JP3189517B2

JP3189517B2 - 非腐食性フラックスろう付用熱交換器管用材料の製造法

Info

Publication number: JP3189517B2
Application number: JP20250693A
Authority: JP
Inventors: 治男杉山; 義人沖; 俊一牛野; 昌幸花崎; 達由樹小林
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JPH0741919A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非腐食性フラックスによ
りろう付されるアルミニウム製熱交換器の管用材料の製
造法に係り、さらに詳しくは自動車のラジエーター等の
管用材料として造管性に優れ、しかもろう付後の強度が
高く且つろう付性、内部耐食性にも優れた管用材料の製
造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のラジエーター、ヒーターコア等
の水系熱媒体が循環するアルミニウム製熱交換器は、例
えば図１に示すラジエーターのように、コルゲート加工
されたフィン１をはさんだ複数の偏平管２の両端にヘッ
ダープレート３とタンク４を配して熱媒体通路を形成し
た構造となっており、偏平管３とフィン２によって高温
の熱媒体と低温の空気が熱交換される。

【０００３】上記したようなアルミニウム製熱交換器の
製造は、外面にろう材をクラッドしたブレージングシー
トからなる偏平管及びヘッダープレートとコルゲート加
工されたフィンを組み合わせて６００℃以上に加熱し、
ろう材を溶融して各部材を接合するいわゆるろう付法に
より行われている。そしてろう付法としては、ろう付性
に優れ且つ後処理の不要な弗化アルミニウムカリウム系
の非腐食性フラックスを使用した炉中ろう付法が多く採
用されている。

【０００４】然して前記したような熱媒体通路用偏平管
２は素材板１１を図２の左側に示すように成形ロールに
より円弧状ないし円形化してから端縁部を突き合わせて
溶接１２し、次いでその外面を平滑に切削してから正円
形状管１３となし、これを次第に楕円化管１４ないし長
円化管１５としてから偏平管２として順次に造管ロール
成形される。

【０００５】また、水系熱媒体が内部を循環する熱交換
器の管用ブレージングシートとしては、ろう付後もある
程度の強度を有する３００３等のAl−Mn系合金を芯材と
し、その片面に４０４５等のAl−Si系合金ろう材を、更
にアルミニウム材に対して腐食性のある水系熱媒体と常
時接する他の片面に７０７２等のAl−Zn系合金犠牲陽極
皮材をクラッドした３層材が通常用いられている。この
ようなブレージングシートの製造法は、芯材鋳塊とろう
材及び皮材を熱間においてクラッド圧延後、冷間圧延、
中間焼鈍を経て、冷間圧延にて半硬質に調質するのが一
般的方法である。

【０００６】ところが近年において熱交換器の小型軽量
化の進行とともに、管用材料の板厚を薄くする要求が高
まってきた。しかし、従来用いられていた上述のブレー
ジングシートをそのまま薄肉化したのでは、ろう付後の
強度が不足したり水系熱媒体に対する内部耐食性を満足
できなくなるという問題が生じ、そのため、従来のAl−
Mn系合金を芯材とするブレージングシートのろう付後の
強度を高め、且つ内部耐食性を向上させるために種々の
検討がなされており、例えば特開昭６３−１１８０４
４、特開平２−５０９３４に開示されているように芯材
にSiやCu或はさらにMgを添加したり、特開平２−１７５
０９３、特開平４−３７１３６８に開示されているよう
にAl−Zn合金犠牲陽極皮材にMgを添加した材料が提案さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したような従来技
術において、Al−Mn系合金芯材へのSi，Cu等の添加やAl
−Zn系合金皮材へのMgの添加はブレージングシートのろ
う付後の強度を高めるため管用材料の薄肉化には有効で
あるが、反面において造管前の強度が高くなりすぎ、板
厚が薄くされたことと挨まって造管時のロールフォーミ
ングに於て心ずれを起こしたり成形ロール間で端部が波
状になる現象や座屈を発生したりして、正常な電縫接合
部が得られないという問題が生じることが明らかになっ
てきた。またこの造管性を高めるために従来の製造法で
最終冷延率を少なくして造管前の強度を低下させる手段
が考えられるが、これはろう付加熱時に加工歪の解放が
遅れるため、ろうによる芯材の侵食が多くなりろう付性
が低下するという別の問題が生じるので好ましくない。

