JP2002038232A - 熱交換器用アルミニウム合金配管材 - Google Patents

熱交換器用アルミニウム合金配管材

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JP2002038232A
JP2002038232A JP2000221405A JP2000221405A JP2002038232A JP 2002038232 A JP2002038232 A JP 2002038232A JP 2000221405 A JP2000221405 A JP 2000221405A JP 2000221405 A JP2000221405 A JP 2000221405A JP 2002038232 A JP2002038232 A JP 2002038232A
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heat exchanger
workability
less
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Tokinori Onda
時伯 恩田
Yoshiaki Ogiwara
吉章 荻原
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速製造が可能な製造加工性、複雑なビード
加工や曲げ加工に耐える製品加工性、冷媒圧力や振動に
耐える機械的性質、苛酷な腐食環境に耐える耐食性、な
どを具備した熱交換器用アルミニウム合金配管材を提供
する。 【解決手段】 Cuを0.1wt%超え0.5wt%以
下、Mnを0.6wt%超え0.85wt%以下、Cr
を0.1wt%超え0.3wt%以下、Znを0.2w
t%超え0.6wt%以下、Feを0.6wt%以下、
Siを0.2wt%以下含有し、残部がAlと不可避不
純物からなる熱交換器用アルミニウム合金配管材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エアコ
ン、オイルクーラー、ラジエーターなどの熱交換器の配
管に適したアルミニウム合金配管材に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車には各種配管が装備されており、
その中の熱交換器用配管には軽量化を目的として、JI
S6063合金(代表組成Al―0.5wt%Mg―
0.35wt%Si)やJIS3003合金(代表組成
Al―1.0wt%Mn―0.1wt%Cu―0.1w
t%Si―0.4wt%Fe)などの配管が採用されて
いる。そして前記JIS6063合金はコンプレッサー
に隣接し耐振動疲労強度が要求される配管(フレックス
ホース)として、また前記JIS3003合金は自動車
用クーラーなどの配管として用いられている。
【0003】ところで、JIS3003合金製配管材
は、外径16〜19mm程度、肉厚0.8〜1.2mm
程度の円管で、その製造は、例えば、JIS3003合
金をDC鋳造法(半連続鋳造法)により断面円形の鋳塊
(ビレット)とし、この鋳塊に均質化処理(高温加熱処
理)を施して合金成分や不純物の偏析をなくしたのち、
所定長さに切断して押出用ビレットとし、次いでこれを
マンドレルを用いた熱間押出法により素管に加工し、こ
の素管に抽伸加工と焼鈍をこの順に施してなされる。な
お、前記焼鈍により、配管材は、加工歪みが除去され、
適度の靱性が付与される。
【0004】こうした製造工程にあって、現在は、生産
性向上のために、外径14インチ以上の大型ビレット
を、大径厚肉の長尺素管に高速押出し、次いで10パス
前後の抽伸加工を高速度で連続的に施す方法が採用され
るようになり、このため前記配管用アルミニウム合金に
は製造加工性の向上が強く求められている。
【0005】このようにして製造された配管材は、その
後、端末加工と曲げ加工が施されて自動車クーラーなど
の配管に加工される。前記端末加工では拡径加工、縮径
加工、転造加工などを組合わせて各種のビード(継ぎ手
部)が成型されるが、近年、継ぎ手部の信頼性向上のた
めに、図1に示すような、形状が複雑な軸シールビード
が用いられるようになり、配管材にはより高い製品加工
性が求められている。
【0006】また、前記自動車クーラーなどの配管に
は、冷媒圧力に耐え、かつエンジンやコンプレッサーな
どの振動に耐える強度が要求される。
【0007】さらに、自動車用配管は、東南アジアのよ
うな過酷な腐食環境の地域では貫通孔食が発生し易いた
