JP2014069187A - Method of manufacturing press-formed metal material, and method of manufacturing member for heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレス成形された金属材料の製造方法、および、熱交換器用部材の製造方法に係り、特に、チタン板やステンレス板等のプレス成形性に劣る金属材料を対象としたプレス成形された金属材料の製造方法、および、熱交換器用部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a press-formed metal material and a method for producing a heat exchanger member, and particularly, press-formation for a metal material having inferior press-formability such as a titanium plate or a stainless steel plate. The present invention relates to a method for manufacturing a metal material and a method for manufacturing a heat exchanger member.
近年、ユーザーニーズが多様化すると共に、金属部材の薄型化・軽量化の要求特性が次第に過酷になっているため、１枚の金属材料を複雑な形状へ加工するプレス成形が行われるようになってきた。また、金属材料として、比較的プレス成形性に優れている鋼板のみならず、プレス成形性に劣るチタン板やステンレス板を複雑な形状へとプレス成形することが望まれるようになってきた。 In recent years, as user needs have diversified and the required characteristics of thinning and weight reduction of metal members have become increasingly severe, press forming has been performed to process a single metal material into a complex shape. I came. Further, as a metal material, it has been desired that not only a steel plate having a relatively excellent press formability, but also a titanium plate or a stainless steel plate having a poor press formability to be formed into a complicated shape.
チタン板は、海水中でも腐食しない耐食性や、軽量であるにもかかわらず優れた比強度を有する等、他の金属にはない優れた特性を有しているため、航空・宇宙関連や化学プラント等の分野から、時計やメガネフレーム等、幅広い分野で用いられている。特に、化学プラント分野では、チタン板の優れた耐食性のため、海水熱交換器等に使用されるようになっている。この場合、例えばプレート式熱交換器では、板材表面を非常に複雑な形状にプレス成形して表面積を多くすることにより、伝熱効率の向上を図ることが行われているが、チタン板は加工性が悪いため、表面形状が制限されてしまうという問題があった。 Titanium plate has excellent properties not found in other metals, such as corrosion resistance that does not corrode in seawater, and excellent specific strength despite being lightweight, such as aerospace and chemical plants It is used in a wide range of fields such as watches and eyeglass frames. In particular, in the chemical plant field, due to the excellent corrosion resistance of titanium plates, they are used in seawater heat exchangers and the like. In this case, for example, in a plate heat exchanger, the surface of the plate material is press-molded into a very complicated shape to increase the surface area, thereby improving the heat transfer efficiency. However, there is a problem that the surface shape is limited.
すなわち、チタン板の圧延方向（長手方向；Ｌ方向）への伸び特性はそれなりによいのであるが、圧延方向に直交する方向（幅方向；Ｃ方向）に対しては伸び特性が劣っており、伸び特性に異方性があることも相俟って、チタン板を複雑な形状へとプレス成形しようとすると、割れてしまう可能性が高い。 That is, the elongation characteristic in the rolling direction (longitudinal direction; L direction) of the titanium plate is good as it is, but the elongation characteristic is inferior to the direction orthogonal to the rolling direction (width direction; C direction), Combined with the anisotropy of the elongation characteristics, there is a high possibility of cracking when trying to press-mold a titanium plate into a complex shape.
チタン板のプレス成形性を改善するために、チタン板の表面に酸化皮膜を生成させる方法（特許文献１等）、チタン板の表層にＴｉＣ含有層を存在させる方法（特許文献２等）、チタン表面にアルカリ可溶性潤滑皮膜を塗布する方法（特許文献３等）も検討されてきたが、近年の過酷なプレス成形に対応するには、成形性が不充分であった。 In order to improve the press formability of the titanium plate, a method of forming an oxide film on the surface of the titanium plate (Patent Document 1, etc.), a method of causing a TiC-containing layer to exist on the surface of the titanium plate (Patent Document 2, etc.), titanium A method of applying an alkali-soluble lubricating film on the surface (Patent Document 3 and the like) has also been studied, but the moldability is insufficient to cope with the severe press molding in recent years.
本発明は上記諸事情を考慮して、金属材料を複雑な形状へと良好にプレス成形することが可能であり、特に、チタン板等のプレス成形性に劣る金属材料を良好にプレス成形することが可能な、プレス成形された金属材料の製造方法、および、熱交換器用部材の製造方法を提供することを課題とする。 In consideration of the above circumstances, the present invention can satisfactorily press-form a metal material into a complicated shape, and in particular, press-form a metal material inferior in press-formability such as a titanium plate. It is an object of the present invention to provide a method for producing a press-molded metal material and a method for producing a member for a heat exchanger that can be used.
発明者らは、鋭意検討を行った結果、金属材料をプレス成形する前に、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、および熱分解黒鉛粉のうちのいずれか、または、これらを主体とする黒鉛粉を金属材料に塗布することにより、プレス成形時に当該黒鉛粉が金属材料の表面に高潤滑性の黒鉛層を形成させることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive studies, the inventors have determined that any one of scale-like graphite powder, scale-like graphite powder, expanded graphite powder, and pyrolytic graphite powder, or these before pressing the metal material. It has been found that by applying graphite powder as a main component to a metal material, the graphite powder forms a highly-lubricated graphite layer on the surface of the metal material during press molding.
