DE112020002150T5

DE112020002150T5 - Aluminiumlegierungsrohr und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE112020002150T5
Application number: DE112020002150.5T
Authority: DE
Inventors: Taichi Suzuki; Kiyotake SAWA; Shuhei Shakudo
Original assignee: UACJ Corp; UACJ Extrusion Corp
Current assignee: UACJ Corp; UACJ Extrusion Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2022-01-05
Also published as: US11866807B2; CN112996943A; CN112996943B; US20210355566A1; WO2020218502A1; JP6990209B2; JP2020180353A

Abstract

Ein Aluminiumlegierungsrohr umfasst einen Rohrkörperabschnitt 11 aus einer Al-Mg-Serienlegierung, enthaltend Mg mit einer Konzentration von 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-%, Ti mit einer Konzentration von mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger, den Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen, und eine Zn enthaltende Schicht 12, die auf der Außenseite des Rohrkörperabschnitts angeordnet ist und Zn enthält, das mit einer Konzentration von 0,1 Masse-% oder mehr in die Al-Mg-Serienlegierung eindiffundiert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die hierin offenbarte Technologie betrifft ein Aluminiumlegierungsrohr mit hoher Festigkeit, das für Rohrleitungen für einen Wärmetauscher oder Schlauchverbindungen verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Aluminiumlegierungsrohrs.
STAND DER TECHNIK
Aluminiumlegierungen der Serie 5000 (Al-Mg-Serien oder Al-Mg-Mn-Serien) sind bekannt. Al-Mg-Serienlegierungen weisen gegenüber Aluminiumlegierungen der Serie 1000 (reines Aluminium), Aluminiumlegierungen der Serie 3000 (Al-Mn-Serien) und Aluminiumlegierungen der Serie 6000 (Al-Mg-Si-Serien) überlegene Materialeigenschaften in Bezug auf Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Aluminiumlegierungen der Serie 5000 weisen jedoch eine hohe Härte auf und weisen daher schwächere Strangpresseigenschaften auf. Patentdokument 1 offenbart ein Hohlrohr aus Aluminiumlegierung der Serie 5000 mit ausgezeichneter Bearbeitbarkeit unter Beibehaltung bestimmter guter Strangpresseigenschaften durch Anpassen zu verwendender Legierungsbestandteile, des Kaltverfestigungskoeffizienten (n-Wert) oder einer Querschnittsform des stranggepressten Rohrs.
Das in Patentdokument 1 offenbarte Aluminiumlegierungshohlrohr wird beispielsweise durch Kammerpressen erzeugt und weist ausgezeichnete Biegebearbeitungseigenschaften auf. Der Mg-Gehalt in dem Aluminiumlegierungshohlrohr muss erhöht werden, um eine höhere Festigkeit zu erreichen; dies kann jedoch einen erhöhten Strangpressdruck erfordern und die Herstellung durch das Kammerpressen kann schwierig sein.
DOKUMENT DES STANDS DER TECHNIK
Patentdokument 1: Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2018-204078 Von der Erfindung zu lösende Aufgabe
Eine Aufgabe der hierin beschriebenen Technologie ist es, ein Rohr aus Aluminiumlegierung der Serie 5000 mit guten Strangpresseigenschaften und erhöhter Festigkeit und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohrs aus Aluminiumlegierung der Serie 5000 bereitzustellen.
OFFENBARUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Als ein Ergebnis der intensiven Forschung, die von den Erfindern durchgeführt wurde, fanden die Erfinder heraus, dass die Festigkeit durch das Vorsehen einer Zn enthaltenden Schicht mit hoher Festigkeit auf der Außenseite eines stranggepressten Rohrs erhöht werden kann. Das stranggepresste Rohr wird durch Strangpressen von angepassten Legierungsbestandteilen erhalten und in einem vordefinierten Bereich wird Zn mit einer vordefinierten Zn-Abscheidungsmenge auf das stranggepresste Rohr gespritzt. Dann wird das erhaltene stranggepresste Rohr einer Diffusionswärmebehandlung unterzogen, um die Zn enthaltende Schicht bereitzustellen. Somit sind die Erfinder zu der vorliegenden Erfindung gelangt. Es wird angenommen, dass die Festigkeit in der Zn enthaltenden Schicht erhöht ist, da in die Al-Mg-Serienlegierung eindiffundiertes Zn und Mg in fester Lösung in der Mutterphase feinen MgZn₂-Ausfällung erzeugen.
Die in der Patentschrift beschriebene Technologie (1) sieht ein Aluminiumlegierungsrohr für einen Wärmetauscher vor, das einen Rohrkörperabschnitt aus einer Al-Mg-Serienlegierung, die Mg mit einer Konzentration von 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-% und Ti mit einer Konzentration von mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger, Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, und eine Zn enthaltende Schicht umfasst, die in einem Außenflächenabschnitt des Rohrkörperabschnitts umfasst ist und Zn enthält, das mit einer Konzentration von 0,1 Masse-% oder mehr in die Al-Mg-Serienlegierung eindiffundiert ist.
