JP2022135364A - Ａｌ系内面溝付伝熱管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐食性に優れた、熱交換性能の良好な、実用性に優れたＡｌ系内面溝付伝熱管を提供し、また、そのようなＡｌ系内面溝付伝熱管を、工業的に有利に製造し得る手法を提供する。【解決手段】管内面に、多数の溝が管軸に対して３０°～４５°のリード角にて傾斜して延びるように形成されていると共に、それらの溝間に、突条形態を呈するフィンがそれぞれ形成されてなるＡｌ系材料製の内面溝付伝熱管において、管外面に対して溶射されたＺｎによって、Ｚｎ拡散層が管表層部に形成されてなると共に、そのＺｎ拡散層が、２．０％以上５．０％以下の管外表面におけるＺｎ濃度の平均値と、８０μｍ以上２００μｍ以下のＺｎ拡散深さの平均値とを有し、更に前記管内面の溝とフィンが、転造加工により、４０％以上の断面減少率において形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、Ａｌ系内面溝付伝熱管及びその製造方法に係り、特に、冷凍・空調・給湯機器等における各種のクロスフィンチューブ型熱交換器に好適に用いられる、耐食性に優れた、管材質をアルミニウム製とする内面溝付伝熱管と、それを有利に製造する方法に関するものである。

従来から、家庭用エアコンを始め、自動車用エアコン、パッケージエアコン等の空調用機器や冷蔵庫等には、蒸発器又は凝縮器として作動する熱交換器が用いられており、その中で、家庭用室内エアコンや業務用パッケージエアコンにおいては、クロスフィンチューブ型熱交換器が、最も一般的に用いられてきている。そして、そのようなクロスフィンチューブ型熱交換器を構成するクロスフィンチューブは、空気側のアルミニウム（Ａｌ）プレートフィンと冷媒側の伝熱管とが一体的に組み付けられることによって、構成されている。また、そこにおいて、伝熱管としては、その内面に、多数の溝、例えば管軸に対して所定のリード角をもって延びるように螺旋状の溝を多数形成して、それらの溝間に、所定高さの内面フィンが形成されるようにした、所謂内面溝付伝熱管が、多く用いられてきている。

そして、そのような内面溝付伝熱管は、これまで、主に銅や銅合金等の銅（Ｃｕ）系材料を用いて形成されて来ているのであるが、機器の軽量化の要請に加えて、材料費低減の要求に対応すべく、アルミニウムやアルミニウム合金等のアルミニウム（Ａｌ）系材料を管材質とした内面溝付伝熱管の実用化が、検討されている。しかし、Ａｌ系材料は、Ｃｕ系材料に比較して、耐食性が劣るものであるところから、伝熱管を二層構造として、管の内側の層には管材質であるＡｌ－Ｍｎ系合金を使用する一方、管の外表面層には犠牲防食層としてのＡｌ－Ｚｎ系合金をクラッドした二層構造の内面溝付伝熱管が、ＷＯ２０１３－１５３９７２（特許文献１）や特開２０１６－１６４４８９号公報（特許文献２）等において、提案されている。

また、Ａｌ合金管の外面にＺｎを溶射した後、Ｚｎ拡散熱処理を施すことにより、Ｚｎの拡散した層が設けられてなるＡｌ合金溶射管も提案されており、そのＺｎ拡散層は、管材のＺｎが拡散していないＡｌ合金部分（管材部分）よりも孔食電位が卑であるために、犠牲防食作用が発揮され、それによって管材を防食し、管材の耐久寿命を向上させることが出来るものとなる。そして、そのようなＺｎ溶射は、伝熱管の内面に溝を形成する工程の後に行なうことが出来る他、そのような溝形成工程に先立って行なうことも可能ではあるが、その詳細は、何等明らかにされてはいない。

さらに、特開２０１８－９１５２６号公報（特許文献３）には、伝熱管の内面溝を、押出し加工によって、管軸方向に平行に形成せしめてなるものを用い、この伝熱管の外表面に、管軸方向に延びる所定幅の筋状のＺｎ拡散層を形成した後、捻り加工を施すことによって、管外表面の筋状のＺｎ拡散層や管内面の溝を螺旋状に加工することにより、熱交換性能や耐食性に優れた伝熱管を製造し得ることが、明らかにされている。

