JP2014025112A

JP2014025112A - 熱交換器フィン用アルミニウム合金板

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Publication number: JP2014025112A
Application number: JP2012166585A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Sato; 好生佐藤
Original assignee: UACJ Corp
Current assignee: UACJ Corp
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: JP6090734B2

Abstract

【目的】アルミニウム合金製の冷媒流通管とアルミニウム合金製のプレートフィン材の組合せであっても、腐食環境下でフィン材を優先的に腐食するようにするとともに、カラー成形性のうち特に絞り成形および張り出し成形を向上させた熱交換器フィン用アルミニウム合金板を提供する。
【構成】カラー付きの孔を形成したフィンのカラー付きの孔にアルミニウム合金製冷媒流通管を挿通させて、該冷媒流通管の外壁をカラーの内面に密着させる形式のプレートフィン型熱交換器に用いられるフィン用アルミニウム合金板であり、Ｚｎ：０．３％以上１．３％以下、Ｆｅ：０．４％以上１．０％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなる組成を有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱交換器、特にアルミニウム合金製フィンにアルミニウム合金製冷媒流通管を挿通させるプレートフィン型アルミニウム合金製熱交換器のフィン材として用いられるアルミニウム合金板に関する。

一般に広く使用されている熱交換器の構造としてはプレートフィンタイプのものと、コルゲートフィンタイプのものとがある。プレートフィンタイプは家庭用あるいは業務用エアコン用熱交換器に、コルゲートフィンタイプは自動車用エアコン用熱交換器に多用されている。

前者のプレートフィンタイプの熱交換器のフィン材（以下、プレートフィン材）においては、熱交換冷媒が流通する管（以下、冷媒流通管）を挿通させるための孔を形成し、且つその孔の内周縁部分を立ち上がらせて、冷媒流通管の外壁と密着させるためのカラーを形成しておく必要がある。このようなプレートフィン材は、従来、一般に絞り成形（ドロー加工）を行なった後、孔打抜加工、孔拡げ加工等を行なう、所謂ドロー方式と、張り出し成形としごき成形とを組合せたドローレス方式により成形される。

プレートフィン材の成分および調質としては、純アルミニウム系の１１００合金のＯ材やＨ２２材、あるいは１０５０合金のＯ材やＨ２２材、さらにはＡｌ−０．２〜０．６％Ｍｎ合金のＨ２２材やＨ２６材が広く用いられている。従来のドロー加工によるプレートフィン材については、延性重視の観点から、よりカラー成形性が良好な１１００合金や１０５０合金のＯ材あるいはＨ２２材が用いられている。ドローレス方式の成形を適用する場合は、しごき成形に耐えうる強度が必要となるため、Ａｌ−０．１〜０．５％Ｍｎ合金のＨ２２材もしくはＨ２６材を用いるのが一般的となっている。

一方、プレートフィン材に挿通させる冷媒流通管としては、永らく熱伝導性の観点からリン脱酸銅等の純銅材からなる銅管が用いられてきたが、銅の価格がアルミニウム材に比べ高いこと、また単位重量あたりの重さも大きいことから、軽量小型化の要求に応えるために、最近では冷媒流通管にもアルミニウム合金管を適用した熱交換器、すなわち全ての部材がアルミニウム合金からなるアルミニウム合金製熱交換器が好まれるようになってきている。

アルミニウム合金製冷媒流通管は押出加工により製造され、アルミニウム合金製冷媒流通管の材質は、非熱処理型合金としては、１０５０合金や１１００合金などの１０００系合金、３００３合金や３００４合金などの３０００系合金、５００５合金や５０５２合金などの５０００系合金が適用され、熱処理型合金としては、６Ｎ０１合金や６０６３合金などの６０００系合金が適用される。

特開平９−１７６８０５号公報特開２００５−２６４２８９号公報特開平９−１７６８０５号公報特開２００５−２６４２８９号公報特開２００５−２６４２８９号公報

銅製の冷媒流通管とアルミニウム合金製プレートフィン材との組合せでは、アルミニウムの方が銅よりも電気的に卑であり、従って、熱交換器の腐食性使用環境においては、アルミニウムの方が優先的に腐食するため、冷媒流通管の腐食による冷媒の漏れが生じることはないが、アルミニウム合金製冷媒流通管とアルミニウム製プレートフィン材との組合せでは、両者の電気的な差異が小さく、従って、プレートフィン材が優先的に腐食することはなく、冷媒流通管が腐食して冷媒が漏れる恐れがある。

