(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：０．３〜１．５％（質量％、以下同じ）、Ｃｕ：０．０５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０６〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．２０％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金よりなり、マトリックス中に存在するＳｉ系化合物、Ｆｅ系化合物およびＭｎ系化合物のうち、粒子径（円相当直径、以下同じ）が０．５μｍ以上の化合物が１ｍｍ２当たり２×１０４個以下であることを特徴とする耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材。
【請求項２】
前記アルミニウム合金が、さらにＭｇ：０．４％以下（０％を含まず、以下同じ）を含有することを特徴とする請求項1記載の耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材。
【請求項３】
前記アルミニウム合金が、さらにＣｒ：０．０１〜０．２％、Ｚｒ：０．０１〜０．２％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項1または２記載の耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材。
【請求項４】
前記アルミニウム合金において、Ｆｅ含有量が０．０１〜０．０９％であることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載の耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材。
【請求項５】
前記粒子径が０．５μｍ以上の化合物が１ｍｍ２当たり１×１０３〜２×１０４個であることを特徴とする請求項1〜４のいずれかに記載の耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材。
【請求項６】
軟化材（Ｏ材）の引張強さが１３０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管用アルミニウム合金材、とくに、自動車用のラジエータやヒータを結ぶ配管、あるいはエバポレータ、コンデンサやコンプレッサを結ぶ配管として好適に使用し得る耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のラジエータやヒータを結ぶ経路、エバポレータ、コンデンサやコンプレッサを結ぶ経路の配管は、管端にバルジ加工等を行って、ラジエータ、ヒータ、エバポレータ、コンデンサ、コンプレッサと接続されており、ラジエータなどへの配管はゴムホースと金属製バンドで締め付けることにより接続される。従来、この配管材としては、３００３などのＡｌ−Ｍｎ系合金からなる単管、Ａｌ−Ｍｎ系合金を芯材とし、７０７２などのＡｌ−Ｚｎ系合金の犠牲陽極材をクラッドしてなる２層または３層のクラッド管が使用されている。
【０００３】
Ａｌ−Ｍｎ系合金の配管材は、過酷な環境下で使用された場合、孔食や粒界腐食が生じ易く、ゴムホースと接続されると、ゴムホースの下側すなわち配管材の外側に隙間腐食が発生するという問題点がある。クラッド管を使用した場合には、前記の孔食や隙間腐食の発生を抑制することができるが、大幅なコストアップとなるという難点がある。
【０００４】
上記の問題を解決するために、Ａｌ−Ｍｎ系合金に、Ｃｕ、Ｔｉを加え、Ｆｅ、Ｓｉの含有量を特定範囲に限定して、耐隙間腐食性を改善した配管材が提案されている（特開平４−２８５１３９号公報）。この配管材は、多くの使用環境下において満足すべき特性を有しているが、配管として使用する場合、管端のバルジ加工等において、加工性が十分でない場合があり、また、とくに厳しい腐食環境に晒された場合、耐食性に問題が生じることが経験されている。
【０００５】
発明者らは、上記Ａｌ−Ｍｎ系合金配管材における加工性および耐食性の低下の問題を解明するための検討過程において、耐食性の低下が、合金マトリックス中に存在する各種金属間化合物とマトリックスとの間に生じるマイクロガルバニック腐食に起因すること、また、金属間化合物の分散状態が管端の加工性に影響することを見出した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の知見に基づいて、前記のＡｌ−Ｍｎ系合金配管材をベースとしてさらに実験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、厳しい腐食環境においても優れた耐食性をそなえ、管端のバルジ加工性など、加工性にも優れた配管用アルミニウム合金材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１による耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材は、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｃｕ：０．