を算出した。なお、測定箇所は、任意に１０箇所選定して、その算術平均値をもって結晶粒径とした。また、中間層材の再結晶化が完了していないため繊維状組織であり、結晶粒径を測定できなかったものについては、「繊維状」と記入した。【０１２２】（心材の結晶粒径の測定）  ろう付加熱（６００℃で３分の熱処理でありろう付加熱に相当）前のクラッド材試料、ならびに、ろう付加熱後のクラッド材試料を用い、圧延方向に沿った断面が測定面とな���よう樹脂埋めして鏡面研磨し、心材結晶粒径測定用試料とした。この試料における長さ２ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの領域をＳＥＭにおいてＥＢＳＤにかけ、その結果から結晶方位差が２０度以上である境界を粒界として検出した。結晶粒の板厚方向の最大径Ｒ１及び圧延方向の最大径Ｒ２を測定し、Ｒ１／Ｒ２の値を算出した。なお、結晶粒は、同一視野で任意に１０箇所測定し、その算術平均値をもってＲ１／Ｒ２とした。また、ＥＢＳＤにおいて結晶粒界が検出されなかった場合は、鏡面研磨した試料を陽極酸化させて偏光顕微鏡で観察し、図３に示すような繊維状組織が見られた場合はＲ１＝０とした。【０１２３】（耐食性）  ろう付性の評価にて用いたものと同じミニコア試料を用い、フィンと接合していない側の表面を絶縁樹脂でマスキングして、フィンと接合している面を試験面とし、ＪＩＳ−Ｈ８５０２に基づいて５００時間及び１０００時間のＣＡＳＳ試験に供した。その結果、１０００時間でクラッド材に腐食貫通の生じなかったものをＣＡＳＳの耐食性優秀合格（◎）とし、５００時間でクラッド材に腐食貫通の生じなかったものをＣＡＳＳの耐食性合格（○）とし、５００時間で腐食貫通が生じたものをＣＡＳＳの耐食性不合格（×）とした。なお、本評価は第１のろう材については全てを評価対象とし、第２のろう材についてはＺｎが添加されているもののみを対象とした。また、第２のろう材がクラッドされていない試料では、心材の第１のろう材がクラッドされている一方の面ではない他方の面（心材が露出している面）については評価対象としなかった。また、ろう付性の評価「×」のものは適切なミニコア試料を作製できなかったため、評価対象外とした。【０１２４】  本発明例１〜１７、４８〜５５では、本発明で規定する条件を満たしており、製造性、成形性、ろう付性、ろう付後の引張強さ及び耐食性のいずれも合格であった。【０１２５】  これに対して、比較例１８では、心材のＳｉ含有量が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１２６】  比較例１９では、心材のＭｇ含有量が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１２７】  比較例２０では、心材のＦｅ含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１２８】  比較例２１では、心材のＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶの含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１２９】  比較例２２では、心材のＭｎ含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１３０】  比較例２３では、心材のＣｕ含有量が多過ぎたため鋳造時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１３１】  比較例２４では、心材のＭｎ含有量が少な過ぎたためろう付加熱後の引張強さが不合格であった。【０１３２】  比較例２５では、中間層材のＭｇ含有量が少な過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１３３】  比較例２６では、中間層材のＭｇ含有量が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１３４】  比較例２���では、中間層材のＳｉ含有量が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１３５】  比較例２８では、中間層材のＦｅ含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１３６】  比較例２９では、中間層材のＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶの含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１３７】  比較例３０では、中間層材のＺｎ含有量が少な過ぎたため、中間層材側にある第１ろう材での耐食性が不合格であった。【０１３８】  比較例３１では、中間層材のＺｎ含有量が多過ぎたため、中間層材側にある第１ろう材での耐食性が不合格であった。