JP2007023311A - Clad material and manufacturing method therefor - Google Patents
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Description
この発明は、高温強度および耐食性に優れたクラッド材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a clad material excellent in high-temperature strength and corrosion resistance and a method for producing the same.
従来から自動車用熱交換器であるコンデンサにおいては、強度を有する材料として３０００系アルミニウム合金も用いたチューブ、もしくはヘッダーを採用している。特にＣＯ2冷媒を用いたコンデンサ（ガスクーラー）では高温高圧が加わるために、高温でのチューブ強度が必要であり、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｖなどの元素を添加したアルミニウム合金を用いることで高温強度の向上を図っている（例えば、特許文献１）。 Conventionally, a capacitor which is a heat exchanger for an automobile employs a tube or header using a 3000 series aluminum alloy as a material having strength. In particular, a condenser (gas cooler) using a CO 2 refrigerant requires high-temperature and high-pressure, and therefore requires high-temperature tube strength. Use an aluminum alloy to which elements such as Mn, Cu, Zr, Sc, and V are added. Therefore, the high temperature strength is improved (for example, Patent Document 1).
一方、耐熱性を得るためにステンレスなどの合金鋼の伝熱管の表面に表面処理層を介してアルミニウム合金ろう材を被覆したパイプを用いることも提案されている。また、熱交換器以外の各種機械部品材料としても、ステンレス鋼板とアルミニウム合金板のクラッド材が用いられている（例えば、特許文献２、３）。
しかしながら、特許文献１に記載されたアルミニウム合金では、Ｓｃ、Ｖ等の添加元素が高価であるため、低コストで熱交換器を製造することが困難であった。また、これらの元素を添加しても、材料強度を大幅に向上させることは困難である。
However, in the aluminum alloy described in
また、特許文献２のクラッド材においては、表面処理層を形成するためにコストがかかるという問題があった。
In addition, the clad material of
また、腐食環境下で長期間使用される熱交換器は高温強度とともに耐食性が要求される。しかし、特許文献３に記載されたクラッド材は優れた耐摩耗性を有するものであるが、熱交換器材料としての耐食性を具備するものではない。
Moreover, the heat exchanger used for a long time in a corrosive environment is required to have high temperature strength and corrosion resistance. However, although the clad material described in
本発明は上述した技術背景に鑑み、高温強度および耐食性に優れたクラッド材およびその製造方法の提供を目的とする。 In view of the above technical background, an object of the present invention is to provide a clad material excellent in high-temperature strength and corrosion resistance and a method for producing the same.
即ち、本発明のクラッド材は下記〔１〕〜〔８〕に記載の構成を有する。
〔１〕合金鋼材の少なくとも一面側にアルミニウム合金層を有するクラッド材であって、前記アルミニウム合金層が、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎのうちの少なくとも１種を含み、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、前記合金鋼材とアルミニウム合金層との境界部に金属間化合物層を含むことを特徴とするクラッド材。
〔２〕前記アルミニウム合金中のＳｉ濃度が６〜１５質量％である前項１に記載のクラッド材。
〔３〕前記アルミニウム合金中のＣｕ濃度が０．０５〜２質量％である前項１または２に記載のクラッド材。
〔４〕前記アルミニウム合金中のＭｎ濃度が０．０２〜２質量％である前項１〜３のいずれか１項に記載のクラッド材。
〔５〕前記アルミニウム合金層がろう材である前項１〜４のいずれかに記載のクラッド材。
〔６〕前記アルミニウム合金層の厚さが５〜３００μｍである前項１〜５のいずれか１項に記載のクラッド材。
〔７〕前記金属間化合物層の厚さが５〜２００μｍである前項１〜６のいずれか１項に記載のクラッド材。
〔８〕前記合金鋼がステンレス鋼である前項１〜７のいずれか１項に記載のクラッド材。
That is, the clad material of the present invention has the configurations described in [1] to [8] below.
[1] A clad material having an aluminum alloy layer on at least one surface side of an alloy steel material, wherein the aluminum alloy layer contains at least one of Si, Cu, and Mn, and the balance is made of Al and impurities. A clad material comprising an intermetallic compound layer at a boundary portion between the alloy steel material and the aluminum alloy layer.
[2] The clad material according to 1 above, wherein the Si concentration in the aluminum alloy is 6 to 15% by mass.
[3] The clad material according to
[4] The cladding material according to any one of
[5] The cladding material according to any one of
[6] The cladding material according to any one of
[7] The cladding material according to any one of
[8] The clad material according to any one of
本発明の管体は下記〔９〕に記載の構成を有する。
〔９〕前項１〜８のいずれか１項に記載されたクラッド材からなり、アルミニウム合金層が外側となされていることを特徴とする管体。
The tubular body of the present invention has the configuration described in [9] below.
