JP2023061741A - 押出多穴管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アルミニウム以外の元素の含有量が比較的多い場合であっても熱間押出を容易に行うことができる押出多穴管の製造方法を提供する。【解決手段】押出多穴管１の作製方法においては、Ｓｉ：２．０質量％以下、Ｆｅ：０．６質量％以下、Ｃｕ：０．６質量％以下、Ｍｎ：２．０質量％以下、Ｍｇ：０．４質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以下、Ｚｎ：１．５質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下及びＢ：０．１質量％以下のうち１種または２種以上の元素を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が３．２質量％以下であり、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量よりも少ない化学成分を有する鋳塊を作製する。鋳塊を５５０～６５０℃の温度に２時間以上保持して第一均質化処理を行った後、鋳塊を４５０～５４０℃の温度に３時間以上保持して第二均質化処理を行う。その後、鋳塊に熱間押出を行う。【選択図】図１
Description
本発明は、押出多穴管の製造方法に関する。
押出多穴管は、その外周部分を構成する外壁部と、外壁部により囲まれた空間を区画する隔壁部とを有しており、外壁部と隔壁部とにより囲まれた通路に流体を流通させることができるように構成されている。このような微細な構造を備えた複雑な断面形状を押出加工によって形成するために、押出多穴管は、合金元素の含有量が比較的少なく、押出性に優れたアルミニウム合金から構成されていることが多い。
例えば特許文献１には、質量％でＳｉ：０．０１～０．３％、Ｆｅ：０．０１～０．３％、Ｃｕ：０．０５～０．４％、Ｍｎ：０．０５～０．３％、Ｚｒ：０．０５～０．２５％、Ｔｉ：０～０．１５％を含有し、ＺｒとＴｉとの合計が０．３％以下であり、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金からなり、マトリックス中に分散している粒子面積１．０μｍ２以上の粒子のうち、ＡｌＦｅＳｉ安定相の占める面積率が０．１％以上０．５％未満であることを特徴とする耐食性に優れた熱交換器用押出扁平多穴管が記載されている。
近年、環境意識の高まりにより、アルミニウム廃材を鋳造原料として再利用する技術の重要性が高まっている。しかし、アルミニウム廃材中には、アルミニウム以外の種々の元素が含まれている。また、アルミニウム廃材中には、場合によっては鉄等のアルミニウム以外の金属材料も含まれることがある。そのため、アルミニウム廃材を鋳造原料として再利用する場合には、アルミニウム以外の元素の含有量が多くなり、熱間押出時の変形抵抗の上昇や押出速度の低下などの種々の問題の発生を招いていた。それ故、従来の技術水準においては、アルミニウム廃材を鋳造原料として用いる場合、複雑な断面形状を備えた押出多穴管を作製することは難しいと考えられていた。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、アルミニウム以外の元素の含有量が比較的多い場合であっても熱間押出を容易に行うことができる押出多穴管の製造方法を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、Ｓｉ（シリコン）：２．００質量％以下、Ｆｅ（鉄）：０．６０質量％以下、Ｃｕ（銅）：０．６０質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：２．００質量％以下、Ｍｇ（マグネシウム）：０．４０質量％以下、Ｃｒ（クロム）：０．１０質量％以下、Ｚｎ（亜鉛）：１．５０質量％以下、Ｔｉ（チタン）：０．１０質量％以下及びＢ（ホウ素）：０．１０質量％以下からなる群より選択される１種または２種以上の元素を含有し、残部がＡｌ（アルミニウム）及び不可避的不純物からなり、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が３．２０質量％以下であり、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量よりも少ない化学成分を有する鋳塊を作製し、
前記鋳塊を５５０℃以上６５０℃以下の温度に２時間以上保持して第一均質化処理を行い、
その後、前記鋳塊を４５０℃以上５４０℃以下の温度に３時間以上保持して第二均質化処理を行い、
その後、前記鋳塊に熱間押出を行って押出多穴管を作製する、押出多穴管の製造方法にある。
前記鋳塊を５５０℃以上６５０℃以下の温度に２時間以上保持して第一均質化処理を行い、
その後、前記鋳塊を４５０℃以上５４０℃以下の温度に３時間以上保持して第二均質化処理を行い、
その後、前記鋳塊に熱間押出を行って押出多穴管を作製する、押出多穴管の製造方法にある。
前記押出多穴管の製造方法においては、前記特定の範囲の化学成分を有する鋳塊に、第一均質化処理及び第二均質化処理を施す。このように、均質化処理を二段階で行うとともに、各段階の均質化処理の保持温度及び保持時間をそれぞれ前記特定の範囲とすることにより、アルミニウム以外の元素の含有量が比較的多い場合であっても熱間押出時の変形抵抗の上昇を抑制することができる。