【０００８】さらに、芯材へのCu添加による高強度化
は、添加量が多くなると薄肉化された管用材料ではろう
付時に生じる芯材からのCuの拡散が皮材表面にまで達
し、Al−Zn系合金の犠牲陽極効果を著しく減じる恐れが
ある。また、芯材へのMgの添加は弗化アルミニウムカリ
ウム系の非腐食性フラックスを用いたろう付でMgが少量
添加されただけでもろう付性を著しく阻害することが知
られている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
実情に鑑み、検討を重ねた結果、小型軽量化した水系熱
媒体用アルミニウム製熱交換器の高強度高耐食性管用材
料として不可欠な特性は従来材と同等な造管性とろう付
性であることが確認された。そこで本発明者らは先ず薄
肉化された高強度高耐食性管用材料の造管性についてラ
ジエーターチューブ用造管設備を用いて種々実験し、造
管前の引張強さが２００ N／mm²以下であればロールフ
ォーミングの成形ロールを調整することにより良好な電
縫管を比較的容易に製造できることを確認し、ろう付性
及び内部耐食性を低下させずに造管前の引張強さを２０
０ N／mm²以下にする製造法を得ることに成功したもの
であって、以下の如くである。

【００１０】(1) wt％で、 Mn： 0.6〜1.8
％， Si： 0.5〜1.5 ％,Cu：0.3 ％以下, F
e： 0.1〜0.7 ％， Ti：0.01〜0.20％を含有し、M
gを0.２％以下に規制したアルミニウム合金を芯材と
し、該芯材の片面にAl−Si系合金ろう材を、他面にZn：
1.０〜3.０％、Mg：0.５〜2.５％、Si：0.０５〜0.５
％、Fe：0.０５〜0.５％を含有すると共にCuを0.１％以
下に規制したアルミニウム合金犠牲陽極皮材をクラッド
したブレージングシートの製造において、上記芯材鋳塊
と前記ろう材および皮材を５５０℃以下の温度で熱間ク
ラッド圧延し、最終圧延率が２０〜６０％となる所定板
厚まで冷間圧延を行い、中間焼鈍後圧下率２０〜６０％
の冷間圧延で目的板厚とし、２００〜４５０℃で最終部
分焼鈍を行うことを特徴とする非腐食性フラックスろう
付用熱交換器管用材料の製造法。

【００１１】

【作用】上記したような本発明について、これを構成す
る芯材の合金組成の限定理由を説明すると、以下の如く
である。 Mn： 0.6〜1.8 ％ Mnは、Si、Feとともに微細な第二相化合物を生成し、芯
材のろう付後の強度を向上させるのに有効な元素であ
る。また芯材の孔食電位を自然電位よりも貴に移行させ
て孔食を発生し難くする。添加量が0.６％未満であると
それら効果が少なく、一方1.８％を越えると鋳造時に巨
大な晶出物が生じて加工性が低下するので好ましくな
い。

【００１２】Si： 0.5〜1.5 ％ Siは、固溶状態及びMn、Feとともに微細な第二相化合物
を形成し、さらにろう付時に皮材から拡散してくるMgと
Mg₂Si 化合物を生成し、ろう付後の強度を大幅に高め
る。添加量が0.５％未満だとその効果が乏しく、1.５％
を越えると溶融開始温度が低下するので好ましくない。

【００１３】Cu：0.3 ％以下 Cuは、固溶状態で芯材のろう付後の強度を向上させるた
めに有効な元素であるが、含有量が0.３％を越えるとろ
う付時に皮材表面に拡散し犠牲陽極効果を阻害するよう
になる。よってその上限は0.３％とする。

【００１４】Fe： 0.1〜0.7 ％ Feは、Si、Mnとともに微細な第二相化合物を生成し、芯
材のろう付後の強度を向上させる。添加量が0.１％未満
ではその効果が少なく、0.７％を越えると効果が飽和す
るのに加え耐孔食性が低下するので0.１〜0.７％とす
る。

【００１５】Ti：0.01〜0.20％ Tiは、鋳造組織を微細にするとともにコアリングを起こ
し、ろう付後において板厚方向への孔食の進行を阻害
し、耐孔食性を向上させる。また芯材のカソード反応を
抑制し、材料の腐食性を低下させる。0.０１％未満では
それら効果が少なく、0.２０％を越えると鋳造時に巨大
晶出物を生じて加工性が低下することから0.０１〜0.２
０％とした。

