(57)【要約】【課題】ろう付時の耐エロージョン性に優れ、かつ高強度で薄肉化が可能な熱交換器用フィン材を得ることができる製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．６〜２．５％、Ｎｉ：１．０超〜５．０％を含有し、所望によりＺｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｎ：０．０１〜５．０％を含有し、さらに所望によりＣｒ：０．０１〜０．５％、Ｖ０．０１〜０．５％、Ｃｏ：０．０１〜０．５％の１種以上を含有するＡｌ合金を、連続鋳造圧延した後、冷間圧延を行う際に、中間焼鈍を少なくとも１回行い、最終の中間焼鈍時の板厚から最終板厚に至る最終冷延率を２０〜５０％とする。【効果】ろう付時の耐エロージョン性およびろう付前後の強度に優れたフィン材が得られ、フィン材の薄肉、軽量化に貢献する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．６〜２．５％、Ｎｉ：１．０超〜５．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ合金を、溶湯より連続鋳造圧延した後、冷間圧延を行う際に、中間焼鈍を少なくとも１回行い、最終の中間焼鈍時の板厚から最終板厚に至る最終冷延率を２０〜５０％で行うことを特徴とする耐エロージョン性および強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項２】
前記Ａｌ合金組成に、さらに質量％で、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有することを特徴とする請求項１記載の耐エロージョン性および強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項３】
前記Ａｌ合金組成に、さらに質量％で、Ｚｎ：０．０１〜５．０％を含有することを特徴とする請求項１または２記載の耐エロージョン性および強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項４】
前記Ａｌ合金組成に、さらに質量％で、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｖ０．０１〜０．５％、Ｃｏ：０．０１〜０．５％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐エロージョン性および強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろう付法によって製造されるアルミニウム合金熱交換器に用いられる熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車熱交換器の多くは軽量化、熱伝達率等の観点からアルミ化されており、熱交換器は所定の形状にコルゲート加工したフィンをチューブ間に組付けて、ろう付により接合している。上記熱交換器用のフィン材としては、通常１０００系や３０００系合金が用いられている。ろう付に際しては、上記フィン材、チューブ等を加熱炉に配し、６００℃付近の高温に加熱して、ろう材を溶融させ、該ろう材が流れて形成されるフィレットによって各部材を互いに接合している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、１０００系や３０００系合金からなるフィン材をろう付する際には、ろう付熱処理時に著しいろうの侵食（エロージョン）が生じ、フィンが座屈等を引き起こし、ろう付後、熱交換器としての強度が低下する問題がある。特に、フィン材は軽量化及びコスト低減のため、近年薄肉化の要求が高まる一方であり、より高強度化が求められている。
【０００４】
ろう付時のエロージョンに関しては、フィン材の結晶粒界がろうの侵食経路となりやすく、フィン材のろう付時の再結晶粒が微細な場合、結果として材料中に結晶粒界が多く存在することとなり、その後のろう溶融により、エロージョンが生じやすくなる。このことから、フィン材の耐エロージョン性を向上させるためには、ろう付加熱時の再結晶粒を粗大化させる必要がある。しかし、一方で従来のフィン材を用いて、薄肉・高強度化の特性を得るには、ろう付時の再結晶粒を微細化させる必要（結晶粒微細化硬化）が生じる。このように強度及び耐エロージョン性の両特性は相反する側面があり、これら両特性に優れるＡｌ合金フィン材が求められている。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ろう付時にエロージョンが生じにくく、しかも高強度で一層の薄肉化が可能な熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の耐エロージョン性および強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法のうち、請求項１記載の発明は、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．