以上のように、前記の態様によれば、アルミニウム以外の元素の含有量が比較的多い場合であっても熱間押出を容易に行うことができる押出多穴管の製造方法を提供することができる。
前記押出多穴管の製造方法においては、まず、前記特定の化学成分を有する鋳塊を作製する。鋳塊は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ及びＢからなる群より選択される１種または２種以上の元素を含んでいる。これらの元素はアルミニウム地金やアルミニウム廃材、中間合金などの鋳造原料に含まれている。鋳造原料としてアルミニウム廃材を使用する場合、前述した元素は、主にアルミニウム廃材に由来していてもよい。
・Ｓｉ：２．００質量％以下
鋳塊中には０質量％を超え２．００質量％以下のＳｉが含まれていてもよい。Ｓｉは、アルミニウム地金、アルミニウム廃材中のＳｉを含むアルミニウム合金（例えば４０００系合金及び６０００系合金等）及び中間合金等に含まれる元素である。Ｓｉは押出多穴管の強度を向上させる作用を有している。押出多穴管の強度をより向上させる観点からは、Ｓｉの含有量は、０．２０質量％以上であることが好ましく、０．４０質量％以上であることがより好ましく、０．６０質量％以上であることがさらに好ましく、０．７０質量％以上であることが特に好ましく、０．８０質量％以上であることが最も好ましい。
鋳塊中には０質量％を超え２．００質量％以下のＳｉが含まれていてもよい。Ｓｉは、アルミニウム地金、アルミニウム廃材中のＳｉを含むアルミニウム合金（例えば４０００系合金及び６０００系合金等）及び中間合金等に含まれる元素である。Ｓｉは押出多穴管の強度を向上させる作用を有している。押出多穴管の強度をより向上させる観点からは、Ｓｉの含有量は、０．２０質量％以上であることが好ましく、０．４０質量％以上であることがより好ましく、０．６０質量％以上であることがさらに好ましく、０．７０質量％以上であることが特に好ましく、０．８０質量％以上であることが最も好ましい。
一方、Ｓｉの含有量が過度に多くなると、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗が上昇し、押出性の低下を招くおそれがある。Ｓｉの含有量を２．００質量％以下、好ましくは１．５０質量％以下、より好ましくは１．４０質量％以下、さらに好ましくは１．３０質量％以下とすることにより、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗の上昇を抑制しつつ、押出多穴管の強度を向上させることができる。
・Ｍｎ：２．００質量％以下
鋳塊中には０質量％を超え２．００質量％以下のＭｎが含まれていてもよい。Ｍｎは、アルミニウム地金、アルミニウム廃材中のＭｎを含むアルミニウム合金（例えば３０００系合金等）及び中間合金等に含まれる元素である。Ｍｎは押出多穴管の強度を向上させる作用を有している。押出多穴管の強度をより向上させる観点からは、Ｍｎの含有量は、０．４０質量％以上であることが好ましく、０．６０質量％以上であることがより好ましく、０．８０質量％以上であることがさらに好ましく、０．９０質量％以上であることが特に好ましく、１．００質量％以上であることが最も好ましい。
鋳塊中には０質量％を超え２．００質量％以下のＭｎが含まれていてもよい。Ｍｎは、アルミニウム地金、アルミニウム廃材中のＭｎを含むアルミニウム合金（例えば３０００系合金等）及び中間合金等に含まれる元素である。Ｍｎは押出多穴管の強度を向上させる作用を有している。押出多穴管の強度をより向上させる観点からは、Ｍｎの含有量は、０．４０質量％以上であることが好ましく、０．６０質量％以上であることがより好ましく、０．８０質量％以上であることがさらに好ましく、０．９０質量％以上であることが特に好ましく、１．００質量％以上であることが最も好ましい。
一方、Ｍｎの含有量が過度に多くなると、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗が上昇し、押出性の低下を招くおそれがある。Ｍｎの含有量を２．００質量％以下、好ましくは１．８０質量％以下、より好ましくは１．７０質量％以下とすることにより、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗の上昇を抑制しつつ、押出多穴管の強度を向上させることができる。
また、鋳塊におけるＳｉの含有量とＭｎの含有量との合計は３．２０質量％以下であり、かつ、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量よりも少ない。前記鋳塊の化学成分において、Ｓｉ及びＭｎの含有量をそれぞれ前記特定の範囲内にすることに加え、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量とが前述した関係を満たすことにより、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗の上昇をより効果的に抑制し、複雑な断面形状を備えた押出多穴管を容易に作製することが可能となる。前述した作用をより高める観点からは、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計は３．００質量％以下であることが好ましい。
Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が３．２０質量％を超える場合には、熱間押出時の押出性の低下を招くおそれがある。また、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量以上である場合には、鋳塊中に微細なＡｌＭｎＳｉ系金属間化合物を析出させることが難しくなり、押出性の悪化を招くおそれがある。また、この場合には、押出限界速度が低下しやすくなり、押出多穴管の生産性の低下を招くおそれがある。なお、鋳塊を作製する際に、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材中に含まれるＭｎの量の合計がＳｉの量の合計以下である場合には、Ｍｎを含む中間合金を添加するなどの方法により化学成分を調整することができる。
・Ｆｅ：０．６０質量％以下
鋳塊中には０質量％を超え０．６０質量％以下のＦｅが含まれていてもよい。Ｆｅは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＦｅ基合金からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＦｅの含有量が多くなりやすい。Ｆｅの含有量を好ましくは０．１０質量％以上、より好ましくは０．１５質量％以上、さらに好ましくは０．２０質量％以上、特に好ましくは０．２５質量％以上とすることにより、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
鋳塊中には０質量％を超え０．６０質量％以下のＦｅが含まれていてもよい。Ｆｅは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＦｅ基合金からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＦｅの含有量が多くなりやすい。Ｆｅの含有量を好ましくは０．１０質量％以上、より好ましくは０．１５質量％以上、さらに好ましくは０．２０質量％以上、特に好ましくは０．２５質量％以上とすることにより、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
一方、Ｆｅの含有量が過度に多くなると、鋳塊中に粗大なＡｌＦｅ系金属間化合物が形成されやすくなる。鋳塊中の粗大なＡｌＦｅ系金属間化合物は、表面粗さの上昇などの押出多穴管の表面性状の悪化を招くおそれがあるため好ましくない。Ｆｅの含有量を０．６０質量％以下、好ましくは０．５０質量％以下とすることにより、表面性状の悪化を回避することができる。
・Ｃｕ：０．６０質量％以下
鋳塊中には０質量％を超え０．６０質量％以下のＣｕが含まれていてもよい。Ｃｕは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＣｕを多量に含むアルミニウム合金（例えば２０００系合金）からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＣｕの含有量が多くなりやすい。Ｃｕは押出多穴管の自然電位を貴化し、押出多穴管の耐食性を向上させる作用を有している。押出多穴管の耐食性をより向上させる観点からは、Ｃｕの含有量は、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましく、０．１５質量％以上であることがさらに好ましく、０．２０質量％以上であることが特に好ましい。また、この場合には、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
鋳塊中には０質量％を超え０．６０質量％以下のＣｕが含まれていてもよい。Ｃｕは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＣｕを多量に含むアルミニウム合金（例えば２０００系合金）からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＣｕの含有量が多くなりやすい。Ｃｕは押出多穴管の自然電位を貴化し、押出多穴管の耐食性を向上させる作用を有している。押出多穴管の耐食性をより向上させる観点からは、Ｃｕの含有量は、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましく、０．１５質量％以上であることがさらに好ましく、０．２０質量％以上であることが特に好ましい。また、この場合には、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
一方、Ｃｕの含有量が過度に多くなると、鋳塊中に固溶したＣｕの量が多くなり、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗の上昇及び押出性の低下を招くおそれがある。Ｃｕの含有量を０．６０質量％以下、好ましくは０．４０質量％以下とすることにより、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗の上昇を抑制しつつ、押出多穴管の耐食性を向上させることができる。
・Ｍｇ：０．４０質量％以下
鋳塊中には０質量％を超え０．４０質量％以下のＭｇが含まれていてもよい。Ｍｇは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＭｇを多量に含むアルミニウム合金（例えば５０００系合金及び６０００系合金等）からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＭｇの含有量が多くなりやすい。Ｍｇは押出多穴管の強度を向上させる作用を有している。押出多穴管の強度をより向上させる観点からは、Ｍｇの含有量は、０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましく、０．０７質量％以上であることがさらに好ましい。また、この場合には、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
