JP3237492B2 - クロスフィン用アルミニウム合金薄板およびその製造方法 - Google Patents

クロスフィン用アルミニウム合金薄板およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はクロスフィン用アル
ミニウム合金薄板およびその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】熱交換器は熱媒体の通路管と該通路管に
接触して媒体の熱を周囲の空気に放出するフィン材から
なり、このものは種々の方法で製造されている。即ち、
例えば、熱媒体の通路管とフィン材をろう付けして接合
する方法があり、この方法によって接合されたものは振
動等に強く自動車のラジエータ等の製造に使用されてい
るが、600℃近い温度で加熱してろう付けを溶融する
ことからコストが高くなる欠点がある。一方ルームエア
コンや冷蔵庫等に装着される熱交換器には、ろう付け接
合に代ってコストの低い機械的手段で熱媒体の通路管と
フィン材を接合する方法が採られている。すなわち、フ
ィン材となる厚さ100〜150μmの薄板に熱媒体通
路管径相当の貫通孔を設け、該貫通孔に通路管を貫通せ
しめて熱媒体の通路管とフィン材を密着させる方法であ
る。つまりこのような通路管が貫通密着したフィンはク
ロスフィンと称されており、斯様なクロスフィンは例え
ば1〜2mm程度の所定間隔を採って多数枚積層され熱
交換器を構成するものである。
【0003】前記したような熱媒体の通路管を貫通せし
める貫通孔はクロスフィンが互いに間隔を採って積層で
きるようにし、フィン面に対し直角方向にフィンの積層
間隔の立ち上がった鍔がつくように成形され、しかも鍔
の先端はそのフィン間隔を確実なものとするように外側
に反る如く設けられている。即ち、この鍔は上記の他に
通路管とクロスフィンの結合力を高め熱伝達作用を向上
させるものである。
【0004】ところで、アルミニウムは成形性および熱
伝導性が良好なことからクロスフィンに使用されている
が、前述したような先端が外側に反る如くされた鍔の代
表的な製造方法としては次の〜のような方法があ
る。 アルミニウム薄板に通路管より大径でしかも高さの高
いドロー加工(絞り加工)を施し、その後径を小径とし
高さを低くする絞り工程を3〜4工程施して立ち上がっ
た鍔部分を形成し、次にピアシング(孔あけ)およびバ
ーリング加工(孔開き加工)して通路管の通る貫通孔を
設け、しかる後リフレア加工(鍔の先端を外側に反らせ
る加工)するドロー生成法。 最初にアルミニウム薄板にピアシングおよびバーリン
グ加工して貫通孔を開け、次にアイアニング加工(しご
き加工)を2工程施して板厚を薄くしつつ鍔の立上り部
分を形成し、しかる後前記リフレア加工するドローレス
成形法。 ドロー成形法におけるドロー加工を1〜2工程施し、
次にピアシングおよびバーリング加工して貫通孔を開
け、次いでアイアニング加工して鍔の立ち上がりに足ら
ない長さを補足し、しかる後リフレア加工する複合成形
法。
【0005】即ち、前記したのドロー成形法は絞り加
工が主体であって延性を要するためアルミニウム薄板と
しては軟質材が適用されてきた。これに対しのドロー
レス成形法はしごき加工で鍔を立ち上げることにより硬
質素材の適用を可能としたが、揮発性潤滑油の存在する
条件下での金型摩耗軽減のため、絞りとしごき加工を併
用したの複合成形法が開発されたものである。
【0006】然して、アルミニウムは熱伝導性が良好で
成形加工性に優れていることから、このようなクロスフ
ィンの材料として使用されており、特公昭58−197
34号公報には、アルミニウムDC鋳塊を均質化処理後
熱間圧延し、しかる後冷間圧延によって発生する転位の
セル寸法を微細にし、最後の調質焼鈍でサブグレインを
平均粒径3μm以下が60%以上として、成形加工時の
加工歪を一様に分散させ、成形加工時の割れ発生を防止
する技術が提案されている。
【0007】また、特公昭62−54180号公報にお
いては、特定の量および比率のFe、Siを含有するA
l溶湯を連続鋳造圧延しFe、Siを固溶させて強度を
向上させ、しかる後1〜2時間焼鈍してフィン成形性の
付与と強度低下を防止する技術が提案されている。更に
特開平5−230579号公報には、特定量のSi、F
e、Cu、Tiを含有するAl溶湯を回転する1対の対
向冷却鋳型に連続的に供給鋳造して合金元素の固溶およ
び一部金属間化合物として分散させ、得られた鋳造板を
冷間圧延後調質焼鈍を施してSi、Fe、Tiの微細な
金属間化合物を析出させ、組織をサブグレインとして高
強度とフィン成形性を付与する技術が提案されている。
【0008】更に、本出願人においては、特願平7−1
