JP2002348624A - 耐食性と加工性に優れた自動車の配管用アルミニウム合金管材 - Google Patents

耐食性と加工性に優れた自動車の配管用アルミニウム合金管材

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Al−Mn系合金の単管からなり、耐食性と
加工性に優れ且つ安価な自動車の配管用アルミニウム合
金管材およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 Mn:0.3〜1.5%、Fe:0.0
1〜0.20%、Si:0.01〜0.20%を含有
し、不純物としてのCuを0.05%以下に規制し、残
部Alおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金よ
りなり、合金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1mm
2 当たり3×104 個以下であることを特徴とし、引張
強さが70〜130MPa(調質:O材)である。上記
の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を熱間押出加工
し、得られた押出管を30%以上の加工度で冷間抽伸加
工した後、焼鈍する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のラジエー
タやヒータを結ぶ配管、自動車のエバポレータ、コンデ
ンサ、コンプレッサを結ぶ配管などとして用いられる耐
食性と加工性に優れた自動車の配管用アルミニウム合金
管材およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車のヒータ、エバポレータ、コンデ
ンサあるいはコンプレッサを結ぶ経路の配管材として
は、JIS3003合金などのAl−Mn系合金の単管
(特開昭63−24133号公報)や、該3003合金
を芯材とし、内面または外面に7072合金などのAl
−Zn系合金の犠牲陽極材をクラッドして、過酷な環境
下において生じる芯材の孔食やゴムホースと接続された
場合に生じる隙間腐食に対して犠牲陽極効果を発揮させ
るようにした2層または3層のクラッド管(特開昭56
−127767号公報)が使用されている。
【0003】しかしながら、Al−Mn系合金の単管
は、過酷な腐食環境下で使用されると孔食を生じること
が少なくなく、クラッド管を使用した場合には、孔食を
抑制することは可能となるが、大幅なコストアップとな
るという問題点がある。また、これらの配管材は、ラジ
エータ、ヒータ、エバポレータ、コンデンサ、コンプレ
ッサなどと接続する場合、管端をバルジ加工するが、A
l−Mn系合金の単管は加工性が劣り加工が困難となる
場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Al−Mn
系合金からなる単管において、合金成分、合金マトリッ
クス中の化合物分布などの組織性状と自動車の配管材に
要求される特性との関連について再検討した結果として
なされたものであり、その目的は、Al−Mn系合金の
単管からなり、耐食性と加工性に優れ且つ安価な自動車
の配管用アルミニウム合金管材を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項1による耐食性と加工性に優れた自
動車の配管用アルミニウム合金管材は、Mn:0.3〜
1.5%、Fe:0.01〜0.20%、Si:0.0
1〜0.20%を含有し、不純物としてのCuを0.0
5%以下に規制し、残部Alおよび不可避不純物からな
るアルミニウム合金よりなり、合金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)0.5μm以
上の化合物が1mm2 当たり3×104 個以下であるこ
とを特徴とする。
【0006】請求項2による耐食性と加工性に優れた自
動車の配管用アルミニウム合金管材は、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。
【0007】請求項3による耐食性と加工性に優れた自
動車の配管用アルミニウム合金管材は、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Zr:0.