[9] A tubular body comprising the cladding material according to any one of
本発明の熱交換器のヘッダーチューブは下記〔１０〕に記載の構成を有する。
〔１０〕前項９の記載の管体を備えた、熱交換器のヘッダーチューブ。
The header tube of the heat exchanger of the present invention has the configuration described in [10] below.
[10] A header tube for a heat exchanger, comprising the tube according to item 9 above.
本発明の熱交換器は下記〔１１〕に記載の構成を有する。
〔１１〕前項１０に記載のヘッダーチューブを備えた熱交換器。
The heat exchanger of the present invention has the configuration described in [11] below.
[11] A heat exchanger comprising the header tube according to the
本発明のクラッド材の製造方法は、下記〔１２〕〜〔１５〕に記載の構成を有する。
〔１２〕合金鋼材の少なくとも一面側に、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎのうちの少なくとも１種を含み、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニウム合金層を備えたクラッド材を製作し、このクラッド材を熱処理をすることにより、合金鋼材とアルミニウム合金層との間に金属間化合物層を形成することを特徴とするクラッド材の製造方法。
〔１３〕前記熱処理は、５００〜６１５℃の温度で１ｍｉｎ〜１０ｈの加熱である前項１２に記載のクラッド材の製造方法。
〔１４〕前記熱処理を、クラッド材を所要形状に成形した後に行う前項１２または１３に記載のクラッド材の製造方法。
〔１５〕前記熱処理はろう付時の加熱であり、５５０〜６１５℃の温度で１ｍｉｎ〜１ｈの加熱を行う前項１３または１４に記載のクラッド材の製造方法。
The manufacturing method of the clad material of this invention has the structure as described in following [12]-[15].
[12] A clad material including an aluminum alloy layer containing at least one of Si, Cu, and Mn and the balance being Al and impurities is formed on at least one surface side of the alloy steel material, and the clad material is subjected to heat treatment. A method for producing a clad material, comprising: forming an intermetallic compound layer between an alloy steel material and an aluminum alloy layer.
[13] The method for manufacturing a clad material according to [12], wherein the heat treatment is heating at a temperature of 500 to 615 ° C. for 1 min to 10 h.
[14] The method for manufacturing a clad material as described in [12] or [13], wherein the heat treatment is performed after the clad material is formed into a required shape.
[15] The method for manufacturing a clad material according to the
〔１〕の発明のクラッド材は、合金鋼材が高温強度を確保し、アルミニウム合金層が犠牲腐食として機能するとともに、金属間化合物層が合金鋼材への腐食の進行を食い止めるブロック層として機能するため、優れた耐食性が得られる。 In the clad material of the invention of [1], the alloy steel material ensures high-temperature strength, the aluminum alloy layer functions as sacrificial corrosion, and the intermetallic compound layer functions as a block layer that stops the progress of corrosion to the alloy steel material. Excellent corrosion resistance can be obtained.
〔２〕〔３〕〔４〕の各発明のクラッド材は、特に優れた耐食性を有する。 [2] The clad material of each invention of [3] and [4] has particularly excellent corrosion resistance.
〔５〕の発明のクラッド材は、特に優れた耐食性を有するとともに、アルミニウム合金層をろう材として用いることができる。 The clad material of the invention of [5] has particularly excellent corrosion resistance and can use an aluminum alloy layer as a brazing material.
〔６〕〔７〕の各発明のクラッド材は、特に優れた耐食性を有する。 [6] The clad material of each invention of [7] has particularly excellent corrosion resistance.
〔８〕の発明のクラッド材は、特に優れた高温強度および耐食性を有する。 The clad material of the invention of [8] has particularly excellent high temperature strength and corrosion resistance.
〔９〕の発明の管体は、優れた高温強度および耐食性を有する。 The tube of the invention of [9] has excellent high temperature strength and corrosion resistance.
〔１０〕の発明の熱交換器のヘッダーチューブは、優れた高温強度および耐食性を有する。 The header tube of the heat exchanger of the invention of [10] has excellent high temperature strength and corrosion resistance.
〔１１〕の発明の熱交換器は、優れた高温強度および耐食性を有する。 The heat exchanger of the invention of [11] has excellent high temperature strength and corrosion resistance.
〔１２〕の発明のクラッド材の製造方法によれば、〔１〕に記載された優れた高温強度および耐食性を有するクラッド材を製造することができる。 According to the method for producing a clad material of the invention of [12], the clad material having excellent high temperature strength and corrosion resistance described in [1] can be produced.
〔１３〕の発明のクラッド材の製造方法によれば、耐食性を得るに十分な厚さの金属間化合物層を生成させることができる。 According to the method for producing a clad material of the invention of [13], an intermetallic compound layer having a thickness sufficient to obtain corrosion resistance can be generated.