しかしながら、上記の特許文献１～３等において明らかにされている従来のＡｌ系内面溝付伝熱管にあっては、実用上において、各種の問題が内在しており、最適な特性を備えた伝熱管とは言い難いものであったのである。

具体的には、例えば、Ａｌ系内面溝付伝熱管の製造に際して、内面溝加工の後に、Ｚｎ溶射処理を行なう場合において、表面Ｚｎ濃度が１０％を超えた箇所が存在すると、使用環境によっては、腐食が著しく促進される場合があり、また、Ｚｎ拡散深さが２００μｍを超えるようになると、表面から肉厚方向へのＺｎ濃度勾配が穏やかとなり、腐食の進行が円周方向よりも肉厚方向へ優先進展する形態となり、円周方向への腐食の分散を意図した犠牲防食効果が不充分となるばかりでなく、局部的に管材質（Ａｌ系材料）が露出するようになるために、腐食により管材質の残存厚さが薄くなって、熱交換器に要求される耐圧強度や疲労強度が損なわれることも、懸念されることとなる。

また、伝熱管における内面溝加工を、押出しによって、又は押出し後、捻り加工によって、行なう場合を明らかにする特許文献３では、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が形成されたＡｌ合金製押出素管を、引抜きダイスに通過させて縮径すると共に、捻りを付与することを繰り返すことにより、内面螺旋溝付管を形成する工法が採用されているのであり、そこでは、Ｚｎ溶射後に、Ｚｎを拡散させることなく、ダイス引抜きと捻り加工を実施することにより、Ｚｎ量が局所的に高まった部分において、Ｚｎを削ぎ落とし、Ｚｎ量を平準化することが出来るとの記載も為されている。しかしながら、そこでは、溶射によるＺｎの過剰付着部分の削ぎ落としの効果は限定されることとなる問題がある。何故ならば、当該工法は、ダイス通過時の縮径による捻り加工にて、リード角の形成は３０°未満と小さく（３０°以上のリード角の溝形成は困難であり、熱交換性能の向上に限界があるため）、管軸方向の塑性流動が主体となるために、ダイス引抜き後において、円周方向及び肉厚方向への塑性流動分配は管軸方向よりも少なく、ダイス入口における過剰付着Ｚｎの削ぎ落とし直後の溶射面のＺｎ濃淡箇所は、ダイス通過後も、それぞれ、相対的な位置関係と共に、濃度差に、基本的に維持されることとなるのであり、そのために、Ｚｎ付着濃淡差の修正効果は充分とは言えないのである。

さらに、Ａｌ系内面溝付伝熱管の管材質であるＡｌ系材料の化学成分についても、特許文献１において用いられているＡｌ合金は、強度向上の目的で、添加元素：Ｃｕを０．３～０．８質量％の範囲で含有しているとのことであるが、かかるＣｕを０．１０質量％以上含むようになると、管材質の自己耐食性が著しく低下するようになる等という問題がある。また、犠牲防食層である外皮のＺｎ拡散層の大部分が消失すると、残存拡散層の体積減少とＺｎ濃度の低下につれて、露出した管材質に対する防食距離が充分に確保出来なくなってしまう条件、例えば、熱交換器を構成する伝熱管や配管の表面に生じた結露水が部分的に乾燥し、Ｚｎ濃淡領域間での導通がなくなる状態が生じると、犠牲防食機能が失われた箇所で腐食の起点が発生して、孔食の形態において、短時間で貫通に至ることが懸念されるという問題も内在することとなる。
同様に、特許文献２に用いられているＡｌ合金は、強度向上の目的で、添加元素：Ｍｇを０．１～０．６質量％の範囲内で含むとされているのであるが、かかるＭｇを０．１０質量％以上含む場合において、Ｚｎを含む外皮防食層を拡散処理すると、管材質を構成するＡｌ合金母相中の固溶Ｍｇと拡散するＺｎとが金属間化合物を形成して、製品の硬化、伸びが著しく低下し、へアピン曲げ加工時に破断が惹起される等の問題が、惹起されるようになるのである。

ＷＯ２０１３－１５３９７２ 特開２０１６－１６４４８９号公報 特開２０１８－９１５２６号公報

ここにおいて、本発明は、かくの如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、耐食性に優れた、熱交換性能の良好な、実用性に優れたＡｌ系内面溝付伝熱管を提供することにあり、また、そのようなＡｌ系内面溝付伝熱管を工業的に有利に製造し得る手法を提供することにある。