56734号において、未公開であるが、特定量のF
e、Tiを含有し強冷間圧延した連続鋳造圧延板に対し
長時間の調質焼鈍を施し、特定量のFeを固溶量させ、
組織をサブグレインと板厚中央部に再結晶粒を混在させ
た複合組織として強度、延性および成形性を付与する技
術を提案している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来技
術における特公昭58−19734号公報に記載された
ものはDC材で製板工程が複雑であり、しかもソーキン
グおよび熱間圧延等においてFeが析出しているので調
質焼鈍時の強度調整がし難い不都合がある。また特公昭
62−54180号公報のものは連続鋳造圧延材でSi
量が0.15%以上と多く、FeおよびSi量と相俟っ
て晶出する板厚断面の金属間化合物の大きさが大で、成
形性が劣ると共に調質焼鈍処理で再結晶粒が生成し易
く、何れにしても高加工には何等かの工夫を必要とす
る。
【0010】即ち、サブグレイン組織に再結晶粒が混在
している組織においては、フィン成形加工のドローレス
および複合成形法によるしごき工程の際に素材の加工硬
化が大きくなるので延性が低下し、その後のリフレア工
程でリフレア部からカラー部に到る割れが発生する傾向
があるからである。また特開平5−230579号公報
に記載されたものは、Fe含有量が0.30%以上と多
く、板厚断面に晶出する金属間化合物の大きさが大で、
成形性が劣ると共に調質焼鈍処理が再結晶粒が生成し易
く、何れにしても高加工をなすためには何等かの工夫を
必要とする。
【0011】然して本発明者等が先に出願した特願平7
−156734号のものは、フィンピッチ(リフレア加
工後の鍔高さ)が短いものであったが上記したようなル
ームクーラや冷蔵庫等に装着される熱交換器における通
路管のサイズは種々採用されており、どのようなサイズ
の通路管にも適用できるフィンピッチの長さ、高加工が
可能で成形性良好なアルミニウム薄板が求められてい
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上述したよ
うな従来技術における課題を解決することについて鋭意
検討した結果、Fe含有量を少な目にすると共にSi含
有量を少くして金属間化合物の大きさを規制し、板厚断
面の再結晶比率が1%未満であるような、実質的にサブ
グレイン組織であるアルミニウム薄板はフィンピッチの
長いクロスフィンの成形加工に適していることを見出し
て本発明を完成したものであり、特にドローレスおよび
複合成形に適していて、また一部のドロー成形にも適合
した半硬質アルミニウム薄板を提供し、またその安定し
た製品を得しめることのできる製造方法を得ることに成
功したものであって、以下の如くである。
【0013】(1) wt%で、Fe:0.05〜0.
30%未満、Ti:0.001〜0.02%を含有し、
残部が不可避的不純物およびAlからなり、不可避的不
純物中Siが0.15%未満であって、実質的にサブグ
レン組織からなり、該組織中の板厚断面に5μm以上の
金属間化合物を含まないアルミニウム合金連続鋳造圧延
板であり、導電率59%IACS以上であることを特徴
とするクロスフィン用アルミニウム合金薄板。
【0014】(2) wt%で、Fe:0.05〜0.
30%未満、Ti:0.001〜0.02%を含有し、
残部が不可避的不純物およびAlからなり、不可避的不
純物中Siが0.15%未満であるアルミニウム合金溶
湯を冷却速度100℃/秒以上で連続鋳造してから圧下
率95%以上の冷間圧延を行い、次いで250〜300
℃の温度で2〜10時間の調質焼鈍を行うことを特徴と
するクロスフィン用アルミニウム合金薄板の製造方法。
【0015】
【発明の実施の形態】上記したような本発明について更
に説明すると、本発明によるアルミニウム合金薄板にお
いては成分組成、組織、組織中の金属間化合物、導電率
を必須要件とし、これらについて成分組成から説明する
と、先ずFe:0.05〜0.30wt%未満を要件と
する。即ち、Feは、0.05〜0.30wt%未満で
あって、このFeは連続鋳造圧延で微細な金属間化合物
および十分に固溶させて強度とフィン成形性を付与し、
爾後の調質焼鈍での板厚断面で均一なサブグレイン組織
とするために含有させるものであって、Fe含有量が
0.05%未満では好ましい強度付与ができず、また
0.30wt%以上では板厚断面に5μm以上の金属間
化合物を生じて成形性を低下させると共に、爾後の調質
焼鈍でその周辺が優先的に再結晶するので板厚断面の再
結晶比率が1%以上となり易く、板厚断面の組織を実質
的にサブグレイン組織とすることができない。
【0016】Tiは、0.001〜0.02wt%であ
って、このTiは連続鋳造時の結晶粒を微細化して鋳造
