(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚が０．１２ｍｍ以下のアルミニウム合金フィン材であって、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｆｅ：０．７０〜１．０％を含み、かつＦｅとＳｉとの含有量の比率Ｆｅ／Ｓｉが８以上であり、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるとともに、最大結晶粒径が３０μｍ以下である、ドロー成形によるフィンへの加工性に優れたアルミニウム合金フィン材。
【請求項２】
前記最大結晶粒径が２０μｍ以下である請求項１に記載のアルミニウム合金フィン材。
【請求項３】
前記不可避的不純物として、Ｃｕが０．２０％以下、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉが各々０．０５％以下である請求項１または２に記載のアルミニウム合金フィン材。
【請求項４】
前記アルミニウム合金フィン材が、質別Ｈ２２の調質を施したものである請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金フィン材。
【請求項５】
前記フィンのピッチが２．３ｍｍ以上である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金フィン材。
【請求項６】
Ｓｉ：０．１０％以下、Ｆｅ：０．７０〜１．０％を含み、かつＦｅとＳｉとの含有量の比率Ｆｅ／Ｓｉが８以上であり、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鋳塊を４５０〜６００℃で均質化熱処理し、その後圧延終了温度が２５０℃以下で熱間圧延を行った後に、０．１２ｍｍ以下の板厚に８０％以上の加工率で冷間圧延するとともに、仕上げ焼鈍後の最大結晶粒径を３０μｍ以下とするドロー成形によるフィンへの加工性に優れたアルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項７】
前記最大結晶粒径が２０μｍ以下である請求項６に記載のアルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項８】
前記不可避的不純物として、Ｃｕが０．２０％以下、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉが各々０．０５％以下である請求項６または７に記載のアルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項９】
前記熱間圧延後および冷間圧延途中で、焼鈍を行わない請求項６乃至８のいずれか１項に記載のアルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項１０】
前記熱間圧延終了温度を２００〜２５０℃の温度範囲とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項１１】
前記冷間圧延の加工率を９０％以上とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のアルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項１２】
前記仕上げ焼鈍により、質別Ｈ２２の調質を行う請求項６乃至１１のいずれか１項に記載のアルミニウム合金フィン材の製造方法。
【請求項１３】