すなわち、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、金属材料の表面に黒鉛を塗布する黒鉛塗布工程と、黒鉛を塗布した前記金属材料をプレス成形するプレス成形工程と、プレス成形した前記金属材料から黒鉛を除去する黒鉛除去工程と、を含み、前記黒鉛塗布工程において塗布する黒鉛が、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、および熱分解黒鉛粉のうちのいずれか、または、これらを主体とする黒鉛粉であることを特徴とする。
また、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、前記黒鉛塗布工程から前記黒鉛除去工程までの間に熱処理を行わないことが好ましい。
That is, the method for producing a press-molded metal material according to the present invention includes a graphite coating process for coating graphite on the surface of the metal material, a press molding process for press-molding the metal material coated with graphite, and press molding. A graphite removing step of removing graphite from the metal material, wherein the graphite applied in the graphite coating step is any one of scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, and pyrolytic graphite powder Or a graphite powder mainly composed of these.
Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the press-molded metal material which concerns on this invention does not perform heat processing from the said graphite application | coating process to the said graphite removal process.
このように、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、プレス成形工程前に、所定の黒鉛粉を金属材料の表面に塗布することから、当該黒鉛粉がプレス成形工程時に十分に潰されて広がり、金属材料全面に黒鉛層を形成させることができる。その結果、当該黒鉛層が高い潤滑性を有する層として金属材料の表面を被覆することにより、良好なプレス成形性を発揮することとなる。
そして、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、所定の工程間において熱処理を行わないことにより、塗布された黒鉛と金属材料が反応してしまい、金属材料の表面から黒鉛を除去できないといった事態の発生を回避することができる。
As described above, the method for producing a press-molded metal material according to the present invention applies a predetermined graphite powder to the surface of the metal material before the press molding process. By being crushed and spread, a graphite layer can be formed on the entire surface of the metal material. As a result, when the graphite layer covers the surface of the metal material as a layer having high lubricity, good press formability is exhibited.
And the manufacturing method of the press-molded metal material according to the present invention removes the graphite from the surface of the metal material because the applied graphite and the metal material react by not performing the heat treatment between the predetermined steps. It is possible to avoid the situation where it is impossible.
また、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、前記黒鉛塗布工程の後であって前記プレス成形工程の前に、前記金属材料の表面に塗布された黒鉛を前記金属材料に圧着する圧着工程をさらに含むことが好ましい。 Further, the method for producing a press-molded metal material according to the present invention is a method in which graphite applied on the surface of the metal material is pressure-bonded to the metal material after the graphite coating step and before the press molding step. It is preferable to further include a crimping step.
このように、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、金属材料の表面に塗布された黒鉛を金属材料に圧着する圧着工程をさらに含むことにより、圧着された黒鉛が潰され、金属材料の表面に緻密な黒鉛層を形成させることができる。その結果、当該緻密な黒鉛層により、プレス成形性をより向上させることができる。 Thus, the method for producing a press-molded metal material according to the present invention further includes a crimping step of crimping the graphite applied to the surface of the metal material to the metal material, whereby the crimped graphite is crushed, A dense graphite layer can be formed on the surface of the metal material. As a result, press moldability can be further improved by the dense graphite layer.
また、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、前記金属材料が純チタンもしくはチタン合金であってもよい。
このように、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、金属材料を純チタンもしくはチタン合金とすることにより、優れた特性（耐食性、比強度等）を有するにもかかわらずプレス成形性に劣る純チタンもしくはチタン合金を良好にプレス成形することができる。
In the method for producing a press-molded metal material according to the present invention, the metal material may be pure titanium or a titanium alloy.
As described above, the method for producing a press-molded metal material according to the present invention is a press-form method that has excellent characteristics (corrosion resistance, specific strength, etc.) by using pure titanium or a titanium alloy as the metal material. Pure titanium or titanium alloy inferior in properties can be press-formed satisfactorily.
本発明に係る熱交換器用部材の製造方法は、プレス成形された金属材料の製造方法によって製造された前記金属材料を用いて熱交換器用部材を製造することを特徴とする。
また、本発明に係る熱交換器用部材の製造方法は、前記熱交換器用部材がプレート式熱交換器の部材であることが好ましい。
このように、本発明に係る熱交換器用部材の製造方法によると、プレス成形された金属材料の製造方法によって製造された金属材料を用いていることにより、良好なプレス成形性を発揮することができる。
The method for producing a heat exchanger member according to the present invention is characterized in that a heat exchanger member is produced using the metal material produced by the method for producing a press-molded metal material.
In the method for manufacturing a heat exchanger member according to the present invention, the heat exchanger member is preferably a plate heat exchanger member.
As described above, according to the method for manufacturing a heat exchanger member according to the present invention, by using the metal material manufactured by the method of manufacturing a press-molded metal material, good press formability can be exhibited. it can.
本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、プレス成形工程前に、所定の黒鉛粉を金属材料の表面に塗布することから、プレス成形工程時に高潤滑性の黒鉛層を材料表面全面に被覆させることができ、その結果、金属材料のプレス成形性を格段に向上させることができる。
また、本発明に係る熱交換器用部材の製造方法は、プレス成形された金属材料の製造方法によって製造された金属材料を用いていることにより、金属材料のプレス成形性を格段に向上させることができる。
したがって、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法、および、本発明に係る熱交換器用部材の製造方法によると、ユーザーニーズに適合するような複雑な形状の金属材料（および、熱交換器用部材）をプレス成形により製造することができるとともに、チタン板やステンレス板等のプレス成形性が劣る金属材料についても好適にプレス成形することができる。また、プレス成形工程時における欠陥品の発生確率を低減させることができ、スループットを向上させることもできる。
The method for producing a press-molded metal material according to the present invention applies a predetermined graphite powder to the surface of the metal material before the press molding process, so that a highly lubricious graphite layer is applied to the entire surface of the material during the press molding process. As a result, the press formability of the metal material can be remarkably improved.
Moreover, the manufacturing method of the member for heat exchangers which concerns on this invention can improve the press moldability of a metal material markedly by using the metal material manufactured by the manufacturing method of the metal material press-molded. it can.