割れを防止するために含有させるものである。Ti含有
量が0.001wt%未満であると上述の作用が低下
し、また0.02wt%を越えると、熱伝導性を低下さ
せる。Ti含有量の好ましい上限は0.015wt%未
満である。このTiの添加はAl−Ti母合金またはA
l−Ti−B母合金を用いると好ましく、Al−Ti−
B母合金を使用した場合はBが含有されるが、その量が
0.002wt%以下であれば本発明のアルミニウム薄
板の特質を阻害することがない。
【0017】不可避的不純物としては、熱伝導性、成形
性および耐触性を低下させないように、代表的なものと
してSiを0.15wt%未満として大きな金属間化合
物の生成を抑制するが、その他の不純物としてもCuを
0.15wt%未満、Mnは0.03wt%未満、C
r、VおよびZrそれぞれ0.015wt%未満とする
ことが望ましい。前記のようにFeが0.30wt%未
満で、しかもSiが0.15wt%未満であることによ
り金属間化合物の大きさを規制し、板厚断面の再結晶比
率が1%未満であるような実質的にサブグレイン組織と
しフィンピッチの長いクロスフィンの成形加工を適切に
達成せしめる。
【0018】組織中金属間化合物については、板厚断面
の組織が実質的にサブグレイン組織で、5μm以上の金
属間化合物を含まないアルミニウム薄板があって、斯か
る薄板は連続鋳造技術による鋳片の圧延板であることに
より合金元素の固溶量が多くなり、調質焼鈍時の強度調
整がし易い利点が得られる。
【0019】導電率については59%IACS以上であ
って、このようにすることにより熱伝導を良好ならしめ
ることができ、熱交換器としての特性を適切に発揮せし
め得る。
【0020】次に本発明の製造方法においては、連続鋳
造時の冷却速度、冷間圧延時の圧下率および調質焼鈍条
件があり、これらについて先ず連続鋳造は急冷凝固して
スラブを鋳造し連続して圧延できる方法であれば限定す
るものでない。例えば、対設した一対の内部冷却回転ロ
ール間にアルミニウム溶湯を注入し、鋳造されたスラブ
を焼鈍することなく圧延する水冷ロール法があり、その
他の方法としても、他側を冷却した一対の回転板の間に
アルミニウム溶湯を注入し、鋳造されたスラブを焼鈍す
ることなく圧延する方法などが適宜に採用される。
【0021】上記したような連続鋳造の条件としては、
たとえば溶湯の温度680〜730℃のものを鋳型に注
入すると共に底部から引出し、冷却速度100℃/秒以
上でスラブとする。スラブの厚さは30mm以下、好ま
しくは10mm以下であって、適宜に熱間ないし温間で
の圧延を採用して、このような厚さとする。上記した冷
却速度が100℃/秒未満であると、5μm以上の大き
さの金属間化合物が形成されるため、その後の圧延にお
いても斯様な大型金属間化合物が存在し、調質焼鈍にお
いてその周囲が再結晶組織となって本発明による薄板を
適切に実現し難くなる。なおスラブの引出し速度は50
〜150cm/分である。
【0022】上記のようにして得られたスラブは95%
以上の冷間圧延が施される。即ち、本発明によるものは
上記のような組成と冷却速度を規定して95%以上の冷
間加工を施すと金属間化合物は分断され、板厚断面にわ
たって大きさが0.3〜2.0μmのものとなって3〜
10×104 個/mm2 の密度で分布したものとなり、調
質焼鈍で均一なサブグレイン組織となる。
【0023】上記のように圧下率95%以上の冷間圧延
を施した後、調質焼鈍は250〜300℃の温度で、2
〜10時間実施する。即ちこの処理は圧下率95%以上
の冷間圧延と相俟って加工組織を均一なサブグレイン組
織とし高度の成形性を得しめると共に導電率を59%I
ACS以上として熱伝導性の良好なものとするものであ
る。この場合の圧下率が95%未満であり、また調質焼
鈍温度が250℃未満で、かつ2時間未満の条件の何れ
かが満たされない条件では、加工組織の残存による成形
性の劣化および導電率が59%IACS未満の何れか一
方または双方が顕われる。また調質焼鈍温度が300℃
を越えると板厚断面の再結晶比率が1%以上となり、本
発明の目的とする好ましい板厚断面の組織を実質的にサ
ブグレイン組織とし難くする。この調質焼鈍が10時間
以上となることは経済的でない。
【0024】
【実施例】次の表1に示すような本発明合金および比較
合金の組成(wt%)を有する各アルミニウム溶湯を水
冷ロール法により表2の冷却条件でスラブに鋳造し、そ
れぞれ冷間圧延して厚さ0.100mmの薄板とした。
【0025】
【表1】
【0026】上記のようにして得られた各薄板は引続き
次の表2に示すような、焼鈍条件で調質焼鈍を行い、ま
たこのようにして得られたアルミニウム薄板に対して
