JP3788768B2

JP3788768B2 - アルミニウム合金クラッド材

Info

Publication number: JP3788768B2
Application number: JP2002033132A
Authority: JP
Inventors: 招弘鶴野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003231934A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はろう付によって製造される自動車用の熱交換器であるラジエータ、ヒータ、コンデンサ、エバポレータ等の特にチューブ材又はプレート材として使用されるアルミニウム合金クラッド材に関し、特に、高強度及び高耐食性を有し、ろう付時のろう材による心材の浸食に対する耐性、即ち耐エロージョン性が優れており、ろう付前の成形加工性も優れているアルミニウム合金クラッド材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の熱交換器であるエバポレータは、アルミニウム合金板の両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドしたアルミニウム合金クラッド材を、流体通路を有する形状にプレス成形したコアプレートと、コルゲート成形されたフィン材とを交互に重ね合わせ、炉内で加熱することにより一体的にろう付される。また、近時、地球環境保護の観点から、熱交換器は、軽量化、高性能化及び小型化が要求されており、熱交換器に使用される材料も板の薄肉化に耐えうるものが要望されている。そこで、アルミニウム合金クラッド材には、プレス成形時の高成形性、ろう付時の耐エロージョン性、並びに高強度及び高耐食性が要求されている。
【０００３】
従来、高強度及び高耐食性のアルミニウム合金クラッド材としては、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金板にＡｌ−Ｓｉ系ろう材がクラッドされたアルミニウム合金クラッド材がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のアルミニウム合金クラッド材は、ＭｎとＣｕ等との相互作用については、何ら考慮されておらず、このため、耐エロージョン性及び耐食性等が十分ではなく、薄肉化には限界がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、アルミニウム合金チューブ材及びプレート材等として十分な耐エロージョン性及び耐食性等を有すると共に、薄肉化した場合における成形加工性が優れており、更にろう付後の強度も向上したアルミニウム合金クラッド材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアルミニウム合金クラッド材は、心材の片面又は両面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたアルミニウム合金クラッド材において、前記心材は、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｃｕ：０．３〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３〜１．５質量％、Ｍｇ：０．０１〜０．６、Ｃｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる基本組成を有する。
【０００７】
そして、本願第１発明は、この基本組成に対し、更に、Ｍｎが０．９質量％以下のとき、Ｍｎ＋Ｃｕを１．２質量％以上とし、Ｓｉ＋Ｆｅを０．６質量％以下、Ｓｉ＋Ｃｕ＋Ｍｇを１．５質量％以下としたことを特徴とする。
【０００８】
また、本願第２発明は、前記基本組成に対し、更に、Ｍｎが０．９質量％を超えたとき、Ｃｕを０．５質量％以上とし、更に、Ｓｉ＋Ｆｅを０．６質量％以下、Ｓｉ＋Ｃｕ＋Ｍｇを１．５質量％以下としたことを特徴とする。
【０００９】
更に、本願第３発明は、前記第１発明又は第２発明の心材組成において、更に、Ｔｉを０．０４質量％以下含有することを特徴とする。
【００１０】