Therefore, according to the method for manufacturing a press-molded metal material according to the present invention and the method for manufacturing a heat exchanger member according to the present invention, the metal material (and heat exchange) having a complicated shape suitable for user needs Can be manufactured by press molding, and can also be suitably press-molded for metal materials having poor press moldability, such as titanium plates and stainless steel plates. In addition, it is possible to reduce the occurrence probability of defective products during the press molding process, and to improve the throughput.
以下、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法、および、熱交換器用部材の製造方法（以下、適宜、本発明に係る製造方法という）の実施形態について、詳細に説明する。
まず、本発明に係る製造方法において用いる金属材料および黒鉛粉について説明する。
Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a press-molded metal material according to the present invention and a method for manufacturing a heat exchanger member (hereinafter, referred to as a manufacturing method according to the present invention as appropriate) will be described in detail.
First, the metal material and graphite powder used in the production method according to the present invention will be described.
＜金属材料＞
本発明に係る製造方法において用いる金属材料については、特に限定されず、如何なる種類の金属材料であってもよい。ただし、本発明に係る製造方法は、良好なプレス成形性を発揮するという特徴を有することから、金属材料の中でも、特に、プレス成形性に劣る純チタン、チタン合金またはステンレス鋼等を対象とする場合に、本発明の顕著な効果が発揮されることとなる。
なお、金属材料の形状は、プレス成形が可能な形状であれば、特に限定されず、例えば、板状等であり、プレス成形後には様々な所望の形状に成形されることとなる。
<Metal material>
The metal material used in the production method according to the present invention is not particularly limited, and any kind of metal material may be used. However, since the production method according to the present invention has a feature of exhibiting good press formability, among metal materials, in particular, pure titanium, titanium alloy, stainless steel, or the like that is inferior in press formability is targeted. In this case, the remarkable effect of the present invention is exhibited.
The shape of the metal material is not particularly limited as long as it can be press-molded. For example, the metal material has a plate-like shape and is molded into various desired shapes after press molding.
ここで、金属材料は、特定の組成の純チタン、チタン合金またはステンレス鋼に限定されるものではないが、純チタン、チタン合金からなる材料を用いる場合は、チタン素材（母材）の冷間圧延のし易さ（中間焼鈍なしでトータル圧下率３５％以上の冷間圧延を実施できる）の観点から、Ｏ：１５００ｐｐｍ以下（より好ましくは１０００ｐｐｍ以下）、Ｆｅ：１５００ｐｐｍ以下（より好ましくは１０００ｐｐｍ以下）、Ｃ：８００ｐｐｍ以下、Ｎ：３００ｐｐｍ以下、Ｈ：１３０ｐｐｍ以下であり、残部がＴｉおよび不可避的不純物からなるものが好ましい。例えば、ＪＩＳ １種の冷間圧延板を使用することができる。 Here, the metal material is not limited to pure titanium, titanium alloy or stainless steel having a specific composition, but when a material made of pure titanium or titanium alloy is used, the titanium material (base material) is cold. O: 1500 ppm or less (more preferably 1000 ppm or less), Fe: 1500 ppm or less (more preferably 1000 ppm or less) from the viewpoint of ease of rolling (a cold rolling with a total rolling reduction of 35% or more can be performed without intermediate annealing). ), C: 800 ppm or less, N: 300 ppm or less, H: 130 ppm or less, with the balance being Ti and inevitable impurities. For example, a JIS type 1 cold rolled sheet can be used.
＜黒鉛＞
本発明に係る製造方法において用いる黒鉛は、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、および熱分解黒鉛粉のうちのいずれか、または、これらを主体とする黒鉛粉である。
<Graphite>
The graphite used in the production method according to the present invention is any one of scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, and pyrolytic graphite powder, or graphite powder mainly composed of these.
通常、黒鉛粉は人造黒鉛粉と天然黒鉛粉に大別される。このうち人造黒鉛粉は人工的に製造した黒鉛電極を粉砕して得られた粉末であり、一方、天然黒鉛粉は地熱や地圧を受けて生物・植物等が変質することにより生成された鉱物の粉末である。そして、この天然黒鉛粉の分類には、鱗状黒鉛粉（塊状黒鉛粉ともいう）、鱗片状黒鉛粉、土壌黒鉛粉が含まれる。 Usually, graphite powder is roughly divided into artificial graphite powder and natural graphite powder. Among these, artificial graphite powder is a powder obtained by pulverizing an artificially produced graphite electrode, while natural graphite powder is a mineral produced by the alteration of organisms, plants, etc. due to geothermal and geological pressure. Of powder. The classification of natural graphite powder includes scaly graphite powder (also referred to as block graphite powder), scaly graphite powder, and soil graphite powder.
また、前記種類の黒鉛粉のほかにも黒鉛粉として、膨張黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉が存在する。このうち膨張黒鉛粉は、鱗片状黒鉛粉を化学処理することによって、鱗片状黒鉛粉の層間に化合物を挿入した後、熱処理によりその化合物をガス化させることで黒鉛を膨張するように変性させたものである。また、膨張化黒鉛粉は、膨張黒鉛粉を、さらに熱処理を施すことにより膨張化させた後、粉砕したものである。また、熱分解黒鉛粉は、粉末コークスを約３０００℃で熱処理して黒鉛化した後粉砕して得られたものである。 In addition to the above types of graphite powder, there are expanded graphite powder, expanded graphite powder, and pyrolytic graphite powder as graphite powder. Of these, the expanded graphite powder was modified so that the graphite was expanded by chemical treatment of the flaky graphite powder, after inserting the compound between the layers of the flaky graphite powder, and gasifying the compound by heat treatment. Is. The expanded graphite powder is obtained by expanding the expanded graphite powder by further heat treatment and then pulverizing it. The pyrolytic graphite powder is obtained by pulverizing powder coke after heat-treating at about 3000 ° C. for graphitization.