01〜0.2%を含有することを特徴とする。
【0008】請求項4による耐食性と加工性に優れた自
動車の配管用アルミニウム合金管材は、請求項1〜3に
おいて、O材に調質され、引張強さが70〜130MP
aであることを特徴とする。
【0009】請求項5による耐食性と加工性に優れた自
動車の配管用アルミニウム合金管材の製造方法は、請求
項1〜3のいずれかに記載の組成を有するアルミニウム
合金の鋳塊を熱間押出加工し、得られた押出管を30%
以上の加工度で冷間抽伸加工した後、焼鈍することを特
徴とし、O材に調質され、引張強さを70〜130MP
aとするものである。
【0010】請求項6による耐食性と加工性に優れた自
動車の配管用アルミニウム合金管材の製造方法は、請求
項5において、前記鋳塊の製造における鋳造時の冷却速
度を10℃/秒以上とすることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明における(1)合金成分の
意義およびその限定理由、(2)マトリックス中の化合
物の意義およびその限定理由、および(3)製造工程の
意義およびその限定理由について説明する。 (1)合金成分の意義およびその限定理由 Mnは、強度を高めるとともに、耐食性(耐孔食性)を
向上させるよう機能する。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。
【0012】Feは、抽伸−焼鈍後の結晶粒度を小さく
する。結晶粒度が大きいと配管材の曲げ加工、バルジ加
工の際、肌荒れや割れが生じ易くなる。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十分でなく、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範囲は0.01〜0.1
0%である。
【0013】Siは、抽伸−焼鈍後の結晶粒度を小さく
し、曲げ加工やバルジ加工の際の肌荒れや割れの発生を
防止するよう機能する。また、Siは、Al−Mn−S
i系あるいはAl−Mn−Fe−Si系化合物を生成し
て、曲げ加工やバルジ加工の際、工具と材料の焼付きを
生じ難くする。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十
分でなく、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
い含有範囲は0.01〜0.10%である。
【0014】Cuは、腐食環境に曝された場合に溶出
し、表面に還元再付着することにより耐食性を低下させ
る。Cuの含有量が0.05%を越えると、とくに湿潤
−塩水噴霧繰り返しの環境下では、再付着により耐食性
が顕著に低下する。Cuのさらに好ましい含有範囲は
0.02%以下である。
【0015】Mgは、配管材の強度を高め、結晶粒度を
小さくするよう作用する。Mgの好ましい含有量は0.
4%以下の範囲であり、0.4%を越えると押出性が低
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0.2%以下である。
【0016】Zrは、押出方向に沿って濃度の高い領域
と濃度の低い領域に分かれ、それらの領域が肉厚方向に
交互に分布して層状となり、Zrの濃度の低い領域が高
い領域に比べて優先的に腐食することにより腐食形態を
層状とし、その結果、肉厚方向への腐食の進行を妨げ
て、材料の耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させる。Zr
の好ましい含有量は0.01〜0.2%の範囲であり、
0.01%未満ではその効果が小さく、0.2%を越え
ると、鋳造時に粗大な化合物が生成し、健全な配管材が
得られない。
【0017】(2)マトリックス中の化合物の意義およ
びその限定理由 本発明のアルミニウム合金管材は、上記の成分を含有す
るアルミニウム合金で、合金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)0.5μm以上の化合物の数
が1mm2 当たり3×104 個以下であることを特徴と
し、このような化合物の分布により、化合物粒子とマト
リックスのマイクロガルバニック腐食が抑制されて耐食
性が向上する。また、伸びが増大し加工性の向上が達成
される。粒子径0.5μm以上の化合物のさらに好まし
い分布は、1mm2 当たり1×104 個以下である。
【0018】本発明のアルミニウム管材は、O材に調質
され、引張強さを70〜130MPaとすることによ
り、自動車の配管材として適した強度となり、且つ改善
された伸びと加工性をそなえたものとなり、管端のバル
ジ加工が容易となる。