鋳塊中には０質量％を超え０．４０質量％以下のＭｇが含まれていてもよい。Ｍｇは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＭｇを多量に含むアルミニウム合金（例えば５０００系合金及び６０００系合金等）からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＭｇの含有量が多くなりやすい。Ｍｇは押出多穴管の強度を向上させる作用を有している。押出多穴管の強度をより向上させる観点からは、Ｍｇの含有量は、０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましく、０．０７質量％以上であることがさらに好ましい。また、この場合には、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
一方、Ｍｇの含有量が過度に多くなると、鋳塊中に固溶したＭｇの量が多くなり、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗の上昇及び押出性の低下を招くおそれがある。Ｍｇの含有量を０．４０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とすることにより、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗の上昇を抑制することができる。
・Ｃｒ：０．１０質量％以下
鋳塊中には０質量％を超え０．１０質量％以下のＣｒが含まれていてもよい。Ｃｒは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＣｒを多量に含むアルミニウム合金（例えば５０００系合金及び７０００系合金等）からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＣｒの含有量が多くなりやすい。Ｃｒの含有量を好ましくは０．０１質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上、さらに好ましくは０．０３質量％以上とすることにより、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
鋳塊中には０質量％を超え０．１０質量％以下のＣｒが含まれていてもよい。Ｃｒは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＣｒを多量に含むアルミニウム合金（例えば５０００系合金及び７０００系合金等）からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＣｒの含有量が多くなりやすい。Ｃｒの含有量を好ましくは０．０１質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上、さらに好ましくは０．０３質量％以上とすることにより、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
一方、Ｃｒの含有量が過度に多くなると、鋳塊中に粗大なＡｌＣｒ系金属間化合物が形成されやすくなる。鋳塊中に粗大なＡｌＣｒ系金属間化合物が存在すると、熱間押出や熱間押出後の二次加工の際に割れが生じやすくなるおそれがあるため好ましくない。Ｃｒの含有量を０．１０質量％以下とすることにより、粗大なＡｌＣｒ系金属間化合物の形成を回避することができる。
・Ｚｎ：１．５０質量％以下
前記鋳塊は０質量％を超え１．５０質量％以下のＺｎを含んでいてもよい。Ｚｎは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＺｎを多量に含むアルミニウム合金（例えば７０００系合金等）からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＺｎの含有量が多くなりやすい。Ｚｎは押出多穴管の表面酸化皮膜を脆弱化させ、孔食の発生を分散させることで耐食性を向上させる作用を有している。かかる作用効果をより高める観点からは、Ｚｎの含有量は、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましく、０．１５質量％以上であることがさらに好ましい。また、この場合には、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
前記鋳塊は０質量％を超え１．５０質量％以下のＺｎを含んでいてもよい。Ｚｎは、アルミニウム地金及びアルミニウム廃材等に含まれる元素である。特に、アルミニウム廃材中にはＺｎを多量に含むアルミニウム合金（例えば７０００系合金等）からなる部品が含まれていることがあり、このようなアルミニウム廃材を鋳造原料として使用した場合には、鋳塊中のＺｎの含有量が多くなりやすい。Ｚｎは押出多穴管の表面酸化皮膜を脆弱化させ、孔食の発生を分散させることで耐食性を向上させる作用を有している。かかる作用効果をより高める観点からは、Ｚｎの含有量は、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましく、０．１５質量％以上であることがさらに好ましい。また、この場合には、鋳造原料中に占めるアルミニウム廃材の比率をより多くしやすくすることができる。
