JP3256904B2 - O材タイプの熱交換器用アルミニウム合金押出しチューブ - Google Patents

O材タイプの熱交換器用アルミニウム合金押出しチューブ

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JP3256904B2 JP11083492A JP11083492A JP3256904B2 JP 3256904 B2 JP3256904 B2 JP 3256904B2 JP 11083492 A JP11083492 A JP 11083492A JP 11083492 A JP11083492 A JP 11083492A JP 3256904 B2 JP3256904 B2 JP 3256904B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はO材タイプの熱交換器用
アルミニウム合金押出しチューブに関するものであり、
更に詳しくは、ろう付け加熱により製造される熱交換器
のチューブ材において耐食性に優れたチューブを提供す
るものである。
【0002】
【従来の技術】ラジエーター等の熱交換器は例えば図1
に示すサーペンタインタイプのコンデンサーであるが、
熱間又は温間で管状に押出し成形した管材(1)を蛇行
状に折曲げ、管材(1)の間にブレージングシートから
なるコルゲートフィン(2)を取付けたものである。こ
こで(3)はコネクターを示す。管材にはJIS300
3合金等の多穴チューブが用いられ、フィンにはJIS
3003合金やそれに犠牲効果を与える目的でZn等を
含有せしめた合金を芯材とし、JIS4045やJIS
4343合金ろう材を両面にクラッドしたものが用いら
れている。
【0003】これらは、いずれも600℃付近の温度に
加熱してろう付けするブレージングにより組立てられる
が、ブレージング工法としては真空ブレージング法、フ
ラックスブレージング法、非腐食性のフラックスを用い
たノコロックブレージング法等が行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年多穴チューブ用の
合金として、成形性の向上とフィンに対する電位を貴に
し、外部耐食性を高めるためにCuが添加されるように
なった。しかしこのようにCuを添加した場合、チュー
ブ内部から粒界腐食が発生して問題となっている。この
ような押出しチューブの場合、チューブ内側に犠牲層を
被覆することが困難なことがこの原因の一つである。し
かし押出しによるチューブ材にはコスト的なメリットが
大きく、内部耐食性の問題点の解決が望まれている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み種々
検討の結果、耐食性に優れたO材タイプの熱交換器用ア
ルミニウム合金押出しチューブを開発したものである。
【0006】即ち本発明チューブの一つは、Si0.0
1〜1.10wt%、Fe0.03〜0.6wt%、Cu
0.1〜1.0wt%を含有し、残部Alと不可避的不純
物からなる押出しチューブにおいて、ろう付け加熱前の
結晶粒の平均粒径が100μmより小さく、かつ、ろう
付け加熱により300μm以上の結晶粒となることを特
徴とする。
【0007】本発明チューブの他の一つは、Si0.0
1〜1.10wt%、Fe0.03〜0.6wt%、Cu
0.1〜1.0wt%を含有し、更にMn0.5wt%以
下、Mg0.5wt%以下、Cr0.3wt%以下、Zr
0.3wt%以下、Ti0.3wt%以下のうち1種又は2
種以上を含有し、残部Alと不可避的不純物からなる押
出しチューブにおいて、ろう付け加熱前の結晶粒の平均
粒径が100μmより小さく、かつ、ろう付け加熱によ
り300μm以上の結晶粒となること特徴とする。
【0008】
【作用】まず本発明チューブの成分組成について説明す
る。チューブは上記の如くSi0.01〜1.10wt
%、Fe0.03〜0.6wt%、Cu0.1〜1.0wt
%を含有し、又は更にMn0.5wt%以下、Mg0.5
wt%、Cr0.3wt%、Zr0.3wt%以下、Ti0.
3wt%以下のうち1種又は2種以上を含有し、残部Al
と不可避的不純物からなるアルミニウム合金であり、各
添加元素を上記の如く限定したのは次の理由によるもの
である。
【0009】Siは強度向上に寄与する。即ち固溶効果
により強度を向上させ、更にMnの析出を促進し、金属
間化合物を増やし、強度を向上させる。このためSiが
0.01wt%未満の場合、上記効果が十分でなく、1.
10wt%を越えるとブレージング加熱時にろうの拡散が
大きくなり、ろう付け性が低下し、更にチューブの耐食
性も低下する。したがってSiは0.01wt%以上1.