そして、本発明は、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において好適に実施され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいて採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載から把握される発明思想に基づいて、理解されるものであることが、考慮されるべきである。

先ず、本発明の第一の態様は、管内面に、多数の溝が、管軸に対して３０°～４５°のリード角にて傾斜して延びるように形成されていると共に、それらの溝間に、突条形態を呈するフィンがそれぞれ形成されてなるＡｌ系材料製の内面溝付伝熱管にして、管外面に対して溶射されたＺｎによってＺｎ拡散層が管表層部に形成されてなると共に、かかるＺｎ拡散層が、２．０％以上５．０％以下の、管外表面におけるＺｎ濃度の平均値と８０μｍ以上２００μｍ以下のＺｎ拡散深さの平均値とを有しており、更に前記管内面の溝とフィンが、転造加工により、４０％以上の断面減少率において形成されていることを特徴とするＡｌ系内面溝付伝熱管にある。

また、本発明の第二の態様は、管結晶組織として、平均結晶粒径が２μｍ以上１５μｍ未満の再結晶組織及び／又はファイバー状組織を有していることを特徴とする。

さらに、本発明の第三の態様は、前記Ａｌ系材料が、３０００系Ａｌ合金であることを特徴としている。

更にまた、本発明の第四の態様は、前記Ａｌ系材料のＣｕ及びＭｇの含有量が、それぞれ、０．１０質量％未満であることを特徴としており、加えて、本発明の第五又は第六の態様は、それぞれ、前記Ａｌ系材料が、０．１０～０．３０質量％のＺｎ又はＴｉを含有していることを特徴とするものである。

そして、上述の如きＡｌ系内面溝付伝熱管を有利に得るべく、本発明にあっては、その第七の態様として、管内面に、多数の溝が螺旋状に形成されていると共に、それらの溝間に、突条形態を呈するフィンがそれぞれ形成されてなるＡｌ系材料製の内面溝付伝熱管を製造する方法であって、（ａ）Ａｌ系材料製素管の管外面に対して、Ｚｎ溶射処理を実施した後、拡散熱処理することにより、Ｚｎ拡散層を管表層部に形成する工程と、（ｂ）かかるＺｎ拡散層の形成されたＡｌ系材料製素管に対して、断面減少率が４０％以上となる転造加工を実施して、前記多数の溝が、管軸に対して３０°～４５°のリード角にて傾斜して延びるように形成されてなると共に、それらの溝間に、突条形態を呈するフィンがそれぞれ形成されてなる転造管を得る工程とを、有することを特徴とするＡｌ系内面溝付伝熱管の製造方法を、採用することにある。

また、本発明の第八の態様は、前記転造加工が、支持ダイス引抜、ボール縮径溝付加工及び仕上げダイス引抜の各工程を順次実施することからなるものであることを特徴としている。

さらに、本発明の第九の態様は、前記転造管を焼鈍軟化処理する工程を、更に有していることを特徴とする。

加えて、本発明に従う第十の態様は、上述の如き製造方法によって、上記第一乃至第六の態様の何れか１つに記載のＡｌ系内面溝付伝熱管を製造するものであることを特徴としている。

このような本発明に従う構成によれば、耐食性に優れた、熱交換性能の良好なＡｌ系内面螺旋溝付伝熱管が、Ｚｎ溶射によって管表面に付けたＺｎの状態を最適化することにより、実用性に優れた伝熱管として、工業的に有利に提供され得たのであり、また、そのような実用的なＡｌ系内面溝付伝熱管が、工業的に有利に製造し得ることとなったのである。

本発明に従うＡｌ系内面溝付伝熱管の製造方法において採用される、転造加工の一例を、断面形態で示す工程説明図である。 本発明に従うＡｌ系内面溝付伝熱管の横断面の一部を拡大して示す説明図である。 本発明に従うＡｌ系内面溝付伝熱管の一部を切り欠いて、管内の形態を示す説明図である。

要するに、本発明に従うＡｌ系内面溝付伝熱管は、所定のＡｌ系材料からなる円形の素管に対して、Ｚｎ溶射処理を実施して、管表層部にＺｎ拡散層を形成した後、大きな断面減少率において転造加工を実施することにより、好適に製造され得るものであるが、そこにおいて、Ａｌ系材料製素管の管材質としては、公知のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる各種のＡｌ系材料が、その対象とされ得るものであるところ、中でも、本発明にあっては、ＪＩＳ規格の３０００系Ａｌ合金が、特に有利に用いられることとなる。この３０００系Ａｌ合金は、耐食性及び加工性に優れており、内面溝付伝熱管に適した材料となるものである。