Die in der Patentschrift beschriebene Technologie (2) sieht das Aluminiumlegierungsrohr gemäß (1) vor, in dem die Zn enthaltende Schicht eine Dicke von 50 µm oder mehr aufweist.
Die in der Patentschrift beschriebene Technologie (3) sieht das Aluminiumlegierungsrohr gemäß (1) oder (2) vor, in dem die Zn enthaltende Schicht eine Vickers-Härte aufweist, die um 50 % oder mehr höher ist als die des Rohrkörperabschnitts.
Die in der Patentschrift beschriebene Technologie (4) sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsrohrs vor, das einen Warmstrangpressprozess, umfassend das Strangpressen einer Al-Mg-Serienlegierung, die Mg mit einer Konzentration von 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-% und Ti mit einer Konzentration von mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger, Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, durch Warmstrangpressen, und das Erhalten eines röhrenförmigen Rohrs, und einen Prozess der Bildung einer Zn enthaltenden Schicht umfasst, umfassend das Bilden einer Zn enthaltenden Schicht an einer Außenfläche des röhrenförmigen Rohrs, wobei die Zn enthaltende Schicht Zn enthält, das mit einer Konzentration von 0,1 Masse-% oder mehr in die Al-Mg-Serienlegierung eindiffundiert ist.
Die in der Patentschrift beschriebene Technologie (5) sieht das Verfahren gemäß (4) vor, in dem der Warmstrangpressprozess durch Kammerpressen durchgeführt wird.
Die in der Patentschrift beschriebene Technologie (6) sieht das Verfahren gemäß (4) oder (5) vor, in dem der Prozess der Bildung der Zn enthaltenden Schicht einen Spritzverzinkprozess des Spritzens von Zn auf das röhrenförmige Rohr und des Erhaltens eines spritzverzinkten Rohrs, das an der Außenfläche des röhrenförmigen Rohrs eine Zn-Abscheidung aufweist, und einen Diffusionswärmebehandlungsprozess des Durchführens von Diffusionswärmebehandlung an dem spritzverzinkten Rohr und des Bildens der Zn enthaltenden Schicht auf der Außenseite eines Rohrkörperabschnitts aus der Al-Mg-Serienlegierung umfasst.
Die in der Patentschrift beschriebene Technologie (7) sieht das Verfahren gemäß (6) vor, in dem eine Abscheidungsmenge von Zn in Bezug auf das spritzverzinkte Rohr 2g/m² oder mehr und 30g/m² oder weniger beträgt.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß der hierin beschriebenen Technologie kann ein Rohr aus Aluminiumlegierung der Serie 5000 mit guten Strangpresseigenschaften und hoher Festigkeit bereitgestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausgestaltung eines Aluminiumlegierungsrohrs gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts von 1.
3 ist eine Tabelle, die Bestandteile zeigt, die in einer Aluminiumlegierung enthalten sind.
4 ist eine Tabelle, die Auswertungsergebnisse zeigt.

ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
<Ausführungsform>
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst ein Aluminiumlegierungsrohr 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Rohrkörperabschnitt 11 und eine Zn enthaltende Schicht 12. Der Rohrkörperabschnitt 11 besteht aus einer Al-Mg-Serienlegierung, die Mg mit einer Konzentration von 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-% und Ti mit einer Konzentration von mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger, Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Die Zn enthaltende Schicht 12 ist auf der Außenseite des Rohrkörperabschnitts 11 angeordnet. Die Zn enthaltende Schicht 12 enthält Zn mit einer Konzentration von 0,1 Masse-% oder mehr und Zn ist in die Al-Mg-Serienlegierung eindiffundiert.
