JP2012224923A - 熱交換器用プレートフィン材およびその製造方法ならびに該プレートフィン材を用いた熱交換器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱交換器のプレートフィンにおいて、良好なろう付性を確保するとともにろう付後による強度低下を防止して高い強度を確保する。
【解決手段】板厚が０．０５〜０．１５ｍｍであり、接合部位が成形されて前記接合部位に伝熱管がろう付される単材またはクラッド材からなるプレートフィン材であって、前記単材またはクラッド材の芯材が質量％で、Ｍｎ：１．５超〜２．０％、Ｆｅ：０．１５〜０．５０％を含有し、かつ前記Ｍｎ、Ｆｅ含有量が３．５≦Ｍｎ／Ｆｅ≦１０．０の条件を満たし、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、ろう付け熱処理後において、接合部位以外の部位が断面組織において面積率で５０％以上の亜結晶組織を有し、前記接合部位が断面組織において亜結晶組織の面積率が５０％未満である。
【選択図】図１
【解決手段】板厚が０．０５〜０．１５ｍｍであり、接合部位が成形されて前記接合部位に伝熱管がろう付される単材またはクラッド材からなるプレートフィン材であって、前記単材またはクラッド材の芯材が質量％で、Ｍｎ：１．５超〜２．０％、Ｆｅ：０．１５〜０．５０％を含有し、かつ前記Ｍｎ、Ｆｅ含有量が３．５≦Ｍｎ／Ｆｅ≦１０．０の条件を満たし、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、ろう付け熱処理後において、接合部位以外の部位が断面組織において面積率で５０％以上の亜結晶組織を有し、前記接合部位が断面組織において亜結晶組織の面積率が５０％未満である。
【選択図】図１
Description
本発明は熱交換器用プレートフィン材およびその製造方法ならびに該プレートフィン材を用いた熱交換器およびその製造方法に関する。
家庭用および業務用エアコンの熱交換器の一部には、板状に加工された複数のプレートフィンとこれらを貫通して設けられた伝熱管（チューブ）とを組み合わせて構成されるクロスフィンタイプのものが用いられている。上記プレートフィンには軽量で加工性や熱伝導性に優れるアルミニウム合金が使用されており、伝熱管には主に熱伝導性、加工性、強度等が優れる銅管（丸管）が広く用いられている。
熱交換器の組立工程の一つには、プレートフィンに伝熱管の外径より直径の大きい固定穴をくり貫き、かかる貫通穴に伝熱管を挿入した後、伝熱管を内部から押し広げて拡管することで一体化されるものが挙げられる。図２に上記タイプの熱交換器の一部を示す。
すなわち、貫通孔１１および図示しないカラー成形部が形成されたプレートフィン材１０を用意し、複数のプレートフィン材１０の貫通穴１１に伝熱管１２を挿入し固定している。プレートフィン材１０は、伝熱管１２への固定によってプレートフィンとして機能する。このタイプでは、伝熱管１２とプレートフィン材１０に未接着部分が発生すると、熱交換器として使用する際に熱交換性能（放熱性能）が大幅に低下してしまう。
すなわち、貫通孔１１および図示しないカラー成形部が形成されたプレートフィン材１０を用意し、複数のプレートフィン材１０の貫通穴１１に伝熱管１２を挿入し固定している。プレートフィン材１０は、伝熱管１２への固定によってプレートフィンとして機能する。このタイプでは、伝熱管１２とプレートフィン材１０に未接着部分が発生すると、熱交換器として使用する際に熱交換性能（放熱性能）が大幅に低下してしまう。
さらに、上記拡管の際に、積層されたプレートフィン同士のアベックが生じ、通気抵抗が上昇して熱交換器の性能が低下するという問題がある。さらに軽量化に伴い薄肉化されたプレートフィンにおいては、プレートフィンの剛性が低下する一方、カラー成形部の縦壁部分が加工硬化して強度が高くなり、拡管時に比較的強度の低い未加工部が曲がってさらにアベックが発生しやすくなることも問題になる。
上記アベックの問題については、例えば、特許文献１には、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉを適量含有し、不純物として含まれるＣｕ、Ｍｇ量を制限したフィン材によって、カラー成形部の加工硬化を抑制してアベックを防止するものが開示されている。特許文献２には、Ｆｅ、Ｔｉを含有し、不純物として含まれるＳｉ、Ｃｕ量を制限し、さらにＭｇ量を制限したフィン材により、未加工部とカラー成形部との加工硬化量の差を小さくすることでアベックの発生を抑制するものが開示されている。
上記したように、伝熱管の拡管する方法では、加工硬化による問題を避けがたく、近年、熱交換性能の向上を目的に従来の拡管接合タイプに代えてろう付けによる接合が検討されている。ろう付接合では、置きろうやＡｌ−Ｓｉ合金ろう材が表面に貼り合わされたクラッドフィンを用い、ろう付熱処理によってろう材のみを溶融させて伝熱管とフィン材とを接合している。しかし、ろう付熱処理によりプレートフィンが軟化するため、ろう付後のプレートフィンの強度（耐力）が大幅に低下して、熱交換器の取り扱い時にフィンの変形が容易に生じてしまうなどの問題がある。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、軽量化された薄肉のフィンと伝熱管との間の良好なろう付性を確保するとともに、ろう付後に得られる熱交換器の強度を大幅に向上させるプレートフィン材、熱交換器およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明者らは、上記課題を解決するべく研究を重ね、プレートフィン材の材料組織を制御することに着目した。熱間圧延、冷間圧延の工程で該フィン材に加えられる応力（歪みエネルギー）は、圧延工程における圧延率、焼鈍時の加熱温度、焼鈍時間によって変化するが、その後の成形加工、ろう付熱処理の際に該材料組織を形成することで解放される。該材料組織には、亜結晶組織、再結晶組織がある。本発明においては、特にろう付け加熱後においてもプレートフィンに高い強度を与える上で寄与する亜結晶組織に着目した。