は、次いでそれぞれドローレス成形および複合成形によ
って鍔を形成して成形性を評価した結果は表2の後段に
併せて示す如くである。なおその他の特性として組織の
状態、金属間化合物の状態、導電率、機械的性質を測定
したが、それらの結果も表2において併せて示す如くで
ある。
【0027】
【表2】
【0028】前記表2に示した評価および測定条件は以
下に示す如くである。 鍔の成形性;鍔の成形性は、次の各方法で鍔を100個
成形し、欠陥の発生による評価を行ったが、成形に際し
て使用した潤滑油は、粘度が1.5cStの揮発性プレ
ス油である。また鍔の最終寸法はいずれも内径9.9m
mに加工した。 ドローレス成形;2工程のしごき工程を施し、次ぎにリ
フレア加工して、フィンピッチ(リフレア加工後の鍔の
高さ)を1.6mmにし、成形したものについてリフレ
アからカラー部に至る割れ欠陥の発生で評価した。 複合成形;2工程の絞り加工を施し、次いで2工程のし
ごき加工をなし、引続きリフレア加工して、フィンピッ
チ1.8mmにした。成形したものについてリフレアか
らカラー部に至る割れ欠陥の発生で評価した。 板厚断面による再結晶粒の有無;板厚の断面を研磨後、
1%ほう弗酸水溶液を用いて陽極酸化皮膜処理し、偏光
顕微鏡により観察した。 サブグレインの状態;表層付近および中央付近TEMに
より観察した。 金属間化合物の大きさ;板厚の断面を研磨後、SEMの
反射電子組成像を画像解析装置の等価円直径により測定
した。 導電率;20℃の油漕内によりダブルブリッチ法により
測定した(JIS H0505)。
【0029】然して前記した表2における評価○、△お
よび×については、何れも発生のないものを○とし、リ
フレア加工時の割れ発生率が30%以下のもを△、また
リフレア加工時の割れ発生率が30%越えるものを×と
したもので、リフレア加工時の割れ発生率は次式による
結果である。 リフレア加工時の割れ(発生率)=割れ発生カラー数/
供試カラー数×100
【0030】上記したような表2の結果によるときは、
本発明によるものはクロスフィンの鍔をドローレスおよ
び複合成形の何れの成形法によってもリフレア割れ等の
欠陥なしに適切な加工をなし得るものであるのに対し、
比較合金および従来合金板によるものはドローレスおよ
び複合成形のいずれか、あるいは両方ともにおいて劣っ
ていることが明かである。しかも、本発明によるものは
導電率や強度においても優れており、クロスフィンの鍔
成形法のドローレスおよび複合成形に適したアルミニウ
ム薄板を準備することなしに好ましい製品を得しめるこ
とが理解される。
【0031】
【発明の効果】以上説明したような本発明によるとき
は、クロスフィンの鍔部をドローレスおよび複合成形法
の何れの方法によっても適切に成形せしめることがで
き、従って工程その他の管理を簡略化し、簡易且つ低コ
ストに、しかもどのようなサイズの通路管に対しても適
宜に採用することのできるフィンピッチの長い、高加工
を可能ならしめた好ましいクロスフィンを的確に製産し
得るものであって、工業的にその効果の大きい発明であ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−102567(JP,A) 特開 平7−316708(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 21/00 - 21/18 C22F 1/04 - 1/057 F28F 21/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 wt%で、Fe:0.05〜0.30%
    未満、Ti:0.001〜0.02%を含有し、残部が
    不可避的不純物およびAlからなり、不可避的不純物中
    Siが0.15%未満であって、実質的にサブグレン組
    織からなり、該組織中の板厚断面に5μm以上の金属間
    化合物を含まないアルミニウム合金連続鋳造圧延板であ
    り、導電率59%IACS以上であることを特徴とする
    クロスフィン用アルミニウム合金薄板。
  2. 【請求項2】 wt%で、Fe:0.05〜0.30%
    未満、Ti:0.001〜0.02%を含有し、残部が
    不可避的不純物およびAlからなり、不可避的不純物中
    Siが0.15%未満であるアルミニウム合金溶湯を冷
    却速度100℃/秒以上で連続鋳造してから圧下率95
    %以上の冷間圧延を行い、次いで250〜300℃の温
    度で2〜10時間の調質焼鈍を行うことを特徴とするク
    ロスフィン用アルミニウム合金薄板の製造方法。
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