Das Aluminiumlegierungsrohr 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch Bearbeitung eines Strangpressrohlings aus einer Aluminiumlegierung mit einer vordefinierten Zusammensetzung durch Kammerpressen hergestellt. Das Aluminiumlegierungsrohr 10 ist ein kammergepresstes Hohlrohr aus einer Aluminiumlegierung. Beispiele für Strangpressverfahren zur Herstellung eines solchen stranggepressten Rohrs umfassen ein Dornstrangpressen und das Kammerpressen. Beim Dornstrangpressen wird ein Schaft, der mit einem Dorn ausgestattet ist, zum Strangpressen eines Hohlrohlings zu einem kreisförmigen Rohr verwendet. Bei dem Kammerpressen wird das Strangpressen unter Verwendung einer Hohlmatrize durchgeführt, die in Kombination einen Stempel, der Durchgangslöcher zum Aufteilen eines Materials und einen Dorn zum Bilden eines Hohlabschnitts aufweist, und eine Matrize umfasst, die eine Kammer zum Zusammenschweißen des aufgeteilten Materials auf eine den Dorn umgebende Weise aufweist. Ein stranggepresstes Rohr, das durch das Dornstrangpressen stranggepresst wird, weist jedoch beispielsweise in der Hinsicht Probleme auf, dass das Auftreten ungleichmäßiger Dicke wahrscheinlicher ist und es schwierig ist, ein dünnes Rohr zu formen. Daher werden für Aluminiumlegierungsrohre wie Rohrleitungsmaterial oder Schlauchverbindungsmaterial stranggepresste Rohre vorzugsweise durch das Kammerpressen hergestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die für den Rohrkörperabschnitt 11 verwendete Aluminiumlegierung eine Al-Mg-Serienlegierung, die einen vordefinierten Gehalt an Mg und einen vordefinierten Gehalt an Ti, Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
Mg dient zur Erhöhung der Festigkeit, und der Gehalt von Mg in der Aluminiumlegierung, die für den Rohrkörperabschnitt 11 verwendet wird, liegt in einem Bereich von 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-% und vorzugsweise in einem Bereich von 0,7 Masse-% oder mehr und 1,3 Masse-% oder weniger. Durch das Festlegen des Mg-Gehalts in der Aluminiumlegierung im vorstehenden Bereich kann beispielsweise eine für Rohrleitungsmaterial erforderliche Festigkeit erhalten werden und nimmt außerdem der Warmumformwiderstand während des Strangpressens nicht übermäßig zu. Daher kann der Rohrkörperabschnitt 11 durch das Kammerpressen hergestellt werden. Wenn der Gehalt von Mg in der Aluminiumlegierung unter dem vorstehenden Bereich liegt, entspricht die Festigkeit der Aluminiumlegierung der von Legierungen der Serie 1000 und eine Festigkeit, die im Allgemeinen für Rohrleitungsmaterial erforderlich ist und vorzugsweise 80 MPa oder mehr beträgt, kann nicht erhalten werden. Wenn der Gehalt von Mg über dem vorstehenden Bereich liegt, erhöht sich der Strangpressdruck während des Kammerpressens, was die Strangpressbarkeit beeinträchtigt.
Ti ist als ein Feinungsmittel, beispielsweise zum Erreichen einer feineren Gussstruktur enthalten. Der Gehalt von Ti in der Aluminiumlegierung des Rohrkörperabschnitts 11 liegt in einem Bereich von mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger und vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 Masse-% oder mehr und 0,05 Masse-% oder weniger. Wenn der Gehalt von Ti in der Aluminiumlegierung 0 Masse-% beträgt, das heißt, kein Ti in der Aluminiumlegierung enthalten ist, wird die Gussstruktur grob und heterogen wie federartige Kristalle, und somit können in der Struktur des stranggepressten Hohlrohrs teilweise grobe Kristallkörner gebildet sein und in der Struktur können heterogene Kristallkörner gebildet sein. Dies senkt die in einem Zugversuch erhaltene Dehnung. Wenn der Gehalt von Ti über dem vorstehenden Bereich liegt, kann ein großes kristallisiertes Produkt gebildet werden und während des Strangpressens kann ein Oberflächendefekt auftreten oder es kann während des Ziehens mit höherer Wahrscheinlichkeit ein Riss oder ein Schnitt von dem großen kristallisierten Produkt aus als Ausgangspunkt auftreten, was die Bearbeitbarkeit als Produkt beeinträchtigen kann.
Die für den Rohrkörperabschnitt 11 verwendete Aluminiumlegierung kann zusätzlich zu Mg und Ti nach Bedarf eines oder zwei oder mehr als zwei von Si, Fe, Cu, Mn, Cr und Zn enthalten. In einer solchen Ausgestaltung ist der Gehalt von jedem der Elemente in der Aluminiumlegierung wie folgt: Der Gehalt von Si beträgt 0,20 Masse-% oder weniger, der Gehalt von Fe beträgt 0,20 Masse-% oder weniger, der Gehalt von Cu beträgt 0,5 Masse-% oder weniger, der Gehalt von Mn beträgt 0,50 Masse-% oder weniger, der Gehalt von Cr beträgt 0,10 Masse-% oder weniger und der Gehalt von Zn beträgt 0,10 Masse-% oder weniger.
Wenn der Si-Gehalt in der Aluminiumlegierung 0,20 Masse-% übersteigt, wird eine Mg₂Si-Verbindung im Übermaß gebildet, wodurch die Korrosionsbeständigkeit verringert wird. Wenn der Fe-Gehalt in der Aluminiumlegierung 0,20 Masse-% übersteigt, wird eine Al₃Fe-Verbindung im Übermaß ausgefällt, wodurch die Korrosionsbeständigkeit verringert wird. Wenn der Cu-Gehalt in der Aluminiumlegierung 0,5 Masse-% übersteigt, wird die Korrosionsbeständigkeit verringert.