そこで、アルミニウム合金のなかでも最も電気的に卑な合金であるＡｌ−Ｚｎ系の７０００系合金をフィン材に採用することが考えられ、フィン材として適した７０００系合金として、７０００系合金の中でも低強度で、０．１ｍｍに代表されるプレートフィン材の板厚まで冷間圧延が可能な７０７２合金が挙げられるが、７０７２合金ではカラー成形性が不十分であるという難点がある。

本発明は、上記の問題点を解消するために、７０７２合金をベースとし、試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、アルミニウム合金製の冷媒流通管とアルミニウム合金製のプレートフィン材の組合せであっても、フィン材側を電気的に卑な組成とすることにより、腐食環境下でフィン材が優先的に腐食するようにするとともに、カラー成形性のうち特に絞り成形性および張り出し成形性を向上させた熱交換器フィン用アルミニウム合金板を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１による熱交換器フィン用アルミニウム合金板は、カラー付きの孔を形成したフィンのカラー付きの孔にアルミニウム合金製冷媒流通管を挿通させて、該冷媒流通管の外壁をカラーの内面に密着させる形式のプレートフィン型熱交換器に用いられるフィン用アルミニウム合金板であって、Ｚｎ：０．３％（質量％、以下同じ）以上１．３％以下、Ｆｅ：０．４％以上１．０％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなる組成を有することを特徴とする。

請求項２による熱交換器フィン用アルミニウム合金板は、請求項１において、前記アルミニウム合金板のＪＩＳＺ２２４７に準拠したエリクセン試験で求められるエリクセン値が、ＪＩＳＺ２２４１に準拠した２０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度でのＪＩＳ５号試験片を用いた引張試験で求められる引張強さ１１５〜１４５ＭＰａの領域で、７〜９ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウム合金製の冷媒流通管とアルミニウム合金製のプレートフィン材の組合せであっても、フィン材側を電気的に卑な組成とすることにより、腐食環境下でもフィン材が優先的に腐食するようにするとともに、カラー成形性のうち特に絞り成形性および張り出し成形性を向上させた熱交換器フィン用アルミニウム合金板が提供される。

本発明の熱交換器フィン用アルミニウム合金板の合金成分の意義およびその限定理由について説明する。
Ｚｎ：
Ｚｎはプレートフィン材を電気的に卑にするよう機能する合金成分であり、Ｚｎの好ましい含有量は０．３％以上１．３％以下の範囲である。Ｚｎが０．３％未満では、１０００系、３０００系、５０００系、６０００系の合金からなるアルミニウム合金製冷媒流通管より電気的に卑になり難く、プレートフィン材を優先的に腐食させる効果が得難い。１．３％を超えると、粗大なＡｌ−Ｚｎ系金属間化合物を生成し易く、これがカラー成形時に割れの起点となり、成形性を劣化させる。Ｚｎのより好ましい含有範囲は０．５％以上１．３％以下であり、Ｚｎのさらに好ましい含有範囲は０．８％以上１．３％以下である。

Ｆｅ：
Ｆｅはカラー成形性を向上させるよう機能する合金成分であり、Ｆｅの好ましい含有量は０．４％以上１．０％以下の範囲である。Ｆｅが０．４％未満では、微細なＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の分散が少なく、カラー成形性向上効果が不十分となり、１．０％を超えると、粗大なＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を生成し易く、これがカラー成形時に割れの起点となり、成形性を劣化させる。Ｆｅのさらに好ましい含有量は０．７％を超え１．０％以下の範囲であり、Ｆｅをこの範囲で含有させることによって、さらに顕著な成形性向上効果を得ることができる。

残部は、不可避的不純物とＡｌからなるが、鋳塊組織微細化のために、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、より好ましくは０．０１〜０．０３％添加することができ、Ｂ：５〜３００ｐｐｍ、より好ましくは１０〜１００ｐｐｍ添加することができる。Ｓｉについては、Ａｌ、Ｆｅと化合してＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間合金を形成してカラー成形性を阻害するおそれがあるから、使用する地金の純度を上げ、Ｓｉを０．１％以下、より好ましくは０．０３〜０．０８％に制限することが望ましい。高純度地金を用いると製造コストの高騰を招くのでＳｉを０．０３％未満とすることは好ましくない。

