JP3355995B2

JP3355995B2 - ドローレス成形および複合成形性に優れた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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Publication number: JP3355995B2
Application number: JP13297797A
Authority: JP
Inventors: 泰久西川; 孝彦渡井
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 2002-12-09
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: JPH10310834A; MY119725A; US6106641A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドローレス成形およ
び複合成形性に優れた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材を溶融するこ
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、特開平５−１５６４
１２号公報には、Ｓｉ：0.０１〜0.１５重量％、Ｆｅ：
0.０５〜0.０４０％、Ｍｎ：0.１０〜0.５０％を含有
し、残部がＡｌと不可避的不純物からなる連続鋳造板を
圧下率８０％以上として冷間圧延し、得られた薄板に２
３０〜３３０℃の温度で調質焼鈍を施した強度と穴拡げ
性を向上した技術が提案されている。

【０００７】更に、特開平８−３２７２９１号公報に
は、特定量のＦｅ，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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の如きドロー加
工、リフレア加工、アイアニング加工等のフィン加工は
精密であり、金型加工に際して成形加工性を良好にする
ために、摩擦係数の低い潤滑油が使用されている。この
ような潤滑油は７〜８ｃＳｔと粘度が高く、フィン加工
後のフィン材の潤滑油除去に特殊な処理材を使用し、こ
の処理材が近年環境を劣化するものとして改善を求めら
れている。即ち、潤滑油除去に特殊な処理材を使用しな
い方法として揮発油を潤滑油としてフィン加工すること
が提案されているが、この揮発性潤滑油は摩擦係数が高
く成形加工のし難い欠点がある。

【０００９】上記したような従来技術における特開平５
−１５６４１２号公報に記載されたものは、近年の環境
対策を考慮した多様化に対しては穴拡げ性に劣り汎用性
に欠ける。即ち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
（リフレア加工後の鍔高さ）の長い、即ち高加工性のあ
るアルミニウム薄板が求められているが、前記公報に記
載されているものは、揮発性潤滑油を使用するとフィン
加工性に劣り、殊にリフレア加工時に鍔先端部に割れが
発生し、外形寸法の小さい通液管に対しては外形寸法に
対する穴拡げ率が大きくなって対応できず、また通路管
との結合力を低め、且つ外観も好ましくない。

【００１０】また、特開平８−３２７２９１号公報に記
載されたものは、調質焼鈍の条件（加熱温度、保持時
間）の幅を拡く設定すると所望の強度の材質にバラツキ
が大きくなって、調質焼鈍性に劣る。

【００１１】

【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、しかもＭｎの特定量を含有させることに
より、調質焼鈍がし易く、更に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。

【００１２】（１） wt％で、Fe：0.０５〜0.３０％未
満、Mn：0.０３％を超え0.１０％未満、結晶粒微細化剤
としてTi：0.００１〜0.０２％、Ｂ：0.００２％以下を
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、板厚断面に５
μm以上の金属間化合物を含まず、しかも板厚断面の再
結晶比率が１％未満で均一なサブグレイン組織からなる
アルミニウム合金連続鋳造圧延板であり、導電率５５％
ＩＡＣＳ以上であることを特徴とするドローレス成形お
よび複合成形性に優れたクロスフィン用アルミニウム合
金薄板。

【００１３】（２） wt％で、Fe：0.０５〜0.３０％未
満、Mn：0.０３％を超え0.１０％未満、結晶粒微細化剤
としてTi：0.００１〜0.０２％、Ｂ：0.００２％以下を
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
溶湯を板厚３０mm以下で連続鋳造してから焼鈍すること
なく圧下率９０％以上の冷間圧延を行い、次いで２５０
〜３００℃の温度で２時間以上の調質焼鈍を行うことを
特徴とするドローレス成形および複合成形性に優れたク
ロスフィン用アルミニウム合金薄板の製造方法。

【００１４】

【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、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。

【００１５】Ｍｎは、0.０３ｗｔ％を超え0.１０ｗｔ％
未満であって、このＭｎは、フィンピッチの長い高加工
性に影響することなく、しかも調質焼鈍の条件（加熱温
度、保持時間）の幅を拡く設定しても所望の強度の材質
とすることができ、調質焼鈍をし易くする。Ｍｎの0.０
３ｗｔ％以下はこのような効果が認められず、また0.１
０ｗｔ％以上となると、フィンピッチの長い高加工性に
劣り好ましくなく、しかも熱伝導性が低下する。好まし
いＭｎの量は0.０５ｗｔ％以上である。