Während des Strangpressens ist eine Ausfällung von Mn wahrscheinlich. Wie bei der Aluminiumlegierung der Serie 3000 oder den Al-Mg-Mn-Aluminiumlegierungen der Serie 5000 wird, wenn der Mn-Gehalt in der Aluminiumlegierung 0,50 Masse-% übersteigt und in dem Schweißabschnitt während des Kammerpressens eine übermäßige Ausfällung erfolgt, zwischen dem Schweißabschnitt und einem anderen Abschnitt eine Potentialdifferenz verursacht. Dies kann Korrosion entlang des Schweißabschnitts beschleunigen und diese Korrosion resultiert in kurzer Zeit in Durchdringungslöchern und die Korrosionsbeständigkeit wird beeinträchtigt. Daher werden aus den Aluminiumlegierungen der Serie 5000 vorzugsweise die Al-Mg-Aluminiumlegierungen für die Aluminiumlegierung des Rohrkörperabschnitts 11 verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die Al-Mg-Aluminiumlegierungen, die für den Rohrkörperabschnitt 11 verwendet werden, kein Mn und enthalten einen vordefinierten Gehalt an Mg. Die Korrosion wird nicht beschleunigt, da während des Strangpressens keine Ausfällung von Mg erfolgt. Unter Salzwasserbedingungen wirken gute Korrosionseigenschaften, da die verwendete Al-Mg-Aluminiumlegierung eine Legierung der Serie 5000 ist.
Wenn der Cr-Gehalt in der Aluminiumlegierung 0,10 Masse-% übersteigt, weist Cr eine heterogene Kristallkornstruktur auf, die eine Mischung aus einer Rekristallisationsstruktur und einer Faserstruktur umfasst, da Cr die Rekristallisation nach dem Strangpressen unterdrückt, und somit wird die einheitliche Umformbearbeitbarkeit als Produkt verringert. Wenn der Zn-Gehalt in der Aluminiumlegierung, die für den Rohrkörperabschnitt 11 verwendet wird, 0,10 Masse-% übersteigt, erfolgt allgemeine Korrosion und die Menge an Korrosion nimmt zu, wodurch die Korrosionsbeständigkeit verringert wird.
Andere Verunreinigungen als Si, Fe, Cu, Mn, Cr und Zn, die vorstehend beschrieben wurden, können in einem Bereich enthalten sein, der die Wirkungen der hierin beschriebenen Technologie nicht beeinflusst. Der Gehalt von jeder der anderen Verunreinigungen kann 0,05 Masse-% oder weniger betragen und der Gesamtgehalt davon kann 0,15 Masse-% oder weniger betragen.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst das Aluminiumlegierungsrohr 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zn enthaltende Schicht 12, die Zn mit einer Konzentration von 0,1 Masse-% oder mehr enthält, das in die Aluminiumlegierung des Rohrkörperabschnitts 11 gemischt ist. In jeder der Zeichnungen kann ein Maßstab einiger Komponenten zur Vereinfachung der Beschreibung der Komponenten verändert sein. Die Zn enthaltende Schicht 12 ist auf der Außenseite des Rohrkörperabschnitts 11 angeordnet. Eine Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und der Zn enthaltenden Schicht 12 ist jedoch nicht notwendigerweise klar. Der Zn-Gehalt in der Aluminiumlegierung kann von dem Rohrkörperabschnitt 11, der den Zn-Gehalt von 0,10 Masse-% oder weniger aufweist, in Richtung der Außenfläche des Aluminiumlegierungsrohrs 10 allmählich zunehmen, und das Aluminiumlegierungsrohr 10 kann an einer äußersten Fläche des Aluminiumlegierungsrohrs 10 die Zn enthaltende Schicht 12 umfassen, die den Zn-Gehalt von 0,1 Masse-% oder mehr aufweist.
Das Aluminiumlegierungsrohr 10, das die Zn enthaltende Schicht 12 umfasst, wird mittels eines Verfahrens hergestellt, das einen Warmstrangpressprozess und einen Prozess der Bildung einer Zn enthaltenden Schicht umfasst. In dem Warmstrangpressprozess wird die Aluminiumlegierung für den Rohrkörperabschnitt 11 durch das Warmstrangpressen wie beispielsweise das Kammerpressen stranggepresst, um ein röhrenförmiges Rohr zu erhalten. In dem Prozess der Bildung der Zn enthaltenden Schicht wird an der Außenfläche des erhaltenen röhrenförmigen Rohrs die Zn enthaltende Schicht 12 gebildet. Der Prozess der Bildung der Zn enthaltenden Schicht, mittels dessen die Zn enthaltende Schicht 12 gebildet wird, umfasst einen Spritzverzinkprozess und einen Diffusionswärmebehandlungsprozess. In dem Spritzverzinkprozess wird Zn auf die Außenfläche des röhrenförmigen Rohrs gespritzt, das in dem Warmstrangpressprozess erhalten wird, um ein spritzverzinktes Rohr zu erhalten, das eine Zn-Abscheidung an seiner Außenfläche aufweist. In dem Diffusionswärmebehandlungsprozess wird das spritzverzinkte Rohr der Diffusionswärmebehandlung unterzogen.