〔１４〕の発明のクラッド材の製造方法によれば、管体等の所要形状のクラッド材を製造できる。 According to the method for producing a clad material of the invention of [14], a clad material having a required shape such as a tubular body can be produced.
〔１５〕の発明のクラッド材の製造方法によれば、ろう付と金属間化合物層の生成とが同時に行われるため、効率良く熱交換器を製造することができる。 According to the method for producing a clad material of the invention of [15], since brazing and generation of an intermetallic compound layer are simultaneously performed, a heat exchanger can be produced efficiently.
図１Ａおよび図１Ｂに、本発明のクラッド材の模式的断面図を示す。 1A and 1B are schematic cross-sectional views of the clad material of the present invention.
本発明のクラッド材(1)(2)は、合金鋼材(3)によって強度を確保し、特定組成のアルミニウム合金層(4)をクラッドすることにより合金鋼材(3)との電位差を小さくするとともに、境界部にブロック層となる金属間化合物層(5)を形成し、長期的な耐食性を得たものである。 The clad material (1) (2) of the present invention ensures strength by the alloy steel material (3), and reduces the potential difference from the alloy steel material (3) by clad the aluminum alloy layer (4) having a specific composition. The intermetallic compound layer (5) serving as the block layer is formed at the boundary portion to obtain long-term corrosion resistance.
クラッド材(1)(2)において、アルミニウム合金層(4)として、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎのうちの少なくとも１種を含むアルミニウム合金を用いる。これらの元素はアルミニウム合金の電位を貴として合金鋼材(3)との電位差を小さくする効果があり、アルミニウム合金層(4)が犠牲腐食層として機能することにより、長期的な耐食性を得ることができる。 In the clad materials (1) and (2), an aluminum alloy containing at least one of Si, Cu, and Mn is used as the aluminum alloy layer (4). These elements have the effect of making the potential of the aluminum alloy noble and reducing the potential difference from the alloy steel (3), and the aluminum alloy layer (4) functions as a sacrificial corrosion layer, so that long-term corrosion resistance can be obtained. it can.
本発明のクラッド材は、合金鋼材(3)の少なくとも一面側に犠牲腐食層となるアルミニウム合金層(4)を有し、合金鋼材(3)とアルミニウム合金層(4)との境界部に金属間化合物層(5)が形成されているものであり、他面側の状態は限定されない。例えば、(a)他面側には何もクラッドされていない、(b)一面側と同一組成のアルミニウム合金層がクラッドされている、(c)異なる組成のアルミニウム層またはアルミニウム合金層がクラッドされている、(d)アルミニウム以外の層がクラッドされているといった場合があり、クラッド材の用途に応じて任意に選定することができる。また、他面側にアルミニウム合金層を有する場合にも金属間化合物層の有無は問わない。図１Ａに示したクラッド材(1)は合金鋼材(3)の一面側にアルミニウム合金層(4)および金属間化合物層(5)を有し、他面側には何もクラッドされていないものである。また、図１Ｂに示したクラッド材(2)は合金鋼材(3)の両面にアルミニウム合金層(4)および金属間化合物層(5)を有するものである。 The clad material of the present invention has an aluminum alloy layer (4) serving as a sacrificial corrosion layer on at least one surface side of the alloy steel material (3), and a metal at the boundary between the alloy steel material (3) and the aluminum alloy layer (4). The intermetallic compound layer (5) is formed, and the state on the other side is not limited. For example, (a) the other side is not clad, (b) an aluminum alloy layer having the same composition as the one side is clad, (c) an aluminum layer or aluminum alloy layer having a different composition is clad. (D) There are cases where a layer other than aluminum is clad, and the layer can be arbitrarily selected according to the use of the clad material. Moreover, even when it has an aluminum alloy layer in the other surface side, the presence or absence of an intermetallic compound layer does not ask | require. The clad material (1) shown in FIG. 1A has an aluminum alloy layer (4) and an intermetallic compound layer (5) on one surface side of an alloy steel material (3), and nothing is clad on the other surface side. It is. The clad material (2) shown in FIG. 1B has an aluminum alloy layer (4) and an intermetallic compound layer (5) on both surfaces of the alloy steel material (3).
前記アルミニウム合金層(4)において、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎの添加意義および好ましい濃度は以下のとおりである。 In the aluminum alloy layer (4), the significance and preferred concentrations of Si, Cu, and Mn are as follows.