前記フィンのピッチが２．３ｍｍ以上である請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の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、空調機のアルミニウムフィンに使用されるアルミニウム合金フィン材およびその製造方法に関し、特にドロータイプの成形加工により、薄肉でしかも高いフィンピッチのフィンへの成形が可能となるアルミニウム合金フィン材およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、熱交換器用アルミニウムフィン材の成形加工においては、主として、張り出し、絞り、ピアスバーリング、アイアニング、およびフレアーの各加工の組み合わせによって行われている。この中で、一般的にドロータイプと呼ばれている加工方式（以下ドロー成形と言う）においては、図１（ａ）〜（ｆ）に順次示す通り、アルミニウム合金フィン材（板）１のプレート部３を、張り出し（図1(a)）、２〜３段階の絞り（図1(b)〜(d) ）、ピアスバーリング（図1(e)）、リフレア（図1(f)）の、各加工工程によりアルミニウム合金フィン材が成形（カラー成形）加工され、所望高さ（フィンピッチ乃至カラーハイト）のカラー２が成形されていく。
【０００３】
近年、空調機などの熱交換器用アルミニウムフィンも、フロン規制に沿った新冷媒への切り替えや空調機自身のコンパクト化や軽量化或いは高性能化などにより、益々薄肉化が図られ、この薄肉化でのフィンの成形性などの加工性向上が求められている。この薄肉化でのフィンの成形性は、例えば肉厚が０．１２ｍｍ以下の場合に、フィンピッチ（前記図1(f)のカラー２の高さ）が２．３ｍｍ以上の高さのフィンが成形可能なことが要求されている。
【０００４】
従来より、フィンへのドロー成形には、一般的に、ＪＩＳ１０５０、１１００、１２００等のアルミニウム合金板で、質別Ｈ２２の調質材が使用されている。しかし、これらのアルミニウム合金フィン材では、フィンピッチが最大２．２ｍｍ程度までしか成形加工できない。これらのアルミニウム合金フィン材では、フィンピッチが２．３ｍｍ以上の成形加工では成形性が不足し、前記ドロー成形のうち、特に張り出しまたは絞り工程において、成形中に材料が破断し、所定高さのカラー成形ができないことによる。
【０００５】
このため、この薄肉（０．１２ｍｍ以下）で、高いフィンピッチ（２．３ｍｍ以上）のフィンへのドロー成形において、従来から、ドロー成形の加工側の改良とともに、アルミニウム合金フィン材の素材側から成形性を向上させるための努力が種々なされている。
【０００６】
例えば、特開平5 −271833号公報では、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｆｅ：０．１０〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１５％を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる化学成分からなり、かつ、金属組織中に微細な（直径０．１μｍ以下）金属間化合物を多数（１０個／μｍ3 以上）分布させたアルミニウム合金フィン材が開示されている。また、このアルミニウム合金フィン材の製造方法として、前記化学成分のアルミニウム合金鋳塊を４３０〜５８０℃で均質化熱処理し、その後この温度からの温度低下が５０℃以内であるうちに熱間圧延を行った後に、８０％以上の圧下率で冷間圧延し、更に２５０〜３５０℃の温度で調質焼鈍を行い、前記金属組織中に微細な金属間化合物を多数分布させることが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者が知見したところによれば、この特開平5 −271833号公報に開示されたアルミニウム合金フィン材は、特にＭｎおよびＭｎとＡｌの金属間化合物を含んでいるため、材料が加工硬化し易く、強度が高くなるとともに、成形性に必要な伸びやエリクセン値が低下するため、前記ＪＩＳ規格のアルミニウム合金板と同様、フィンピッチが２．３ｍｍ以上の成形加工では、成形中に材料が破断し、フィンピッチが最大２．２ｍｍまでしか成形加工できない。実際、同公報の発明の効果の欄にも、この発明ではフィンピッチが最大２．２ｍｍまで成形加工できるとしている。因みに、このＭｎ乃至ＭｎとＡｌの金属間化合物を含んでいるアルミニウム合金フィン材自体は、前記強度が高いゆえに、しごき加工が入り、ある程度の材料強度を必要とするドローレスタイプの加工方式や、比較的低いフィンピッチのドロー成形に現に使用されている。