また、そのような３０００系Ａｌ合金の中でも、特に、銅（Ｃｕ）やマグネシウム（Ｍｇ）の含有量は、それぞれ、０．１０質量％未満であるものが、有利に用いられることとなる。なお、かかるＣｕの含有量が０．１０質量％以上となると、管材の自己耐食性が著しく低下するようになる等の問題を生じ、また、Ｍｇの含有量が０．１０質量％以上となると、金属間化合物の形成による硬化、伸びの著しい低下が惹起される他、管のヘアピン曲げ加工時における破断の懸念も生じる等の問題が、惹起されるようになる。

さらに、上述の如き管材料のＡｌ系材料には、亜鉛（Ｚｎ）やチタン（Ｔｉ）を、それぞれ、０．１０～０．３０質量％の割合で含有せしめることが、好ましく採用されることとなる。即ち、Ｚｎの微量添加により、腐食の起点を多数発生させて、均一腐食形態へ誘導することが出来るからであり、また、Ｔｉの微量添加により、押出後の平行断面肉厚方向においてＴｉ高濃度の領域とＴｉ低濃度の領域を形成して、それらを、肉厚方向において交互に層状に分布させることが出来るのである。これによって、外表面のＡｌ－Ｚｎ部を、管表面の腐食トリガーとして、肉厚方向におけるＴｉ低濃度の領域へ優先的に腐食を伝搬させ、腐食形態を長手方向及び円周方向へ層状へ進行させることにより、肉厚方向への腐食の進行が抑制され得て、以て、耐孔食性、耐粒界腐食性、耐隙間腐食性が有利に向上せしめられ得ることとなる。

そして、本発明にあっては、かくの如きＡｌ系材料からなる素管に対して、その管外面に、従来と同様にして、Ｚｎ溶射処理にて、具体的には、２ガン方式や３ガン方式等によるＺｎの溶射によって、管外面にＺｎ溶射層を形成する工程と、かかるＺｎ溶射層から、熱処理によって、管材質内にＺｎを拡散せしめることからなる拡散工程とによって、管表層部に、目的とするＺｎ拡散層が形成されるのである。このようなＺｎ拡散層の形成により、管材のＡｌよりも腐食電位の低いＺｎの層が外表面に形成されることとなるところから、犠牲防食効果が効果的に付与され得て、外表面からの均一腐食形態を実現して、局部的な孔食や粒界腐食の早期発生を防止して、貫通寿命を大幅に延長することが出来ることとなるのである。ここで、Ｚｎ拡散層は、管材質のＺｎ濃度よりも高い部分を意図するものであって、一般に、管材質のＺｎ濃度よりも０．２０質量％程度以上高いＺｎ濃度部分が、その対象とされることとなる。

次いで、Ｚｎ拡散層の形成されたＡｌ系材料製素管に対して、断面減少率が４０％以上となる転造加工が実施され、多数の内面溝が、管軸に対して３０°～４５°のリード角にて傾斜して延びるように形成されてなると共に、それらの溝間に、突条形態を呈するフィンがそれぞれ形成され、これによって、目的とするＡｌ系内面溝付伝熱管が形成されることとなるのである。

なお、そのような転造加工によって形成される多数の溝のリード角：αが、３０°以上となるように、特に３５°を超える高リード角となるように、調整されることによって、Ｚｎ溶射素管の表面におけるＺｎの過剰な付着箇所を削ぎ落し、表面全周に亘りＺｎ溶射面の均質化を促進し、また、かかる転造加工による強加工を利用して、管軸（Ｌ）方向、円周（θ）方向及び肉厚（Ｔ）方向への塑性流動を促進させることにより、Ｚｎ溶射と拡散熱処理を施した素管状態におけるＬ、θ方向の表面Ｚｎ付着濃淡差及びθ、Ｔ方向のＺｎ拡散層厚さ分布に対して、転造加工後における実質的な修正効果を創出することが可能となるのである。ここで、かかるリード角：αが４５°を超えるようになると、管内面におけるフィン形成時の塑性流動の角度が管軸方向に対して大きくなり過ぎて、抵抗が著しく増加するようになるために、材料の破断が惹起され、転造加工が困難となる問題を内在する。また、そのような不具合の回避のために、加工速度を極低速に制限したりした場合にあっては、加工コストの増大を招くこととなる。