発明者らは、様々な種類の黒鉛粉について鋭意検討を行った結果、前記黒鉛粉のなかでも、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉を黒鉛層の形成のために用いた場合、金属材料の全面に緻密な黒鉛層を形成させることができることを見出した。
一方、人造黒鉛粉は非常に硬い材料であるため、圧力を掛けても潰れにくく、その結果、人造黒鉛粉が単に金属材料表面に粒状に接合して金属表面全面が被覆されない状態となる。このような状態ではプレス成形工程時に金型との焼き付きの発生原因となり、良好なプレス成形性が得られない。したがって、人造黒鉛粉を本発明に係る製造方法に使用するのは好ましくない。
As a result of intensive studies on various types of graphite powders, the inventors have found that among the above graphite powders, scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, and pyrolytic graphite powder are used to form a graphite layer. For this purpose, it has been found that a dense graphite layer can be formed on the entire surface of the metal material.
On the other hand, since artificial graphite powder is a very hard material, it is not easily crushed even when pressure is applied. As a result, the artificial graphite powder is simply joined to the surface of the metal material in a granular form so that the entire metal surface is not covered. In such a state, seizure with the mold occurs during the press molding process, and good press formability cannot be obtained. Therefore, it is not preferable to use artificial graphite powder in the production method according to the present invention.
これに対し、天然黒鉛粉は、鉛筆やシャープペンシル（mechanical pencil）の芯、潤滑液への添加剤として用いられるのが一般的である。そして、天然黒鉛粉のうち、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉は、粉末の粒が鱗状の形態となっているとともに、この粒自体は更に薄い黒鉛の薄片が積み重なってできている。このような黒鉛粉を金属材料表面に塗布した後にプレス成形を施すと、粉末の粒を構成する薄片同士が圧力により滑って広がり、金属材料の表面を覆うようになる。したがって、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉を用いると、金属材料の全面を被覆する黒鉛層を形成させることができる。
なお、これらの黒鉛粉の中でも、特に、膨張化黒鉛粉は薄片間に微細な空間があるため圧力を受けたときに潰れやすく、薄片間での滑りが起こることでより広がり易い。よって、膨張化黒鉛粉を用いるのが特に好ましい。
On the other hand, natural graphite powder is generally used as an additive to pencils, mechanical pencil cores, and lubricating liquids. Among the natural graphite powders, the scaly graphite powder, the scaly graphite powder, the expanded graphite powder, and the pyrolytic graphite powder are in the form of scaly particles, and the particles themselves are thinner graphite flakes. Are piled up. When such a graphite powder is applied to the surface of the metal material and then press-molded, the flakes constituting the powder particles slide and spread by pressure to cover the surface of the metal material. Therefore, when scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, or pyrolytic graphite powder is used, a graphite layer covering the entire surface of the metal material can be formed.
Among these graphite powders, in particular, the expanded graphite powder is easily crushed when subjected to pressure because there is a fine space between the flakes, and more easily spread by sliding between the flakes. Therefore, it is particularly preferable to use expanded graphite powder.
また、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉を用いると、低い圧下率でも、潤滑性を有する緻密な黒鉛層を高い被覆率で形成することが可能であるため、プレス成形工程時における欠陥品の発生確率を低減させることができ、その結果、生産性に優れ、コスト面でもメリットが大きい。
以上より、本発明では、天然黒鉛の中でも、圧力を掛けても潰れにくい土壌黒鉛粉等を除いた鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉を使用することとした。
In addition, when scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, or pyrolytic graphite powder is used, a dense graphite layer having lubricity can be formed with a high coverage even at a low rolling reduction. In addition, it is possible to reduce the occurrence probability of defective products during the press molding process. As a result, the productivity is excellent and the merit is great in terms of cost.
From the above, in the present invention, among natural graphite, scale-like graphite powder, scale-like graphite powder, expanded graphite powder, pyrolytic graphite powder excluding soil graphite powder that is not easily crushed even under pressure are used. .
本発明に係る製造方法において使用する黒鉛は、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉のいずれかのみを用いてもよいし、これらを適宜混合して用いてもよい。また、これらを主体とする黒鉛粉であってもよい。この「これらを主体とする黒鉛粉」とは、使用する黒鉛粉の総質量に対して、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉のいずれかもしくはこれらの混合粉末を５０質量％以上含むように調整されているものが好ましい。鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛粉のいずれかもしくはこれらの混合粉末の割合が５０質量％未満であると、プレス成形工程時に金属材料の全面が黒鉛層で被覆されず、プレス成形性が劣化する虞があるからである。
さらに好ましいのは、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、熱分解黒鉛のいずれかもしくはこれらの混合粉末からなる黒鉛粉を用いる場合である。
The graphite used in the production method according to the present invention may be any one of scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, and pyrolytic graphite powder, or may be used by appropriately mixing these. Good. Moreover, the graphite powder which has these as a main body may be sufficient. This "graphite powder mainly composed of these" means any of scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, pyrolytic graphite powder, or a mixed powder thereof with respect to the total mass of the graphite powder used. Is preferably adjusted so as to contain 50% by mass or more. When the ratio of the scale-like graphite powder, scale-like graphite powder, expanded graphite powder, pyrolytic graphite powder or a mixture of these is less than 50% by mass, the entire surface of the metal material is covered with the graphite layer during the press molding process. This is because the press formability may be deteriorated.
It is more preferable to use graphite powder made of any one of scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, pyrolytic graphite, or a mixed powder thereof.