【００１６】結晶粒微細化剤は、たとえばＴｉ，Ｂ等で
あって、これら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Ｔ
ｉとＢを添加させる場合はＡｌ−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、Ｃｒ，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、Ｍｎが０．１０ｗｔ％未満
で、しかもＳｉが０．１５ｗｔ％未満であることにより
調質焼鈍を容易とし、しかも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、さらに揮発性潤滑油を使
用しても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であって、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
より殊にＭｎをはじめ他の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５５％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
造時の板厚、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、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、鋳造後直ちに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。スラブ厚さが３０mmを超
えると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９０％
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９０％以上の冷
間加工を施すと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９０％以上の冷間圧延
を施した後、調質焼鈍は２５０〜３００℃の温度で、２
時間以上実施する。即ちこの処理は圧下率９０％以上の
冷間圧延と相俟って加工組織を均一なサブクルイン組織
とし高度の成形性を得しめると共に導電率を５５％ＩＡ
ＣＳ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９０％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５５％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℃
を超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。この調質焼鈍の保持時間
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７mmのスラブに鋳造し、冷間圧延して厚さ0.
１００mm（圧下率９９％）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を、調質
焼鈍した。調質焼鈍条件は、調質温度を２５０〜３００
℃，保持時間を２〜１０時間の範囲で行い、抗張力１３
０〜１５０ＭＰa となる調質条件の範囲を図１に示す。
本発明合金の薄板を使用して調質焼鈍をした結果を示す
図１Ａおよび図１ＢによるとＭｎ含有量の少ない比較合
金の結果を示す図１Ｃと比較して焼鈍の温度幅が広く、
調質焼鈍温度が振れても所望の抗張力が得られるので、
調質焼鈍のし易いことが判る。

【００２７】次の表２に示す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７mmのスラブに鋳造し、冷間圧延して厚さ
0.１００mm（圧下率９９％）の薄板とした。

【００２８】

【表２】

【００２９】上記のようにして得られた各薄板を表３に
示す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して成形性を評価した結果は表
３の後段に併せて示す。なおその他の特性として組織の
状態、導電率、機械的性質を測定したが、それらの結果
も表３に併せて示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】前記表３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の揮発油であ
る。また鍔の最終寸法はいずれも内径９．９ｍｍ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。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)。

【００３２】然して前記した表３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％以下のものを△、ま
たリフレア加工時の割れ発生率が３０％超えるものを×
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

【００３３】上記したような表３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。

【００３４】

【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
得るものであり、しかも粘性の低い揮発性潤滑油を使用
しても上述のフィン加工ができるから環境を考慮した工
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】本発明合金の薄板を使用して連続焼鈍したもの
（ＡとＢ）とＭｎ含有量の少ない比較合金（Ｃ）におい
て所望の抗張力が得られる調質焼鈍温度と保持時間の範
囲を示す図表である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５１Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５１Ａ６８１６８１６８５６８５Ｚ６８６６８６Ａ６９１６９１Ｂ６９１Ｃ６９４６９４Ａ (56)参考文献特開平６−256916（ＪＰ，Ａ) 特開平２−299706（ＪＰ，Ａ) 特開平８−327291（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−138807（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−102564（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−17072（ＪＰ，Ａ) 特開平９−137242（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

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 wt％で、Fe：0.０５〜0.３０％未満、M
n：0.０３％を超え0.１０％未満、結晶粒微細化剤とし
てTi：0.００１〜0.０２％、Ｂ：0.００２％以下を含有
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、板厚断面に５μm
以上の金属間化合物を含まず、しかも板厚断面の再結晶
比率が１％未満で均一なサブグレイン組織からなるアル
ミニウム合金連続鋳造圧延板であり、導電率５５％ＩＡ
ＣＳ以上であることを特徴とするドローレス成形および
複合成形性に優れたクロスフィン用アルミニウム合金薄
板。
【請求項２】 wt％で、Fe：0.０５〜0.３０％未満、M
n：0.０３％を超え0.１０％未満、結晶粒微細化剤とし
てTi：0.００１〜0.０２％、Ｂ：0.００２％以下を含有
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
を板厚３０mm以下で連続鋳造してから焼鈍することなく
圧下率９０％以上の冷間圧延を行い、次いで２５０〜３
００℃の温度で２時間以上の調質焼鈍を行うことを特徴
とするドローレス成形および複合成形性に優れたクロス
フィン用アルミニウム合金薄板の製造方法。