本発明においては、前記本発明によるアルミニウム合金板のＪＩＳＺ２２４７に準拠したエリクセン試験で求められるエリクセン値が、ＪＩＳＺ２２４１に準拠した２０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度でのＪＩＳ５号試験片を用いた引張試験で求められる引張強さ１１５〜１４５ＭＰａの領域で、７〜９ｍｍであることを特徴とする。

エリクセン値が７ｍｍ未満では、カラー成形時の絞りおよび張り出し加工で割れが発生し易く、９ｍｍを超えると、カラー成形にとっては有利であるが、引張強さが低くなってしまい、プレートフィン材として使用できる引張強さ１２０ＭＰａ以上を確保することが難しくなる。

引張強さが１１５ＭＰａ未満では、プレートフィン材としての強度が低すぎて、取扱い時にフィンに曲がりや折れなどの変形が生じ易くなり、１４５ＭＰａを超えると、７ｍｍ以上のエリクセン値を確保し難く、エリクセン値が低いために、カラー成形時の絞りおよび張り出し加工で割れが生じ易い。

本発明においては、Ｚｎ量およびＦｅ量を上記範囲に設定し、最終焼鈍条件を１１５ＭＰａ〜１４５ＭＰａの引張強さとなるように調整すれば７ｍｍ〜９ｍｍのエリクセン値を確保することができる。

以下の本発明による熱交換器フィン用アルミニウム合金板の好ましい製造方法について説明すると、前記特定組成のアルミニウム合金を溶解して、半連続鋳造により造塊し、得られた鋳塊の表層の不均一層を面削した後、４５０〜５５０℃の温度で３〜１２時間保持する均質化熱処理を行い、その後、室温まで冷却することなく、あるいは室温かその近傍まで冷却してから再加熱して熱間圧延を行う。

熱間圧延は、工業的にはリバース圧延の熱間粗圧延と、熱間粗圧延に引続き連続して３スタンドあるいは４スタンドにより一方向に圧延してコイルアップする熱間仕上圧延の組み合わせにより行い、熱間粗圧延を４２０〜５２０℃で終了し、熱間仕上圧延を２５０〜３００℃で終了するのが好ましい。熱間仕上圧延終了板厚は１．５〜２．５ｍｍとする。

その後、９０％以上の圧下率でプレートフィン材相当の板厚である０．０８〜０．１２ｍｍの板厚まで冷間圧延を行う。なお、冷間圧延前あるいは冷間圧延途中で再結晶粒形成のための連続焼鈍炉あるいはバッチ炉による中間焼鈍を行ってもよく、中間焼鈍を行うと全幅全長において均一な機械的性質を有する冷間圧延板を得ることができるが、熱間圧延での温度管理、速度管理等の製造条件管理が十分になされていれば、敢えて製造コストのかかる中間焼鈍を行う必要はない。最後に、最終板厚となった冷間圧延板を１１５〜１４５ＭＰａの引張強さとなるように最終焼鈍を行う。通常、最終焼鈍はバッチ炉で行う。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。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、本発明はこれらに限定されない。

実施例１、比較例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金の鋳塊（５００ｍｍ幅）を、半連続鋳造により造塊し、表裏の圧延面を各々１０ｍｍ面削した後、５２０℃で８時間の均質化処理を行い、強制冷却することなく熱間粗圧延を行った。熱間粗圧延終了温度は４８０℃であり、熱間粗圧延終了板厚は３２ｍｍとした。引続き、４スタンドからなる熱間仕上圧延機により終了板厚２ｍｍまで熱間仕上圧延を行った。熱間仕上圧延で終了温度は２８０℃であった。なお、表１において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

得られた熱間仕上圧延板を、最終板厚０．１ｍｍまで中間焼鈍なしで冷間圧延（圧下率９５％）し、冷間圧延板を最終焼鈍した。最終焼鈍はバッチ炉を用い、引張強さが１１５〜１４５ＭＰａとなるように、最終焼鈍条件を合金成分に応じて変化させた。最終焼鈍条件を表２に示す。