一方、Ｚｎの含有量が過度に多くなると、アルミニウム合金の固相線温度が低下するため、均質化処理や熱間押出の際に鋳塊や押出多穴管の部分溶融が生じやすくなるおそれがある。Ｚｎの含有量を１．５０質量％以下、好ましくは１．００質量％以下とすることにより、鋳塊や押出多穴管の部分溶融を回避しつつ、Ｚｎによる作用効果を得ることができる。
・Ｔｉ：０．１０質量％以下
前記鋳塊は０質量％を超え０．１０質量％以下のＴｉを含んでいてもよい。Ｔｉは鋳塊の金属組織における結晶粒を微細化する作用を有している。かかる効果をより高める観点からは、Ｔｉの含有量は、０．００５質量％以上であることが好ましく、０．００７質量％以上であることがより好ましく、０．０１０質量％以上であることがさらに好ましい。
前記鋳塊は０質量％を超え０．１０質量％以下のＴｉを含んでいてもよい。Ｔｉは鋳塊の金属組織における結晶粒を微細化する作用を有している。かかる効果をより高める観点からは、Ｔｉの含有量は、０．００５質量％以上であることが好ましく、０．００７質量％以上であることがより好ましく、０．０１０質量％以上であることがさらに好ましい。
一方、Ｔｉの含有量が過度に多くなると、鋳塊中に粗大なＡｌＴｉ系金属間化合物が形成されやすくなる。鋳塊中に粗大なＡｌＴｉ系金属間化合物が存在すると、熱間押出や熱間押出後の二次加工の際に割れが生じやすくなるおそれがあるため好ましくない。Ｔｉの含有量を０．１０質量％以下とすることにより、粗大なＡｌＴｉ系金属間化合物の形成を回避しつつ、鋳塊の金属組織における結晶粒を十分に微細化することができる。
・Ｂ：０．１０質量％以下
前記鋳塊は０質量％を超え０．１０質量％以下のＢを含んでいてもよい。押出多穴管中のＢの含有量を前記特定の範囲とすることにより、押出多穴管の金属組織における結晶粒を十分に微細化することができる。かかる作用効果をより確実に得る観点からは、鋳塊中のＢの含有量は、０．００５質量％以上０．１０質量％以下であることが好ましい。
前記鋳塊は０質量％を超え０．１０質量％以下のＢを含んでいてもよい。押出多穴管中のＢの含有量を前記特定の範囲とすることにより、押出多穴管の金属組織における結晶粒を十分に微細化することができる。かかる作用効果をより確実に得る観点からは、鋳塊中のＢの含有量は、０．００５質量％以上０．１０質量％以下であることが好ましい。
・その他の元素
鋳塊中には、不可避的不純物として、前述した元素以外の元素が含まれていてもよい。かかる元素としては、例えば、Ｚｒ（ジルコニウム）やＶ（バナジウム）等が挙げられる。不可避的不純物としての元素の含有量は、例えば各元素について０．０５質量％以下であればよい。また、不可避的不純物としての元素の含有量の合計は０．５０質量％以下であればよい。
鋳塊中には、不可避的不純物として、前述した元素以外の元素が含まれていてもよい。かかる元素としては、例えば、Ｚｒ（ジルコニウム）やＶ（バナジウム）等が挙げられる。不可避的不純物としての元素の含有量は、例えば各元素について０．０５質量％以下であればよい。また、不可避的不純物としての元素の含有量の合計は０．５０質量％以下であればよい。
前述した押出性向上の効果をより確実に得る観点からは、鋳塊は、Ｓｉ：０．６０質量％以上１．４０質量％以下及び、Ｍｎ：０．８０質量％以上１．８０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が３．２０質量％以下であり、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量よりも少ない化学成分を有していることが好ましい。この場合、鋳塊は、更に、Ｆｅ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．４０質量％以下、Ｍｇ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下、Ｃｒ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｔｉ：０．００５質量％以上０．１０質量％以下及びＢ：０．００５質量％以上０．１０質量％以下からなる群より選択される１種または２種以上の元素を任意成分として含んでいてもよい。
同様の観点から、鋳塊は、Ｓｉ：０．７０質量％以上１．３０質量％以下、Ｆｅ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．４０質量％以下、Ｍｎ：０．９０質量％以上１．７０質量％以下、Ｍｇ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下、Ｃｒ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｔｉ：０．００５質量％以上０．１０質量％以下及びＢ：０．００５質量％以上０．１０質量％以下を必須に含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が３．００質量％以下であり、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量よりも少ない化学成分を有していることが好ましい。
鋳塊の作製には、ＤＣ鋳造やＣＣ鋳造などの公知の鋳造方法を採用することができる。鋳塊を作製する際の鋳造原料としては、例えば、アルミニウムの新地金やアルミニウム廃材を使用することができる。