すなわち、本発明の熱交換器用プレートフィン材のうち第１の本発明は、板厚が０．０５〜０．１５ｍｍであり、接合部位が成形されて前記接合部位に伝熱管がろう付される単材またはクラッド材からなる熱交換器用プレートフィン材であって、
前記単材または前記クラッド材の芯材が、質量％で、Ｍｎ：１．５超〜２．０％、Ｆｅ：０．１５〜０．５０％を含有し、かつ前記Ｍｎ、Ｆｅ含有量が３．５≦Ｍｎ／Ｆｅ≦１０．０の条件を満たし、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、ろう付け熱処理後において、接合部位以外の部位が断面組織において面積率で５０％以上の亜結晶組織を有し、前記接合部位が断面組織において亜結晶組織の面積率が５０％未満であることを特徴とする
。
前記単材または前記クラッド材の芯材が、質量％で、Ｍｎ：１．５超〜２．０％、Ｆｅ：０．１５〜０．５０％を含有し、かつ前記Ｍｎ、Ｆｅ含有量が３．５≦Ｍｎ／Ｆｅ≦１０．０の条件を満たし、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、ろう付け熱処理後において、接合部位以外の部位が断面組織において面積率で５０％以上の亜結晶組織を有し、前記接合部位が断面組織において亜結晶組織の面積率が５０％未満であることを特徴とする
。
第２の本発明の熱交換器用プレートフィン材は、前記第１の本発明において、前記組成として、さらに質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１．２％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｚｎ：０．０５〜５．０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする。
第３の本発明の熱交換器用プレートフィン材は、第１または第２の本発明において、質量％で、Ｓｉ：５．０〜１２．５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるろう材が片面あるいは両面にクラッドされていることを特徴とする。
第４の本発明の熱交換器用プレートフィン材は、前記第３の発明において、前記ろう材に、さらに質量％でＺｎ：０．０５〜５．０％、Ｓｒ：０．０１〜０．０５％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする。
第５の本発明の熱交換器は、前記第１〜第４の本発明のいずれかに記載のプレートフィン材を素材とするプレートフィンの接合部位に伝熱管がろう付け接合されていることを特徴とする熱交換器。
第６の本発明の熱交換器用プレートフィン材の製造方法は、前記第１または２の本発明に記載の組成を有する単材またはクラッド材の熱間圧延材を冷間圧延し、少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍後、最終冷間圧延を３％超〜１５％未満の圧延率で行って、最終板厚を０．０５〜０．１５ｍｍとすることを特徴とする。
第７の本発明の熱交換器用プレートフィン材の製造方法は、前記第１または２の本発明に記載の組成を有する単材またはクラッド材の熱間圧延材を冷間圧延して最終板厚を０．０５〜０．１５ｍｍとし、前記冷間圧延後、１５０〜２５０℃に加熱する最終焼鈍を行うことを特徴とする。
第８の本発明の熱交換器の製造方法は、前記第６または７の本発明の製造方法により得られる熱交換器用プレートフィン材に穴あきの接合部位を成形して熱交換器用プレートフィンとし、前記接合部位に伝熱管を挿入し、ろう付けによって該伝熱管を前記熱交換器用プレートフィンに接合することを特徴とする。
以下、本発明に規定する条件について説明する。なお、以下における各成分の含有量はいずれも質量％で示されている。以下のプレートフィン材の組成は、単材またはクラッド材の芯材に関するものである。
（プレートフィン材）
Ｍｎ：１．５％超え〜２．０％
Ｍｎは、Ｆｅ等とＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の金属間化合物を生成することでろう付後のプレートフィンの強度を向上させる効果を有している。その含有量が１．５％以下では、その効果が十分発揮されず、２．０％を超えると、Ａｌ−Ｍｎ系の巨大晶が生成してアルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。そのためＭｎ含有量は１．５超え〜２．０％に定める。なお、同様の理由により、下限は１．６％、上限は１．８％とするのが望ましい。