【００１６】Mg：0.２％以下 Mgは、少量でもろう付後の強度を高めるが、弗化アルミ
ニウムカリウム系の非腐食性フラックスを用いてろう付
すると、フラックス成分であるＦとMgが反応するためフ
ラックスの効果が低減してろう付性が著しく低下する。
よって0.２％以下、望ましくは0.１％以下に規制する。

【００１７】なお芯材としては上記の他にそれぞれ0.３
％までのCr、Zrの存在は本発明合金の各特性に対する影
響が少ないため許容される。

【００１８】次にろう材としてはＪＩＳ−４０４５、４
３４３等のAl−Si合金、またはＪＩＳ−４Ｎ４５、４Ｎ
４３等のAl−Si−Zn合金が使用できる。

【００１９】更に皮材の組成については以下の如くであ
る。 Zn：1.０〜3.０％ Znは、皮材に犠牲陽極効果をもたせ、芯材を水系熱媒体
による腐食から保護するために必須の元素である。添加
量が1.０％未満ではその効果が少なく、3.０％を越える
と自己腐食量が多くなり皮材の寿命が低下するので好ま
しくないので、1.０〜3.０％とした。

【００２０】Mg：0.５〜2.５％ Mgは、ろう付時に生じる皮材表面からのZnの蒸発を抑制
するとともに皮材電位を卑に移行させ犠牲陽極効果を高
める。また、ろう付時に芯材に拡散して芯材SiとMg₂Si
化合物を生成し、ろう付後の強度を向上させる効果もあ
る。添加量が0.５％未満だとその効果が少なく、2.５％
を越えると溶融開始温度が低下するので好ましくない。

【００２１】Si：0.０５〜0.５％ Siは、MgとともにMg₂Si 化合物を生成し、皮材のろう付
後の強度を向上させる。添加量が0.０５％未満だとその
効果が少なく、0.５％を越えると貴な電位を有するAl−
Fe−Si系化合物が多く生成するようになり皮材の犠牲陽
極効果を減ずるので0.０５〜0.５％とする。

【００２２】Fe：0.０５〜0.５％ Feは、Siとともに微細なAl−Fe−Si系化合物を生成し、
皮材のろう付後の強度を向上させる。添加量が0.０５％
未満ではその効果が少なく、0.５％を越えると効果が飽
和するのに加え耐孔食性が低下することから0.０５〜0.
５％とした。

【００２３】Cu：0.１％以下に規制 Cuは、微量の存在で皮材の犠牲陽極効果を著しく阻害す
る。よって0.１％以下に規制することが必要である。

【００２４】また本発明における製造工程について説明
すると、先ず本発明による芯材は溶製後通常の半連続鋳
造法で鋳塊となす。一方ろう材及び犠牲陽極皮材は溶製
後通常の半連続鋳造法で鋳造後、熱間圧延にて所定の板
厚にするものである。

【００２５】前記した芯材鋳塊の片面にろう材を、また
その他面に皮材を重ねて５５０℃以下の温度で熱間クラ
ッド圧延を行い３層クラッド材とする。熱間クラッド圧
延前に圧延加工性を向上させるために芯材の均質化処理
を行ってもよいが、その温度は５５０℃以下が望まし
い。ここで熱間クラッド圧延の温度を５５０℃以下とし
たのは、これ以上の温度であるとろう材が溶融する恐れ
があるからである。

【００２６】次に熱延板を最終圧延率が２０〜６０％と
なる所定板厚まで数パスの冷間圧延を行い、中間焼鈍で
完全軟化状態にした後、圧下率２０〜６０％の冷間圧延
で目的板厚とする。なお、熱延板から所定板厚までの冷
間圧延が困難な場合はパスの途中で中間焼鈍を入れても
よい。続く冷間圧延の圧下率を２０〜６０％に規定した
のは、圧下率が２０％未満では加工歪が少ないため後述
の最終部分焼鈍に続くろう付加熱時に芯材の再結晶が遅
延されるからである。即ち、芯材の再結晶が遅延される
と芯材の結晶粒内に多く残存している亜粒界を通じて溶
融ろうが芯材を激しく侵食するようになる。また、圧下
率が６０％を越えると最終部分焼鈍後のろう付加熱で生
じる芯材の再結晶粒が細かくなり、芯材の結晶粒界に沿
った溶融ろうの侵食が大きくなる。このような溶融ろう
の芯材への侵食が生じると、芯材の強度が低下するばか
りでなく流動してフィンとの接合に使用される溶融ろう
が少なくなるためろう付性が低下するので好ましくな
い。