【０００８】
このため、ドロー成形で、前記薄肉かつ高いピッチのフィンを得るためには、前記ＪＩＳ規格のアルミニウム合金板を、より軟質化して成形性を向上させた質別Ｏ材を、フィン材として使用せざるを得なかった。しかし、このＯ材では材料強度が低くなり、フィンとしての強度（剛性）が不足するため、フィンピッチが２．３ｍｍ以上のフィンをドロー成形で得るためには、材料の肉厚を厚くせざるを得ない。このため、フィン材の薄肉化や軽量化あるいはコストダウン、更には、空調機自身のコンパクト化や軽量化或いは高性能化が図れないという問題点があった。
【０００９】
したがって、これら従来技術の通り、空調機のコンパクト化や軽量化或いは高性能化に対応して、肉厚で０．１２ｍｍ以下の薄肉で、フィンピッチが２．３ｍｍ以上のフィンをドロー成形で得るに適したアルミニウム合金フィン材は、これまで無かったのが実情である。
【００１０】
本発明は、これら従来技術の問題点に鑑み、肉厚が０．１２ｍｍ以下の薄肉であっても、フィンピッチが２．３ｍｍ以上のフィンをドロー成形で得ることができるアルミニウム合金フィン材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係るアルミニウム合金フィン材は、肉厚が０．１２ｍｍ以下の薄肉であり、かつアルミニウム合金の化学成分・組成が、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｆｅ：０．７０〜１．０％を含み、かつＦｅとＳｉとの含有量の比率Ｆｅ／Ｓｉが８以上であり、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるとともに、最大結晶粒径が３０μｍ以下であることを要旨とする。
【００１２】
肉厚で０．１２ｍｍ以下、フィンピッチが２．３ｍｍ以上のフィンへのドロー成形において、特に前記張り出し、または絞りにおける成形性を確保し、成形中の材料の破断を防止するためには、アルミニウム合金フィン材の成形性、特に伸びとエリクセン値の向上が不可欠である。この点、本発明者らは、質別Ｈ２２材において、アルミニウム合金フィン材の材料の加工硬化を抑制したまま、この伸びとエリクセン値を向上させる手法について鋭意検討の結果、特にアルミニウム合金フィン材の最大結晶粒径を一定値以下に細かくすればよいことを知見して、本発明をなしたものである。
【００１３】
具体的には、冷間圧延および仕上げ焼鈍後の、より好ましくは質別Ｈ２２の調質を施した後の、そして要はドロー成形前のアルミニウム合金フィン材（アルミニウム合金板）の最大結晶粒径を３０μｍ以下とする。そして、このアルミニウム合金フィン材の最大結晶粒径は、化学成分と、製造条件、特に熱間圧延条件に大きな影響を受けるため、本発明では、アルミニウム合金フィン材の製造方法の改良も合わせてなしたものである。
【００１４】
したがって、本発明に係るアルミニウム合金フィン材の製造方法は、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｆｅ：０．７０〜１．０％を含み、かつＦｅとＳｉとの含有量の比率Ｆｅ／Ｓｉが８以上であり、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鋳塊を４５０〜６００℃で均質化熱処理し、その後圧延終了温度が２５０℃以下で熱間圧延を行った後に、０．１２ｍｍ以下の板厚に８０％以上の加工率で冷間圧延するとともに仕上げ焼鈍後の最大結晶粒径を３０μｍ以下とすることを要旨とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の物の発明においては、アルミニウム合金フィン材の最大結晶粒度を３０μｍ以下とするために、化学成分としてＳｉとＦｅ量およびＦｅとＳｉとの比、Ｆｅ／Ｓｉを一定量に制御し、Ａｌ−Ｆｅ系化合物の核形成効果を利用する。また、方法の発明においては、アルミニウム合金フィン材の最大結晶粒径を３０μｍ以下とするために、特に熱間圧延終了温度を出来るだけ低い温度とする。