黒鉛粉の粒径は０．０２〜１００μｍであることが好ましい。粒径が０．０２μｍ未満であるとプレス成形工程時に黒鉛粉が潰れ難く金属材料の全面を被覆でき無い可能性が高く、粒径が１００μｍを超えるとプレス成形の精度が悪くなり易いからである。 The particle size of the graphite powder is preferably 0.02 to 100 μm. This is because if the particle size is less than 0.02 μm, the graphite powder is not easily crushed during the press molding process, and the entire surface of the metal material is not likely to be covered. .
次に、本発明に係る製造方法のプレス成形工程時（または、圧着工程時およびプレス成形工程時）において形成される黒鉛層について説明する。
＜黒鉛層＞
黒鉛層は、プレス成形工程時（または、圧着工程時およびプレス成形工程時）に金属材料の表面に形成される層であり、前記黒鉛粉により構成される。
黒鉛層の付着量は、特に限定されないが、１０〜１０００μｇ／ｃｍ２が好ましい。１０μｇ／ｃｍ２未満では、黒鉛量が少なくプレス成形工程時に金属材料の全面を覆うことができないため、プレス成形工程で使用する金型と金属材料の表面とが直接接触して焼き付きの発生原因となるからである。一方、１０００μｇ／ｃｍ２を超えるとプレス成形性の向上という効果が飽和するからである。
なお、この黒鉛層は、黒鉛除去工程において除去されることとなる。
Next, the graphite layer formed at the time of the press molding process of the manufacturing method according to the present invention (or at the time of the crimping process and the press molding process) will be described.
<Graphite layer>
The graphite layer is a layer formed on the surface of the metal material at the time of the press molding process (or at the time of the pressure bonding process and at the time of the press molding process), and is composed of the graphite powder.
Although the adhesion amount of a graphite layer is not specifically limited, 10-1000 microgram / cm < 2 > is preferable. If it is less than 10 μg / cm 2 , the amount of graphite is small and the entire surface of the metal material cannot be covered at the time of the press forming process. Because it becomes. On the other hand, if it exceeds 1000 μg / cm 2 , the effect of improving press formability is saturated.
In addition, this graphite layer will be removed in a graphite removal process.
次に、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法、および、熱交換器用部材の製造方法について、図１を参照して説明する。
≪プレス成形された金属材料の製造方法≫
本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法は、黒鉛塗布工程Ｓ１と、プレス成形工程Ｓ３と、黒鉛除去工程Ｓ４と、を含むことを特徴とする。なお、黒鉛塗布工程Ｓ１とプレス成形工程Ｓ３との間に、圧着工程Ｓ２を行うのが好ましい。
以下、プレス成形された金属材料の製造方法を、工程ごとに説明する。
Next, a method for producing a press-molded metal material and a method for producing a heat exchanger member according to the present invention will be described with reference to FIG.
≪Method for producing press-molded metal material≫
The method for producing a press-molded metal material according to the present invention includes a graphite coating step S1, a press forming step S3, and a graphite removing step S4. In addition, it is preferable to perform crimping | compression-bonding process S2 between graphite application | coating process S1 and press molding process S3.
Hereafter, the manufacturing method of the press-molded metal material is demonstrated for every process.
＜黒鉛塗布工程＞
黒鉛塗布工程Ｓ１とは、金属材料の表面（片面または両面）に黒鉛を塗布する工程である。
黒鉛の塗布方法としては、例えば、黒鉛粉を塗料中に分散させたり、カルボキシメチルセルロース等のバインダを含む溶液に混合させたりすることによってスラリーを作製し、当該スラリーを金属材料の表面に塗付して乾燥させるといった方法がある。特に、水溶性のバインダを用いると黒鉛除去工程Ｓ４において水洗するだけで黒鉛層を除去することができる。
<Graphite coating process>
The graphite coating step S1 is a step of coating graphite on the surface (one side or both sides) of a metal material.
As a method for applying graphite, for example, a slurry is prepared by dispersing graphite powder in a paint or mixing with a solution containing a binder such as carboxymethylcellulose, and applying the slurry to the surface of a metal material. And dry it. In particular, when a water-soluble binder is used, the graphite layer can be removed simply by washing with water in the graphite removing step S4.
ここで、スラリーを塗付する方法は、特に限定されないが、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーター、ディップコーター、スプレーコーター等を用いて金属材料の表面にスラリーを塗付すればよい。
なお、黒鉛の塗布方法としては、金属材料の表面に黒鉛を塗布することができる方法であれば、上記方法に限定されない。
Here, the method of applying the slurry is not particularly limited, but the slurry may be applied to the surface of the metal material using a bar coater, a roll coater, a gravure coater, a dip coater, a spray coater, or the like.
Note that the method of applying graphite is not limited to the above method as long as the method can apply graphite to the surface of the metal material.
黒鉛塗布工程Ｓ１における黒鉛の塗布量は、前記した付着量の黒鉛層が形成されるような量とすればよいため、１０〜１０００μｇ／ｃｍ２であることが好ましい。 The amount of graphite applied in the graphite coating step S1 is preferably 10 to 1000 μg / cm 2 because the amount of the graphite layer having the above adhesion amount may be formed.
＜圧着工程＞
圧着工程Ｓ２とは、金属材料の表面に塗布された黒鉛を金属材料に圧着する工程である。
圧着の方法としては、例えば、黒鉛が塗布された金属材料の表面に不織布などを押し付けて黒鉛を擦り広げる方法や、黒鉛が塗布された金属材料を、樹脂製、ゴム製あるいは金属製の２本のロールの間に加圧しながら通すという方法がある。
圧着工程Ｓ２は必須の工程ではないが、この圧着工程Ｓ２を行うことにより、金属材料の表面に非常に緻密な黒鉛層を形成させることができ、プレス成形工程Ｓ３におけるプレス成形性をさらに向上させることができる。
なお、圧着の方法としては、黒鉛が塗布された金属材料の表面に対して圧力を付与し黒鉛を適切に付着させることができる方法であれば、上記方法に限定されない。
<Crimping process>
The crimping step S2 is a step of crimping graphite applied on the surface of the metal material to the metal material.