10wt%以下とするが、特に0.2〜0.7wt%で安定
した特性を示す。
【0010】FeはMnとともに金属間化合物を形成
し、強度向上に寄与する。しかしその量が0.05wt%
未満では効果が十分でなく、0.6wt%を越えると鋳造
時に粗大な晶出物を多く生じ、ブレージング加熱時のチ
ューブの再結晶粒径が小さくなり、ろう付け性が低下す
る。
【0011】Cuは固溶状態にて合金中に存在し、強
度、成形性を向上させる。更にチューブの電位をフィン
に対して貴にして耐食性を向上させる働きを有する。そ
の働きは0.1wt%未満では十分でなく、1.0wt%を
越えて添加した場合、合金の融点が低下し、ろう付け加
熱時に溶融してしまう。
【0012】Mnは、金属間化合物を合金中に形成して
強度を向上させる。しかしその量が0.5wt%を越えて
添加した場合、粒界のろう付け加熱時の成長を阻害す
る。
【0013】Mgは合金中に固溶状態及びMg2 Siの
微細な析出相として存在し、強度を向上させる。しかし
その量が0.5wt%を越えて添加すると非腐食性フラッ
クスを用いたろう付けをする場合に、フラックスとMg
が反応してろう付けができなくなる。
【0014】本発明では更にCr0.3wt%以下、Zr
0.3wt%以下、Ti0.3wt%以下のうち1種又は2
種以上を添加することがある。これらの元素はいずれも
微細な金属間化合物を形成し、合金の強度を向上させる
働きを有する。しかしそれぞれ0.3wt%を越えて添加
した場合成形性が低下し、組付け等の加工時にブレージ
ングシートが割れてしまう。
【0015】以上が本発明における合金の成分である
が、鋳造組織の微細化のために添加されるBや、強度向
上を目的として添加させるNi等、上記以外の元素はそ
れぞれ0.05wt%以下であれば添加してもさしつかえ
ない。
【0016】本発明チューブは上記組成のアルミニウム
合金において、ろう付け加熱前の結晶粒の平均粒径が
00μmより小さく、かつ、ろう付け加熱による300
μm以上の結晶粒となることを特徴とするO材タイプの
チューブであり、このことによって、主に内部耐食性を
向上させるもので、以下にこの理由について説明する。
【0017】まずO材タイプのチューブとしたのは、押
出し材において加工組織が残存する場合、ろう付け加熱
時にチューブにろうの浸食が生じるためである。ここで
O材とは焼鈍をチューブに行ったものと、押出し温度を
高くして再結晶組織のチューブとしたもののいずれでも
よい。
【0018】結晶粒について定めたのは耐食性のためで
ある。即ちチューブ内部での腐食は粒界腐食であり、そ
れを防止するためにろう付け加熱中にチューブに2次再
結晶を生じさせるのである。2次再結晶により、粒界腐
食が減じる原因は次の二つである。一つはろう付け加熱
中に粒界の移動を生じさせることで粒界に析出している
金属間化合物の量を減じるのである。即ちO材処理中に
粒界に主にCu、Siを含有した析出相を生じるが、2
次再結晶によりろう付け中に粒界が移動しない場合、粒
界に上記析出相が残存して腐食の原因となる。もう一つ
は、チューブの結晶粒を粗大化し、結晶粒が粗大化する
と粒界はそれに対応して減じるので、粒界腐食も減じる
のである。
【0019】このような理由でろう付け加熱中にチュー
ブに2次再結晶を生じさせるのであるが、2次再結晶は
粒界エネルギー源として成長するため、ろう付け加熱前
の結晶粒の平均粒径を100μmより小さいと定める。
しかしてろう付け加熱前の結晶粒の平均粒径が100μ
mより小さくない場合、2次再結晶が十分に進行せず、
粒界腐食が生じやすくなる。
【0020】またろう付け加熱終了後の結晶粒の平均粒
径が300μm以上とするのは、300μm未満の場合
2次再結晶が十分に進行しておらず、更に粒径が小さい
ので粒界の面積が多く、確率的に粒界腐食が生じやすく
なるためである。ここで2次再結晶はろう付け加熱中に
生じるので加熱後の粒径は加熱条件によって若干異なる
が、標準的には600℃×5分の加熱によって評価でき
る。
【0021】本発明は以上の特徴を有する押出しチュー
ブであるが、このようなチューブは合金中の金属間化合
物の分布状態を制御することで製造できる。具体的には
押出し前の素材に熱処理を行うことにより製造できる。
例えば押出しに用いるDC鋳造ビレットを500℃に加