In dem Spritzverzinkprozess wird vorzugsweise das spritzverzinkte Rohr erhalten, das an der Außenfläche des röhrenförmigen Rohrs eine Zn-Abscheidungsmenge von 2g/m² oder mehr und 30g/m² oder weniger umfasst. Wenn die Zn-Abscheidungsmenge kleiner ist als 2g/m², wird die Verbesserung der Festigkeit gering. Die Geschwindigkeit des Spritzens muss extrem verringert werden, um die Zn-Abscheidungsmenge auf mehr als 30g/m² zu erhöhen, was die Produktivität stark senken kann.
Nach dem Spritzverzinkprozess wird der Diffusionswärmebehandlungsprozess durchgeführt. Wenn nach dem Spritzverzinkprozess kein Diffusionswärmebehandlungsprozess durchgeführt wird, kann die Eindiffusion von Zn in das Material unzureichend sein und eine gewünschte Härteverbesserung kann nicht erhalten werden. Die Dicke der Zn enthaltenden Schicht 12 nach dem Diffusionswärmebehandlungsprozess beträgt vorzugsweise 50 µm oder mehr. Die Dicke der Zn enthaltenden Schicht 12 beträgt bevorzugter 100 µm oder mehr und weiter bevorzugt 150 µm oder mehr. Die größte Dicke der Zn enthaltenden Schicht beträgt vorzugsweise 300 µm oder weniger, um eine extreme Senkung der Produktivität, die durch Bereitstellen der Zn enthaltenden Schicht verursacht wird, zu verhindern. Wie zuvor beschrieben wird das stranggepresste Objekt, das Mg enthält und durch das Kammerpressen stranggepresst wird, unter vordefinierten Bedingungen dem Spritzverzinkprozess und dem Diffusionswärmebehandlungsprozess unterzogen. Indem diese Prozesse durchgeführt werden, wird die Härte eines inneren Abschnitts des erhaltenen Objekts, der 50 µm von der Außenfläche entfernt ist, verglichen mit der eines Objekts, das dem Spritzverzinkprozess nicht unterzogen wird, um 50 % erhöht. Daher kann ein Rohr aus Aluminiumlegierung der Serie 5000 mit hoher Festigkeit bereitgestellt werden, ohne den Mg-Gehalt zu erhöhen. Um die vorstehende Wirkung zu erreichen, sind die Bedingungen des Diffusionswärmebehandlungsprozesses wie folgt: Die Temperatur beträgt vorzugsweise 350 °C bis 560 °C und die Zeitdauer beträgt vorzugsweise 0,5 Stunden bis 12 Stunden. Wenn die Dicke der Zn enthaltenden Schicht 12 weniger als 50 µm beträgt oder wenn die Effektivität der Härteverbesserung weniger als 50 % beträgt, wird ein Verhältnis der Dicke der Zn enthaltenden Schicht 12 zur Gesamtdicke des Rohrs oder die Effektivität der Härteverbesserung gesenkt und die Verbesserung der Festigkeit ist gering.
Die Ausführungsform wird anhand von Beispielen genauer beschrieben; die Ausführungsform ist jedoch nicht auf die nachstehend beschriebenen Beispiele beschränkt.
[Beispiele]
(Beispiele und Vergleichsbeispiel)
Eine Aluminiumlegierung A mit einer in Tabelle in 3 gegebenen Zusammensetzung wurde geschmolzen und durch Stranggießen in eine Massel in Barrenform mit einem Durchmesser von 90 mm gegossen. Nach Homogenisierung des erhaltenen Rohlings für acht Stunden bei einer Temperatur von 500 °C wurde der resultierende Rohling bei einer Temperatur von 450 °C zu einer Rohrform mit einem Außendurchmesser von 8 mm und einer Dicke von 1 mm stranggepresst. Direkt nach dem Strangpressen (ohne Abkühlung), wird an dem stranggepressten Rohr das Spritzverzinken durchgeführt und das resultierende Rohr wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und bei einer Temperatur von 450 °C für vier Stunden der Diffusionswärmebehandlung unterzogen. In dem vorstehenden Verfahren wurden die Bedingungen des Spritzverzinkprozesses variiert und es wurden zwei Aluminiumlegierungsrohre mit unterschiedlichen Zn-Abscheidungsmengen erhalten.