め、配管材には、十分な耐食性が求められている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した高速
製造が可能な製造加工性、複雑なビード加工や曲げ加工
に耐える製品加工性、冷媒圧力や振動に耐える機械的性
質、苛酷な腐食環境に耐える耐食性などの特性を全て満
足する熱交換器用配管材は、従来のアルミニウム合金で
は実現不可能であった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、Cuを0.1
wt%超え0.5wt%以下、Mnを0.6wt%超え
0.85wt%以下、Crを0.1wt%超え0.3w
t%以下、Znを0.2wt%超え0.6wt%以下、
Feを0.6wt%以下、Siを0.2wt%以下含有
し、残部がAlと不可避不純物からなることを特徴とす
る熱交換器用アルミニウム合金配管材である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明のアルミニウム合金
配管材の合金元素について説明する。本発明において、
Cuは配管材の強度向上に寄与する。また素地(Alマ
トリックス)に固溶したCuは自然電位を貴にして配管
材の耐食性を改善する。Cuの含有量を0.1wt%を
超え0.5wt%以下に規定する理由は、0.1wt%
以下ではその効果が十分に得られず、0.5wt%を超
えると押出工程などでCuを含む化合物が結晶粒界に析
出して、粒界腐食を増大させ、引いては押出加工性の低
下を招くためである。
【0011】Mnは耐食性を損なうことなく強度向上に
寄与する。Mnの含有量を0.6wt%を超え0.85
wt%以下に規定する理由は、0.6wt%以下ではそ
の効果が十分に得られず、0.85wt%を超えると変
形抵抗が増大して熱間押出加工性や製品加工性(ビード
加工性など)が低下するためである。
【0012】Crは耐孔食性および強度を向上させる。
Crの含有量を0.1wt%超え0.3wt%以下に規
定する理由は、0.1wt%以下ではその効果が十分に
得られず、0.3wt%を超えると粗大な化合物が晶出
して冷間での抽伸加工性および製品加工性が低下するた
めである。
【0013】Znは若干の強度向上効果と、腐食形状を
面状にして腐食が深さ方向に進むのを抑制する効果を有
する。Znの含有量を0.2wt%超え0.6wt%以
下に規定する理由は、0.2wt%未満ではその効果が
期待できず、0.6wt%を超えると腐食が異常に進行
して、耐食性が阻害されてしまうためである。
【0014】本発明では、Siの含有量を0.2wt%
以下に規定し、Feの含有量を0.6wt%以下に規定
する。その理由は、いずれが規定値を超えても孔食が発
生し易くなるためである。
【0015】本発明の配管材は、端末加工や曲げ加工す
ると表面に肌荒れが生じる場合がある。このような肌荒
れを防止するためには、Tiを添加して鋳造組織を微細
化する方法が推奨される。但し、添加量が多いとTiが
粗大化合物を生成して製品加工性を低下させるので0.
15wt%以下が望ましい。Tiの他にさらにBを添加
するとその微細化効果が向上する。
【0016】本発明の配管材は、常法により製造でき
る。特に、MnおよびCrを適量に抑えてあるので高速
押出し、および高速連続抽伸加工が可能である。本発明
では、前記DC鋳造法で、ホットトップ鋳造法を適用し
て生産性と品質の向上を図るのが望ましい。また抽伸加
工には、短尺管をドローベンチで引抜く方法や、長尺管
を浮きプラグと連続抽伸棒を用いて引抜く方法など任意
の方法が適用できる。
【0017】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づきさらに詳細に
説明する。 (実施例1)表1に示す本発明規定組成のアルミニウム
合金を溶解鋳造して断面円形の鋳塊とし、この鋳塊を、
610℃で4時間の均質化処理を施したのち、長さ10
00mmに切断して押出用ビレットとし、これを500
℃に再加熱して、外径50mmの素管に熱間で高速押出
しし、その後、冷間で多数パスの高速連続抽伸加工を施
して外径8.0mm、肉厚1.0mmの管材に仕上げ、
次いでこれに360℃で2時間の焼鈍を施してアルミニ
ウム合金配管材を製造した。
【0018】(比較例1)表1に示す本発明規定組成外
のアルミニウム合金を用いた他は、実施例1と同じ方法
によりアルミニウム合金配管材を製造した。
【0019】(比較例2)従来のアルミニウム合金を用
いた他は、実施例1と同じ方法によりアルミニウム合金
配管材を製造した。
【0020】実施例1、比較例1、および比較例2で製