Examples of the pressure bonding method include, for example, a method in which a nonwoven fabric or the like is pressed against the surface of a metal material coated with graphite and the graphite is rubbed, or two metal materials coated with graphite are made of resin, rubber, or metal. There is a method of passing through the roll while pressing.
The crimping step S2 is not an essential step, but by performing the crimping step S2, a very dense graphite layer can be formed on the surface of the metal material, and the press moldability in the press molding step S3 is further improved. be able to.
Note that the pressure bonding method is not limited to the above method as long as it is a method capable of applying pressure to the surface of the metal material coated with graphite and appropriately attaching the graphite.
＜プレス成形工程＞
プレス成形工程Ｓ３とは、黒鉛が塗布された金属材料（または、黒鉛が塗布・圧着された金属材料）をプレス成形する工程である。
プレス成形する方法としては、例えば、所望の形状を呈する対の金型の間に金属材料を設置し、当該対の金型で金属材料をプレスし成形する方法がある。
このプレス成形工程Ｓ３のプレスにより、まず、金属材料の表面に塗布された黒鉛が黒鉛層を形成することとなる。そして、この黒鉛層は高い被覆率で形成されるとともに潤滑性を有することから、プレス成形工程Ｓ３の間、金属材料の割れや金型との焼き付きの発生を抑制することができる。
なお、プレス成形の方法としては、黒鉛が塗布された金属材料をプレスにより成形することができる方法であれば、上記方法に限定されない。
<Press molding process>
The press molding step S3 is a step of press molding a metal material coated with graphite (or a metal material coated with graphite and pressed).
As a method of press molding, for example, there is a method in which a metal material is placed between a pair of molds exhibiting a desired shape, and the metal material is pressed and molded with the pair of molds.
By the pressing in the press forming step S3, first, graphite applied to the surface of the metal material forms a graphite layer. And since this graphite layer is formed with high coverage and has lubricity, it can suppress generation | occurrence | production of the crack of a metallic material, and the seizing with a metal mold | die during press forming process S3.
The press molding method is not limited to the above method as long as the metal material coated with graphite can be molded by pressing.
＜黒鉛除去工程＞
黒鉛除去工程Ｓ４とは、プレス成形した金属材料から黒鉛を除去する工程である。
黒鉛の除去方法としては、例えば、黒鉛塗布工程Ｓ１において水溶性のバインダを用いて黒鉛を塗布した場合は、金属材料の表面を水洗するという方法、有機性のバインダを用いて黒鉛を塗布した場合は、金属材料の表面を有機溶媒で洗浄するという方法がある。
この黒鉛除去工程Ｓ４により、プレス成形工程Ｓ３（または、圧着工程Ｓ２およびプレス成形工程Ｓ３）において形成された黒鉛層を除去し、所望のプレス成形された金属材料を得ることができる。
なお、黒鉛の除去方法としては、金属材料から黒鉛層を除去することができる方法であれば、上記方法に限定されない。
<Graphite removal process>
The graphite removing step S4 is a step of removing graphite from the press-formed metal material.
As a method for removing graphite, for example, when graphite is applied using a water-soluble binder in the graphite coating step S1, a method of washing the surface of a metal material with water, or when graphite is applied using an organic binder There is a method of cleaning the surface of a metal material with an organic solvent.
By this graphite removal step S4, the graphite layer formed in the press molding step S3 (or the pressure bonding step S2 and the press molding step S3) can be removed to obtain a desired press-molded metal material.
Note that the method for removing graphite is not limited to the above method as long as it can remove the graphite layer from the metal material.
上記黒鉛塗布工程Ｓ１から黒鉛除去工程Ｓ４までの間に熱処理を行わないのが好ましい。これらの工程間の金属材料に熱処理を施すことにより、金属材料と黒鉛とが反応してしまい、黒鉛を金属材料の表面から除去し難くなってしまうという事態の発生を回避できるからである。 It is preferable not to perform heat treatment between the graphite coating step S1 and the graphite removing step S4. This is because by performing a heat treatment on the metal material between these steps, it is possible to avoid the occurrence of a situation in which the metal material reacts with the graphite and it becomes difficult to remove the graphite from the surface of the metal material.
≪熱交換器用部材の製造方法≫
本発明に係る熱交換器用部材の製造方法は、前記プレス成形された金属材料の製造方法によって製造された金属材料を用いて熱交換器用部材を製造するというものである。
詳細には、本発明に係る熱交換器用部材の製造方法は、前記プレス成形された金属材料の製造方法の各工程（Ｓ１とＳ３とＳ４、または、Ｓ１〜Ｓ４）を行った後、この製造方法により製造されたプレス成形された金属材料から熱交換器用部材を製造するための工程を含むものである。
なお、このプレス成形された金属材料から熱交換器用部材を製造するための工程とは、例えば、プレス成形された金属材料を所定のサイズに裁断する工程や、流体の流入・流出口をあける穴抜き加工を施す工程がある。ただし、当該工程は必須の工程ではなく、プレス成形された金属材料をそのまま熱交換器用部材として用いることができる場合は、当該工程は無くてもよい。
≪Method for manufacturing heat exchanger member≫
The manufacturing method of the member for heat exchangers which concerns on this invention manufactures the member for heat exchangers using the metal material manufactured by the manufacturing method of the said press-molded metal material.