０５〜０．１０％、Ｔｉ：０．０６〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．２０％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金よりなり、マトリックス中に存在するＳｉ系化合物、Ｆｅ系化合物およびＭｎ系化合物のうち、粒子径が０．５μｍ以上の化合物が１ｍｍ２当たり２×１０４個以下であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２による耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材は、請求項１において、前記アルミニウム合金が、さらにＭｇ：０．４％以下を含有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３による耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材は、請求項１または２において、前記アルミニウム合金が、さらにＣｒ：０．０１〜０．２％、Ｚｒ：０．０１〜０．２％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４による耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材は、請求項1〜３のいずれかにおいて、前記アルミニウム合金において、Ｆｅ含有量が０．０１〜０．０９％であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５による耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材は、請求項1〜４のいずれかにおいて、前記粒子径が０．５μｍ以上の化合物が１ｍｍ２当たり１×１０３〜２×１０４個であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６による耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材は、請求項1〜５のいずれかにおいて、軟化材（Ｏ材）の引張強さが１３０ＭＰａ以下であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の耐食性および加工性に優れた配管用アルミニウム合金材における合金成分の意義およびその限定理由について説明すると、Ｍｎは、強度を高めるとともに、耐食性とくに耐孔食性を向上させるよう機能する元素である。Ｍｎの好ましい含有量は０．３〜１．５％の範囲であり、０．３％未満ではその効果が十分でなく、１．５％を越えると、Ｍｎ系化合物の粒子が多数形成され耐食性が低下する。Ｍｎのさらに好ましい含有範囲は０．８％以上、１．２％未満である。
【００１５】
Ｃｕは、合金の強度向上のために機能する。好ましい含有量は０．２０％以下の範囲であり、０．２０％を越えて含有すると耐食性が低下する。Ｃｕのさらに好ましい含有範囲は０．０５〜０．１０％である。
【００１６】
Ｔｉは、濃度の高い領域と濃度の低い領域に分かれ、それらの領域が肉厚方向に交互に層状に分布し、Ｔｉ濃度の低い領域はＴｉ濃度の高い領域に比べて優先的に腐食するために腐食形態が層状となり、その結果、肉厚方向への腐食の進行が妨げられて、材料の耐孔食性、耐粒界腐食性および耐隙間腐食性が向上する。Ｔｉの好ましい含有量は０．０６〜０．３０％の範囲であり、０．０６％未満ではその効果が十分でなく、０．３０％を越えると、鋳造時に粗大な化合物が生成して加工性が劣化するため健全な配管材が得られない。Ｔｉのさらに好ましい含有範囲は０．１５〜０．２５％である。
【００１７】
Ｆｅは、押出後の結晶粒度あるいは引抜き（抽伸）ー焼鈍後の結晶粒度を小さくして、配管材の成形性を向上させ、バルジ加工等における割れや肌在れの発生を防止するよう機能する。Ｆｅの好ましい含有量は０．０１〜０．２０％の範囲であり、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．２０％を越えると、Ｆｅ系化合物の粒子が多数形成され耐食性が低下する。Ｆｅのさらに好ましい含有量は０．０１〜０．０９％の範囲である。
【００１８】
Ｓｉは、Ｆｅと同様、押出後の結晶粒度あるいは引抜き（抽伸）ー焼鈍後の結晶粒度を小さくして、配管材の成形性を向上させ、バルジ加工等における割れや肌在れの発生を防止するよう機能する。また、Ｓｉは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物やＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物を形成し、曲げ加工やバルジ加工等の際に工具と材料との焼付きを生じ難くするよう作用する。Ｓｉの好ましい含有量は０．０１〜０．２０％の範囲であり、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．２０％を越えると、Ｓｉ系化合物の粒子が多数形成され耐食性が低下する。Ｓｉのさらに好ましい含有量は０．０１〜０．１０％の範囲である。