Ｍｎ：１．５％超え〜２．０％
Ｍｎは、Ｆｅ等とＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の金属間化合物を生成することでろう付後のプレートフィンの強度を向上させる効果を有している。その含有量が１．５％以下では、その効果が十分発揮されず、２．０％を超えると、Ａｌ−Ｍｎ系の巨大晶が生成してアルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。そのためＭｎ含有量は１．５超え〜２．０％に定める。なお、同様の理由により、下限は１．６％、上限は１．８％とするのが望ましい。
Ｆｅ：０．１５〜０．５０％
Ｆｅは、Ｍｎ等とＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の金属間化合物を生成することでろう付後のプレートフィンの強度を向上させる効果を有している。その含有量が０．１５％未満では、フィンのろう付後のプレートフィンの強度が低下し、０．５０％超えると、Ａｌ−Ｆｅ系の粗大な金属間化合物が生成し、フィン成形時の金型摩耗性が大幅に低下する。そのためＦｅ含有量を０．１５〜０．５０％とする。なお、同様の理由により、下限は０．２０％、上限は０．４０％とするのが望ましい。
Ｆｅは、Ｍｎ等とＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の金属間化合物を生成することでろう付後のプレートフィンの強度を向上させる効果を有している。その含有量が０．１５％未満では、フィンのろう付後のプレートフィンの強度が低下し、０．５０％超えると、Ａｌ−Ｆｅ系の粗大な金属間化合物が生成し、フィン成形時の金型摩耗性が大幅に低下する。そのためＦｅ含有量を０．１５〜０．５０％とする。なお、同様の理由により、下限は０．２０％、上限は０．４０％とするのが望ましい。
Ｍｎ／Ｆｅ比：３．５≦Ｍｎ／Ｆｅ≦１０．０
Ｍｎ含有量とＦｅ含有量は３．５≦Ｍｎ／Ｆｅ≦１０．０の条件を満たすことが必要である。Ｍｎ／Ｆｅが３．５未満であると、Ａｌ−Ｆｅ系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、所望のろう付後強度が得られない。一方、Ｍｎ／Ｆｅが１０．０を超えると、Ａｌ−Ｍｎ系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、所望のろう付後強度が得られない。したがって、Ｍｎ／Ｆｅ比を上記範囲に限定する。なお、同様の理由で、上記比を５．０以上、８．０以下とするのが好ましい。
Ｍｎ含有量とＦｅ含有量は３．５≦Ｍｎ／Ｆｅ≦１０．０の条件を満たすことが必要である。Ｍｎ／Ｆｅが３．５未満であると、Ａｌ−Ｆｅ系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、所望のろう付後強度が得られない。一方、Ｍｎ／Ｆｅが１０．０を超えると、Ａｌ−Ｍｎ系の粗大な金属間化合物の割合が増加し、所望のろう付後強度が得られない。したがって、Ｍｎ／Ｆｅ比を上記範囲に限定する。なお、同様の理由で、上記比を５．０以上、８．０以下とするのが好ましい。
プレートフィン材へのその他の添加元素
Ｓｉ：０．０５〜１．２％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％の１種または２種以上
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉは、ろう付後のプレートフィンの強度を向上させるので、所望により１種以上を含有させる。
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉの各元素の含有量が０．０５％未満であると、ろう付後のプレートフィンの強度を向上させる効果が十分に得られない。一方、Ｓｉが１．２％、Ｃｕが０．５０％を超えるとプレートフィン材の自己耐食性が低下するとともに融点が低下してろう付時にプレートフィン材が溶融しやすくなる。また、Ｚｒが０．２０％、Ｔｉが０．２０％を超えると、巨大晶が生成しやすく、アルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。これらの理由により、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉの各含有量を上記に定める。
Ｓｉ：０．０５〜１．２％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％の１種または２種以上
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉは、ろう付後のプレートフィンの強度を向上させるので、所望により１種以上を含有させる。
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉの各元素の含有量が０．０５％未満であると、ろう付後のプレートフィンの強度を向上させる効果が十分に得られない。一方、Ｓｉが１．２％、Ｃｕが０．５０％を超えるとプレートフィン材の自己耐食性が低下するとともに融点が低下してろう付時にプレートフィン材が溶融しやすくなる。また、Ｚｒが０．２０％、Ｔｉが０．２０％を超えると、巨大晶が生成しやすく、アルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。これらの理由により、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉの各含有量を上記に定める。