【0019】(3)製造工程の意義およびその限定理由 本発明のアルミニウム合金管材は、上記組成のアルミニ
ウム合金のビレットを、連続鋳造により、好ましくは鋳
造時の冷却速度を10℃/秒以上として造塊し、ビレッ
トに均質化処理を施したのち熱間押出を行い、または均
質化処理を施すことなく熱間押出を行って、アルミニウ
ム合金の押出管を作製し、得られた押出管を30%以上
の加工度({(加工前断面積−加工後断面積)/(加工
前断面積)}×100%)で冷間抽伸加工した後、焼鈍
することによって製造され、この工程により、O材に調
質され、引張強さが70〜130MPaのアルミニウム
合金管材を得る。抽伸加工度が30%未満では、焼鈍後
の結晶粒度が粗大となり、曲げ加工やバルジ加工におい
て肌荒れや割れが生じ易くなる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明し、その効果を実証する。なお、これらの実施例は本
発明の一実施態様を示すものであり、本発明がこれに限
定されるものではない。 実施例1 連続鋳造により表1に示す組成を有するアルミニウム合
金(合金A〜O)のビレット(直径90mm)を造塊し
た。鋳造条件は、鋳造温度を700〜740℃、冷却速
度は、表2に示すように、10℃/秒または20℃/秒
とした。
【0021】得られたビレットを600℃以上の温度で
均質化処理した後、熱間押出により外径25mm、内径
20mmの押出管を作製し、その後、表2に示す寸法に
冷間抽伸加工を行い、500℃×1時間の条件で焼鈍し
て試験材を得た。抽伸加工度を表2に示す。
【0022】得られた試験材について、引張試験を行っ
て引張強さ、伸びを測定し、試験材の外表面の平均結晶
粒径を測定し、平均結晶粒径が200μm未満のものを
良好と判断する。また、以下の方法により、マトリック
ス中の化合物粒子の径および数、バルジ加工性、耐食性
を評価した。測定、評価結果を表3に示す。
【0023】マトリックス中の化合物粒子の径および数
の測定:光学組織を800倍に拡大した画像5視野(面
積合計0.2mm2 )を画像解析装置により、粒子径
(円相当直径)0.5μm以上のサイズの化合物の合計
粒子数を測定する。 バルジ加工性:試験材にバルジ加工を施し、肌荒れの発
生状況を観察し、肌荒れが生じないものをバルジ加工性
良好と判断し、肌荒れが生じたものをバルジ加工性不良
と判断する。 耐食性:試験材の外面について、塩水噴霧−湿潤の繰り
返し試験(SWAAT:ASTM G85−A3)を6
週間行い、外面に生じた孔食について、最大深さを測定
し、最大腐食深さ0.8mm未満のものを耐食性良好と
評価した。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】表3にみられるように、本発明に従う試験
材はいずれも、70〜130MPaの範囲の引張強さそ
なえ、結晶粒度は200μm未満でバルジ加工や曲げ加
工において肌荒れを生じることがなく、マトリックス中
に分散する粒子径0.5μm以上の化合物が30000
個/mm2 以下で、最大腐食深さ0.8mm未満と耐食
性にも優れている。なお、結晶粒度200μm未満であ
れば、実際の自動車の配管材の曲げ加工やバルジ加工に
おいて割れや肌荒れが生じないことが確認されており、
最大腐食深さ0.8mm未満のものは、実際に自動車の
配管材として使用した場合に耐食性の点で問題を生じる
ことのないことが確認されている。
【0028】比較例1 連続鋳造により表4に示す組成を有するアルミニウム合
金(合金a〜k)のビレット(直径90mm)を造塊し
た。鋳造条件は、鋳造温度を700〜740℃、冷却速
度は、表5に示すように、10℃/秒または0.5℃/
秒とした。
【0029】得られたビレットを、実施例1と同様、6
00℃以上の温度で均質化処理した後、熱間押出により
表5に示す寸法の押出管を作製し、その後、冷間抽伸加
工を行い、外径17mm、内径15mmに仕上げ、50
0℃×1時間の条件で焼鈍して試験材を得た。抽伸加工
度を表5に示す。
【0030】得られた試験材について、実施例1と同
様、引張試験を行って引張強さ、伸びを測定し、試験材
の外表面の平均結晶粒径を測定し、平均結晶粒径が20
0μm未満のものを良好と判断する。また、実施例1と
同じ方法により、マトリックス中の化合物粒子の径およ
び数、バルジ加工性、耐食性を評価した。測定、評価結
果を表6に示す。
【0031】
【表4】
【0032】
【表5】
【0033】
【表6】
【0034】表6に示すように、試験材No.18はM
n量が少ないため強度が低く、試験材No.19はMn
量が多いため、Mn系化合物が多数形成され、耐食性が
劣っている。試験材No.20はCu量が0.05%を