熱後ただちに押出しを行ったり、またコンフォーム等の
連続押出しの場合、その素材をあらかじめ600℃付近
の温度で2時間程度の加熱処理をしておくことで達成で
きる。尚この製造方法は本発明の一例であって本発明を
限定するものではない。
【0022】更に本発明は内部腐食を向上させたチュー
ブであり、外面の耐食性を考慮して表面にZn溶射等を
行ってもよい。
【0023】
【実施例】以下本発明を実施例について具体的に説明す
る。表1に示す組成アルミニウム合金からなるO材チュ
ーブを種々の製造工程にて作製した。ここでチューブの
サイズは幅16mm、厚さ2mmであり、8穴でチューブの
板厚は0.4mmである。得られたチューブをろう付け加
熱を模してN2 ガス中600℃×5分の条件で加熱し、
加熱前後の長手断面の平均結晶粒径を調べた。その結果
を表1に合せて示す。
【0024】得られ加熱後のチューブの表面中央部のみ
を露出させ、他の面をすべてシールし、以下の条件で腐
食試験を行った。即ちシール処理後の各チューブを88
℃のASTM人工水(100ppm ・Cl- 、100ppm
・CO3 - 及び100ppm ・SO4 2-を含む水溶液)中
に8時間浸漬した後、室温×16時間放置するサイクル
試験を90回行った。このサイクル試験終了後各チュー
ブはリン酸・クロム酸混液で腐食生成物を除去した後、
最大孔食深さを光学顕微鏡を用いて焦点深度法により求
めた。更に腐食部の断面を研磨し、粒界腐食の状況を調
べた。その結果を表2に示す。尚本試験は表面から腐食
試験を行ったがこのチューブは単一の合金であるので、
内部耐食性と対応している。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】表1及び表2から判るように、ろう付け加
熱前の平均粒径が100μmより小さく、かつ、600
℃×5分加熱(ろう付け加熱)後の結晶粒径が300μ
m以上である本発明例は最大孔食深さが0.08〜0.
11mmと浅く、粒界腐食が発生しないことが判る。これ
に対しろう付け加熱の平均粒径又はろう付け加熱後の結
晶粒径が本発明の条件より外れる従来例及び比較例では
最大孔食深さが0.20〜0.26と深く、粒界腐食が
発生していることが判る。
【0028】
【発明の効果】このように本発明によれば熱交換器用チ
ューブの耐食性を著しく向上し、これを使用する熱交換
器の寿命を向上する等工業上顕著な効果を奏するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】サーペンタインタイプのエバポレーターを示す
一部断面の斜視図である。
【符号の説明】 1 偏平チューブ 2 フィン 3 コネクター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 21/00 - 21/18 F28F 21/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si0.01〜1.10wt%、Fe0.
    03〜0.6wt%、Cu0.1〜1.0wt%を含有
    し、残部Alと不可避的不純物からなり、結晶粒の平均
    粒径が100μm以下であるO材タイプの押出しチュー
    ブをろう付け加熱して、結晶粒の平均粒径を300μm
    以上とすることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合
    金製押出しチューブ。
  2. 【請求項2】 Si0.01〜1.10wt%、Fe
    0.03〜0.6wt%、Cu0.1〜1.0wt%を含有
    し、更にMn0.5wt%以下、Mg0.5wt%以下、C
    r0.3wt%以下、Zr0.3wt%以下、Ti0.3wt
    %以下のうち1種又は2種以上を含有し、残部Alと不
    可避的不純物からなり、結晶粒の平均粒径が100μm
    以下であるO材タイプの押出しチューブをろう付け加熱
    して、結晶粒の平均粒径を300μm以上とすることを
    特徴とする熱交換器用アルミニウム合金製押出しチュー
    ブ。
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