【００１６】
まず、本発明に係るアルミニウム合金フィン材の化学成分組成について説明する。Ｓｉは、結晶粒径の微細化に悪影響を及ぼす不純物である。したがって出来るだけ少ない方が好ましい。しかし、Ｓｉは、アルミニウム原料（地金）中に不純物として含まれ、必然的に鋳塊に含まれる。その含有量が０．１０％を超えるて含まれると、Ａｌ−Ｆｅ系化合物の核形成効果を低減させ、結果として結晶粒径を大きくする。したがって、Ｓｉは０．１０％を許容限界量とし、これ以上鋳塊に含まれる場合には、０．１０％以下に低減する。
【００１７】
Ｆｅは、本発明において重要な元素であり、本発明が対象とするＪＩＳ  １１００相当の純アルミニウム系材料では、特に本発明アルミニウム合金フィン材の結晶粒径への影響が大きく、Ｆｅ含有量が増加するほど結晶粒径が小さくなる。一方、Ｆｅ含有量が０．７０％未満では、結晶粒径の微細化効果が無くなり、最大結晶粒径を３０μｍ以下にすることが困難となる。また、逆にＦｅ含有量が１．０％を超えても、結晶粒径の細粒化効果は少なくなり、かつ材料の加工硬化が大きくなり、冷間圧延性を低下させるとともに、ドロー成形における伸びとエリクセン値も低下させる。したがって、Ｆｅ含有量は０．７０〜１．０％の範囲とする。
【００１８】
また、ＦｅとＳｉとの含有量の比率Ｆｅ／Ｓｉは、本発明では重要な規定であり、例えＦｅ含有量が０．７０％以上あっても、また、Ｓｉ含有量が０．１０％以下であっても、Ｆｅ／Ｓｉが８未満では、前記Ａｌ−Ｆｅ系化合物が少なくなり、この化合物の核形成効果（Ｆｅの効果）が少なくなって、結晶粒径の細粒化効果が少なくなり、最大結晶粒径を３０μｍ以下にすることが困難となる。したがって、ＦｅとＳｉ含有量の各々を規定するとともに、合わせてＦｅ／Ｓｉを８以上とする。
【００１９】
この他、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ等の元素は、本発明では不純物である。これら不純物は、アルミニウム合金中に、アルミ地金やアルミスクラップ（屑）などの溶解原料中から、必然的に混入する。そしてこれら不純物元素は、概ね本発明のＦｅによる結晶粒径の細粒化効果に対して悪影響を与えたり、材料を加工硬化させ易く、成形性に必要な伸びやエリクセン値が低下し、ドロー成形性を低下させる可能性がある。したがって、本発明では、これら不純物量を規制することが好ましい。より具体的には、Ｃｕは０．２０％以下、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉは各々０．０５％以下、とすることが好ましい。また、これら以外の金属元素でも、前記成形性等への悪影響を与える点は同じであるので、アルミスクラップ（屑）などの溶解原料中から多量に含有する可能性がある場合は、それら不純物金属元素を各々０．０５％以下、合計で０．１５％に規制することが好ましい。
【００２０】
本発明における結晶粒径の規定は、最大結晶粒径で行う。最大結晶粒径の特定は、アルミニウム合金フイン材（板）表面を研磨して光学顕微鏡により観察し、例えば観察視野の広さ５ｍｍ2 内での最も大きい結晶の粒径を測定して行う。結晶粒径の特定には、他に平均結晶粒径で行う方法もあるが、アルミニウム合金フイン材の結晶粒毎の大きさが均一ではないため、本発明におけるドロー成形性改善に直結する伸びとエリクセン値との関連性が弱く、ドロー成形性改善の明確な尺度とならない。この点、本発明者らが知見したところによれば、アルミニウム合金フイン材の最大結晶粒径は、ドロー成形性と密接な関連を持ち、最大結晶粒径が小さいほどドロー成形性が良くなり、高いフィンピッチのフィンが加工可能である。なお、アルミニウム合金フイン材の最大結晶粒径は、勿論伸びやエリクセン値とも相関するが、直接的にドロー成形性とより密接な関連を持つ。言い換えると、伸びやエリクセン値が同じレベルであったとしても、最大結晶粒径がより小さい方がドロー成形性に優れる。これに対し、アルミニウム合金フイン材の最大結晶粒径が大きいほどドロー成形性が大きく劣化し、特に最大結晶粒径が３０μｍを超えた場合には、肉厚で０．１２ｍｍ以下、フィンピッチが２．３ｍｍ以上のフィンをドロー成形にて得られなくなる。したがって、アルミニウム合金フイン材の最大結晶粒径は３０μｍ以下とする必要がある。また、更にフィンピッチが高い、具体的には肉厚で０．１２ｍｍ以下、フィンピッチが３．０ｍｍ以上のフィンをドロー成形にて得る場合には、最大結晶粒径をより小さい２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】