６〜２．５％、Ｎｉ：１．０超〜５．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ合金を、溶湯より連続鋳造圧延した後、冷間圧延を行う際に、中間焼鈍を少なくとも１回行い、最終冷間圧延の圧延率を２０〜５０％で行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の耐エロージョン性および強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法は、請求項１記載の発明において、前記Ａｌ合金組成に、さらに質量％で、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の耐エロージョン性および強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法は、請求項１または２に記載の発明において、前記Ａｌ合金組成に、さらに質量％で、Ｚｎ：０．０１〜５．０％を含有することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の耐エロージョン性および強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記Ａｌ合金組成に、さらに質量％で、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｖ０．０１〜０．５％、Ｃｏ：０．０１〜０．５％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の製造方法により得られる熱交換器用アルミニウム合金フィン材は、ろう付時に、エロージョンに対し優れた防止効果を発揮し、座屈による強度低下を回避することができ、さらに素材として高い強度を備えている。
【００１１】
以下に、本願発明に用いられるアルミニウム合金の成分の限定理由を説明する。以下に示す含有量はいずれも質量％で表されている。
【００１２】
Ｓｉ：０．１〜１．５％
ＳｉはＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の微細な析出物を生じ、再結晶粒を粗大化させ、ろう付加熱時の耐座屈性を向上させる働きと、フィン材の強度を向上させる働きがある。Ｓｉ含有量を０．１〜１．５％に限定したのは、０．１％未満の含有であると、その効果が小さく、一方、１．５％を超えると、融点の低下により、ろう付時にフィン材が溶融する可能性があるためである。なお、同様の理由で下限を０．６％超、上限を１．２％未満とするのが望ましい。
【００１３】
Ｍｎ：０．６〜２．５％
Ｍｎは合金の強度を向上させるとともにＡｌ−Ｍｎ（Ａｌ６Ｍｎ）あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ等の微細な析出物を生じ、再結晶粒を粗大化させ、ろう付加熱時の高温耐座屈性を向上させる働きと、フィン材の強度を向上させる働きがあり、その含有量を０．６〜２．５％と限定したのは、０．６％未満の含有ではその効果が小さく、２．５％を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、加工性およびフィン材の諸特性が低下するためである。なお、同様の理由で、下限を０．７５％に限定するのが望ましく、さらに下限を１．０％、上限を２．０％に定めるのが一層望ましい。
【００１４】
Ｎｉ：１．０超〜５．０％
Ｎｉは微細析出物を形成し、耐高温座屈性を向上させる。Ｎｉ含有量を１．０超〜５．０％と限定したのは、１．０％以下の含有では、その効果が小さく、一方、５．０％を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化しやすく、加工性およびフィン材の諸特性を低下させるためである。なお、同様の理由で上限を２．０％に定めるのが望ましい。
【００１５】
Ｚｒ：０．０１〜０．３％
Ｚｒはろう付時に生じる再結晶粒を粗大化させて、耐エロージョン性を向上させるので、所望により含有させる。Ｚｒの含有量を０．０１〜０．３％と限定したのは、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．３％を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化しやすく加工性を低下させるためである。なお、所望により添加する場合の含有量は下限をさらに０．０５％とするのが望ましい。
【００１６】
Ｚｎ：０．０１〜５．０％