Ｓｉは、アルミニウム合金の電位を貴にするとともに融点を下げてろう材として機能させる元素である。このような観点で、Ｓｉ濃度は６〜１５質量％が好ましい。６質量％未満ではろう材として機能させることが困難であり、１５質量％を超えると加工性が低下するため、クラッド材を所要形状に加工することが困難となる。特に好ましいＳｉ濃度は７〜１２質量％である。但し、Ｓｉ濃度が６質量％未満でもアルミニウム合金の電位を貴にする効果を有するため、クラッド材に別途ろう材を供給してろう付すれば熱交換器用材料として用いることができる。防食のみを目的とするならば、Ｓｉ濃度は０．５質量％以上が好ましい。また、Ｓｉ濃度が１５質量％を超えても、目的形状に成形できる場合は熱交換器用材料として用いることができる。 Si is an element that makes the potential of the aluminum alloy noble and lowers the melting point to function as a brazing material. From such a viewpoint, the Si concentration is preferably 6 to 15% by mass. If it is less than 6% by mass, it will be difficult to function as a brazing material, and if it exceeds 15% by mass, the workability will deteriorate, so it will be difficult to process the clad material into the required shape. A particularly preferable Si concentration is 7 to 12% by mass. However, even if the Si concentration is less than 6% by mass, the aluminum alloy has an effect of making the potential of the aluminum alloy noble. Therefore, if a brazing material is separately supplied to the cladding material and brazed, it can be used as a heat exchanger material. For the purpose of anticorrosion only, the Si concentration is preferably 0.5 mass% or more. Moreover, even if Si concentration exceeds 15 mass%, when it can shape | mold to the target shape, it can be used as a material for heat exchangers.
Ｃｕ濃度は０．０５〜２質量％が好ましい。Ｃｕ濃度が０．０５質量％未満ではアルミニウム合金の電位を貴にする効果が乏しく、２質量％を超えると加工性が低下するため、クラッド材を所要形状に加工することが困難となる。特に好ましいＣｕ濃度は０．１〜１質量％である。但し、Ｃｕ濃度が２質量％を超えても、加工度が小さく目的形状に成形できる場合は熱交換器用材料として用いることができる。 The Cu concentration is preferably 0.05 to 2% by mass. If the Cu concentration is less than 0.05% by mass, the effect of making the potential of the aluminum alloy noble is poor, and if it exceeds 2% by mass, the workability deteriorates, making it difficult to process the clad material into the required shape. A particularly preferable Cu concentration is 0.1 to 1% by mass. However, even if the Cu concentration exceeds 2% by mass, it can be used as a heat exchanger material if the degree of work is small and it can be formed into a target shape.
Ｍｎ濃度は０．０２〜２質量％が好ましい。Ｍｎ濃度が０．０２質量％未満ではアルミニウム合金の電位を貴にする効果が乏しく、２質量％を超えると加工性が低下するため、クラッド材を所要形状に加工することが困難となる。特に好ましいＭｎ濃度は０．０５〜１．５質量％である。但し、Ｍｎ濃度が２質量％を超えても、加工度が小さく目的形状に成形できる場合は熱交換器用材料として用いることができる。 The Mn concentration is preferably 0.02 to 2% by mass. If the Mn concentration is less than 0.02% by mass, the effect of making the potential of the aluminum alloy noble is poor. If the Mn concentration exceeds 2% by mass, the workability decreases, and it becomes difficult to process the clad material into the required shape. A particularly preferable Mn concentration is 0.05 to 1.5% by mass. However, even if the Mn concentration exceeds 2% by mass, it can be used as a material for a heat exchanger if the degree of processing is small and it can be formed into a target shape.
アルミニウム合金において、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎのうちの少なくとも１種が含まれていれば合金鋼材との電位差を小さくし、犠牲腐食層を形成して防食することが可能である。Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎは、電位を貴にするとともに、アルミニウム合金層としての自己耐食性についても極端に悪くすることはない。むしろ、Ｍｎについては自己耐食性を良好とするため、特に好ましい。また、任意の２元素、または３元素を含むアルミニウム合金であっても良い。 If the aluminum alloy contains at least one of Si, Cu, and Mn, it is possible to reduce the potential difference from the alloy steel material and form a sacrificial corrosion layer to prevent corrosion. Si, Cu, and Mn make the potential noble and do not extremely deteriorate the self-corrosion resistance as the aluminum alloy layer. Rather, Mn is particularly preferable because it has good self-corrosion resistance. Moreover, the aluminum alloy containing arbitrary 2 elements or 3 elements may be sufficient.
また、防食効果を得るための好ましい電位差は３０〜７００ｍＶであり、特に好ましい電位差は５０〜５００ｍＶである。 Moreover, a preferable potential difference for obtaining the anticorrosion effect is 30 to 700 mV, and a particularly preferable potential difference is 50 to 500 mV.
前記アルミニウム合金層(4)の厚さは５〜３００μｍが好ましい。５μｍ未満では犠牲腐食層が薄すぎるために防食層としての効果が十分に得られない。一方、３００μｍを超えて厚くすることは不経済である。特に好ましいアルミニウム合金層(4)の厚さは１５〜２００μｍである。 The thickness of the aluminum alloy layer (4) is preferably 5 to 300 μm. If the thickness is less than 5 μm, the sacrificial corrosion layer is too thin, so that the effect as the anticorrosion layer cannot be sufficiently obtained. On the other hand, it is uneconomical to increase the thickness beyond 300 μm. A particularly preferred aluminum alloy layer (4) has a thickness of 15 to 200 μm.