造した各々のアルミニウム合金配管材について(1)製
品加工性、(2)機械的性質、(3)耐食性を調べた。
また、別途、(4)製造加工性を調べた。 (1)製品加工性は、曲げ加工性と端末加工性について
調べた。曲げ加工性は、実用条件(曲げ半径30mm
Φ、曲げ角度60度)で引張曲げ加工(ストレッチベン
ド)を施し、曲げ加工後に、異常のない管は良好、割れ
などの欠陥が生じた管は不良と判定した。端末加工性
は、図1に示す形状の軸シールビード加工部を、拡管、
パンチング、転造加工を組合わせて加工し、前記加工部
が健全なものは良好、割れ、しわ、微小クラックなどが
発生したものは不良と判定した。 (2)機械的性質は、JISZ2201に準じて引張強
さ(TS)、0.2%耐力(YS)、および伸びを測定
し、TS130N/mm2 以上、YS117N/mm2
以上、伸び14%以上のものは良好、それ以外のものは
不良と判定した。 (3)耐食性は、前記配管材から切出した試験片にJI
SH8601に基づくCASS試験を400時間施した
のち、表面の腐食生成物を除去して、孔食深さと粒界腐
食を光学顕微鏡により調べた。最大孔食深さが0.6m
m以下のものは、耐孔食性が良好、0.6mmを超えた
ものは不良と判定した。また試験片断面の結晶組織を観
察して、結晶粒界が腐食していないものは良好、腐食し
ているものは不良と判定した。 (4)製造加工性は熱間押出加工性と冷間抽伸加工性に
ついて調べた。熱間押出加工性は押出圧力を固定して押
出したときの製品の押出速度(m/分)を調べ、押出速
度が50m/分以上のものは良好、50m/分未満のも
のは不良と判定した。冷間抽伸加工性は抽伸加工中に亀
裂や破断が発生しなかったものを良好、生じたものを不
良と判定した。結果を表2に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】表2より明らかなように、本発明例のN
o.1〜9はいずれも成形加工性、機械的性質、耐食性
および製造加工性が優れた。Tiが適量添加されている
ため、曲げ加工部に肌荒れが生じることもなかった。こ
れに対し、比較例のNo.10はCuが少ないため機械
的性質および耐孔食性が劣った。No.11はCuが多
かったため製品加工性、耐食性(耐孔食性、耐粒界腐食
性)、製造加工性が劣った。No.12はMnが少ない
ため機械的性質、耐孔食性および製造加工性が劣った。
No.13はMnが多いため製品加工性および製造加工
性が劣った。No.14はCrが少ないため機械的性質
および耐孔食性が劣った。No.15はCrが多いため
製品加工性が劣った。No.16はZnが少ないため、
No.17はZnが多いため、No.18はSiが多い
ため、No.19はFeが多いためいずれも耐孔食性が
劣った。比較例のNo.20、21(従来材)、いずれ
も耐孔食性に劣り、No.20は機械的性質にも劣っ
た。
【0024】熱交換器用アルミニウム合金配管には、ア
ルミニウム合金製の冷媒補給用小部品(チャージボー
ト)がろう付けされる場合があり、このため配管材には
良好なろう付け性と、ろう付け加熱後も高品質が維持さ
れる耐熱性が要求される。そこで、前記本発明例のN
o.1〜9についてろう付け性および耐熱性を試験し
た。その結果、いずれも前記両特性を十分具備している
ことが実証された。
【0025】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の配管材は
Cu、Mn、Cr、Znをそれぞれ適量含有し、不純物
のFeおよびSi量を抑制したアルミニウム合金からな
り、複雑なビード加工や曲げ加工に耐える製品加工性、
冷媒圧力や振動に耐える機械的性質、苛酷な腐食環境に
耐える耐食性、高速製造が可能な製造加工性などを具備
しており、従って、熱交換器用配管材として有用であ
り、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】軸シールビード加工部の説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cuを0.1wt%超え0.5wt%以
    下、Mnを0.6wt%超え0.85wt%以下、Cr
    を0.1wt%超え0.3wt%以下、Znを0.2w
    t%超え0.6wt%以下、Feを0.6wt%以下、
    Siを0.2wt%以下含有し、残部がAlと不可避不
    純物からなることを特徴とする熱交換器用アルミニウム
    合金配管材。
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