更にまた、本願第４発明は、前記第１発明又は第２発明の心材組成において、更に、Ｔｉを０．０５〜０．２５質量％含有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願発明者等は、上記課題を解決するために、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金の組成及びその添加元素の相互関係について鋭意実験・研究した結果、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇの含有量を適切に規定し、かつ、ＭｎとＣｕ相互関係を規定し、更に、ＳｉとＦｅの総量及びＳｉとＣｕとＭｇの総量を規定することにより、更に、Ｔｉ、Ｃｒ及びＺｒの含有量を規定することにより、ろう付前の成形加工性、ろう付時の耐エロージョン性、強度及び耐食性が共に優れたアルミニウム合金クラッド材が得られることを見出した。
【００１３】
以下、本発明の高強度高耐食アルミニウム合金クラッド材において、心材の組成及びその添加元素の相互関係の数値限定理由について説明する。
【００１４】
「Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％」
Ｓｉは、その添加により、固溶強化して心材の強度を向上させる。Ｓｉが０．０５質量％未満では、十分な強度が得られない。一方、Ｓｉの含有量が０．５質量％を超えると、Ｓｉ単独又は金属間化合物として析出し、特にこれが粒界に析出した場合は、粒界腐食感受性が増し、耐食性が低下する。このため、強度と耐食性の釣り合いをとって、Ｓｉの添加量を０．５質量％以下に抑制する必要がある。従って、Ｓｉ含有量は、０．０５〜０．５質量％とする。
【００１５】
「Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％」
Ｆｅは、その添加により、一部は固溶強化に寄与し、残部は金属間化合物として晶出し、又は析出して、分散強化に寄与する。また、晶出又は析出した金属間化合物は、再結晶の核となり、再結晶を促進させ、グレイン組織を微細にする効果があり、これにより、成形性が向上する。Ｆｅ含有量が０．０５質量％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｆｅの含有量が０．３質量％を超えると、カソードとなる金属間化合物が多くなり、耐食性を低下させるので、強度、成形性及び耐食性の釣り合いをとって、Ｆｅの含有量を０．３質量％以下にする。従って、Ｆｅの含有量は、０．０５質量％〜０．３質量％とする。
【００１６】
「Ｃｕ：０．３〜１．０質量％」
Ｃｕは、Ｓｉと同様にその添加による固溶強化により、心材の強度を向上させる。また、Ｃｕの添加により、心材の電位がより貴な電位になり、心材とろう材との間の電位差によるろう材の犠牲防食作用により、心材の耐食性が向上する。Ｃｕが０．３質量％未満では、これらの効果が十分に得られない。
【００１７】
一方、Ｃｕの添加量が１．０質量％を超えると、ろう付時にろう材が心材を浸食するエロージョンに対する耐性、即ち、耐エロージョン性が低下し、ろう付性も低下する。また、ろう付前の素材の伸びが低下し、成形加工性も低下する。従って、Ｃｕの含有量は０．３〜１．０質量％とする。
【００１８】
「Ｍｎ：０．３〜１．５質量％」
Ｍｎは、Ｓｉ及びＣｕと同様に、その添加により、心材を固溶強化し、心材の強度を向上させる。また、ＭｎはＣｕと同様に心材の電位を貴にする効果があり、ろう材の犠牲防食作用により、心材の耐食性を向上させる。Ｍｎの含有量が０．３質量％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｍｎの含有量が１．５質量％を超えると、心材の電位を貴とする効果が飽和するだけでなく、粗大な晶出物の量が増加し、成形加工性を低下させる。従って、Ｍｎの含有量は０．３〜１．５質量％とする。
【００１９】
「Ｍｇ：０．０１〜０．６質量％」
Ｍｇは、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎと同様に、その添加により、心材を固溶強化し、心材の強度を向上させる。また、ＭｇはＳｉと金属間化合物を生成して、析出し、析出強化に寄与する。Ｍｇが０．０１質量％未満ではこれらの効果が十分に得られない。一方、Ｍｇの含有量が０．６質量％を超えると、ろう付前素材の伸びが低下し、成形加工性も低下する。従って、Ｍｇの含有量は０．０１〜０．６質量％とする。
【００２０】
「Ｔｉ：０．０５〜０．２５質量％」
Ｔｉは、０．０４質量％以下含有することにより、鋳造割れを防止することができる。
【００２１】