得られた最終焼鈍板を試験材（実施例：試験材１〜７、比較例：試験材８〜１０）として、以下の方法により引張試験、エリクセン試験を行った。結果を表３、表４に示す。
引張試験：ＪＩＳＺ２２４１に準拠した。引張試験片は、ＪＩＳＺ２２０１のＪＩＳ５号試験片を用い、引張速度は２０ｍｍ／ｍｉｎとした。
エリクセン試験：ＪＩＳＺ２２４７に準拠した。試験片は、９０ｍｍ幅×９０ｍｍ長さとした。

また、以下の方法により電位評価を行った。電位を評価する材料として、本発明に従う試験材１〜５については、最終焼鈍条件がＢ条件のもの（引張強さが１３０ＭＰａ台（表２、表３参照））を供試した。比較材として、フィン材として一般的に使用されているＪＩＳＡ１０５０（Ｆｅ：０．３％、Ｓｉ：０．１％）Ｈ２６材（０．１ｍｍ厚）（比較材１）およびＪＩＳＡ１１００（Ｆｅ：０．８％、Ｓｉ：０．０７％）Ｈ２６材（０．１ｍｍ厚）（比較材２）、参考材として、本発明のベースとしたＪＩＳＡ７０７２（Ｚｎ：１％、Ｆｅ：０．３％、Ｓｉ：０．１％）Ｈ２６材（０．１ｍｍ厚）を供試した。さらに、電位差評価用として、冷媒流通管として一般に使用されているＪＩＳＡ３００３（Ｍｎ：１．２％、Ｃｕ；０．１２％、Ｆｅ：０．５％、Ｓｉ：０．３％）Ｏ材（０．５ｍｍ厚）を供試した。

供試材を、１５ｍｍ幅×７０ｍｍ長さに切断し、常温乾燥型塗料により、上端部と１０ｍｍ×１０ｍｍの測定部とを残してマスキングして測定試料とした。５％ＮａＣｌ溶液に酢酸を添加してｐＨ＝３に調整した室温（２５℃）の溶液中に測定試料と参照電極（飽和カロメル電極）を浸漬し、電位計を用いて両者の電位差を測定することにより浸漬電位を測定した。結果を表５に示す。

表３、表４に示すように、本発明に従う試験材１〜７はいずれも、引張強さが１１５〜１４５ＭＰａで、エリクセン値が、引張強さ１１５〜１４５ＭＰａの領域で７〜９ｍｍであり、実際のカラー成形において、優れた絞り成形性、張り出し成形性をそなえていることが確認された。

これに対して、試験材８はＦｅ量が少なく、試験材９はＦｅ量が多く、試験材１０はＺｎ量が多いため、いずれもエリクセン値が引張強さ１１５〜１４５ＭＰａの領域で７ｍｍ未満となり、実際のカラー成形時の絞り成形、張り出し成形において割れが生じた。

また、表５に示すように、本発明に従う試験材１〜７および参考材は、評価材よりも電位が卑であり、両者の電位差は１５０ｍＶ前後と大きいため、冷媒流通管と密着するフィンカラー部においては、フィン側が優先的に腐食することが確認された。

一方、従来材である比較材１、比較材２はいずれも、評価材より電位が卑ではあるものの、両者の差は５０ｍＶ以下と小さいため、フィン側が必ずしも腐食せず、冷媒流通管が腐食して冷媒が漏洩するおそれのあることが確認された。

Claims

カラー付きの孔を形成したフィンのカラー付きの孔にアルミニウム合金製冷媒流通管を挿通させて、該冷媒流通管の外壁をカラーの内面に密着させる形式のプレートフィン型熱交換器に用いられるフィン用アルミニウム合金板であって、Ｚｎ：０．３％（質量％、以下同じ）以上１．３％以下、Ｆｅ：０．４％以上１．０％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなる組成を有することを特徴とする熱交換器フィン用アルミニウム合金板。
前記アルミニウム合金板のＪＩＳＺ２２４７に準拠したエリクセン試験で求められるエリクセン値が、ＪＩＳＺ２２４１に準拠した２０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度でのＪＩＳ５号試験片を用いた引張試験で求められる引張強さ１１５〜１４５ＭＰａの領域で、７〜９ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器フィン用アルミニウム合金板。