[Auswerteverfahren]
<Zn-Abscheidungsmenge>
Die Oberfläche des Rohrs vor der Diffusionswärmebehandlung wurde mittels eines Röntgenfluoreszenzspektrometers untersucht, um die Zn-Abscheidungsmenge zu erhalten. Wie in der Tabelle in 4 gezeigt, enthält das Rohr von Beispiel 1 vor der Diffusionswärmebehandlung die Zn-Abscheidungsmenge von 10g/m² und das Rohr von Beispiel 2 enthält vor der Diffusionswärmebehandlung die Zn-Abscheidungsmenge von 1.18g/m². Ein Aluminiumlegierungsrohr gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde dem Spritzverzinken und der Diffusionswärmebehandlung nicht unterzogen.
<Dicke der Zn enthaltenden Schicht>
Jedes der Aluminiumlegierungsrohre von Beispiel 1 und Beispiel 2 nach der Diffusionswärmebehandlung und das Aluminiumlegierungsrohr von Vergleichsbeispiel 1 wurden mittels einer Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA, electron probe micro analysis - EPMA) analysiert. Insbesondere wurde die Analyse für die Dicke jedes Rohrs in Bezug auf einen Querschnitt vom Außenumfang bis zum Innenumfang durchgeführt, um eine Dicke der Zn enthaltenden Schicht jedes Rohrs zu erhalten. Die Tiefenabmessung, bei der der Zn-Gehalt von 0,1 Masse-% oder mehr detektiert wird, wird als die Dicke der Zn enthaltenden Schicht definiert.
<Härteverbesserung>
An einer Tiefenposition von 50 µm (in Bezug auf einen Querschnitt) von der Außenfläche jedes der Aluminiumlegierungsrohre von Beispiel 1, Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 wurde die Vickers-Härte (JIS Z 2244) gemessen. Die Härteverbesserung nach dem Diffusionswärmebehandlungsprozess wird berechnet durch Teilen eines Härteverstärkungswerts durch einen Wert, der die Härte jedes Rohrs repräsentiert, das erhalten wurde, ohne dass es dem Spritzverzinken unterzogen wurde.
[Auswertungsergebnisse]
Die Härteverbesserung wurde als gut (o) bewertet, wenn der erhaltene Wert 50 % oder mehr beträgt und als schlecht (×) bewertet, wenn der erhaltene Wert weniger als 50 % beträgt. Gemäß den Auswertungsergebnissen in der Tabelle in 4 umfasst das Aluminiumlegierungsrohr von Beispiel 1 die Zn enthaltende Schicht mit einer Dicke von 100 µm und das Aluminiumlegierungsrohr von Beispiel 2 umfasst die Zn enthaltende Schicht mit einer Dicke von 150 µm, und die Aluminiumlegierungsrohre von Beispiel 1 und Beispiel 2 erreichen 50 % oder mehr der Härteverbesserung.
Das Aluminiumlegierungsrohr von Vergleichsbeispiel 1, das nicht dem Spritzverzinken unterzogen wird, umfasst nicht die Zn enthaltende Schicht und es wird keine Verbesserung der Härte erreicht.
Wie zuvor beschrieben ist das Aluminiumlegierungsrohr 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Aluminiumlegierungsrohr für einen Wärmetauscher und umfasst den Rohrkörperabschnitt 11 und die Zn enthaltende Schicht 12. Der Rohrkörperabschnitt 11 besteht aus einer Al-Mg-Serienlegierung, die Mg, dessen Gehalt 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-% beträgt, und Ti, dessen Gehalt mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger beträgt, Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Die Zn enthaltende Schicht 12 ist auf der Außenseite des Rohrkörperabschnitts 11 angeordnet. Die Zn enthaltende Schicht 12 enthält Zn, das in die Al-Mg-Serienlegierung eindiffundiert ist, und der Gehalt von Zn beträgt 0,1 Masse-% oder mehr.
Gemäß der vorstehenden Ausgestaltung umfasst das Aluminiumlegierungsrohr 10 die Zn enthaltende Schicht 12 mit hoher Festigkeit an einer Außenseite des Rohrkörperabschnitts 11, der aus Al-Mg-Serienlegierung besteht, die gute Strangpresseigenschaften aufweist, und daher kann die Härte des Aluminiumlegierungsrohrs 10 verbessert werden, ohne die Strangpresseigenschaften während des Warmstrangpressens zu verschlechtern. Es wird angenommen, dass die Festigkeit in der Zn enthaltenden Schicht 12 erhöht wird, da eindiffundiertes und mit der Al-Mg-Serienlegierung vermischtes Zn und Mg in fester Lösung in der Mutterphase feinen MgZn₂-Niederschlag erzeugen. Ein solches Aluminiumlegierungsrohr 10 kann vorzugsweise als ein Rohr für einen Wärmetauscher verwendet werden.