次に、本発明に係るアルミニウム合金フイン材の製造方法について説明する。まず、前記本発明の成分範囲内に調整されたアルミニウム合金鋳塊を、例えば、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して製造する。
【００２２】
次いで、アルミニウム合金鋳塊に常法により均質化熱処理を施す。但し、この均質化温度は、アルミニウム合金のフィン成形性等の加工性に影響を与える。即ち、この均質化温度が４５０℃未満では、鋳塊の均質化が不十分となり、アルミニウム合金の最大結晶粒径が３０μｍを超えて粗大化し、伸びやエリクセン値が低くなり、ドロー成形性を劣化させる。また、この均質化をより確実に行うためには５００℃以上とすることが好ましい。一方、均質化処理温度をあまり高くする必要はなく、却って、５７０乃至６００℃の温度を超えて均質化処理を施すと、バーニング等が発生し表面性状等の不具合を招く可能性もあり、また不経済である。したがって、均質化処理温度は４５０〜６００℃、より好ましくは４５０〜５７０℃の範囲とする。
【００２３】
この均質化処理を施したアルミニウム合金鋳塊を、終了温度２５０℃以下で熱間圧延を行う。この熱間圧延終了温度は、本発明において重要な製造条件であり、アルミニウム合金フィン材の最大結晶粒径を決定する要因となる。熱間圧延終了温度が２５０℃を超えると、結晶粒径が大きくなり過ぎ、本発明で規定する３０μｍ以下の最大結晶粒径が得られない。但し、２００℃未満の熱間圧延終了温度では、材料の圧延性が低下し、圧延自体が困難になるため、下限の温度は２００℃とすることが好ましい。
【００２４】
この熱間圧延後、常法により、冷間圧延を一回、あるいはそれ以上行って所定の最終板厚とし仕上げ焼鈍（調質焼鈍）を行う。なお、バッチ炉、連続焼鈍炉等で行う熱間圧延後の荒焼鈍や、冷間圧延と冷間圧延との間に行う中間焼鈍は、必要により入れてもよいが、特に中間焼鈍はアルミニウム合金の結晶粒径を粗大化し、ドロー成形性を劣化させるなど、材料特性に悪影響があるので、行わない方が好ましい。
【００２５】
冷間圧延の加工率は、後述するドロー成形性の点で大きいほど好ましく、具体的には８０％以上、より好ましくは９０％以上とする。これは、仕上げ焼鈍前の冷間圧延の加工率が、仕上げ焼鈍による再結晶粒の安定化に影響するからである。冷間圧延の加工率が８０％未満では、再結晶粒径の粗大化が顕著となり、アルミニウム合金フィン材の最大結晶粒径が３０μｍを超えて粗大化し、伸びやエリクセン値が低くなり、ドロー成形性を劣化させる。また、最大結晶粒径を２０μｍ以下として、ドロー成形性をより向上させるためには、冷間圧延の加工率を９０％以上とするのが好ましい。
【００２６】
冷間圧延後の仕上げ焼鈍は、質別Ｈ２２相当に調質するために必要である。より好ましい条件は、バッチ炉焼鈍などにより、２２０〜２８０℃の温度範囲で、１〜４時間保持した後、放冷ないし急冷する。保持時間が１時間未満では調質効果が不足し、保持時間は４時間以上でもよいが、生産性や経済性の点から４時間以内が好ましい。前記加熱温度は、２８０℃以上の加熱ではＯ材のように軟質となりすぎ、アルミニウム合金フィン材の最大結晶粒径を粗大化させてしまう。また前記２２０〜２８０℃未満の加熱では調質効果がない。
【００２７】
【実施例】