前記押出多穴管の製造方法においては、鋳造原料の少なくとも一部にアルミニウム廃材を使用することが好ましい。ここで、アルミニウム廃材には、アルミニウム製品の製造過程で発生する端材や切りくず、使用済みのアルミニウム製品及び使用済みの製品から分離されたアルミニウム製部品等が含まれる。
前述したように、アルミニウム廃材を鋳造原料として再利用する場合には、アルミニウム以外の元素の含有量が多くなり、熱間押出時の変形抵抗の上昇や押出速度の低下などの種々の問題の発生を招いていた。それ故、従来の技術水準においては、アルミニウム廃材を鋳造原料として用いる場合、複雑な断面形状を備えた押出多穴管を作製することは難しいと考えられていた。
これに対し、前記押出多穴管の製造方法においては、鋳塊の化学成分を前記特定の範囲とした上で、さらに、後述する二段階の均質化処理を行うことにより、アルミニウム以外の元素の含有量が比較的多い場合であっても熱間押出時の変形抵抗の上昇を抑制することができる。それ故、前記の態様の製造方法によれば、鋳造原料の少なくとも一部にアルミニウム廃材が使用され、アルミニウム以外の元素の含有量が比較的多い場合であっても、複雑な断面形状を備えた押出多穴管を容易に作製することができる。
さらに、鋳造原料の少なくとも一部にアルミニウム廃材を使用することにより、アルミニウムの新地金の使用量を低減することができる。その結果、押出多穴管の製造過程における環境負荷をより低減するとともに、押出多穴管の材料コストをより低減することができる。かかる効果をより高める観点からは、鋳造原料に占めるアルミニウム廃材の割合を３５質量％以上とすることが好ましく、４５質量％以上とすることがより好ましく、６０質量％以上とすることが特に好ましい。
前記押出多穴管の製造方法においては、鋳塊を作製した後に、鋳塊を５５０℃以上６５０℃以下の温度に２時間以上保持して第一均質化処理を行う。第一均質化処理における保持温度及び保持時間をそれぞれ前記特定の範囲とすることにより、鋳塊中の粗大な晶出物を分解したり、粒状化したり、Ａｌ母相中に再固溶させたりすることができる。
鋳塊中の晶出物の分解等をより促進する観点からは、第一均質化処理における保持温度は５８０℃以上６２０℃以下であることが好ましい。同様の観点から、第一均質化処理における保持時間は１０時間以上であることが好ましい。また、第一均質化処理における保持時間は、生産性の観点から２４時間以下であることが好ましい。
第一均質化処理における保持温度が５５０℃未満の場合、または、保持時間が２時間未満の場合には、晶出物の分解等が不十分となるおそれがある。第一均質化処理における保持温度が６５０℃を超える場合には、鋳塊が部分的に溶融するおそれがある。
前記押出多穴管の製造方法においては、第一均質化処理を施した後の鋳塊に第二均質化処理を施す。第二均質化処理における保持温度は４５０℃以上５４０℃以下とし、保持時間は３時間以上とする。前述したように、第一均質化処理は、鋳造時に鋳塊内に晶出した粗大な晶出物の分解、粒状化及び再固溶を主な目的として行われる。しかし、第一均質化処理における保持温度及び保持時間を前記特定の範囲内とした場合、晶出物の分解、粒状化及び再固溶とともに、溶質元素であるＭｎやＳｉのＡｌ母相への固溶も促進される。Ａｌ母相への溶質元素の固溶量が過度に多くなると、熱間押出時における母相中の転位の運動速度の低下を招き、変形抵抗が上昇しやすくなる。
これに対し、第二均質化処理において鋳塊を前記特定の条件で加熱すると、第一均質化処理においてＡｌ母相中に固溶したＳｉ及びＭｎをＡｌＭｎＳｉ系金属間化合物として微細に析出させることができる。その結果、Ａｌ母相中における溶質元素の固溶量を減少させ、熱間押出時における変形抵抗を低下させることができる。従って、第一均質化処理を施した後の鋳塊を前記特定の条件で加熱して第二均質化処理を行うことにより、熱間押出時における押出性を向上させることができる。
押出性向上の効果をより高める観点からは、第二均質化処理における保持温度は４８０℃以上５２０℃以下であることが好ましい。同様の観点から、第二均質化処理における保持時間は５時間以上であることが好ましい。また、第二均質化処理における保持時間は、生産性の観点から２４時間以下であることが好ましく、１５時間以下であることがより好ましい。
第二均質化処理における保持温度が４５０℃未満の場合、または、保持時間が３時間未満の場合には、ＡｌＭｎＳｉ系金属間化合物の析出量が少なくなりやすく、熱間押出時における押出性の悪化を招くおそれがある。第二均質化処理における保持温度が５４０℃を超える場合には、Ａｌ母相中に固溶したＳｉ及びＭｎが金属間化合物を形成しにくくなり、熱間押出時における押出性の悪化を招くおそれがある。
前記製造方法においては、第一均質化処理と第二均質化処理とを連続して行うことができる。ここで、第一均質化処理と第二均質化処理とを連続して行うとは、第一均質化処理が完了した後、鋳塊の温度を第二均質化処理における保持温度まで低下させ、鋳塊の温度が第二均質化処理における保持温度に達した時点で第二均質化処理を開始することをいう。
第一均質化処理と第二均質化処理とを連続して行う場合には、第一均質化処理が完了した後、２０℃／時間以上６０℃／時間以下の平均冷却速度で前記第二均質化処理における保持温度まで前記鋳塊を冷却することが好ましい。
また、前記製造方法においては、第一均質化処理が完了した後、鋳塊を第二均質化処理における保持温度よりも低い温度まで一旦冷却し、その後第二均質化処理を行うこともできる。この場合、冷却完了時の鋳塊の温度は、例えば２００℃以下とすることができる。冷却完了後の鋳塊を第二均質化処理における保持温度まで加熱するに当たっては、２０℃／時間以上６０℃／時間以下の平均昇温速度で第二均質化処理における保持温度まで鋳塊を加熱することが好ましい。