【００２７】工程の最後に２００〜４５０℃で部分焼鈍
を行う。この部分焼鈍により、本発明による管材用ブレ
ージングシートはその後の造管に適した強度に調質され
る。焼鈍時間はコストと生産性の観点から３時間以内が
望ましいが、芯材が完全に軟化しなければこれに限定さ
れるものではない。芯材が完全に再結晶すると、造管時
に管用材料に加わる軽度の歪みがろう付中にろうによる
芯材の侵食をもたらし、その結果ろう付性が低下するの
で好ましくない。ここで焼鈍温度を２００〜４５０℃と
したのは、２００℃未満では焼鈍時間を長くしても強度
の低下が少なく造管性は十分改善されないからである。
また焼鈍温度が４５０℃を越えると、皮材に添加してい
るZnの芯材中への拡散が大きくなり皮材の犠牲陽極効果
が低減するから好ましくない。

【００２８】なお、ろう材のクラッド率はろう付性から
５〜１２％が、また皮材のクラッド率はろう付後の強度
と内部耐食性から７〜１４％が望ましい。

【００２９】

【実施例】本発明によるものの具体的な実施例の若干を
適宜に比較例および従来例と共に示すと以下の如くであ
る。

【００３０】実施例１次の表１に示す組成のアルミニウム合金芯材、ろう材及
び犠牲陽極皮材を別々に鋳造後、ろう材及び皮材は４８
０℃で熱間圧延してクラッド用厚板を作製した。次いで
芯材の片面にろう材を、他面に皮材を重ねて４８０℃で
２時間保持後、熱間クラッド圧延を行った。ろう材及び
皮材のクラッド率は、ろう材は１０％、皮材は１２％で
ある。

【００３１】

【表１】

【００３２】次に前記熱延板を次の表２に示す板厚まで
冷間圧延した後、３４０℃で２時間の中間焼鈍で完全軟
化状態とし、板厚0.２５mmまで冷間圧延した。次いで表
２に示した温度と時間条件で部分焼鈍を行い、管用材料
用ブレージングシートを得た。

【００３３】

【表２】

【００３４】上記のようにして得られた各板について造
管前の強度、造管性、ろう付後の強度、ろう付性、ろう
の芯材への侵食深さ及び内部耐食性評価を行った結果は
次の表３に示す如くであった。

【００３５】

【表３】

【００３６】前記表３に於ける造管性は、ラジエーター
チューブ用造管設備を用いて１8.５×2.５mmのサイズに
造管した偏平管の電縫部外観及び断面を観察して評価し
た。また、ろう付性及び芯材の侵食深さの評価は造管し
た偏平管を長さ１００mmに切断後、コルゲート加工した
板厚0.１０mm、幅２１mmの３Ｎ〇３フィンと組合せ、溶
剤脱脂後 KAlF₄と K₃AlF₆の混合組成からなるフラック
スを約２ g／m²塗布し、露点−３０℃に抑制した窒素ガ
ス雰囲気中において６００℃で５分間のろう付処理した
試験片を断面観察することにより行った。ろう付後の強
度は、造管前の板材をろう付を想定して６００℃で５分
間の加熱処理を行い、ＪＩＳ−１３Ｂ号引張試験片を切
出して引張試験で測定した。内部耐食性評価試験は、造
管前の板材をろう付を想定して窒素ガス雰囲気中で６０
０℃で５分間の加熱処理後、ろう材側及び端部を樹脂で
シールし、 Cl イオン５００ppm 、 SO₄イオン５００pp
m、Cuイオン１０ppm を塩酸でpH３に調整した腐食液に
浸漬して８８℃×８時間→３５℃×１６時間を１サイク
ルとして２８回繰り返すビーカーテストを行い、皮材側
に発生した孔食の深さを顕微鏡焦点深度法で測定した。