Die Dicke der Zn enthaltenden Schicht 12 des Aluminiumlegierungsrohrs 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt 50 µm oder mehr. Gemäß einer solchen Ausgestaltung umfasst das Aluminiumlegierungsrohr 10 die Zn enthaltende Schicht 12 mit hoher Festigkeit mit einer ausreichenden Dicke an der Außenseite des Rohrkörperabschnitts 11. Dies verbessert die Festigkeit des Aluminiumlegierungsrohrs 10. Wenn die Dicke der Zn enthaltenden Schicht 12 weniger als 50 µm beträgt, ist das Verhältnis der hochfesten Schicht zu dem gesamten Aluminiumlegierungsrohr 10 niedrig und es kann keine ausreichende Verbesserung der Festigkeit erhalten werden. Die Dicke der Zn enthaltenden Schicht 12 beträgt vorzugsweise 100 µm oder mehr, und bevorzugter 150 µm oder mehr. Die Dicke der Zn enthaltenden Schicht 12 beträgt vorzugsweise 200 µm oder weniger, um eine extreme Senkung der Produktivität zu verhindern, die durch Bereitstellen der Zn enthaltenden Schicht 12 verursacht wird.
In dem Aluminiumlegierungsrohr 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Vickers-Härte der Zn enthaltenden Schicht 12 um 50 % oder mehr höher als die des Rohrkörperabschnitts 11. Gemäß einer solchen Ausgestaltung umfasst das Aluminiumlegierungsrohr 10 die Zn enthaltende Schicht 12 mit höherer Vickers-Härte als der Rohrkörperabschnitt 11 an der Außenseite des Rohrkörperabschnitts 11. Dies verbessert die Festigkeit des Aluminiumlegierungsrohrs 10 als Ganzes ausreichend.
Das Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsrohrs 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Warmstrangpressprozess und den Prozess der Bildung der Zn enthaltenden Schicht. In dem Warmstrangpressprozess wird eine Al-Mg-Serienlegierung durch das Warmstrangpressen stranggepresst, die Mg mit einer Konzentration von 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-% und Ti mit einer Konzentration von mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger, Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, um ein röhrenförmiges Rohr zu erhalten. In dem Prozess der Bildung der Zn enthaltenden Schicht wird an der Außenfläche des erhaltenen röhrenförmigen Rohrs die Zn enthaltende Schicht 12 gebildet, die Zn enthält, das mit einer Konzentration von 0,1 Masse-% oder mehr in die Al-Mg-Serienlegierung eindiffundiert ist. Die Zn enthaltende Schicht 12 mit hoher Festigkeit wird nach dem Strangpressen an der Außenfläche des röhrenförmigen Rohrs gebildet, und daher kann die Festigkeit des hergestellten Aluminiumlegierungsrohrs 10 verbessert werden, ohne während des Strangpressens die Bearbeitbarkeit zu verschlechtern.
In dem Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsrohrs 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Warmstrangpressprozess durch das Kammerpressen durchgeführt. Dementsprechend weist das erhaltene Rohr mit geringerer Wahrscheinlichkeit eine ungleichmäßige Dicke auf und es kann ein dünnes Rohr gebildet werden.
In dem Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsrohrs 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Prozess der Bildung der Zn enthaltenden Schicht den Spritzverzinkprozess und den Diffusionswärmebehandlungsprozess. In dem Spritzverzinkprozess wird Zn auf das Rohr gespritzt, das in dem Warmstrangpressprozess erhalten wird, um ein spritzverzinktes Rohr zu erhalten, das eine Zn-Abscheidung an der Außenfläche des Rohrs aufweist. In dem Diffusionswärmebehandlungsprozess wird das spritzverzinkte Rohr der Diffusionswärmebehandlung unterzogen, um die Zn enthaltende Schicht 12 auf der Außenseite des Rohrkörperabschnitts 11 aus der Al-Mg-Serienlegierung zu bilden. Das Zn, das in dem Spritzverzinkprozess an der Oberfläche des Rohrs abgelagert wird, wird der Diffusionswärmebehandlung unterzogen und in Richtung einer Mitte des Rohrs diffundiert, sodass Zn in die Aluminiumlegierung eindiffundiert wird und eine intermetallische Verbindung erzeugt werden kann. Als Folge wird die Zn enthaltende Schicht 12 mit hoher Festigkeit auf der Außenseite des Rohrkörperabschnitts 11 aus der Al-Mg-Serienlegierung erhalten und die Festigkeit des Aluminiumlegierungsrohrs 10 wird verbessert.
In dem Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsrohrs 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Zn-Abscheidungsmenge in Bezug auf das spritzverzinkte Rohr 2g/m² oder mehr und 30g/m² oder weniger. Dementsprechend kann eine ausreichende Festigkeitsverbesserung erhalten werden, während eine gute Produktivität beibehalten wird.