前記押出多穴管の製造方法においては、第二均質化処理を施した後の鋳塊に熱間押出を行うことにより、押出多穴管を得ることができる。熱間押出における押出開始時の鋳塊の温度や押出完了時の押出多穴管の温度などは、押出多穴管の化学成分に応じて適宜設定すればよい。例えば、押出開始時の鋳塊の温度は４５０℃以上５５０℃以下の範囲から適宜設定することができる。このようにして得られた押出多穴管は、そのまま使用されてもよいし、寸法や形状を調整するための矯正作業や切断、強度調整のための熱処理、耐食性向上のための亜鉛溶射、塗装などの後処理を行った後に使用されてもよい。これらの後処理は、押出多穴管の用途等に応じて適宜組み合わせることができる。
前記製造方法により得られる押出多穴管は、外部空間と前記押出多穴管の内部とを区画する外壁部と、前記外壁部の内部空間を区画する複数の隔壁部とを有している。また、押出多穴管は、外壁部と隔壁部とによって囲まれた複数の通路を有しており、これらの通路に液体や気体などを流通させることができるように構成されている。押出多穴管の断面形状は特に限定されることはなく、例えば、長円状や長方形状などの種々の断面形状をとり得る。また、押出多穴管の通路の断面形状も特に限定されることはなく、例えば、円形や三角形、四角形などの種々の断面形状をとり得る。
押出多穴管は、扁平な断面形状を有していてもよい。この場合、押出多穴管の厚みに対する幅の比率を２以上５０以下、好ましくは３以上３０以下とすることができる。一般に、押出多穴管が扁平な形状である場合、厚みに対する幅の比率が高いほど、押出加工が困難となり、高い押出性が求められる傾向にある。前記押出多穴管の製造過程においては、前記特定の化学成分を有するアルミニウム合金鋳塊に二段階の均質化処理を施すことにより、熱間押出時の変形抵抗の上昇を抑制し、押出性を高めることができる。それ故、このような高い押出性を求められる断面形状を備えた押出多穴管を容易に得ることができる。
また、押出多穴管は、外部空間と前記押出多穴管の内部とを区画する外壁部と、前記外壁部の内部空間を区画する複数の隔壁部とを有しており、前記外壁部及び前記隔壁部の厚みが０．１０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であってもよい。前述した厚みに対する幅の比率と同様に、押出多穴管においては、外壁部及び隔壁部の厚みが薄いほど、押出加工が困難となり、高い押出性が求められる傾向にある。前記押出多穴管の製造過程においては、前記特定の化学成分を有するアルミニウム合金鋳塊に二段階の均質化処理を施すことにより、熱間押出時の変形抵抗の上昇を抑制し、押出性を高めることができる。それ故、このような高い押出性を求められる断面形状を備えた押出多穴管を容易に得ることができる。
前記押出多穴管の製造方法の実施例を以下に説明する。本例の押出多穴管の製造方法においては、Ｓｉ：２．００質量％以下、Ｆｅ：０．６０質量％以下、Ｃｕ：０．６０質量％以下、Ｍｎ：２．００質量％以下、Ｍｇ：０．４０質量％以下、Ｃｒ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：１．５０質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下及びＢ：０．１０質量％以下からなる群より選択される１種または２種以上の元素を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が３．２０質量％以下であり、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量よりも少ない化学成分を有する鋳塊を作製する。その後、鋳塊を５５０℃以上６５０℃以下の温度に２時間以上保持して第一均質化処理を行う。第一均質化処理が完了した後、鋳塊を４５０℃以上５４０℃以下の温度に３時間以上保持して第二均質化処理を行う。そして、第二均質化処理が完了した後の鋳塊に熱間押出を行うことにより、押出多穴管を作製することができる。
本例の押出多穴管１は、図１に示すように、扁平な断面形状を有している。より具体的には、押出多穴管１は長円状の断面形状を有している。押出多穴管１の幅は例えば１４．０ｍｍであり、厚みは例えば２．５ｍｍである。
また、押出多穴管１は、その外部空間と内部とを区画する外壁部１１と、外壁部１１により囲まれた空間を１９本の通路１２に区画する隔壁部１３とを有している。本例における押出多穴管１の通路１２は、円形の断面形状を有している。外壁部１１及び隔壁部１３における最も薄い部分の厚みは、例えば０．４ｍｍである。
以下に、本例の押出多穴管の製造方法の例をより具体的に説明する。まず、アルミニウム廃材を含む鋳造原料を用い、ＤＣ鋳造により表１に示す化学成分（合金記号Ａ１～Ａ３）を有する鋳塊を作製する。なお、表１における「Ｂａｌ．」は当該元素が残部であることを示す記号である。
鋳塊を作製した後、鋳塊を６００℃の温度に１０時間保持して第一均質化処理を行う。第一均質化処理が完了した後、鋳塊を５００℃の温度に１０時間保持して第二均質化処理を行う。第一均質化処理と第二均質化処理とは、連続して行ってもよいし、第一均質化処理が完了した後第二均質化処理を行うまでの間に鋳塊の温度が第二均質化処理における保持温度を下回ってもよい。