また、Ｔｉは、その添加により、一部が固溶して、心材を固溶強化する。そして、Ｔｉは圧延後、層状に分布するため、腐食も層状となり、板厚方向への腐食の進行が抑制され、耐食性が向上する。Ｔｉが０．０５質量％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｔｉの含有量が０．２５質量％を超えると、層状腐食による板厚方向への防食効果が飽和するだけでなく、粗大な晶出物の量が増加し、成形加工性を低下させる。従って、Ｔｉの含有量は０．０５〜０．２５質量％とする。
【００２２】
「Ｃｒ：０．０５〜０．２質量％」
Ｃｒは、その添加により、心材に固溶して心材を固溶強化する。また、ＣｒはＣｕと同様に心材の電位をより貴にする効果があり、ろう材の犠牲防食作用により心材の耐食性を向上させる。Ｃｒが０．０５質量％未満では、これらの効果が十分に得られない。
【００２３】
一方、Ｃｒの含有量が０．２質量％を超えると、粗大な晶出物の量が増加し、成形加工性を低下させる。従って、Ｃｒの含有量は０．０５〜０．２質量％とする。
【００２４】
「Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％」
Ｚｒはその添加により、一部が固溶して心材を固溶強化する。また、ろう付時の再結晶粒を粗大化させる効果を有し、クラッド材のろう材によるエロージョンを抑制する効果がある。Ｚｒが０．０５質量％未満では、その効果が十分に得られない。一方、Ｚｒの含有量が０．２質量％を超えると、再結晶粒を粗大化させる効果が飽和するだけでなく、粗大な晶出物の量が増加し、成形加工性を低下させる。従って、Ｚｒの含有量は０．０５〜０．２質量％とする。
【００２５】
「Ｍｎが０．９質量％以下のとき、Ｍｎ＋Ｃｕを１．２質量％以上、Ｍｎが０．９質量％以上のとき、Ｃｕは０．５質量％以上」
Ｍｎが０．９質量％以下のとき、Ｍｎはそのほとんどが固溶する。心材の電位を貴にする効果はＭｎの含有量に比例し、Ｍｎの減少と共に低下するため、心材の電位を貴に維持するためには、Ｃｕ量を多量に含有することが必要である。このため、耐食性を向上させるため、Ｍｎ＋Ｃｕを１．２質量％以上とする必要がある。従って、Ｍｎが０．９質量％以下のとき、Ｍｎ＋Ｃｕを１．２質量％以上とする。
【００２６】
Ｍｎが０．９質量％以上のとき、Ｍｎの金属間化合物の晶出量及び析出量が増加し、Ｃｕも同時に晶出して、心材の電位を貴にする効果が減少する。このため、Ｃｕが０．５質量％以下であると、ろう材の犠牲防食作用が得られず、心材の耐食性が低下する。従って、Ｍｎが０．９質量％以上のとき、Ｃｕは０．５質量％以上とする。
【００２７】
「Ｓｉ＋Ｆｅが０．６質量％以下」
Ｓｉ＋Ｆｅが０．６質量％を超えると、カソードとなるＳｉ若しくはＦｅの単体又は金属間化合物が晶出し、又は析出しやすくなり、心材の耐食性が低下する。従って、Ｓｉ＋Ｆｅを０．６質量％以下とする。
【００２８】
「Ｓｉ＋Ｃｕ＋Ｍｇが１．５質量％以下」
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇはそれぞれがその添加により心材の融点を低下させる効果があり、その総量が１．５質量％を超えると、ろう材が心材を溶解浸食するエロージョンが発生しやすくなる。従って、Ｓｉ＋Ｃｕ＋Ｍｇは１．５質量％以下とする。
【００２９】
なお、ブレージングシートの心材として用いる場合、ろう材は従来から使用されているＡｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系、又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ（Ｂｉ）系等のろう材をそのまま使用することができる。更に、心材の片面に純Ａｌ系又はＡｌ−Ｚｎ系等の犠牲陽極材を設けても良く、更にその外側に上記ろう材を設けても良く、これにより耐食性が良好となる。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。即ち、本発明の実施例及び比較例のアルミニウム合金クラッド材を使用して熱交換器のプレート材を製造し、その特性を比較した。先ず、下記表１及び表２に示す組成のアルミニウム合金板を、通常の鋳造、均質化熱処理及び圧延工程等により製造し、これを心材とした。この心材の両面に、下記表３の組成を有するろう材を、片面の厚さが心材の厚さの１０％となるように重ね、通常の方法により、熱間クラッド圧延、冷間圧延、焼鈍することにより、クラッドした。得られたプレート材は、板厚が０．４ｍｍであり、Ｏ材に調質されている。
【００３１】
【表１】