In detail, the manufacturing method of the member for heat exchangers which concerns on this invention performs this process after performing each process (S1 and S3 and S4 or S1-S4) of the manufacturing method of the said press-molded metal material. The method includes a step for producing a heat exchanger member from a press-molded metal material produced by the method.
The process for producing the heat exchanger member from the press-molded metal material includes, for example, a process of cutting the press-molded metal material into a predetermined size, and a hole for opening a fluid inflow / outflow port. There is a process of punching. However, the said process is not an essential process, and when the metal material press-molded can be used as it is as a member for heat exchangers, the said process may not exist.
ここで、熱交換器用部材とは、温度の高い流体から温度の低い流体へ熱を移動させる機器に用いる部材全般を示すが、特に、プレート式熱交換器の部材であり、その中でも、流体の流路となる凹凸形状が表面に付与された伝熱プレート（熱交換プレート）であるのが好ましい。伝熱プレートのような複雑な形状を呈するプレート式熱交換器の部材を製造するにあたり、本発明の効果（プレス成形性）が顕著に発揮されるからである。 Here, the heat exchanger member refers to all members used in equipment for transferring heat from a high-temperature fluid to a low-temperature fluid, and in particular, is a plate-type heat exchanger member. It is preferable that the heat transfer plate (heat exchange plate) has a concavo-convex shape serving as a flow path. This is because the effects (press formability) of the present invention are remarkably exhibited when manufacturing a member of a plate heat exchanger having a complicated shape such as a heat transfer plate.
本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法、および、熱交換器用部材の製造方法は、以上説明したとおりであるが、本発明を行うにあたり、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、他の工程を含めてもよい。
また、前記各工程において、明示していない条件については、従来公知の条件を用いればよく、前記各工程での処理によって得られる効果を奏する限りにおいて、その条件を適宜変更できることは言うまでもない。
The method for producing a press-molded metal material and the method for producing a heat exchanger member according to the present invention are as described above, but in carrying out the present invention, in a range that does not adversely affect the respective steps, Other steps may be included between or before and after each step.
In addition, as for conditions that are not clearly shown in the respective steps, it is sufficient to use conventionally known conditions, and it is needless to say that the conditions can be appropriately changed as long as the effects obtained by the processing in the respective steps are exhibited.
次に、本発明に係るプレス成形された金属材料の製造方法について、本発明の要件を満たす実施例（試験体Ｎｏ．１〜５）と本発明の要件を満たさない比較例（試験体Ｎｏ．６〜１０）とを比較して具体的に説明する。 Next, with respect to the method for producing a press-molded metal material according to the present invention, an example that satisfies the requirements of the present invention (test body Nos. 1 to 5) and a comparative example that does not satisfy the requirements of the present invention (test body No. 1). 6 to 10) will be specifically described.
［試験体の作製］
金属材料としては、ＪＩＳ １種のチタン板（焼鈍酸洗仕上げ）を使用した。チタン基材の化学組成は、Ｏ：４５０ｐｐｍ、Ｆｅ：２５０ｐｐｍ、Ｎ：４０ｐｐｍ、残部がＴｉおよび不可避的不純物であり、チタン板の板厚は、０．１ｍｍであり、サイズは９０×９０ｍｍとした。当該チタン板は、チタン原料に対して従来公知の溶解工程、鋳造工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程を施して得られたものである。
[Preparation of specimen]
As the metal material, a JIS type 1 titanium plate (annealed pickling finish) was used. The chemical composition of the titanium substrate is O: 450 ppm, Fe: 250 ppm, N: 40 ppm, the balance is Ti and inevitable impurities, the thickness of the titanium plate is 0.1 mm, and the size is 90 × 90 mm . The titanium plate is obtained by subjecting a titanium raw material to a conventionally known melting step, casting step, hot rolling step, and cold rolling step.
使用した黒鉛粉は、人造黒鉛粉（高純度化学社製、ＣＣＥ０２ＰＢ、平均粒径１０μｍ、純度４Ｎ）、鱗状黒鉛粉（伊藤黒鉛工業社製、ＳＲＰ−７、平均粒径７μｍ、純度９８．２％）、鱗片状黒鉛粉（ＳＥＣカーボン社製、ＳＮＯ-１０、平均粒径１０μｍ、純度９９．６％）、膨張化黒鉛粉（ＳＥＣカーボン社製、ＳＮＥ−６Ｇ、平均粒径７μｍ、純度９９．９％）、熱分解黒鉛粉（伊藤黒鉛工業社製、ＰＣ−１０、平均粒径１０μｍ、純度９９．３％）土状黒鉛粉（伊藤黒鉛工業社製、ＨＡＣ−６、平均粒径４μｍ、純度９２．５％）の６種類である。
また、上記６種類の黒鉛粉のほかにアセチレンブラック粉末（Ｓｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ.社製、平均粒径５０ｎｍ、純度９９．９９％）を使用した。
The graphite powder used was artificial graphite powder (manufactured by High Purity Chemical Co., CCE02PB, average particle size 10 μm, purity 4N), scaly graphite powder (manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd., SRP-7, average particle size 7 μm, purity 98.2). %), Flaky graphite powder (SEC Carbon, SNO-10, average particle size 10 μm, purity 99.6%), expanded graphite powder (SEC Carbon, SNE-6G, average particle size 7 μm, purity 99) 0.9%), pyrolytic graphite powder (produced by Ito Graphite Industries, PC-10, average particle size 10 μm, purity 99.3%), earth graphite powder (produced by Ito Graphite Industries, HAC-6, average particle size 4 μm) , Purity 92.5%).
In addition to the above six types of graphite powder, acetylene black powder (manufactured by Strem Chemicals, Inc., average particle size 50 nm, purity 99.99%) was used.