第二均質化処理が完了した後、鋳塊の温度が５００℃である状態で鋳塊に熱間押出を行うことにより押出多穴管１を作製する。以上により、表２に示す試験材Ｓ１～Ｓ３を得ることができる。なお、表２に示す試験材Ｒ１～Ｒ４は、試験材Ｓ１～Ｓ３との比較のための試験材である。試験材Ｒ１～Ｒ３の作製方法は、鋳塊の化学成分を表１に示す合金記号Ａ４～Ａ６に変更した以外は試験材Ｓ１～Ｓ３と同様である。また、試験材Ｒ４の作製方法は、鋳塊の化学成分を表１に示す合金記号Ａ７に変更し、第二均質化処理を省略した以外は試験材Ｓ１～Ｓ３と同様である。
各試験材の押出性の評価方法を以下に説明する。
・押出性
押出性は、試験材の外観に基づいて評価することができる。より具体的には、試験材の外観を目視により観察し、割れや押出方向に沿った筋状模様の有無を評価する。表２に、各試験材の端部の割れ及び筋状模様の有無を示す。
押出性は、試験材の外観に基づいて評価することができる。より具体的には、試験材の外観を目視により観察し、割れや押出方向に沿った筋状模様の有無を評価する。表２に、各試験材の端部の割れ及び筋状模様の有無を示す。
表１及び表２に示すように、試験材Ｓ１～Ｓ３の製造過程においては、前記特定の化学成分を有する鋳塊に前記特定の条件で第一均質化処理及び第二均質化処理が施されているため、熱間押出時の鋳塊の変形抵抗を低減することができる。それ故、試験材Ｓ１～Ｓ３は良好な外観を有している。
一方、試験材Ｒ１は、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量以上であるため、試験材Ｓ１～Ｓ３に比べて押出性に劣り、試験材の表面に筋状模様が発生する。
試験材Ｒ２は、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が過度に多いため、試験材Ｓ１～Ｓ３に比べて押出性に劣り、試験材における幅方向の端部に割れが発生するとともに、試験材の表面に筋状模様が発生する。
試験材Ｒ２は、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が過度に多いため、試験材Ｓ１～Ｓ３に比べて押出性に劣り、試験材における幅方向の端部に割れが発生するとともに、試験材の表面に筋状模様が発生する。
試験材Ｒ３は、Ｍｎの含有量が過度に多いため、試験材Ｓ１～Ｓ３に比べて押出性に劣り、試験材の表面に筋状模様が発生する。
試験材Ｒ４は、その製造過程において第二均質化処理が施されていないため、試験材Ｓ１～Ｓ３に比べて押出性に劣り、試験材の表面に筋状模様が発生する。
試験材Ｒ４は、その製造過程において第二均質化処理が施されていないため、試験材Ｓ１～Ｓ３に比べて押出性に劣り、試験材の表面に筋状模様が発生する。
以上、実施例に基づいて本発明に係る押出多穴管の製造方法の具体的な態様を説明したが、本発明に係る押出多穴管の製造方法の具体的な態様は実施例の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。
１ 押出多穴管
１１ 外壁部
１２ 通路
１３ 隔壁部
１１ 外壁部
１２ 通路
１３ 隔壁部
Claims (6)
- Ｓｉ：２．００質量％以下、Ｆｅ：０．６０質量％以下、Ｃｕ：０．６０質量％以下、Ｍｎ：２．００質量％以下、Ｍｇ：０．４０質量％以下、Ｃｒ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：１．５０質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下及びＢ：０．１０質量％以下からなる群より選択される１種または２種以上の元素を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との合計が３．２０質量％以下であり、Ｓｉの含有量がＭｎの含有量よりも少ない化学成分を有する鋳塊を作製し、
前記鋳塊を５５０℃以上６５０℃以下の温度に２時間以上保持して第一均質化処理を行い、
その後、前記鋳塊を４５０℃以上５４０℃以下の温度に３時間以上保持して第二均質化処理を行い、
その後、前記鋳塊に熱間押出を行って押出多穴管を作製する、押出多穴管の製造方法。 - 前記第一均質化処理が完了した後、２０℃／時間以上６０℃／時間以下の平均冷却速度で前記第二均質化処理における保持温度まで前記鋳塊を冷却する、請求項１に記載の押出多穴管の製造方法。
- 前記第一均質化処理が完了した後、前記鋳塊を前記第二均質化処理における処理温度よりも低い温度まで前記鋳塊を冷却し、その後、２０℃／時間以上６０℃／時間以下の平均昇温速度で前記第二均質化処理における保持温度まで前記鋳塊を加熱する、請求項１に記載の押出多穴管の製造方法。
- 前記鋳塊を作製する際に、鋳造原料の少なくとも一部にアルミニウム廃材を使用する、請求項１～３のいずれか１項に記載の押出多穴管の製造方法。
- 前記熱間押出により、扁平な断面形状を有しており、厚みに対する幅の比率が２以上５０以下である前記押出多穴管を作製する、請求項１～４のいずれか１項に記載の押出多穴管の製造方法。
- 前記熱間押出により、外部空間と前記押出多穴管の内部とを区画する外壁部と、前記外壁部の内部空間を区画する複数の隔壁部とを有しており、前記外壁部及び前記隔壁部の厚みが０．１０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である前記押出多穴管を作製する、請求項１～５のいずれか１項に記載の押出多穴管の製造方法。
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