Ｚｎは電位を卑にし、フィン材の犠牲陽極効果をもたらすので所望により含有させる。Ｚｎの含有量を０．０１〜５．０％としたのは、０．０１％未満の含有ではその効果が小さく、一方、５．０％を超えるとフィン材の自己耐食性が低下するためである。Ｚｎを所望により添加する場合の含有量は下限をさらに１．０％超とするのが望ましい。また、犠牲陽極効果を付与するには、Ｉｎ，Ｓｎ等の添加も有効であり、それぞれ０．３％以下添加することが可能であり、その場合、下限を０．０５％とするのが望ましい。
【００１７】
Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏ：０．０１〜０．５％
Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏは固溶硬化により強度を向上させるので所望により一種以上を含有させる。Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏの含有量をそれぞれ０．０１〜０．５％と限定したのは、０．０１％未満の含有ではその効果が小さく、一方、０．５％を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化しやすく、加工性およびフィン材の諸特性を低下させるためである。
【００１８】
Ｃｕ：０．０５％以下
Ｃｕは電位を貴にし、フィン材の犠牲陽極効果を低下させるので不可避不純物として、その含有量を規制するのが望ましい。Ｃｕの含有量が０．０５％以下が望ましいのは、０．０５％を超えると、フィン材の電位が貴になり、チューブとの電位差が小さくなるため、期待の犠牲陽極効果が得られないとともに、鋳造時に割れ等が生じやすくなるためである。
【００１９】
Ｆｅ：０．２％以下
ＦｅはＭｎ，Ｓｉ等と粗大な金属間化合物（Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ等）を作りやすく、それらの粗大晶出物が再結晶の核となるため、ろう付熱処理後の再結晶粒が微細となり、耐エロージョン性が低下する問題がある。このためＦｅは、不可避不純物として、その含有量を０．２％以下に規制するのが望ましい。Ｆｅ０．２％以下の場合、粗大晶出物の生成が抑制され、より優れた耐エロージョン性が期待できる。なお、同様の理由でＦｅ含有量は、さらに０．１０％以下であるのが一層望ましい。
【００２０】
次に、本発明の製造工程を規定した理由を説明する。
本願発明では、上記組成のＡｌ合金を溶湯より連続鋳造圧延する。連続鋳造圧延法には３Ｃ法、ハンター法等があるが、連続鋳造圧延は、通常の半連続鋳造法に比べて凝固速度が大きく、上記成分のアルミニウム合金では特に晶出物が微細化するため高い強度が期待され、ろう付時のエロージョンの防止効果も大きくなる。このため、本願発明では、上記アルミニウム合金成分の特定に加えて連続鋳造圧延法を採用するものとした。この際の板厚は、５〜１５ｍｍ厚とするのが望ましい。板厚を５〜１５ｍｍ厚とすることにより晶出物の粗大化の抑制効果は一層顕著になる。
【００２１】
上記連続鋳造圧延後、冷間圧延を行う。この冷間圧延に際しては、中途で少なくとも１回の中間焼鈍を行う。本発明としては、当然に２回または３回以上の中間焼鈍を行うこともでき、１回のみの中間焼鈍であってもよい。
中間焼鈍は、熱間圧延および冷間圧延によって材料中に導入された歪みを除去し、その後の圧延性を向上させる目的で行う。最終の中間焼鈍は、最終製品での調質を制御することも目的とする。
【００２２】
中間焼鈍の温度に関しては、特に規定はしないが、圧延による歪みを除去するためには、連続焼鈍炉では３５０〜５００℃、バッチ炉では３５０〜４００℃×３ｈ程度の焼鈍により、完全に再結晶させるのが望ましい。
【００２３】
最終中間焼鈍後の冷延率（最終冷延率）：２０〜５０％
本発明フィン材は、連続鋳造法にて晶出物を微細化しているため、ろう付加熱時の再結晶の生成が阻害されやすい。最終の中間焼鈍時の板厚から最終の板厚に至るまでの圧延率（最終冷延率という）が、２０％未満である圧下では再結晶の駆動力となるべき歪み量が不足し、その後のろう付時に完全に再結晶せず、亜結晶粒が残存し、耐エロージョン性が大きく低下する。一方、５０％を越えると、ろう付時の再結晶粒が微細化し、耐エロージョン性が低下するため、上記最終冷延率を２０〜５０％とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明のフィン材に用いるアルミニウム合金は、上記組成に従って常法により溶製することができる。本発明では目的とする特性を確実かつ十分に導き出すために、連続鋳造圧延法が採用されている。該連続鋳造圧延法の内容は、本発明としては特定のものに限定されるものではなく、既知の方法を採用することができる。
【００２５】
連続鋳造圧延後には、望ましくは１回以上の中間焼鈍を含むようにして、冷間圧延を行う。中間焼鈍、冷間圧延ともに周知の焼鈍炉、冷間圧延機装置を用いて行うことができる。