また、金属間化合物層(5)はアルミニウム合金層(4)の表面側から進行する腐食を合金鋼材(3)に達するまでに食い止めるためのブロック層である。金属間化合物層(5)の厚さは１〜２００μｍが好ましい。１μｍ未満では腐食のブロック層としての機能が乏しい。一方、金属間化合物が脆いために、２００μｍを超えるとクラッド材(1)の強度が低下するおそれがあるためである。特に好ましい金属間化合物層(5)の厚さは５〜１００μｍである。 Further, the intermetallic compound layer (5) is a block layer for stopping the corrosion that proceeds from the surface side of the aluminum alloy layer (4) until it reaches the alloy steel (3). The thickness of the intermetallic compound layer (5) is preferably 1 to 200 μm. If it is less than 1 μm, the function as a block layer for corrosion is poor. On the other hand, since the intermetallic compound is brittle, if it exceeds 200 μm, the strength of the clad material (1) may be lowered. Particularly preferred thickness of the intermetallic compound layer (5) is 5 to 100 μm.
前記金属間化合物層(5)は、合金鋼材(3)とアルミニウム合金層(4)とを圧着させたクラッド材を熱処理を施すことにより形成される。具体的には、合金鋼材(3)とアルミニウム合金層(4)をクラッド圧延し、さらにクラッド材に熱処理を施す。生成する金属間化合物層(5)の厚さは熱処理の温度と時間によって変化するものであり、５００〜６１５℃の温度で１ｍｉｎ〜１０ｈ保持することによって上記厚さに生成させることができる。前記熱処理は、クラッド圧延後であればいつでも行うことでき、冷間圧延中の中間焼鈍として行っても良いし、所要厚さに冷間圧延した後、あるいはさらに管体等の所要形状に成形した後に行っても良い。また、前記熱処理条件はろう付時の加熱条件と共通するため、所要形状に成形したクラッド材に対し、ろう付加熱によってろう付接合と同時に金属間化合物層(5)を形成させることもできる。従って、前記熱処理とろう付とを同時に行うことにより、１回の熱処理で効率良く熱交換器を製作することができる。特に、アルミニウム合金層(4)としてＳｉ含有合金を用いる場合はアルミニウム合金層(4)がろう材としても機能するため、別途ろう材を供給する必要もなく効率良く熱交換器を製作することができる。熱処理条件は、中間焼鈍として行う場合は５００〜５５０℃の温度で１〜１０ｈ加熱することが好ましく、ろう付時に行う場合は５５０〜６１５℃の温度で１ｍｉｎ〜１ｈ加熱することが好ましい。また、前記熱処理は１回に限定されるものではなく、２回以上行っても良い。例えば、中間焼鈍とろう付時に行っても良い。 The intermetallic compound layer (5) is formed by heat-treating a clad material obtained by pressure-bonding an alloy steel material (3) and an aluminum alloy layer (4). Specifically, the alloy steel material (3) and the aluminum alloy layer (4) are clad rolled, and the clad material is further heat treated. The thickness of the intermetallic compound layer (5) to be generated varies depending on the temperature and time of the heat treatment, and can be generated to the above thickness by holding at a temperature of 500 to 615 ° C. for 1 min to 10 h. The heat treatment can be performed at any time after clad rolling, and may be performed as intermediate annealing during cold rolling, or after cold rolling to a required thickness, or further formed into a required shape such as a tubular body. You may go later. Further, since the heat treatment conditions are the same as the heating conditions at the time of brazing, it is possible to form the intermetallic compound layer (5) at the same time as the brazing joint with the clad material formed into a required shape by brazing additional heat. Therefore, by simultaneously performing the heat treatment and brazing, a heat exchanger can be efficiently manufactured by one heat treatment. In particular, when a Si-containing alloy is used as the aluminum alloy layer (4), the aluminum alloy layer (4) also functions as a brazing material, so that it is possible to efficiently manufacture a heat exchanger without the need to supply a separate brazing material. it can. As for the heat treatment conditions, it is preferable to heat at a temperature of 500 to 550 ° C. for 1 to 10 hours when performing the intermediate annealing, and it is preferable to heat at a temperature of 550 to 615 ° C. for 1 minute to 1 h when performing the brazing. Further, the heat treatment is not limited to once, and may be performed twice or more. For example, it may be performed during intermediate annealing and brazing.