【００１９】
Ｍｇは、強度を高め、結晶粒度を小さくするよう機能する。Ｍｇの好ましい含有量は０．４％以下（０％を含まず）の範囲であり、０．４％を越えると押出加工性が低下し、耐食性の低下も生じる。Ｍｇのさらに好ましい含有範囲は０．２０％以下である。
【００２０】
Ｃｒ、Ｚｒは、Ｔｉと同様、濃度の高い領域と濃度の低い領域に分かれ、それらの領域が肉厚方向に交互に層状に分布し、ＣｒおよびＺｒの濃度の低い領域はＣｒおよびＺｒの濃度の高い領域に比べて優先的に腐食するために腐食形態が層状となり、その結果、肉厚方向への腐食の進行が妨げられて、材料の耐孔食性、耐粒界腐食性および耐隙間腐食性が向上する。ＣｒおよびＺｒの好ましい含有量は、それぞれ０．０１〜０．２％および０．０１〜０．２％の範囲であり、それぞれ下限未満ではその効果が小さく、それぞれ上限を越えると、鋳造時に粗大が化合物が生成して加工性が劣化するため、健全な配管材が得られない。
【００２１】
合金マトリックス中に分布するＳｉ化合物（Ａｌ−Ｓｉ系化合物など、Ｓｉを含有する化合物）、Ｆｅ化合物（ＦｅＡｌ3 などのＡｌ−Ｆｅ系化合物、α−ＡｌＦｅＳｉなどのＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物など、Ｆｅを含有する化合物）、Ｍｎ化合物（Ａｌ6 ＭｎなどのＡｌ−Ｍｎ系化合物、Ｍｎ3 ＳｉＡｌ2 などのＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物、α−ＡｌＭｎＦｅＳｉなどのＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物など、Ｍｎを含有する化合物）の分布形態によっては、化合物粒子とマトリックスとの間にマイクロガルバニック腐食が生じる。マイクロガルバニック腐食を抑制して耐食性を高めるためには、Ｓｉ化合物、Ｆｅ化合物、Ｍｎ化合物のうち、粒子径（円相当直径）０．５μｍ以上の化合物を１ｍｍ2 当たり２×１０4 個以下とすることが重要である。
【００２２】
上記化合物は、１ｍｍ2 当たり１×１０3 〜２×１０4 個とするのが好ましく、この分布形態により耐食性が向上するとともに、伸びが増大し加工性が改善される。上記化合物のさらに好ましい分布は、１ｍｍ2 当たり１×１０3 〜１×１０4 個の範囲である。
【００２３】
本発明による配管用アルミニウム合金材は、前記の組成を有するアルミニウム合金溶湯を連続鋳造（半連続鋳造）によりビレットに造塊し、得られたビレットを均質化処理した後、熱間押出加工を行って管形状に成形加工し、焼鈍処理することにより製造される。または、熱間押出加工により管形状としたものを、さらに、引抜き加工（抽伸加工）した後、焼鈍処理することにより製造される。
【００２４】
前記Ｓｉ化合物、Ｆｅ化合物、Ｍｎ化合物の分布形態は、連続鋳造における冷却速度、ビレットの均質化処理条件を調整することにり得ることができる。例えば、連続鋳造時における鋳型内の湯面レベルを通常の１／２以下としたり、鋳造速度を通常の１．２〜１．３倍とすることにより、前記Ｓｉ化合物、Ｆｅ化合物、Ｍｎ化合物の分布形態を得ることができる。均質化処理は６００℃以上の温度で行うのが好ましい。なお、焼鈍処理後の軟化材（Ｏ材）の引張強さを１００〜１３０ＭＰａの範囲とすることによって、とくに加工性の向上が得られバルジ加工等が容易となる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は、本発明の好ましい一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
実施例１
半連続鋳造により、表１〜２に示す組成を有するアルミニウム合金のビレット（直径９０ｍｍ）を造塊し、均質化処理を行った。この場合、鋳造条件を、鋳造温度を７００〜７４０℃、鋳型内の湯面レベル、鋳造速度を調整することにより、ビレットの外表面から中心部までの全域にわたる冷却速度を表１に示す値とし、均質化処理温度を６００℃以上の温度範囲で実施した。なお、表１〜２において、合金Ｎｏ.１〜２、６〜１２、２１〜２６、２８〜２９、３１〜３３は参考として示すものである。
【００２７】
ついで、熱間押出により、外径２５ｍｍ、内径２０ｍｍの管を作製し、さらに、抽伸加工を行って外径１５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの管として最終焼鈍を行い、焼鈍後の管（試験材）について、機械的性質と外周面における結晶粒径を測定し、また、以下の方法により、マトリックス中のＳｉ化合物、Ｆｅ化合物、Ｍｎ化合物の分布形態（粒子径（円相当直径）、０．５μｍ以上の化合物の１ｍｍ2 当たりの数）を測定し、バルジ加工性、耐食性を評価した。
【００２８】