また、かくの如き転造加工に際しては、公知のロール転造法やボール転造法等として知られている各種の転造加工法が、適宜に採用されることとなるが、本発明にあっては、特に、支持ダイス引抜、ボール縮径溝付加工及び仕上げダイス引抜の各工程を順次実施することからなる転造加工手法が、有利に採用され、その一例が、図１に概略的に示されている。

具体的には、図１において、Ｚｎ拡散層の形成されたＡｌ系材料製素管１０は、支持ダイス１２に順次通過せしめられることによって、所定外径への引抜き作用を受けるようになっていると共に、それら支持ダイス１２と仕上げダイス１４との間に位置して、複数個（例えば４個）の転造加工ボール１６が、管外周の周りに配置されて、管外周面を圧縮して縮径せしめるようになっている一方、管内には、外周面に螺旋溝が形成されてなる螺旋溝プラグ１８が配置されて、この螺旋溝プラグ１８の外周面に、管内面が、転造加工ボール１６の加圧（縮径）作用にて押し付けられることによって、管内面に、所定のリード角：αの溝が形成された後、仕上げダイス１４にて、最終外径とされてなるＡｌ系内面溝付伝熱管としての転造管２０が取り出されることとなるのである。なお、螺旋溝プラグ１８は、支持ダイス１２に保持される支持プラグ２２に対して、マンドレル２４にて、自由回転可能に保持され得るようになっている。

さらに、かかる転造加工によって得られる、Ａｌ系内面溝付伝熱管たる転造管２０は、その内面に、図２に示される如く、螺旋溝プラグ１８による溝付け加工により、複数の螺旋溝２６が形成されていると共に、それら螺旋溝２６，２６間に、突条形態を呈するフィン２８が、所定高さ：Ｈで形成されてなる構造を呈しているのである。なお、それら複数の螺旋溝２６は、図３に示される如く、所定のリード角：αを呈する形態において、形成されていることとなる。また、転造管２０の肉厚が、Ｔとして示されている。

そして、かくの如き転造加工によって、断面減少率が４０％以上となる強加工の溝付加工が施されることにより、Ｚｎ溶射素管の表面に存在するＺｎの過剰付着箇所が効果的に削ぎ落されるようになると共に、かかる転造加工の強加工を利用して、管軸（Ｌ方向）、円周（θ方向）及び肉厚（Ｔ）方向への塑性流動が促進せしめられることによって、Ｚｎ溶射と拡散熱処理を施した素管状態において生じている、Ｌ、θ方向の表面Ｚｎ付着濃淡差、及びθ、Ｔ方向のＺｎ拡散層の厚さ分布幅を、転造加工後に実質的に修正して、その濃淡差を小さく、またＺｎ拡散分布幅を小さくすることで、耐食性が効果的に向上せしめられることとなるのである。なお、かかる転造加工工程の上記のような作用により、転造素管段階におけるＺｎ拡散層が、比較的薄くても、転造加工以降の状態で、耐食性の向上が有利に実現され得ることとなる。

ところで、このようにして得られたＡｌ系内面溝付伝熱管（２０）においては、その管外表面におけるＺｎ濃度の平均値が、２．０質量％以上５．０質量％以下であり、またＺｎ拡散層におけるＺｎ拡散深さの平均値が、８０μｍ以上２００μｍ以下となるように、調整されることとなる。けだし、表面Ｚｎ濃度の平均値が２．０質量％未満となる場合においては、溶射技術の性格上から、外表面のＺｎ濃度が極端に低くなる箇所の割合が増加するようになって、均一な犠牲防食効果を期待し難く、Ｚｎ濃度の低い箇所において、腐食が肉厚方向へ進展し易くなって、孔食状態で早期に貫通に至る場合が発生するからである。また、表面Ｚｎ濃度の平均値が５．０質量％を超えるようになると、同様に、管表面におけるＺｎ濃度の極端に高い部分が存在し易くなり、そのために、当該箇所において、腐食が著しく促進されるようになる問題を内在する。