【０１３９】  比較例３２では、中間層材のＮｉ含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１４０】  比較例３３では、中間層材のＭｎ含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１４１】  比較例３４では、第１ろう材のＳｉ含有量が少な過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１４２】  比較例３５では、第１ろう材のＳｉ含有量が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１４３】  比較例３６では、第１ろう材のＦｅ含有量が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１４４】  比較例３７では、第１ろう材のＣｕ含有量が多過ぎたため鋳造時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１４５】  比較例３８では、第１ろう材のＭｎ含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１４６】  比較例３９では、第１ろう材のＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＶの含有量が多過ぎたため圧延時に割れが生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１４７】  比較例４０では、第１ろう材のＮａ含有量が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１４８】  比較例４１では、第１ろう材のＳｒ成分が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１４９】  比較例４２では、第２ろう材のＺｎ含有量が少な過ぎたため、第２ろう材の耐食性が不合格であった。【０１５０】  比較例４３では、第２ろう材のＺｎ含有量が多過ぎたため、第２ろう材の耐食性が不合格であった。【０１５１】  比較例４４では、第１ろう材がＭｇを含有しておらず、かつ、中間層材のＭｇ含有量が少な過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１５２】  比較例４５では、第１ろう材がＭｇを含有しておらず、かつ、中間層材のＭｇ含有量が多過ぎたため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。【０１５３】  比較例４６では、中間層材がＭｇを含有しておらず、かつ、第１ろう材のＭｇ含有量が少な過ぎため、第１ろう材のろう付性が不合格であった。また、第２ろう材のＭｇ含有量が少な過ぎたため、第２ろう材のろう付性が不合格であった。【０１５４】  比較例４７では、第１ろう材及び第２ろう材のＭｇ含有量が多過ぎたため、第１ろう材及び第２ろう材のろう付性が不合格であった。【０１５５】  比較例５６及び５７では、熱間クラッド圧延工程においてクラッド材の温度が２００〜４００℃である間において１パスでの圧下率３０％以上のパス数が５パスを超えていた。そのため、ろう付前における心材結晶粒のＲ１／Ｒ２比が０．３を超えており、成形性が不合格であった。【０１５６】  比較例５８では、熱間クラッド圧延工程の開始温度が５２０℃を超えていた。そのため、ろう付前における中間層材の結晶粒径が６０μｍ未満となり、ろう付後における中間層材の結晶粒径が１００μｍ未満であり、第１ろう材の耐食性が不合格であった。【０１５７】  比較例５９では、中間焼鈍の温度が２００℃未満であった。そのため、ろう付前における中間層材が繊維状組織となり、ろう付後における中間層材の結晶粒径が１００μｍ未満であり、第１ろう材の耐食性が不合格であった。【０１５８】  比較例６０では、中間焼鈍の温度が５６０℃を超えていたため、第１ろう材に溶融が生じ、ブレージングシートを作製することができず製造性が不合格であった。【０１５９】  比較例６１では、中間焼鈍の時間が１時間未満であった。そのため、ろう付前における中間層材が繊維状組織となり、ろう付後における中間層材の結晶粒径が１００μｍ未満であり、第１ろう材の耐食性が不合格であった。【０１６０】  比較例６２では、中間層材及び第１ろう材の加熱温度が低過ぎ、かつ、熱間圧延クラッド圧延工程の開始温度が４００℃未満であった（焼鈍工程も含んでいなかった）。そのため、熱間クラッド圧延工程中に割れが生じ、目的の板厚のブレージグシートを製造することができなかった。【０１６１】  比較例６３では、中間層材及び第１ろう材の加熱時間が短過ぎ、かつ、熱間圧延クラッド圧延工程の開始温度が４００℃未満であった（焼鈍工程も含んでいなかった）。そのため、熱間クラッド圧延工程中に割れが生じ、目的の板厚のブレージグシートを製造することができなかった。【０１６２】  比較例６４では、中間層材及び第１ろう材の加熱温度が高過ぎたために、熱間圧延開始前温度が高過ぎて第１ろう材に溶融が生じ、目的の板厚のブレージグシートを製造することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】  本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、ろう付後の強度が高く、フィン接合率、耐エロージョン性などのろう付性や耐食性にも優れるので、特に自動車用熱交換器の流路形成部品として好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１６４】  Ｒ１・・・圧延方向に沿った心材断面における板厚方向の結晶粒径  Ｒ２・・・圧延方向に沿った心材断面における圧延方向の結晶粒径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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