Ｚｎ：０．０５〜５．０％
Ｚｎの添加はプレートフィンの電位を卑とする効果を有するので所望により含有させる。Ｚｎの含有量が０．０５％未満であると、電位への寄与が小さく、伝熱管に対する所望の犠牲陽極効果が得られない。一方、Ｚｎの含有量が５．０％を超えるとプレートフィンの自己耐食性が低下する。これらの理由によりＺｎの含有量を上記範囲に定める。
Ｚｎの添加はプレートフィンの電位を卑とする効果を有するので所望により含有させる。Ｚｎの含有量が０．０５％未満であると、電位への寄与が小さく、伝熱管に対する所望の犠牲陽極効果が得られない。一方、Ｚｎの含有量が５．０％を超えるとプレートフィンの自己耐食性が低下する。これらの理由によりＺｎの含有量を上記範囲に定める。
板厚：０．０５〜０．１５ｍｍ
プレートフィン材の板厚が０．０５ｍｍ未満であると、プレートフィン材の成形性が低下するとともにろう付時にプレートフィンが溶融しやすくなる。一方、０．１５ｍｍを超える板厚であると熱交換器の質量が増加するとともに熱交換性能が低下する。このため、プレートフィン材の板厚を０．０５〜０．１５ｍｍとする。なお、同様の理由で、下限は０．０７ｍｍ、上限は０．１３ｍｍとするのが望ましい。
なお、上記板厚は、プレートフィン材がクラッド材である場合は、全厚になる。
プレートフィン材の板厚が０．０５ｍｍ未満であると、プレートフィン材の成形性が低下するとともにろう付時にプレートフィンが溶融しやすくなる。一方、０．１５ｍｍを超える板厚であると熱交換器の質量が増加するとともに熱交換性能が低下する。このため、プレートフィン材の板厚を０．０５〜０．１５ｍｍとする。なお、同様の理由で、下限は０．０７ｍｍ、上限は０．１３ｍｍとするのが望ましい。
なお、上記板厚は、プレートフィン材がクラッド材である場合は、全厚になる。
（亜結晶組織率）
接合部位以外の部位：断面組織において面積率５０％以上の亜結晶組織
接合部位 ：断面組織において亜結晶組織の面積率が５０％未満
亜結晶組織は各々の結晶粒径（亜結晶粒）が数μｍ以下と微細なため、ろう付時に結晶粒界を経路としたろう侵食（エロージョン）が起こりやすい一方で、これら微細な亜結晶粒は材料の変形を抑制するため、ろう付後の強度が向上する。一方で再結晶組織は結晶粒が粗大なため、亜結晶組織に比べて、ろう付性（耐エロージョン性）に優れる一方で、ろう付後の強度に劣る。
そこで、プレートフィン材のろう付後の断面組織において、接合部位以外の部位で面積率で５０％以上の亜結晶組織を有することでろう付後の高強度を得る。なお、同様の理由で接合部位以外の部位で７０％の亜結晶組織を有するのが望ましい。また、伝熱管との接合部位において断面組織において亜結晶組織の面積率を５０％未満とすることでろう付性（耐エロージョン性）を確保する。なお、同様の理由で接合部位で亜結晶組織の面積率を３０％以下とするのが望ましい。
なお、プレートフィン材がクラッド材である場合、上記組織率は、芯材のものを示している。
なお、ろう付処理により完全に再結晶しない組織を亜結晶組織と定義した。
接合部位以外の部位：断面組織において面積率５０％以上の亜結晶組織
接合部位 ：断面組織において亜結晶組織の面積率が５０％未満
亜結晶組織は各々の結晶粒径（亜結晶粒）が数μｍ以下と微細なため、ろう付時に結晶粒界を経路としたろう侵食（エロージョン）が起こりやすい一方で、これら微細な亜結晶粒は材料の変形を抑制するため、ろう付後の強度が向上する。一方で再結晶組織は結晶粒が粗大なため、亜結晶組織に比べて、ろう付性（耐エロージョン性）に優れる一方で、ろう付後の強度に劣る。
そこで、プレートフィン材のろう付後の断面組織において、接合部位以外の部位で面積率で５０％以上の亜結晶組織を有することでろう付後の高強度を得る。なお、同様の理由で接合部位以外の部位で７０％の亜結晶組織を有するのが望ましい。また、伝熱管との接合部位において断面組織において亜結晶組織の面積率を５０％未満とすることでろう付性（耐エロージョン性）を確保する。なお、同様の理由で接合部位で亜結晶組織の面積率を３０％以下とするのが望ましい。
なお、プレートフィン材がクラッド材である場合、上記組織率は、芯材のものを示している。
なお、ろう付処理により完全に再結晶しない組織を亜結晶組織と定義した。
（ろう材）
本発明の熱交換器用プレートフィン材のろう付けに際し、置きろうを用いても良く、また、前記プレートフィン材を芯材としてろう材を片面または両面にクラッドしたものとしても良い。以下に、ろう材の好適な成分を説明する。以下の成分はいずれも質量％で示されている。
本発明の熱交換器用プレートフィン材のろう付けに際し、置きろうを用いても良く、また、前記プレートフィン材を芯材としてろう材を片面または両面にクラッドしたものとしても良い。以下に、ろう材の好適な成分を説明する。以下の成分はいずれも質量％で示されている。
Ｓｉ：５．０〜１２．５％
ろう材のＳｉ量は、ろう付性に影響を及ぼし、Ｓｉ量が５．０％未満では、ろう付時に溶融するろうの量が少なく、伝熱管との接合が不十分となり、Ｓｉ量が１２．５％を超えると、プレートフィン材へのエロージョン（ろう侵食）が大きくろう付後のプレートフィンに座屈が生じるおそれがある。そのためＳｉ含有量は５．０〜１２．５％とする。なお、同様の理由により、下限は６．５％、上限は９．５％が望ましい。