また、Ｚｎ拡散深さにあっても、その平均値が８０μｍ未満となると、外表面に溶射されたＺｎの拡散が浅く、表面近傍に残留するＺｎ濃度が高めに維持され、肉厚方向へのＺｎ濃度勾配が大きくなるところから、腐食の進行が円周方向へ移行する形態となるが、Ｚｎ拡散層の体積の総和が不足することとなるために、比較的短時間で防食機能が消失し、露出した管材部分において、孔食が発生して、貫通に至るようになる問題を内在する。一方、Ｚｎ拡散深さが２００μｍを超えるようになると、管表面から肉厚方向へのＺｎ濃度勾配が緩やかとなり、腐食の進行が、円周方向よりも肉厚方向へ優先的に移行する形態となって、円周方向への腐食の分散を意図した犠牲防食効果が不充分となるばかりか、局部的に管材（Ａｌ系材料）が露出するようになるため、腐食の進展に伴い、管材の残存厚さが薄くなって、熱交換器に要求される耐圧強度や疲労強度が損なわれることも、懸念されることとなる。

さらに、かくして得られるＡｌ系内面溝付伝熱管（２０）は、その結晶組織として、平均結晶粒径が、２μｍ以上１５μｍ未満である再結晶組織、及び／又はファイバー状組織を有していることが望ましく、そのような伝熱管結晶組織の採用により、犠牲防食のためのＺｎ拡散層が完全に消耗した後においても、自己耐食性を大幅に向上させることが出来る特徴を発揮する。ここで、ファイバー状組織とは、熱間加工或いは冷間加工に伴い、加えられた塑性加工により伸ばされた結晶粒の中に、転位が高密度に集中した組織として、認識されるものである。

そして、そのような伝熱管の結晶組織を得るためには、上述の如きＺｎ溶射転造管の最終熱処理工程として採用される焼鈍軟化処理において、高周波誘導加熱装置を利用して、入熱をコントロールすることにより、かかるＺｎ溶射転造管の再結晶駆動力を制御しながら、直後の水冷による瞬時冷却にて、母材－不純物との金属間化合物の偏析を抑制することによって、実現することが可能である。

なお、かかる伝熱管の再結晶組織の平均結晶粒径が２μｍ未満となると、加工組織の残留する割合が多くなり、製品のヘアピン曲げ加工や拡管加工において必要とされる、３０％以上の伸びが確保され難くなる問題があり、また、平均結晶粒径が１５μｍ以上となると、焼鈍－冷却の過程で再結晶粒界に偏析する、Ａｌ－Ｍｎ、Ａｌ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｃｕ等の金属間化合物のピーク濃度が増加することで、粒界腐食に対する感受性が高くなり、管材としての自己耐食性が低下する等の問題が、惹起されるようになる。

そして、かくの如き特徴を有する本発明に従うＡｌ系内面溝付伝熱管は、冷凍機用、空調機器用、給湯機器用等の従来から公知の、各種用途のクロスフィンチューブ型熱交換器における伝熱管として有利に用いられ得ることとなる。

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも、例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明の特徴を更に具体的に明確とすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことが、理解されるべきである。

先ず、Ｓｉ：０．０３質量％、Ｆｅ：０．０５質量％、Ｃｕ：０．００１質量％、Ｃｒ：０．００１質量％、Ｍｎ：０．７質量％、Ｍｇ：０．００１質量％、Ｚｎ：０．１５質量％、Ｔｉ：０．１５質量％、不純物：各０．０５質量％以下（合計０．１５質量％以下）、及び残部がＡｌからなる、３０００系Ａｌ合金鋳塊を、連続鋳造法によって鋳造し、その得られたビレットに均質化処理を施した後、２００ｍｍφのサイズに整形したビレットを、インライン誘導加熱によって４００～４５０℃に加熱して、ポートホール押出工法により、外径：１８ｍｍφ、肉厚：１．０ｍｍの押出管を得た。なお、この押出管は、かかる押出工法において、複数のビレットを連続的に押し継ぐことにより、１０００ｍ以上の長尺コイルとして形成した。更にその後、かかる長尺コイルを繰り出して、ダイス引抜き加工を２パス行なうことにより、外径：１０ｍｍφ、肉厚：０．６５ｍｍの素管を成形した。