表１に示す化学成分を有する、厚さ６００ｍｍのアルミニウム合金鋳塊をＤＣ鋳造法にて鋳造し、面削後、５４０℃の温度で４時間均質化熱処理を行い、次いで熱間圧延により厚さ３．０ｍｍのホットコイル（熱間圧延上がりコイル）とした。このホットコイルを０．１１０ｍｍの板厚まで、熱間圧延後の荒焼鈍や、冷間圧延の間に行う中間焼鈍などを行わずに、冷間圧延（圧延率９６％）したアルミニウム合金板に、２４０〜２６０℃で４時間の仕上げ焼鈍を行い、質別Ｈ２２相当に調質した。なお、アルミニウム合金の不純物量について、表１の発明例、比較例ともＣｕは０．２０％以下、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉは各々０．０５％以下の、分析限界以下の低いレベルとした。
【００２８】
このように作成したアルミニウム合金フィン材について、ＪＩＳ５号試験片での引張り試験およびＪＩＳ−Ｚ２２４７（Ａ法）によるエリクセン試験にて、機械的性質を求めた。また最大結晶粒径について、アルミニウム合金フィン材表面を研磨して光学顕微鏡により観察し、観察視野の広さ５ｍｍ2 内での最も大きい結晶粒径で測定した。これらのアルミニウム合金フィン材を、ドロータイプのフィン成形金型を用い、前記図１の工程および形状で、フィンピッチが１．８から３．０ｍｍの各ピッチにフィン成形を行った。フィン成形の結果について各フィンピッチにおいて、成形したフィンを観察し、アルミニウム合金材料に亀裂または破断が生じずに、良好に成形できたものを○、材料に少しでも亀裂または破断が生じたものを×とした。これらの結果をまとめて表１に示す。
【００２９】
表１において、Ｎｏ．１〜４は本発明例であり、最大結晶粒径が３０μｍ以下であり、また成形性に必要な伸びやエリクセン値が高い。このため、０．１１０ｍｍの薄肉材でも、２．３ｍｍ以上のフィンピッチである２．６ｍｍまでドロー成形することが可能である。そして、最大結晶粒径が２０μｍ以下の場合（Ｎｏ．１、２）では、３．０ｍｍのフィンピッチまでドロー成形することが可能である。これに対し、比較例Ｎｏ．５はＳｉ量が上限量を超えておりＦｅ／Ｓｉが下限をはずれ、比較例Ｎｏ．６はＦｅ量が下限量を下回り、比較例Ｎｏ．７はＦｅ／Ｓｉが下限をはずれ、比較例Ｎｏ．８、９は熱間圧延終了温度が高すぎ、いずれも最大結晶粒径が３０μｍを超え、また成形性に必要な伸びやエリクセン値も低い。このため、これら比較例は、１．８乃至２．０ｍｍのフィンピッチまでしかドロー成形することができない。
【００３０】
また、発明例Ｎｏ．１と、化学成分が同じで、Ｃｕを０．２０％、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉを各々０．０５％程度含む（各不純物を各々の好ましい上限値含む）アルミニウム合金フィン材を、発明例Ｎｏ．１と同一の条件で製造し、ドロー成形した結果、最大結晶粒径は２０μｍ以下であったにも拘らず、成形性に必要な伸びやエリクセン値が、前記比較例よりは優れるものの、他の本発明例よりも不足しており、２．３ｍｍのフィンピッチまでしか良好にドロー成形することができなかった。したがって、２．３ｍｍより更に高いフィンピッチまでドロー成形するためには、アルミニウム合金フィン材の前記不純物量を前記値以下にできるだけ低減する必要があることが分かる。
【００３１】
【表１】
0003810902.tif 000002
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るドロー成形されるアルミニウム合金フィン材およびその製造方法によれば、肉厚で０．１２ｍｍ以下の薄肉材料でも、フィンピッチが２．３ｍｍ以上のフィンをドロー成形で得ることができる。したがって、アルミニウム合金フィン材自身の薄肉化やコストダウン、熱交換器用アルミニウムフィンの薄肉化や高フィンピッチ化、ひいては、空調機自体の性能向上や軽量化、コンパクト化を達成できる点で工業的な意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ドロー成形の一般的な工程例を示す説明図である。
【符号の説明】
１；アルミニウム合金フィン材      ２；カラー
３；プレート部
【図１】
0003810902.tif 000003