各種黒鉛粉を１ｗｔ％カルボキシメチルセルロース水溶液中に１０ｗｔ％となるように分散させてスラリーを作製した。そして、当該スラリーをバーコーターを用いてチタン板に塗布し、乾燥させた。また、アセチレンブラック粉末は１ｗｔ％カルボキシメチルセルロース水溶液中に５ｗｔ％となるように分散させてスラリーを作製し、同様にチタン板に塗布し、乾燥させた。このようにしてチタン板の両面に黒鉛層（片面の付着量は約３００μｇ／ｃｍ２）を形成させた。
そして、試験体Ｎｏ．３、４については、２段圧延機を用いて、ロール荷重が４トンとなるように調整し、黒鉛を塗布したチタン板の圧着を実施した。なお、圧延ロールには潤滑油を塗布していない。
Various graphite powders were dispersed in a 1 wt% carboxymethyl cellulose aqueous solution so as to be 10 wt% to prepare a slurry. The slurry was applied to a titanium plate using a bar coater and dried. The acetylene black powder was dispersed in a 1 wt% carboxymethylcellulose aqueous solution so as to be 5 wt% to prepare a slurry, which was similarly applied to a titanium plate and dried. In this way, graphite layers (the amount of adhesion on one side was about 300 μg / cm 2 ) were formed on both sides of the titanium plate.
The test body No. About 3 and 4, it adjusted so that a roll load might be set to 4 tons using the 2-high rolling mill, and the titanium plate which apply | coated the graphite was crimped | bonded. Note that lubricating oil is not applied to the rolling roll.
＜プレス成形性評価＞
プレス成形性は、各試験体についてＪＩＳ Ｚ２２４７ Ｂ法に準拠したエリクセン試験を施すことにより得られたエリクセン値により評価した。
なお、通常の潤滑油を用いた場合のエリクセン値（試験体Ｎｏ．１０：７．２ｍｍ）を基準とし、当該基準を超えた場合を良好なプレス成形性を発揮していると評価した。
<Press formability evaluation>
The press formability was evaluated based on the Erichsen value obtained by subjecting each specimen to an Erichsen test based on the JIS Z2247 B method.
In addition, on the basis of the Erichsen value (test body No. 10: 7.2 mm) when a normal lubricating oil was used, it was evaluated that excellent press formability was exhibited when the standard was exceeded.
＜炭素被覆率＞
エリクセン試験後、ポンチと接触した試験体の表面をＳＥＭ/ＥＤＸにて５０倍の倍率で観察し、ＥＤＸでチタン元素のマッピングを行ってチタンが露出している面積を測定し、ＳＥＭ観察視野全体の面積からその面積を差し引いて視野全体の面積で割ることにより炭素被覆率（％）を算出した。
<Carbon coverage>
After the Erichsen test, the surface of the specimen in contact with the punch was observed at 50x magnification with SEM / EDX, the titanium element was mapped with EDX, the area where titanium was exposed was measured, and the entire field of SEM observation The carbon coverage (%) was calculated by subtracting the area from the total area and dividing by the area of the entire field of view.
各試験体の黒鉛粉の種類、エリクセン試験結果、圧着の有無、炭素被覆率を表１に示す。 Table 1 shows the types of graphite powder, Erichsen test results, presence / absence of pressure bonding, and carbon coverage of each test specimen.
試験体Ｎｏ.１〜５は、本発明に規定する黒鉛粉を使用して、本発明に規定する工程を経て製造されているため、高いエリクセン値を示した。つまり、良好なプレス成形性を発揮することがわかった。 Since the test bodies No. 1-5 were manufactured through the process prescribed | regulated to this invention using the graphite powder prescribed | regulated to this invention, the high Erichsen value was shown. That is, it was found that good press formability was exhibited.
一方、試験体Ｎｏ.６〜８は、黒鉛粉として人造黒鉛粉や土状黒鉛粉、またはアセチレンブラック粉末を使用したため、また、試験体Ｎｏ．９は人造黒鉛粉が主体であったため、黒鉛粉がチタン板の全面を被覆せず、通常の潤滑油を用いたチタンのエリクセン値（試験体Ｎｏ．１０）よりも低い値となった。 On the other hand, specimens Nos. 6 to 8 used artificial graphite powder, earthy graphite powder, or acetylene black powder as graphite powder. Since No. 9 was mainly composed of artificial graphite powder, the graphite powder did not cover the entire surface of the titanium plate, and the value was lower than the Eriksen value (test body No. 10) of titanium using ordinary lubricating oil.
Ｓ１ 黒鉛塗布工程
Ｓ２ 圧着工程
Ｓ３ プレス成形工程
Ｓ４ 黒鉛除去工程
S1 Graphite coating process S2 Pressure bonding process S3 Press molding process S4 Graphite removal process
Claims (6)
黒鉛を塗布した前記金属材料をプレス成形するプレス成形工程と、
プレス成形した前記金属材料から黒鉛を除去する黒鉛除去工程と、を含み、
前記黒鉛塗布工程において塗布する黒鉛が、鱗状黒鉛粉、鱗片状黒鉛粉、膨張化黒鉛粉、および熱分解黒鉛粉のうちのいずれか、または、これらを主体とする黒鉛粉であることを特徴とするプレス成形された金属材料の製造方法。 A graphite coating step of coating graphite on the surface of the metal material;
A press molding step of press molding the metal material coated with graphite;
A graphite removing step of removing graphite from the press-formed metal material,
The graphite applied in the graphite coating step is any one of scaly graphite powder, scaly graphite powder, expanded graphite powder, and pyrolytic graphite powder, or a graphite powder mainly composed of these. A method of manufacturing a press-molded metal material.
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