本発明のクラッド材(1)(2)において、合金鋼材(3)の材質は限定されないが、高温強度および耐食性を考慮すると、ステンレス鋼、特にＪＩＳで規定されるＳＵＳ３０４を推奨できる。また、合金鋼材(3)の厚さは、０．１〜３ｍｍが好ましい。 In the clad materials (1) and (2) of the present invention, the material of the alloy steel material (3) is not limited, but considering high temperature strength and corrosion resistance, stainless steel, particularly SUS304 specified by JIS can be recommended. Further, the thickness of the alloy steel material (3) is preferably 0.1 to 3 mm.
本発明のクラッド材は、例えばヘッダーチューブのような熱交換器用管体の材料として好適に用いられる。特に、高温高圧となるために高温強度が要求されるＣＯ2冷媒を用いた熱交換器の管体材料として好適である。 The clad material of the present invention is suitably used as a material for a heat exchanger tube such as a header tube. In particular, it is suitable as a tube material for a heat exchanger using a CO 2 refrigerant that requires high-temperature strength to achieve high temperature and pressure.
本発明のクラッド材の製造方法について、図２に示した熱交換器(10)を製作する場合を例に挙げて以下に説明する。前記熱交換器(10)は、複数の熱交換チューブ(11)が相互間にフィン(12)を介在させた状態で積層されるとともに、熱交換チューブ(11)の両端がヘッダーチューブ(20)に連通接続され、熱交換チューブ(11)、フィン(12)、ヘッダーチューブ(20)がろう付けにより接合一体化されたコア部を有するものである。図中、(13)はサイドプレートである。 The manufacturing method of the clad material of the present invention will be described below by taking as an example the case of manufacturing the heat exchanger (10) shown in FIG. The heat exchanger (10) is laminated with a plurality of heat exchange tubes (11) with fins (12) interposed therebetween, and both ends of the heat exchange tubes (11) are header tubes (20). The heat exchange tube (11), the fin (12), and the header tube (20) have a core portion joined and integrated by brazing. In the figure, (13) is a side plate.
まず、図３に参照されるように、合金鋼材(3)とアルミニウム合金層(4)とをクラッド圧延して所要厚さのクラッド材(6)を製作する。次に、このクラッド材(6)をアルミニウム合金層(4)が外側となるようにロール成形し、継ぎ目(21)を溶接して管体（ヘッダーチューブ）(20)とする。さらに、管体(20)の周面に熱交換チューブ(11)を差込むための扁平孔(22)を穿設する。なお、図３においては合金鋼材(3)の片面にアルミニウム合金層(4)をクラッドしたものを例示している。そして、熱交換チューブ(11)とフィン(12)と交互に積み重ねるとともに、熱交換チューブ(11)の両端をヘッダーチューブ(20)の差込み孔(22)に差し込んで仮組みする。この仮組物を炉内で加熱すると、ヘッダーチューブ(20)と熱交換チューブ(11)、熱交換チューブ(11)とフィン(12)がろう付接合されるとともに、ヘッダーチューブ(20)の合金鋼材(3)とアルミニウム合金層(4)との境界部に金属間化合物層(5)が形成される（図１Ａおよび図１Ｂ参照）。 First, as shown in FIG. 3, the alloy steel material (3) and the aluminum alloy layer (4) are clad-rolled to produce a clad material (6) having a required thickness. Next, this clad material (6) is roll-formed such that the aluminum alloy layer (4) is on the outside, and the seam (21) is welded to form a tubular body (header tube) (20). Further, a flat hole (22) for inserting the heat exchange tube (11) is formed in the peripheral surface of the pipe body (20). FIG. 3 shows an example in which an aluminum alloy layer (4) is clad on one side of the alloy steel material (3). Then, the heat exchange tubes (11) and the fins (12) are alternately stacked, and both ends of the heat exchange tubes (11) are temporarily inserted into the insertion holes (22) of the header tube (20). When this temporary assembly is heated in the furnace, the header tube (20) and the heat exchange tube (11), the heat exchange tube (11) and the fin (12) are brazed, and the header tube (20) alloy. An intermetallic compound layer (5) is formed at the boundary between the steel material (3) and the aluminum alloy layer (4) (see FIGS. 1A and 1B).
熱交換器用ヘッダーチューブの材料として、後掲の表１に示す種々のクラッド材を製作した。
〔実施例１〜９、比較例３〕
クラッド材材料として、ＳＵＳ３０４からなり厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼材および表１に示す組成のアルミニウム合金層を用いた。ステンレス鋼材とアルミニウム合金層との電位差は表１に示すとおりである。
As a material for the header tube for the heat exchanger, various clad materials shown in Table 1 below were manufactured.
[Examples 1 to 9, Comparative Example 3]
As the cladding material, a stainless steel material made of SUS304 and having a thickness of 1.5 mm and an aluminum alloy layer having the composition shown in Table 1 were used. The potential difference between the stainless steel material and the aluminum alloy layer is as shown in Table 1.
