JP4061546B2 - ろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、ろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法およびその製造方法で作製されたアルミニウム合金クラッドフィン材に関するものである。
一般に、熱交換器は、ヘッダータンクと、そのヘッダータンクの間に互いに平行に間隔を空けて設けられたアルミニウム合金からなる多数のチューブと、チューブとチューブとの間にろう付けされた波形のフィン材とで構成されている。前記波形のフィン材のろう付けは、フラックスろう付け、真空ろう付け、不活性ガス雰囲気ろう付けなどの方法により６００℃前後の温度で行われる。
近年、自動車は、快適性や省燃費が強く求められるようになり、熱交換器に対するコンパクト化や高性能化の要求は強まる一方である。また軽量化の観点から、それらの部材には薄肉化が求められ、フィン材に対しても従来の板厚０．０８〜０．１０mm程度から０．０４〜０．０６mmへ移行しつつある。
このようにフィン材を薄肉化した場合、耐垂下性の低下を招き、ろう付け加熱時の座屈など変形が生じ易い。そのために耐垂下性に優れたＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金フィン材としてＭｎ：０．８〜１．３質量％、Ｓｉ：０．２〜０．７質量％を必須成分として含有し、さらに必要に応じてＺｒ：０．０４〜０．１２質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金薄板が提供されている。このＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金薄板は均質化処理を行うことなく３５０〜４５０℃の温度で熱間圧延し、その後１次冷間圧延と２次冷間圧延の間でのみ１回の中間焼鈍を行い、かつ２次冷間圧延を２０〜４０％の圧延率で冷間圧延することにより製造されるとされている（特許文献１参照）。
特開平２−１１５３３４号公報
しかし、前記従来の方法で製造したＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金圧延薄板は高強度を有しかつ耐垂下性に優れた特性を有するものの、フィン材としてろう付けにより熱交換器に取り付けると、ろう付けにより熱交換器に取り付けられたフィン材は再結晶組織を有するようになって強度が低下し、熱交換器に取り付けられたフィン材は十分な強度を有するものではなく、ろう付け後に更なる高強度を有するＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金圧延薄板が求められていた。
そこで、本発明者等は、上述のような要求を満たすべく、ろう付けしても高強度を維持することのできるアルミニウム合金薄板材を開発すべく研究を行なった。その結果、下記の事項が分かったのである。
（イ）従来から知られているＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金を最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を１５％未満の低圧下率で圧延すると圧延組織を有するアルミニウム合金薄板が得られ、この圧延組織を有するアルミニウム合金薄板を波形に加工してフィン材としてチューブにろう付けすると、ろう付け後のアルミニウム合金薄板は未再結晶組織を有し、強度の低下を阻止することができる。
（ロ）一方、質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金は再結晶しやすい特性を有するのでろう付け中に圧延組織から再結晶組織に変化し、この再結晶組織を有する皮材は、結晶粒界の長さが低減し、溶融ろう材の侵食経路が少なくなるために耐ろう侵食性に優れている。
（ハ）前記ろう付け後の未再結晶組織を有するＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金薄板は、強度に優れているものの、ろう材が粒界に沿って薄板材の内部に侵食し易くなるところから、前記再結晶化しやすいＦｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材として使用し、前記Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金を皮材として使用し、前記芯材の両面に前記皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満（好ましくは、５〜１０％）の低圧延率で冷間圧延することによりアルミニウム合金クラッド圧延薄板を作製し、このアルミニウム合金クラッド圧延薄板を波形に成形してフィン材として熱交換器のチューブにろう付けすると、ろう付けされた熱交換器のフィン材における芯材はろう付け中に圧延組織から再結晶組織に変化し、一方、皮材はろう付け中に圧延組織から再結晶組織に至らず、再結晶組織に至る途中の未再結晶組織に変化し、再結晶組織を有する芯材の両面に未再結晶組織を有する皮材が積層されたクラッドフィン材がろう付けされた熱交換器が得られ、この熱交換器にろう付けされたクラッドフィン材は未再結晶組織を有する皮材を有するところから強度に優れている。
（ハ）熱交換器にろう付けされたクラッドフィン材の片側の未再結晶組織を有する皮材がろう付けによりろう侵食されても、再結晶組織を有する芯材が内部に積層されているのでろう侵食を芯材が阻止し、フィン材全体が貫通するようなろう侵食は生じない。
（ニ）前記未再結晶組織は、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する未再結晶組織からなり、前記再結晶組織は、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する再結晶組織からなることが好ましい。
（イ）従来から知られているＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金を最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を１５％未満の低圧下率で圧延すると圧延組織を有するアルミニウム合金薄板が得られ、この圧延組織を有するアルミニウム合金薄板を波形に加工してフィン材としてチューブにろう付けすると、ろう付け後のアルミニウム合金薄板は未再結晶組織を有し、強度の低下を阻止することができる。
（ロ）一方、質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金は再結晶しやすい特性を有するのでろう付け中に圧延組織から再結晶組織に変化し、この再結晶組織を有する皮材は、結晶粒界の長さが低減し、溶融ろう材の侵食経路が少なくなるために耐ろう侵食性に優れている。
（ハ）前記ろう付け後の未再結晶組織を有するＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金薄板は、強度に優れているものの、ろう材が粒界に沿って薄板材の内部に侵食し易くなるところから、前記再結晶化しやすいＦｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材として使用し、前記Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金を皮材として使用し、前記芯材の両面に前記皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満（好ましくは、５〜１０％）の低圧延率で冷間圧延することによりアルミニウム合金クラッド圧延薄板を作製し、このアルミニウム合金クラッド圧延薄板を波形に成形してフィン材として熱交換器のチューブにろう付けすると、ろう付けされた熱交換器のフィン材における芯材はろう付け中に圧延組織から再結晶組織に変化し、一方、皮材はろう付け中に圧延組織から再結晶組織に至らず、再結晶組織に至る途中の未再結晶組織に変化し、再結晶組織を有する芯材の両面に未再結晶組織を有する皮材が積層されたクラッドフィン材がろう付けされた熱交換器が得られ、この熱交換器にろう付けされたクラッドフィン材は未再結晶組織を有する皮材を有するところから強度に優れている。