<Andere Ausführungsformen>
Die in dieser Patentschrift offenbarte Technologie ist nicht auf die im Vorstehenden und in den Zeichnungen beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern die Ausführung kann gegebenenfalls verändert werden.

(1) In der vorstehenden Ausführungsform werden nach dem Warmstrangpressprozess der Spritzverzinkprozess und der Diffusionswärmebehandlungsprozess durchgeführt, um das Aluminiumlegierungsrohr herzustellen; das Verfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt, die vorstehenden Prozesse zu umfassen. Zwischen dem Warmstrangpressprozess und dem Spritzverzinkprozess oder zwischen dem Spritzverzinkprozess und dem Diffusionswärmebehandlungsprozess können andere Prozesse wie Biegen, Dehnungsverarbeitung und Kaltbearbeitung durchgeführt werden. Das hierin beschriebene Aluminiumlegierungsrohr gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise durch Durchführen des Spritzverzinkprozesses, eines Ziehprozesses und des Diffusionswärmebehandlungsprozesses nacheinander nach dem Warmstrangpressprozess oder des Ziehprozesses, des Spritzverzinkprozesses und des Diffusionswärmebehandlungsprozesses nacheinander nach dem Warmstrangpressprozess hergestellt werden. Der Biegeprozess kann als Produkt nach dem Warmstrangpressprozess durchgeführt werden, und der Spritzverzinkprozess und der Diffusionswärmebehandlungsprozess können nach dem Biegeprozess durchgeführt werden.
(2) In der vorstehenden Ausführungsform ist das Aluminiumlegierungsrohr 10 wie in 1 gezeigt ein Rohr mit glatter Innenfläche, das eine glatte Innenfläche aufweist; die Ausgestaltung des Aluminiumlegierungsrohrs ist jedoch nicht auf die vorstehende beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Technologie bei einem Rohr angewandt werden, das eine Innenfläche mit einer unebenen Form wie Nuten oder Aussparungen aufweist.

Bezugszeichenliste

10:: Aluminiumlegierungsrohr,
11: Rohrkörperabschnitt, 12:: Zn enthaltende Schicht

Claims

Aluminiumlegierungsrohr, umfassend: einen Rohrkörperabschnitt aus einer Al-Mg-Serienlegierung, enthaltend Mg mit einer Konzentration von 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-% und Ti mit einer Konzentration von mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger und den Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen; und eine Zn enthaltende Schicht, die auf der Außenseite des Rohrkörperabschnitts angeordnet ist und Zn enthält, das mit einer Konzentration von 0,1 Masse-% oder mehr in die Al-Mg- Serienlegierung eindiffundiert ist.
Aluminiumlegierungsrohr nach Anspruch 1, wobei die Zn enthaltende Schicht eine Dicke von 50 µm oder mehr aufweist.
Aluminiumlegierungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zn enthaltende Schicht eine Vickers-Härte aufweist, die um 50 % oder mehr höher ist als die des Rohrkörperabschnitts.
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsrohrs, umfassend: einen Warmstrangpressprozess, umfassend das Strangpressen einer Al-Mg-Serienlegierung, enthaltend Mg mit einer Konzentration von 0,7 Masse-% oder mehr und weniger als 2,5 Masse-% und Ti mit einer Konzentration von mehr als 0 Masse-% und 0,15 Masse-% oder weniger und den Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen, durch Warmstrangpressen, und das Erhalten eines röhrenförmigen Rohrs; und einen Prozess der Bildung einer Zn enthaltenden Schicht, umfassend das Bilden einer Zn enthaltenden Schicht an einer Außenfläche des röhrenförmigen Rohrs, wobei die Zn enthaltende Schicht Zn enthält, das mit einer Konzentration von 0,1 Masse-% oder mehr in die Al-Mg-Serienlegierung eindiffundiert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Warmstrangpressprozess durch Kammerpressen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Prozess der Bildung der Zn enthaltenden Schicht Folgendes umfasst: einen Spritzverzinkprozess des Spritzens von Zn auf das röhrenförmige Rohr und des Erhaltens eines spritzverzinkten Rohrs, das an der Außenfläche des röhrenförmigen Rohrs eine Zn-Abscheidung aufweist, und einen Diffusionswärmebehandlungsprozess des Durchführens von Diffusionswärmebehandlung an dem spritzverzinkten Rohr und des Bildens der Zn enthaltenden Schicht auf der Außenseite eines Rohrkörperabschnitts aus der Al-Mg-Serienlegierung.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Abscheidungsmenge von Zn in Bezug auf das spritzverzinkte Rohr 2g/m² oder mehr und 30g/m² oder weniger beträgt.