クラッド材の製作に際し、ステンレス鋼材およびアルミニウム合金層のそれぞれの接合面をワイヤーブラッシングにより粗面化した上で、ステンレス鋼材の両面にアルミニウム合金層を重ね合わせ、圧下率４０％で冷間圧延することにより、シート状のクラッド材を製作した。また、実施例３、５、８、比較例３においては、冷間圧延中のパス間で表１に示す条件で中間焼鈍を行った。
〔比較例１〕
ＪＩＳ Ａ３００３の鋳造材にＪＩＳ Ａ７０７２材をクラッドし、所定厚さとした。製造方法は、材料表面を粗面化した後に熱間圧延してクラッド材とした。
〔比較例２〕
ＪＩＳ Ａ１１００からなる厚さ１．５ｍｍのベア材をヘッダーチューブの材料とした。
When manufacturing the clad material, the joint surfaces of the stainless steel material and the aluminum alloy layer are roughened by wire brushing, and then the aluminum alloy layer is superimposed on both surfaces of the stainless steel material and cold rolled at a reduction rate of 40%. Thus, a sheet-like clad material was produced. In Examples 3, 5, 8 and Comparative Example 3, intermediate annealing was performed under the conditions shown in Table 1 between passes during cold rolling.
[Comparative Example 1]
JIS A7072 material was clad on the cast material of JIS A3003 to obtain a predetermined thickness. In the manufacturing method, the material surface was roughened and then hot rolled to obtain a clad material.
[Comparative Example 2]
A bare material made of JIS A1100 and having a thickness of 1.5 mm was used as a header tube material.
次に、製作した各クラッド材またはベア材をロール成形するとともに継ぎ目を溶接して管体とし、ヘッダーチューブ(20)とした（図３参照）。さらに、ヘッダーチューブ(20)の周面に、熱交換チューブ(11)を差込むための扁平孔(22)を穿設した。 Next, each manufactured clad material or bare material was roll-formed, and a seam was welded to form a tubular body, thereby forming a header tube (20) (see FIG. 3). Further, a flat hole (22) for inserting the heat exchange tube (11) was formed in the peripheral surface of the header tube (20).
次に、熱交換チューブ(11)としてＪＩＳ １０００系アルミニウム合金チューブにＺｎ溶射したチューブを用い、フィン(12)としてＪＩＳ ３０００系アルミニウム合金にＺｎを添加したフィンを用い、以下の工程で図２に示す熱交換器(10)を製作した。 Next, as a heat exchange tube (11), a JIS 1000 series aluminum alloy tube sprayed with Zn was used, and as a fin (12), a JIS 3000 series aluminum alloy added with Zn was used. The shown heat exchanger (10) was manufactured.
前記熱交換チューブ(11)とフィン(12)と交互に積み重ねるとともに、熱交換チューブ(11)の両端をヘッダーチューブ(20)の差込み孔(22)に差し込み、さらに最外側のフィンにサイドプレート(13)(13)を重ねて仮組みした。そして、この仮組物を表１に示す条件で加熱し、ろう付接合した。なお、ヘッダーチューブに(20)にろう材のないもの（実施例２、３、９、比較例１〜３）については、粉末ろう材を塗布してろう付した。 The heat exchange tubes (11) and the fins (12) are alternately stacked, and both ends of the heat exchange tubes (11) are inserted into insertion holes (22) of the header tube (20), and side plates ( 13) (13) was layered and temporarily assembled. And this temporary assembly was heated on the conditions shown in Table 1, and it brazed and joined. For the header tube having no brazing material in (20) (Examples 2, 3, 9, and Comparative Examples 1 to 3), a powder brazing material was applied and brazed.
前記ろう付加熱により、ヘッダーチューブ(20)と熱交換チューブ(11)、熱交換チューブ(11)とフィン(12)とがろう付接合された。また、実施例１〜９、比較例３では、ヘッダーチューブ(20)のステンレス鋼材(3)とアルミニウム合金層(4)との境界部に金属間化合物層(5)が形成された（図１Ｂ参照）。表１に、ろう付後のアルミニウム合金層(4)の厚さと金属間化合物層(5)の厚さを示す。なお、圧下率４０％により、実施例１〜９、比較例３のクラッド材におけるステンレス鋼材(3)の厚さは０．９ｍｍであり、比較例１のクラッド材におけるＡ３００３材の厚さは１．５ｍｍである。
〔耐食性試験〕
製作した各熱交換器に対し、ＡＳＴＭ−Ｇ８５−Ａ３に規定されたＳＷＡＡＴ試験を実施し、腐食深さによって耐食性を評価した。腐食試験条件は、ＡＳＴＭ Ｄ１１４１による人工海水に酢酸を添加してｐＨ３に調製した腐食試験液を用い、腐食試験液を０．５時間噴霧−湿潤１．５時間を１サイクルとし、このサイクルを３００時間実施するものとした。
The header tube (20) and the heat exchange tube (11), and the heat exchange tube (11) and the fin (12) were brazed and joined by the brazing heat. In Examples 1 to 9 and Comparative Example 3, an intermetallic compound layer (5) was formed at the boundary between the stainless steel material (3) and the aluminum alloy layer (4) of the header tube (20) (FIG. 1B). reference). Table 1 shows the thickness of the aluminum alloy layer (4) and the thickness of the intermetallic compound layer (5) after brazing. Note that due to the rolling reduction of 40%, the thickness of the stainless steel material (3) in the cladding materials of Examples 1 to 9 and Comparative Example 3 is 0.9 mm, and the thickness of the A3003 material in the cladding material of Comparative Example 1 is 1. .5 mm.