ろう材のＳｉ量は、ろう付性に影響を及ぼし、Ｓｉ量が５．０％未満では、ろう付時に溶融するろうの量が少なく、伝熱管との接合が不十分となり、Ｓｉ量が１２．５％を超えると、プレートフィン材へのエロージョン（ろう侵食）が大きくろう付後のプレートフィンに座屈が生じるおそれがある。そのためＳｉ含有量は５．０〜１２．５％とする。なお、同様の理由により、下限は６．５％、上限は９．５％が望ましい。
ろう材へのその他の添加元素
Ｓｒ：０．０１〜０．０５％
Ｓｒは、ろう材Ｓｉ粒子を微細化し、フィン成形時の金型摩耗性を向上させるとともにろう付性を向上させるので所望により含有させる。Ｓｒ含有量が０．０１％未満であると、Ｓｉ粒子微細化効果が得られず、０．０５％を超えると巨大晶が生成しやすく、アルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。そのため、所望により含有させる場合、Ｓｒの含有量を０．０１〜０．０５％とする。
Ｓｒ：０．０１〜０．０５％
Ｓｒは、ろう材Ｓｉ粒子を微細化し、フィン成形時の金型摩耗性を向上させるとともにろう付性を向上させるので所望により含有させる。Ｓｒ含有量が０．０１％未満であると、Ｓｉ粒子微細化効果が得られず、０．０５％を超えると巨大晶が生成しやすく、アルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。そのため、所望により含有させる場合、Ｓｒの含有量を０．０１〜０．０５％とする。
Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％
Ｍｎ、Ｔｉは、ろう材の流動性を抑え、伝熱管との接合状態を向上させる効果があるので所望により１種または２種を含有させる。Ｍｎの含有量が０．０５％未満であると、前記効果が十分でなく、１．０％を超えると巨大晶が生成しやすく、アルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。そのため、Ｍｎを所望により含有させる場合、その含有量を０．０５〜１．０％とする。Ｔｉの含有量が０．０５％未満であると、上記効果が十分でなく、０．２０％を超えると巨大晶が生成しやすく、アルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。そのため、Ｔｉを所望により含有させる場合、その含有量は０．０５％〜０．２０％とする。
Ｍｎ、Ｔｉは、ろう材の流動性を抑え、伝熱管との接合状態を向上させる効果があるので所望により１種または２種を含有させる。Ｍｎの含有量が０．０５％未満であると、前記効果が十分でなく、１．０％を超えると巨大晶が生成しやすく、アルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。そのため、Ｍｎを所望により含有させる場合、その含有量を０．０５〜１．０％とする。Ｔｉの含有量が０．０５％未満であると、上記効果が十分でなく、０．２０％を超えると巨大晶が生成しやすく、アルミニウム合金板の製造性が大幅に低下する。そのため、Ｔｉを所望により含有させる場合、その含有量は０．０５％〜０．２０％とする。
Ｚｎ：０．０５〜５．０％
Ｚｎはフィンの電位を卑とする効果があるので所望により含有させる。その含有量が０．０５％未満では前記効果が低く、伝熱管に対する所望の犠牲陽極効果が得られず、５．０％を超えるとプレートフィン材の自己耐食性が低下する。そのため、Ｚｎを所望により含有させる場合、その含有量を０．０５〜５．０％とする。
Ｚｎはフィンの電位を卑とする効果があるので所望により含有させる。その含有量が０．０５％未満では前記効果が低く、伝熱管に対する所望の犠牲陽極効果が得られず、５．０％を超えるとプレートフィン材の自己耐食性が低下する。そのため、Ｚｎを所望により含有させる場合、その含有量を０．０５〜５．０％とする。
（プレートフィン材の製造工程）
プレートフィン材は、熱間圧延、冷間圧延を経て製造することができ、その一形態として冷間圧延中に中間焼鈍を行い、その後、最終冷間圧延を行う工程が挙げられる。当該工程では、最終冷間圧延の圧延率を規定する。
プレートフィン材は、熱間圧延、冷間圧延を経て製造することができ、その一形態として冷間圧延中に中間焼鈍を行い、その後、最終冷間圧延を行う工程が挙げられる。当該工程では、最終冷間圧延の圧延率を規定する。
最終冷間圧延率：３％超え〜１５％未満
最終冷間圧延率はろう付後に所望の材料組織を得るために制御する。すなわち圧延率を適切にすることで、その後の成形加工およびろう付熱処理により、強度に優れる亜結晶組織を得るとともに伝熱管との接合部位(成形加工部位)では再結晶組織を得ることができる。ここで上記最終圧延率の範囲の下限未満では圧延による歪みエネルギーが小さく、その後の成形,ろう付処理を経てもフィン材に所望の亜結晶組織が得られない。また上限超では、歪みエネルギーが大きく、ろう付熱処理において、いずれの部位でも再結晶が進むため、所望の亜結晶組織が得られない。このため、最終冷間圧延率を３％超え〜１５％未満とする。