【００３７】即ち本発明の製造例によるものは何れも造
管前の引張強さが２００ N／mm²以下で問題なく造管で
き、ろう付後の引張強さは１５４ N／mm²以上であり、
ろうによる芯材の侵食が少ないためろう付性が良好で、
内部耐食性評価試験でも最大５２μm 以下の浅い腐食し
か生じていない。これに対し、比較例１４及び従来例１
６によるものは造管前の引張強さが２００ N／mm²を越
えているため造管性に劣り、比較例９〜１３によるもの
はろうによる芯材の侵食が大きいため接合不良を生じて
いる。また比較例１５によるものは内部耐食性評価試験
で１２６μm の深い孔食が発生していて造管性およびろ
う付性において好ましいとしてもこの点において好まし
いものでないことは明かである。

【００３８】実施例２次の表４に示す組成の各アルミニウム合金芯材、犠牲陽
極皮材及び４０４５ろう材を別々に半連続鋳造し、ろう
材及び皮材は４８０℃で熱間圧延してクラッド用厚板を
作製した。次いで芯材の片面にろう材を、他面に皮材を
重ねて４８０℃で１時間保持後、熱間クラッド圧延を行
った。ろう材及び皮材のクラッド率は、ろう材は１０
％、皮材は１２％である。

【００３９】

【表４】

【００４０】次に上記のような熱延板を板厚0.３８mmま
で冷間圧延した後、３４０℃で２時間の中間焼鈍で完全
軟化状態とし、板厚0.２５mmまで冷間圧延した。このと
きの圧下率は３４％である。次いで３４０℃で１時間の
部分焼鈍を行って供試ブレージングシートを得た。これ
ら供試板について、実施例１と同様な方法でろう付前後
の強度、ろう付性及び皮材側耐食性の評価を行った。な
お、ろう付性評価用試験片は実施例１で用いた偏平管の
代わりに、長さ１００mm、幅２０mmに切断した供試板を
用いて行った。各評価試験結果は次の表５に示す如くで
あった。

【００４１】

【表５】

【００４２】即ち、本発明法による組成のブレージング
シートは何れもろう付前の引張強さが造管性に問題のな
い２００ N／mm²以下で、ろう付後の引張強さは１４４
N／mm²以上あり、ろう付性も良好で、内部耐食性評価
試験でも最大７８μm 以下の浅い腐食しか生じていない
のに対し、比較例９、１０、１４及び従来組成例１５に
よるブレージングシートはろう付後の引張強さが１３８
N／mm²以下である。また、比較例１１〜１３によるブ
レージングシートはろう付後の引張強さは十分である
が、No. １２は芯材にMgが添加されているため接合不良
を生じており、No. １１及び１３は内部耐食性評価試験
で１１６μm 以上の深い孔食が発生していた。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の製造法によ
れば、造管性の良好な非腐食性フラックスろう付用高強
度高耐食性管用材料が得られ、熱交換器の薄肉軽量化が
適切に図られるものであるから、工業的にその効果の大
きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動車用ラジエーターの１例を示した部分切欠
斜面図である。

【図２】図１に示された熱媒体通路用偏平管の製造過程
を示した説明図である。

【符号の説明】

１コルゲートフィン２偏平管３ヘッダープレート４タンク１１素材板１２溶接１３正円形状管１４楕円化管１５長円化管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者花崎昌幸静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号株式会社日軽技研内 (72)発明者小林達由樹静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号株式会社日軽技研内 (56)参考文献特開平４−371368（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22F 1/04 - 1/057 B23K 35/22 310 C22C 21/00 - 21/18 F28F 21/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 wt％で、Mn： 0.6〜1.8 ％， Si：
0.5〜1.5 ％,Cu：0.3 ％以下, Fe： 0.1〜0.7
％， Ti：0.01〜0.20％を含有し、Mgを0.２％以下に
規制したアルミニウム合金を芯材とし、該芯材の片面に
Al−Si系合金ろう材を、他面にZn：1.０〜3.０％、Mg：
0.５〜2.５％、Si：0.０５〜0.５％、Fe：0.０５〜0.５
％を含有すると共にCuを0.１％以下に規制したアルミニ
ウム合金犠牲陽極皮材をクラッドしたブレージングシー
トの製造において、上記芯材鋳塊と前記ろう材および皮
材を５５０℃以下の温度で熱間クラッド圧延し、最終圧
延率が２０〜６０％となる所定板厚まで冷間圧延を行
い、中間焼鈍後圧下率２０〜６０％の冷間圧延で目的板
厚とし、２００〜４５０℃で最終部分焼鈍を行うことを
特徴とする非腐食性フラックスろう付用熱交換器管用材
料の製造法。