【表２】

【表３】

【００３２】
次に、このプレート材から、長さが２００ｍｍ、幅が１００ｍｍの短冊状の試験片を切断し、長手方向を垂直方向に釣り下げ、真空度が８×１０^−５Ｔｏｒｒの真空中で、６００℃の温度に２分間加熱して保持することによりろう付相当の加熱を行った。その後、耐エロージョン性、強度、及び耐食性を評価した。耐エロージョン性は、プレート材の断面を観察し、ろう付後の心材の厚さをろう付前の心材の厚さで徐して心材の残留率を求め、この心材残留率で評価した。強度は、ろう付後のプレート材からＪＩＳ−５号試験片を採取し、引張試験して引張強度を測定し、これを評価した。耐食性は、ろう付後のプレート材から幅６０ｍｍ、長さ８０ｍｍの短冊状試験片を採取し、試験面以外の裏面をシールテープでシールし、ＣＡＳＳ試験をＪＩＳＨ８６８１に基づいて行い、４週間後の最大腐食深さを測定して評価した。成形性は、エリクセン試験を実施し、その成形高さを測定して評価した。この評価結果を下記表４及び表５に示す。
【００３３】
【表４】

【００３４】
【表５】

【００３５】
上記表４及び表５に示すように、本発明を満足する実施例No.１２〜１３、１６は、素材のエリクセン値は８．６ｍｍ以上と成形加工性が高く、心材残留率も８８％と耐エロージョン性も高い。さらに、ろう付後強度も高く、耐食性も良好であった。
【００３６】
一方、比較例No.１８はＳｉの含有量が本発明の下限未満であり、実施例１に比較し強度が低い。比較例No.１９はＳｉの含有量が本発明の上限を越えているため、耐エロージョン性及び耐食性が劣っている。比較例２０はＦｅの含有量が本発明の下限未満であるため、成形性が劣っている。比較例No.２１はＦｅの含有量が本発明の上限を越えているため、耐食性が劣っている。
【００３７】
比較例２２はＣｕの含有量が本発明の下限未満であるため、耐食性が劣っている。比較例No.２３はＣｕの含有量が本発明の上限を越えているため、成形性及び耐エロージョン性が劣っている。
【００３８】
比較例２４はＭｎの含有量が本発明の下限未満であるため、耐食性が劣っている。比較例No.２５はＭｎの含有量が本発明の上限を越えているため、成形性及び耐食性が劣っている。
【００３９】
比較例２６はＭｇの含有量が本発明の下限未満であり、実施例１１に比較し、強度が低い。比較例No.２７はＭｇの含有量が本発明の上限を越えているため、成形性、耐エロージョン性及び耐食性が劣っている。
【００４０】
比較例２８は、本発明の成分範囲であるが、Ｍｎが０．９質量％以下でＣｕ＋Ｍｎが０．８質量％と本発明である１．２質量％以上を満足せず、耐食性が劣っている。比較例No.２９は、本発明の成分範囲であるが、Ｍｎが０．９質量％以上でＣｕが０．３質量％と本発明である０．５質量％以上を満足せず、耐食性が劣っている。
【００４１】
比較例３０は、本発明の成分範囲であるが、Ｓｉ＋Ｆｅが０．８質量％と本発明である０．６質量％以下を満足せず、耐食性が劣っている。
【００４２】
比較例３１は、本発明の成分範囲であるが、Ｓｉ＋Ｃｕ＋Ｍｎが１．９質量％と本発明である１．５質量％以下を満足せず、耐エロージョン性及び耐食性が劣っている。
【００４３】
比較例３２〜３４は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒが本発明の上限を超えているため、成型性が劣っている。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、アルミニウム合金クラッド材の組成及びその成分含有量の相互関係を適切に規定しているので、成形性が優れていると共に、ろう付時の耐エロージョン性も高く、更に強度が高く、耐食性が優れたアルミニウム合金クラッド材を得ることができる。従って、このアルミニウム合金クラッド材を自動車熱交換器用のプレート材及びチューブ材等に適用することにより、その薄肉化が可能であり、熱交換器の軽量化、高性能化及び小型化が可能となる。

Claims

心材の片面又は両面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたアルミニウム合金クラッド材において、前記心材は、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｃｕ：０．３〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３〜０．９質量％、Ｍｇ：０．０１〜０．６、Ｃｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、Ｍｎ＋Ｃｕを１．２質量％以上、Ｓｉ＋Ｆｅが０．６質量％以下、Ｓｉ＋Ｃｕ＋Ｍｇが１．５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避的不純物であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
心材の片面又は両面にＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたアルミニウム合金クラッド材において、前記心材は、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｃｕ：０．５〜１．０質量％、Ｍｎ：０．９質量％を超え１．５質量％以下、Ｍｇ：０．０１〜０．６、Ｃｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅが０．６質量％以下、Ｓｉ＋Ｃｕ＋Ｍｇが１．５質量％以下であり、残部がＡｌ及び不可避的不純物であることを特徴とするアルミニウム合金クラッド材。
前記心材が、Ｔｉを０．０４質量％以下含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金クラッド材。
前記心材が、Ｔｉを０．０５〜０．２５質量％含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金クラッド材。