次いで、かかる素管の長尺コイルを連続的に繰り出し、高周波誘導加熱装置にて４００℃以上に加熱昇温せしめた後、インラインで、上下２方向からＺｎ溶射を実施し、そして水冷、エアブロー乾燥を経て、再び、長尺コイルに巻き取った。即ち、Ｚｎ溶射条件としては、２ガン方式を採用するものであって、そこでは、管外表面において０．３５質量％以上の濃度のＺｎ溶射面が形成される、被覆率が８０％以上となるように、Ｚｎ線送り及び溶射電流値とエアノズル等の条件を設定した。

さらに、その後、上記のＺｎ溶射長尺コイルをバッチ式焼鈍炉へ投入し、昇温速度：５０℃／ｈｒ以上、到達温度：４５０℃で、保持時間：５時間の処理の後に、冷却速度：５～１０℃／ｈｒの条件で冷却することにより、Ｚｎ拡散加熱処理を実施した。これによって、長尺コイル（素管）の表層部に、Ｚｎ拡散層、即ち犠牲防食層を形成して、以下の転造加工用のＺｎ溶射素管を得た。

次に、かくして得られたＺｎ溶射素管の内面に、所定の溝を形成するための転造加工を実施した。具体的には、転造加工は、図１に示される如き転造工程に従って、支持プラグ２２と螺旋溝プラグ１８とをマンドレル２４にて連結してなるものを、Ｚｎ溶射素管１０内に挿入して、支持ダイス１２による引抜き加工と転造加工ボール１６による圧縮溝付加工によって、管内面に溝付け加工を行ない、更に、仕上げダイス１４を通して仕上げ成形することにより、外径Ｄ：７ｍｍφ、底肉厚Ｔ：０．４７ｍｍ、フィン高さＨ：０．２２ｍｍ、フィン数：５５条、フィン頂角β：１８°、リード角α：４０°、単重Ｗ：３２ｇ／ｍなるサイズの転造管（内面溝付伝熱管）２０を得た。なお、この得られた転造管２０の成形に際して、素管１０からの断面減少率は４１．１％であった。また、素管１０の肉厚平均値に対する転造管２０の底肉厚への減少率は２７．７％であった。

最後に、かかる得られた転造管２０の最終熱処理工程として、焼鈍軟化処理を施した。具体的には、焼鈍軟化処理は、高周波誘導加熱装置を用いて、インラインにおいて、３５０℃以上の温度に加熱昇温せしめた後、直ちに、水冷、エアブロー乾燥を行なって、長尺コイルに巻き取ることにより、実施した。そして、この転造加工管２０の焼鈍工程において、誘導加熱装置の加熱コイル入力をコントロールすることにより、かかる転造加工管の再結晶駆動力を制御し、水冷による瞬時冷却によって、母材－不純物との金属間化合物の偏析を抑制することにより、再結晶組織の平均結晶粒径が２μｍ以上１５μｍ未満の範囲内で、ファイバー組織を含む結晶組織を得ることが出来た。

－性能評価－
上記で得られたＺｎ溶射素管及び内面溝付管（転造加工管）の特性を評価するために、次の試験を行った。

（ａ）平均結晶粒径
得られた内面溝付管からミクロ組織観察用試験片を切り出し、再結晶組織の平均結晶粒径の測定を行なった。具体的には、平均結晶粒径の測定は、交線法を用いて、管の厚さ方向及び円周方向の二方向で実施して、その平均値を求めた。その結果、再結晶組織の平均結晶粒径は８μｍとなり、それは、２μｍ以上１５μｍ未満の範囲内であり、自己耐食性向上効果のある結晶組織を得ることが出来た。

（ｂ）管外面のＺｎ濃度及び管表層部におけるＺｎ拡散深さの測定
Ｚｎ溶射素管及び内面溝付伝熱管（転造管）について、その外面のＺｎ濃度及びＺｎ拡散深さを、それぞれ、ＥＰＭＡにて、以下のようにして測定した。

具体的には、表面Ｚｎ濃度に関しては、２０ｍｍ長さの管サンプルについて、それを管軸に沿って切開し、充分に平板状態に延ばした後、管軸方向の切開端部から５ｍｍ以上離れたＺｎ溶射側表面の管軸方向の３箇所について、それぞれ幅方向に２５μｍ間隔でＥＰＭＡ線分析を行ない、Ｚｎ濃度を測定して、その結果を平均した。