また、上記冷間圧延では、本発明の製造方法に従って最終中間焼鈍後の冷延率を２０〜５０％とする。
【００２６】
上記により得られたフィン材は、所定の形状に加工し、通常はコルゲート加工を施してフィンとする。該フィンは、単独で製造してもよく、またろう材をクラッドしたブレージングシートとして製造することもできる。上記フィンは、チューブ間に設置するなどして組み付けれられ、加熱炉にてろう付処理が行われる。ろう材の配置は、フィンをブレージングシートとしたり、チューブをブレージングシートとしたり、また、置きろうや粉末ろうの塗布などにより行うことができ、本発明としては、その方法は特に限定されない。上記加熱炉は、所定の雰囲気に調整して加熱処理を行うものであってもよい。上記ろう付によってフィンはチューブ等に接合され、アルミニウムフィンを備えた熱交換器が得られる。該熱交換器は、自動車用等の各種の用途に使用することができる。該熱交換器では、フィンにおけるろう付時エロージョンが効果的に防止されて高い強度が維持されており、薄肉化においても十分な強度を発揮し、熱交換器の軽量化に寄与する。
【００２７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を比較例と対比しつつ説明する。
表１に示すアルミニウム合金供試材を３Ｃ法による連続鋳造圧延（冷却速度約２５０℃／ｓ）により６ｍｍ厚の連続鋳造圧延材を得た。また、比較のため、表１に示すアルミニウム合金供試材を半連続鋳造により溶製し、得られた鋳塊（２０×５２×１２５ｍｍ）を片面につき１／４インチずつ面削した後、５３０℃×４時間の均質化処理を行い、その後、熱間圧延（仕上温度３５０℃）により厚さ６ｍｍの熱間圧延材を得た。
【００２８】
上記各供試材に対し、一部を除き冷間圧延により１．３ｍｍ厚まで圧延した後、１回目の中間焼鈍として、連続焼鈍炉（ＣＡＬ）にて５００℃で連続焼鈍し、さらに所定板厚まで冷間圧延後、２回目の中間焼鈍として、３６０℃×３ｈのバッチ焼鈍を行った。その後、０．０６０ｍｍ厚まで冷間圧延を行った。２回目の中間焼鈍後、最終板厚に至る冷間圧延では、表に示すように、最終冷延率を変化させた。
次いで、上記各供試材に対し以下の特性試験を行った。
【００２９】
耐エロージョン性
０．３ｍｍ厚のブレージングシート（ＪＩＳ　Ａ　７０７２／３００３／４３４３Ａｌ合金：犠牲陽極材／芯材／ろう材）のろう材面に、コルゲート加工した本発明フィン材および比較フィン材を組付け、これにフラックスを塗布した後、上記ろう付熱処理を実施した。なお、ろう付熱処理は、窒素ガス雰囲気中で６００℃×３ｍｉｎ保持後、−１００℃／ｍｉｎで冷却を行った。
上記ろう付後、フィレットの形成状態で耐エロージョン性を評価した。すなわち、ろう侵食が認められないものを○印、著しいろう侵食あるものを×印で示した。
【００３０】
強度
ろう付相当の熱処理を行った本発明フィン材および比較フィン材を用いて、引張試験片を作製し、これらの試験片を用いて、引張試験を行うことにより、強度を評価した。なお、評価は、１７０ＭＰａ以上のものを◎印、１６０〜１７０ＭＰａ未満のものを○印、１６０ＭＰａ未満のものを×印で示した。
【００３１】
犠牲陽極効果
犠牲陽極効果は、チューブ芯材を想定した３００３合金と各フィン材との電位差で評価した。なお、電位差１００ｍＶ以上のものを◎印、電位差５０〜１００ｍＶ未満のものを○印、電位差５０ｍＶ未満のものを×印で示した。
【００３２】
【表１】
2004084015.tif 000002
【００３３】
【表２】
2004084015.tif 000003
【００３４】
上記特性試験の結果を表２に示す。表から明らかなように、本発明の製造方法により製造したフィン材は、耐エロージョン性、強度および犠牲陽極効果に優れていた。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱交換器用アルミニウム合金フィン材の製造方法によれば、質量％で、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．６〜２．５％、Ｎｉ：１．０超〜５．０％を含有し、所望によりＺｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに所望によりＺｎ：０．０１〜５．０％を含有し、さらに所望によりＣｒ：０．０１〜０．５％、Ｖ０．０１〜０．５％、Ｃｏ：０．０１〜０．５％のうちの１種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するＡｌ合金を、溶湯より連続鋳造圧延した後、冷間圧延を行う際に、中間焼鈍を少なくとも１回行い、最終の中間焼鈍時の板厚から最終板厚に至る最終冷延率を２０〜５０％で行うので、ろう付時の耐エロージョン性およびろう付前後の強度に優れたフィン材が得られる。したがって、本発明の製造方法は、フィン材の薄肉・軽量化に大きく貢献するものである。