最終冷間圧延率はろう付後に所望の材料組織を得るために制御する。すなわち圧延率を適切にすることで、その後の成形加工およびろう付熱処理により、強度に優れる亜結晶組織を得るとともに伝熱管との接合部位(成形加工部位)では再結晶組織を得ることができる。ここで上記最終圧延率の範囲の下限未満では圧延による歪みエネルギーが小さく、その後の成形,ろう付処理を経てもフィン材に所望の亜結晶組織が得られない。また上限超では、歪みエネルギーが大きく、ろう付熱処理において、いずれの部位でも再結晶が進むため、所望の亜結晶組織が得られない。このため、最終冷間圧延率を３％超え〜１５％未満とする。
プレートフィン材の製造方法の他の形態として冷間圧延後、最終板厚で最終焼鈍を行う工程が挙げられる。当該工程では、最終焼鈍の温度を規定する。
最終焼鈍温度：１５０℃〜２５０℃
最終板厚での焼鈍はろう付後に所望の材料組織を得るために制御する。すなわち焼鈍温度を適切にすることで、その後の成形加工およびろう付熱処理により、強度に優れる亜結晶組織を得るとともに伝熱管との接合部位(成形加工部位)では再結晶組織を得ることができる。ここで上記焼鈍温度の範囲の上限超では圧延による歪みエネルギーが小さくなり、その後の成形,ろう付処理を経てもフィン材に所望の亜結晶組織が得られない。また下限未満では、歪みエネルギーが大きく、ろう付熱処理において、いずれの部位でも再結晶が進むため、所望の亜結晶組織が得られない。そのため、最終焼鈍の温度を１５０℃〜２５０℃とする。
最終板厚での焼鈍はろう付後に所望の材料組織を得るために制御する。すなわち焼鈍温度を適切にすることで、その後の成形加工およびろう付熱処理により、強度に優れる亜結晶組織を得るとともに伝熱管との接合部位(成形加工部位)では再結晶組織を得ることができる。ここで上記焼鈍温度の範囲の上限超では圧延による歪みエネルギーが小さくなり、その後の成形,ろう付処理を経てもフィン材に所望の亜結晶組織が得られない。また下限未満では、歪みエネルギーが大きく、ろう付熱処理において、いずれの部位でも再結晶が進むため、所望の亜結晶組織が得られない。そのため、最終焼鈍の温度を１５０℃〜２５０℃とする。
本発明によれば、プレートフィンの接合部以外で高い強度が得られるとともに、プレートフィンと伝熱管との接合部で良好なろう付け性を得られる。
以下に、本発明の１実施形態を説明する。
本発明の熱交換器用プレートフィン材の製造に用いる合金は、本発明で規定する成分設定に従って、例えば常法により溶製することができる。例えば、半連続鋳造により造塊することができるが、その溶解、鋳造方法は本発明としては特に限定されるものではない。
得られた鋳塊は、常法により均質化処理、熱間圧延や冷間圧延等の工程を経て最終板厚０．０５〜０．１５ｍｍのアルミニウム合金板とする。
本発明の熱交換器用プレートフィン材の製造に用いる合金は、本発明で規定する成分設定に従って、例えば常法により溶製することができる。例えば、半連続鋳造により造塊することができるが、その溶解、鋳造方法は本発明としては特に限定されるものではない。
得られた鋳塊は、常法により均質化処理、熱間圧延や冷間圧延等の工程を経て最終板厚０．０５〜０．１５ｍｍのアルミニウム合金板とする。
冷間圧延工程では、３００℃以上の条件で１回以上の中間焼鈍を行うことができる。最後の中間焼鈍から最終板厚までの最終冷間圧延率は３％超え〜１５％未満にする。この場合の質別はＨ１ｎとなる。
或いは、上記と同様に熱間圧延工程を経た後、最終板厚まで冷間圧延し、その後、１５０℃〜２５０℃の温度に加熱する最終焼鈍を行う。この場合の質別はＨ２ｎとなる。
或いは、上記と同様に熱間圧延工程を経た後、最終板厚まで冷間圧延し、その後、１５０℃〜２５０℃の温度に加熱する最終焼鈍を行う。この場合の質別はＨ２ｎとなる。
また、プレートフィン材をクラッド材として提供する場合にはその片面或いは両面にろう材を配することができる。また、一表面にろう材、他表面に犠牲材をクラッドする場合には、犠牲材を構成するアルミニウム合金を同様に用意する。
プレートフィン材、ろう材、所望により犠牲材となる鋳塊を用意し、各材を組み合わせ、５〜２０％のクラッド率で熱間圧延、冷間圧延によりクラッド材とし、クラッド材全体の最終板厚を０．０５〜０．１５ｍｍとする。この際にも、上記と同様にＨ１ｎとなる質別で、冷間圧延中に１回以上の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までを冷間圧延率３％超え〜１５％未満で最終冷間圧延を行う。あるいは、Ｈ２ｎとなる質別で、冷間圧延によって上記クラッド材全体の最終板厚とした後、１５０℃〜２５０℃の温度に加熱する最終焼鈍を行う。
プレートフィン材、ろう材、所望により犠牲材となる鋳塊を用意し、各材を組み合わせ、５〜２０％のクラッド率で熱間圧延、冷間圧延によりクラッド材とし、クラッド材全体の最終板厚を０．０５〜０．１５ｍｍとする。この際にも、上記と同様にＨ１ｎとなる質別で、冷間圧延中に１回以上の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までを冷間圧延率３％超え〜１５％未満で最終冷間圧延を行う。あるいは、Ｈ２ｎとなる質別で、冷間圧延によって上記クラッド材全体の最終板厚とした後、１５０℃〜２５０℃の温度に加熱する最終焼鈍を行う。
上記で得られたアルミニウム合金板はプレートフィン材として所定形状に成形し、貫通孔４およびカラー成形部３を成形する。このプレートフィン材１を熱交換器の一構成部材として他の構成部材（伝熱管やヘッダーなど）と組み付け、ろう付に供される。図１は、ろう材４をクラッドしたプレートフィン材１に伝熱管５を挿入した断面図を示しており、ろう付前の状態を示す。カラー成形部３は内面側のろう材４が伝熱管５に接触しており、本発明の接合部となる。