化合物の分布形態：光学顕微鏡組織を８００倍に拡大した画像５視野（面積合計０．２ｍｍ2 ）における粒子径（円相当直径）０．５μｍ以上の化合物の合計数を画像解析装置を用いて測定する。
バルジ加工性：バルジ加工を行い、肌荒れの有無を観察し、肌荒れの無いものはバルジ加工性が良好（○）、肌荒れが生じたものはバルジ加工性が不良（×）とした。
【００２９】
耐食性評価
腐食試験１：管の両端をゴムホースで接続して循環経路を構成し、管内に腐食液（Ｃｌ- ：１９５ｐｐｍ、ＳＯ4 ：６０ｐｐｍ、Ｃｕ2+：１ｐｐｍ、Ｆｅ3+：３０ｐｐｍ）を流速２ｍ／秒で循環させ、８８℃で８時間加熱したのち冷却して、２５℃で１６時間保持するサイクルを６０サイクル繰り返し、管内面に生じる孔食および粒界腐食、ゴムホースの下側（隙間部）に生じる隙間腐食について、最大腐食深さを測定した。
腐食試験２：管外面についてＣＡＳＳ試験を６７２時間行い、管外面に生じる孔食の最大腐食深さを測定した。
【００３０】
測定、評価結果を表３〜４に示す。表３〜４において、試験材Ｎｏ.１〜２、６〜１２、２１〜２６、２８〜２９、３１〜３３は参考として示す。表３〜４にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ.３〜５、１３〜２０、２７、３０、３４〜３５はいずれも、１３０ＭＰａ以下の引張強さを示し、結晶粒度も細かくバルジ加工性は良好であった。また、最大腐食深さはいずれも０．５０ｍｍ以下であり、優れた耐食性をそなえていた。なお、本発明に従う試験材については、押出加工性が良好で製造性に問題がなく健全な試験材が得られた。
【００３１】
【表１】
0004837188.tif 000002
【００３２】
【表２】
0004837188.tif 000003
【００３３】
【表３】
0004837188.tif 000004
【００３４】
【表４】
0004837188.tif 000005
【００３５】
比較例１
半連続鋳造により、表５に示す組成を有するアルミニウム合金のビレット（直径９０ｍｍ）を造塊し、均質化処理を行った。この場合、実施例１と同様に、鋳造条件を、鋳造温度を７００〜７４０℃、鋳型内の湯面レベル、鋳造速度を調整することにより、ビレットの外表面から中心部までの全域にわたる冷却速度を表５に示す値とし、均質化処理温度を６００℃以上の温度範囲で実施した。なお、合金Ｎｏ．５７については、鋳造時の冷却速度を通常の条件、均質化処理温度を５５０℃とした。
【００３６】
ついで、熱間押出により、外径２５ｍｍ、内径２０ｍｍの管を作製し、さらに、抽伸加工を行って外径１５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの管として最終焼鈍を行い、焼鈍後の管（試験材）について、機械的性質と外周面における結晶粒径を測定し、また、実施例１と同じ方法により、マトリックス中のＳｉ化合物、Ｆｅ化合物、Ｍｎ化合物の分布形態（粒子径（円相当直径）、０．５μｍ以上の化合物の１ｍｍ2 当たりの数）を測定し、バルジ加工性、耐食性を評価した。結果を表６に示す。
【００３７】
【表５】
0004837188.tif 000006
【００３８】
【表６】
0004837188.tif 000007
【００３９】
表６に示すように、試験材Ｎｏ．３６は、Ｍｎ量が少ないため強度が十分でなく、試験材Ｎｏ．４９は、Ｍｎ量が多いためＭｎ系化合物が多くなり、耐食性が劣る。試験材Ｎｏ．３７は、Ｃｕ量が多いため耐食性が劣り、隙間部に貫通孔が生じた。
【００４０】
試験材Ｎｏ．３８は、Ｔｉ量が少ないため耐食性が十分でなく、試験材Ｎｏ．３９は、Ｔｉ量が多いため鋳造時に粗大な化合物が生成して加工性が低下し、健全な試験材が得られなかった。試験材Ｎｏ．４０は、Ｆｅ量が少ないため結晶粒度が大きくなり、バルジ加工において肌荒れが生じた。試験材Ｎｏ．４１は、Ｆｅ量が多いためＦｅ系化合物が多くなり、耐食性が劣っている。
【００４１】
試験材Ｎｏ．４２は、Ｓｉ量が少ないため結晶粒度が大きくなり、バルジ加工性が劣る。試験材Ｎｏ．４３は、Ｓｉ量が多いためＳｉ系化合物が多くなり、耐食性が低下している。試験材Ｎｏ．４４は、Ｍｇ量が多いため押出加工性が低下し、健全な試験材を得ることができなかった。
【００４２】
試験材Ｎｏ．４５はＣｒ量が多く、試験材Ｎｏ．４６はＺｒ量が多いため、鋳造時粗大な化合物が生成して加工性が阻害され、健全な試験材を得ることができなかった。
【００４３】
試験材Ｎｏ．４７は、従来の３００３合金からなるものであり耐食性が劣る。試験材Ｎｏ．５０は、鋳造時の冷却速度が低く化合物の粒子数がきわめて多くなったため、耐食性が劣り、腐食試験において貫通孔が生じた。試験材Ｎｏ．４８も化合物の粒子数が多いため、耐食性が劣っている。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、厳しい腐食環境においても優れた耐食性をそなえ、管端のバルジ加工性など、加工性にも優れた配管用アルミニウム合金材が提供される。当該配管用アルミニウム合金材は、とくに、自動車用のラジエータやヒータを結ぶ配管、あるいはエバポレータ、コンデンサやコンプレッサを結ぶ配管用材料として好適に使用される。