また、Ｚｎ拡散深さについては、管サンプルの管軸に直角な方向の断面において、管周方向に４５°の位相差を有する８箇所を選択し、各箇所における外表面から肉厚方向に１μｍ間隔でＥＰＭＡ線分析を実施し、０．３５質量％以上のＺｎ濃度を計測した距離を、Ｚｎ拡散距離（Ｚｎ拡散深さ）とした。

・Ｚｎ溶射素管についての測定結果
Ｚｎ拡散処理で得られるＺｎ濃度が０．３５質量％以上となるＺｎ拡散層について、その肉厚方向の拡散距離は、円周方向８点の平均値で、１００±３０μｍと計測された。一方、管表面のＺｎ濃度については、同位置８点の平均値で、４．０～８．０質量％の範囲であったが、円周方向全面に対し、０．０５ｍｍ間隔で計測された局所的なＺｎ濃度のピーク値は、最高値で１８質量％に達する箇所が確認された。

・内面溝付伝熱管についての測定結果
Ｚｎ溶射素管を転造加工して得られる内面溝付管（Ｚｎ溶射転造管）について、Ｚｎ濃度が０．２質量％以上となる肉厚方向の拡散距離について、円周方向８点の平均値が１２０±２０μｍと計測された。一方、表面Ｚｎ濃度については、同位置８点の平均値で３．０～４．０質量％の範囲であるが、円周方向全面に対し、０．０５ｍｍ間隔で計測された局所的なＺｎ濃度のピーク値は、最高値で８．０質量％に達する箇所が確認された。

１０ Ｚｎ溶射素管 １２ 支持ダイス
１４ 仕上げダイス １６ 転造加工ボール
１８ 螺旋溝プラグ ２０ 転造管（Ａｌ系内面溝付伝熱管）
２２ 支持プラグ ２４ マンドレル
２６ 螺旋溝 ２８ フィン

Claims (10)

1. 管内面に、多数の溝が、管軸に対して３０°～４５°のリード角にて傾斜して延びるように形成されていると共に、それらの溝間に、突条形態を呈するフィンがそれぞれ形成されてなるＡｌ系材料製の内面溝付伝熱管にして、
   管外面に対して溶射されたＺｎによって、Ｚｎ拡散層が管表層部に形成されてなると共に、かかるＺｎ拡散層が、２．０質量％以上５．０質量％以下の、管外表面におけるＺｎ濃度の平均値と、８０μｍ以上２００μｍ以下のＺｎ拡散深さの平均値とを有しており、更に前記管内面の溝とフィンが、かかるＺｎ拡散層の形成された管素材に対する転造加工により、４０％以上の断面減少率において形成されていることを特徴とするＡｌ系内面溝付伝熱管。
2. 管結晶組織として、平均結晶粒径が２μｍ以上１５μｍ未満である再結晶組織、及び／又はファイバー状組織を有していることを特徴とする請求項１に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管。
3. 前記Ａｌ系材料が、３０００系Ａｌ合金であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管。
4. 前記Ａｌ系材料のＣｕ及びＭｇの含有量が、それぞれ、０．１０質量％未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管。
5. 前記Ａｌ系材料が、０．１０～０．３０質量％のＺｎを含有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管。
6. 前記Ａｌ系材料が、０．１０～０．３０質量％のＴｉを含有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管。
7. 管内面に、多数の溝が螺旋状に形成されていると共に、それらの溝間に、突条形態を呈するフィンがそれぞれ形成されてなるＡｌ系材料製の内面溝付伝熱管を製造する方法であって、
   Ａｌ系材料製素管の管外面に対して、Ｚｎ溶射処理を実施した後、拡散熱処理することにより、Ｚｎ拡散層を管表層部に形成する工程と、
   かかるＺｎ拡散層の形成されたＡｌ系材料製素管に対して、断面減少率が４０％以上となる転造加工を実施して、前記多数の溝が、管軸に対して３０°～４５°のリード角にて傾斜して延びるように形成されてなると共に、それらの溝間に、突条形態を呈するフィンがそれぞれ形成されてなる転造管を得る工程とを、
   有することを特徴とするＡｌ系内面溝付伝熱管の製造方法。
8. 前記転造加工は、支持ダイス引抜、ボール縮径溝付加工及び仕上げダイス引抜の各工程を順次実施することからなるものであることを特徴とする請求項７に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管の製造方法。
9. 前記転造管を焼鈍軟化処理する工程を、更に有していることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管の製造方法。
10. 請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管であることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載のＡｌ系内面溝付伝熱管の製造方法。

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