ろう付における条件（ろう付温度、雰囲気、フラックスの使用の有無）は、本発明としては特に限定されるものではなく、常法により行うことができる。ろう付熱処理によってろう材４は溶融し、カラー成形部３を介してプレートフィン材１と伝熱管５とが接合され、プレートフィン材１はろう付け後、プレートフィンとして機能する。
上記で作製された熱交換器は、エアコン等の用途に使用される。該熱交換器のプレートフィンは、接合部以外では面積率で５０％以上の亜結晶組織を有し、ろう付け後においても高い強度を有し、接合部であるカラー成形部３では、亜結晶組織が面積率で５０％未満になっており、良好なろう付けがなされている。
上記で作製された熱交換器は、エアコン等の用途に使用される。該熱交換器のプレートフィンは、接合部以外では面積率で５０％以上の亜結晶組織を有し、ろう付け後においても高い強度を有し、接合部であるカラー成形部３では、亜結晶組織が面積率で５０％未満になっており、良好なろう付けがなされている。
表１に示される組成を有するプレートフィン材を半連続鋳造法により溶解、鋳造した。得られた鋳塊に対し、５００℃、１０時間の条件で均質化処理を行った後、熱間圧延をした後、冷間圧延をし、４００℃、６時間の条件で中間焼鈍を行い、その後、最終板厚０．１ｍｍまでの最終圧延率を表１に示す条件にして実施例１〜７、比較例１〜４のＨ１ｎ調質材コイルを得た。
一方、同様に熱間圧延、冷間圧延を行い、冷間圧延における全圧下率を９５％として最終板厚０．１ｍｍを得た。その後、表１に示す温度で６時間の最終焼鈍を行って、実施例８〜１４、比較例５〜８のＨ２ｎ調質材コイルを得た。これらの供試材では、Ｓｉ粉末を置きろうとして用いた。
一方、同様に熱間圧延、冷間圧延を行い、冷間圧延における全圧下率を９５％として最終板厚０．１ｍｍを得た。その後、表１に示す温度で６時間の最終焼鈍を行って、実施例８〜１４、比較例５〜８のＨ２ｎ調質材コイルを得た。これらの供試材では、Ｓｉ粉末を置きろうとして用いた。
さらに、本発明の実施例１と同じ組成からなるプレートフィン材用の芯材合金と、表２に示す組成を有するろう材合金とを、熱間圧延、冷間圧延によって片面１０％のみのクラッド率でクラッドした。なお、冷間圧延途中で４００℃、６時間の条件で中間焼鈍を行い、中間焼鈍後の最終冷間圧延率を４％にして最終板厚（全体厚さ：０．１ｍｍ）まで最終冷間圧延をした。これにより、実施例１５〜２４、比較例９、１０の供試材のコイルを得た。
次に、各供試材について以下の評価試験を行った。
次に、各供試材について以下の評価試験を行った。
（ろう付後の断面組織）
各供試材を図１のように加工し、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間のろう付相当の加熱処理を行い、接合部位と接合部位以外の部位の断面を、図１で示される穴の直径部で切断し、樹脂に埋めて０．５ｍｍ×厚みの視野を光学顕微鏡により２００倍の倍率で観察した。接合部位、接合部位以外の部位のそれぞれの１０視野について、観察結果から画像処理解析装置を用いて解析し、合計の面積からその比率（％）を算出した。算出結果は表１、２に示した。クラッド材の場合、芯材について評価した。
各供試材を図１のように加工し、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間のろう付相当の加熱処理を行い、接合部位と接合部位以外の部位の断面を、図１で示される穴の直径部で切断し、樹脂に埋めて０．５ｍｍ×厚みの視野を光学顕微鏡により２００倍の倍率で観察した。接合部位、接合部位以外の部位のそれぞれの１０視野について、観察結果から画像処理解析装置を用いて解析し、合計の面積からその比率（％）を算出した。算出結果は表１、２に示した。クラッド材の場合、芯材について評価した。
（ろう付前の切断加工性）
各供試材のコイルを幅３２ｍｍの条材にスリット加工し、得られた条材を用いて、高速プレス機(株式会社黒田製作所製)のエンドシャー(切断刃の材質；ＳＫＤ６(硬度ＨＲＣ５０))による切断試験を実施した。試験条件は条材の送り速度２００ｓｐｍ、５ｍｍピッチで供試材の圧延垂直方向に切断した。評価は切断回数５万ショット後の切断片断面のバリ高さを測定し、以下のように評価した。評価結果を表３、４に示した。
非常に良好(◎)：５０μｍ未満のもの
良好(○)：５０μｍで８０μｍ未満のもの
不良(×)：８０μｍ以上のもの
各供試材のコイルを幅３２ｍｍの条材にスリット加工し、得られた条材を用いて、高速プレス機(株式会社黒田製作所製)のエンドシャー(切断刃の材質；ＳＫＤ６(硬度ＨＲＣ５０))による切断試験を実施した。試験条件は条材の送り速度２００ｓｐｍ、５ｍｍピッチで供試材の圧延垂直方向に切断した。評価は切断回数５万ショット後の切断片断面のバリ高さを測定し、以下のように評価した。評価結果を表３、４に示した。
非常に良好(◎)：５０μｍ未満のもの
良好(○)：５０μｍで８０μｍ未満のもの
不良(×)：８０μｍ以上のもの
（ろう付後の強度）