越えるため、耐食性が劣り、貫通孔(最大腐食深さ>
0.1mm)が生じた。試験材No.21はFe量が少
ないため、平均結晶粒径が大きくなってバルジ加工性が
劣り、試験材No.22はFe量が多いため、Fe系の
化合物が多く形成され、耐食性の劣るものとなってい
る。
【0035】試験材No.23はSi量が少ないため、
平均結晶粒径が大きくなってバルジ加工性が劣り、試験
材No.24はSi量が多いため、Al−Mn−Si
系、Al−Mn−Fe−Si系の化合物が多く形成さ
れ、耐食性の劣るものとなっている。試験材No.25
はMg量が多く、また試験材No.26はZr量が多い
ため、いずれも押出性が劣り、健全な試験材を得ること
ができなかった。
【0036】試験材No.27は従来の3003合金で
あり、化合物粒子数が多く、耐食性に劣り、貫通孔が生
じた。試験材No.28は抽伸加工度が少ないため、焼
鈍後の平均結晶粒径が大きくなり、バルジ加工性に劣る
ものとなっている。試験材No.29は鋳造時の冷却速
度が低いため、化合物粒子数が多く、耐食性に劣り、貫
通孔が生じた。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、Al−Mn系合金の単
管からなり、耐食性と加工性に優れ且つ安価な自動車の
配管用アルミニウム合金管材が提供される。当該管材
は、自動車のラジエータやヒータを結ぶ配管材、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
材として好適に使用される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B22D 11/22 B22D 11/22 A C22F 1/04 C22F 1/04 B // C22F 1/00 612 1/00 612 626 626 630 630A 630K 640 640A 683 683 685 685Z 686 686A (72)発明者 正路 美房 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽金 属工業株式会社内 Fターム(参考) 4E004 KA12 MC02 NB05 NC08 4E029 AA06 4E096 EA05 EA16 KA01

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mn:0.3〜1.5%(質量%、以下
    同じ)、Fe:0.01〜0.20%、Si:0.01
    〜0.20%を含有し、不純物としてのCuを0.05
    %以下に規制し、残部Alおよび不可避不純物からなる
    アルミニウム合金よりなり、合金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)0.5μm以上
    の化合物が1mm2 当たり3×104 個以下であること
    を特徴とする耐食性と加工性に優れた自動車の配管用ア
    ルミニウム合金管材。
  2. 【請求項2】 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請求項1記載
    の耐食性と加工性に優れた自動車の配管用アルミニウム
    合金管材。
  3. 【請求項3】 前記アルミニウム合金がさらにZr:
    0.01〜0.2%を含有することを特徴とする請求項
    1または2記載の耐食性と加工性に優れた自動車の配管
    用アルミニウム合金管材。
  4. 【請求項4】 O材に調質され、引張強さが70〜13
    0MPaであることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    かに記載の耐食性と加工性に優れた自動車の配管用アル
    ミニウム合金管材。
  5. 【請求項5】 請求項1〜3のいずれかに記載の組成を
    有するアルミニウム合金の鋳塊を熱間押出加工し、得ら
    れた押出管を30%以上の加工度で冷間抽伸加工した
    後、焼鈍することを特徴とするO材に調質され、引張強
    さが70〜130MPaである耐食性と加工性に優れた
    自動車の配管用アルミニウム合金管材の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記鋳塊の製造において、鋳造時の冷却
    速度を10℃/秒以上とすることを特徴とする請求項5
    記載の耐食性と加工性に優れた自動車の配管用アルミニ
    ウム合金管材の製造方法。
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