[Corrosion resistance test]
The SWAAT test prescribed in ASTM-G85-A3 was performed on each manufactured heat exchanger, and the corrosion resistance was evaluated by the corrosion depth. Corrosion test conditions are as follows. A corrosion test solution prepared by adding acetic acid to artificial seawater according to ASTM D1141 and adjusted to
腐食深さの評価は、腐食がアルミニウム合金層で止まっているものを「○」、初期はアルミニウム合金層で腐食は止まるが、金属間化合物層が消失しているものを「△」、アルミニウム合金層が早期に腐食するものおよびステンレス鋼材まで腐食が進行するものを「×」とした。
〔高温強度〕
ろう付前のクラッド材およびベア材に対し、板材の状態で上記ろう付と同一条件で加熱処理を行い、１８０℃における強度を測定した。強度の評価は、ＪＩＳ Ａ３００３との強度比較によって行うものとし、３倍以上の強度のあるものを「○」、１倍以上３倍未満を「△」、１倍未満を「×」とした。
The evaluation of the corrosion depth is “◯” when the corrosion stops at the aluminum alloy layer, “△” when the corrosion stops at the aluminum alloy layer at the initial stage but the intermetallic compound layer disappears, and the aluminum alloy The case where the layer corrodes early and the case where the corrosion progresses to the stainless steel material was designated as “x”.
[High temperature strength]
The clad material and the brazing material before brazing were heat-treated in the same state as the brazing in the state of a plate material, and the strength at 180 ° C. was measured. The evaluation of strength was performed by comparing the strength with JIS A3003, and “◯” indicates that the strength is 3 times or more, “Δ” indicates that the strength is 3 times or more, and “x” indicates less than 1 time.
耐食性および高温強度の評価結果を表１に合わせて示す。 The evaluation results of corrosion resistance and high temperature strength are shown in Table 1.
表１の結果より、各実施例のクラッド材は、優れた耐食性および高温強度を有することを確認した。また、ＪＩＳ Ａ３００３との強度比較において３倍の強度があれば、比強度でアルミニウムに勝ることとなり、アルミニウムをステンレス鋼材に置換することを考えた場合に軽量化を期待できる。 From the results of Table 1, it was confirmed that the clad material of each example had excellent corrosion resistance and high temperature strength. Further, if there is a strength three times that of JIS A3003, the specific strength is superior to that of aluminum, and weight reduction can be expected when considering replacing aluminum with a stainless steel material.
本発明のクラッド材は高温強度と耐食性に優れたものであるから、各種熱交換器の構成材料として利用することができる。特に、高温強度が要求されるＣＯ2冷媒を用いた熱交換器のヘッダーチューブとして好適である。 Since the clad material of the present invention is excellent in high temperature strength and corrosion resistance, it can be used as a constituent material of various heat exchangers. In particular, it is suitable as a header tube of a heat exchanger using a CO 2 refrigerant that requires high-temperature strength.
１、２…クラッド材
３…ステンレス鋼材（合金鋼材）
４…アルミニウム合金層
５…金属間化合物層
10…熱交換器
11…熱交換チューブ
20…ヘッダーチューブ（管体）
1, 2 ...
4 ...
10 ... Heat exchanger
11… Heat exchange tube
20… Header tube
Claims (15)
前記アルミニウム合金層が、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎのうちの少なくとも１種を含み、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、前記合金鋼材とアルミニウム合金層との境界部に金属間化合物層を含むことを特徴とするクラッド材。 A clad material having an aluminum alloy layer on at least one side of the alloy steel material,
The aluminum alloy layer includes at least one of Si, Cu, and Mn, and the balance is made of an aluminum alloy composed of Al and impurities, and an intermetallic compound layer is formed at the boundary between the alloy steel and the aluminum alloy layer. A clad material characterized by containing.
The said heat processing is a heating at the time of brazing, The manufacturing method of the clad material of Claim 13 or 14 which performs the heating for 1 min-1h at the temperature of 550-615 degreeC.
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