各供試材について、単体で窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分ろう付加熱した後、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づいて、耐力(σｙ)を測定し、以下のように評価した。評価結果は表２、４に示した。
良好(○)：６０ＭＰａ以上のもの
不良(×)：６０ＭＰａ未満のもの
各供試材について、単体で窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分ろう付加熱した後、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づいて、耐力(σｙ)を測定し、以下のように評価した。評価結果は表２、４に示した。
良好(○)：６０ＭＰａ以上のもの
不良(×)：６０ＭＰａ未満のもの
（ろう付性）
得られたプレートフィン材を所定の伝熱管と組付けて、フッ化物系のフラックスを塗布後、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間ろう付加熱した。その後、ろう付品の接合部位においてプレートフィンを物理的に切断し、断面観察を実施し、接合部位のフィン総断面積中のろう侵食の面積率を、ろう侵食率（％）として画像解析装置にて測定し、以下のように評価した。
非常に良好(◎)：３０％未満のもの
良好(○)：３０％以上で５０％未満のもの
不良(×)：５０％以上のもの
得られたプレートフィン材を所定の伝熱管と組付けて、フッ化物系のフラックスを塗布後、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間ろう付加熱した。その後、ろう付品の接合部位においてプレートフィンを物理的に切断し、断面観察を実施し、接合部位のフィン総断面積中のろう侵食の面積率を、ろう侵食率（％）として画像解析装置にて測定し、以下のように評価した。
非常に良好(◎)：３０％未満のもの
良好(○)：３０％以上で５０％未満のもの
不良(×)：５０％以上のもの
１ プレートフィン材
２ 貫通孔
３ カラー成形部
４ ろう材
５ 伝熱管
２ 貫通孔
３ カラー成形部
４ ろう材
５ 伝熱管
Claims (8)
- 板厚が０．０５〜０．１５ｍｍであり、接合部位が成形されて前記接合部位に伝熱管がろう付される単材またはクラッド材からなる熱交換器用プレートフィン材であって、
前記単材または前記クラッド材の芯材が、質量％で、Ｍｎ：１．５超〜２．０％、Ｆｅ：０．１５〜０．５０％を含有し、かつ前記Ｍｎ、Ｆｅ含有量が３．５≦Ｍｎ／Ｆｅ≦１０．０の条件を満たし、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、ろう付け熱処理後において、接合部位以外の部位が断面組織において面積率で５０％以上の亜結晶組織を有し、前記接合部位が断面組織において亜結晶組織の面積率が５０％未満であることを特徴とする熱交換器用プレートフィン材。 - 前記組成として、さらに質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１．２％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｚｎ：０．０５〜５．０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％のうち、１種または２種以上を含有する請求項１に記載の熱交換器用プレートフィン材。
- 質量％で、Ｓｉ：５．０〜１２．５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるろう材が片面あるいは両面にクラッドされていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用プレートフィン材。
- 前記ろう材に、さらに質量％でＺｎ：０．０５〜５．０％、Ｓｒ：０．０１〜０．０５％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項３記載の熱交換器用プレートフィン材。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器用プレートフィン材を素材とするプレートフィンの接合部位に伝熱管がろう付け接合されていることを特徴とする熱交換器。
- 請求項１または２に記載の組成を有する単材またはクラッド材の熱間圧延材を冷間圧延し、少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍後、最終冷間圧延を３％超〜１５％未満の圧延率で行って、最終板厚を０．０５〜０．１５ｍｍとすることを特徴とする熱交換器用プレートフィン材の製造方法。
- 請求項１または２に記載の組成を有する単材またはクラッド材の熱間圧延材を冷間圧延して最終板厚を０．０５〜０．１５ｍｍとし、前記冷間圧延後、１５０〜２５０℃に加熱する最終焼鈍を行うことを特徴とする熱交換器用プレートフィン材の製造方法。
- 請求項６または７の製造方法により得られる熱交換器用プレートフィン材にカラーを有する穴あきの接合部位を成形して熱交換器用プレートフィンとし、前記接合部位に伝熱管を挿入し、ろう付けによって該伝熱管を前記熱交換器用プレートフィンに接合することを特徴とする熱交換器の製造方法。
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