（ハ）熱交換器にろう付けされたクラッドフィン材の片側の未再結晶組織を有する皮材がろう付けによりろう侵食されても、再結晶組織を有する芯材が内部に積層されているのでろう侵食を芯材が阻止し、フィン材全体が貫通するようなろう侵食は生じない。
（ニ）前記未再結晶組織は、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する未再結晶組織からなり、前記再結晶組織は、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する再結晶組織からなることが好ましい。
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材とし、その芯材の両面にＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延するろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法、
（２）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材とし、その芯材の両面にＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらにＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延するろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法、に特徴を有するものである。
（１）質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材とし、その芯材の両面にＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延するろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法、
（２）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材とし、その芯材の両面にＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらにＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延するろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法、に特徴を有するものである。
アルミニウム合金中のＺｒ成分はろう付熱処理時の再結晶を遅延させる作用があるので、芯材にＺｒは含まれることは好ましくなく、したがって、Ｚｒが不可避不純物として含まれていても可及的に少ないほど好ましく、その含有量は０．０３％未満であることが好ましい。したがってこの発明は、
（３）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＺｒの含有量を０．０３％未満に規制した組成のアルミニウム合金からなる芯材の両面にＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延するろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法、に特徴を有するものである。
（３）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＺｒの含有量を０．０３％未満に規制した組成のアルミニウム合金からなる芯材の両面にＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延するろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法、に特徴を有するものである。
さらに、この発明は、前記（１）、（２）または（３）記載の製造方法で作製したアルミニウム合金クラッドフィン材に関するものである。したがって、この発明は、
（４）前記（１）、（２）または（３）記載の製造方法で作製したろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材、に特徴を有するものである。
（４）前記（１）、（２）または（３）記載の製造方法で作製したろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材、に特徴を有するものである。
この発明の製造方法により作製されたアルミニウム合金クラッドフィン材をろう付けして熱交換器を作製した場合の作用効果を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の製造方法により作製されたアルミニウム合金クラッドフィン材を熱交換器のチューブにろう付けした波形のアルミニウム合金クラッドフィン材の一部断面説明図である。図１において、１はチューブ、２はろう付け部分、３はろう付けされたアルミニウム合金クラッドフィン材であり、ろう付けされたアルミニウム合金クラッドフィン材３は再結晶組織を有する芯材４の両面に未再結晶組織を有する皮材５がクラッドされている。このアルミニウム合金クラッドフィン材３はろう付け部分２によりチューブ１に接合されている。
最終圧延率が５越え〜１５％未満のこの発明の製造方法により作製されたアルミニウム合金クラッドフィン材をろう付けすると、アルミニウム合金クラッドフィン材３を構成する皮材５は圧延組織から十分に再結晶組織に変化していない未再結晶組織からなり、この未再結晶組織は隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する組織からなっている。この未再結晶組織を有する皮材は、圧延組織から十分に再結晶組織変化していない極めて微細な組織を有するので、転位の増殖、ピン止め等の影響により材料強度が向上する。しかし、一方で、この未再結晶組織はろう材の侵食に対する抵抗力が小さい。これは、ろう付け時の溶融ろう材によるろう侵食は結晶粒界がろうの侵食経路となり、粒界が多数存在する(即ち結晶粒が微細な) 未再結晶組織は、ろう付時にろう材の侵食経路が多数存在し、そのためにろう侵食が生じやすくなる。特に未再結晶組織は再結晶組織に比べて一段と微細なため、ろう付時に著しいろう侵食が生じ、アルミニウム合金クラッドフィンが座屈等を引き起こす原因となる。
ところが、この発明の方法で製造したアルミニウム合金クラッドフィン材におけるＦｅ：０．３〜２．０％を含有するアルミニウム合金芯材４は、ろう付けにより隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する再結晶組織を有するようになり、かかる再結晶組織は結晶粒径：２０μｍ以上の大きな再結晶粒径が大半を占めるので結晶粒界が少なく、したがって、ろう材に一方の皮材５が接触して溶融ろう材により侵食されても、再結晶組織を有する芯材４がろう侵食に対するバリアー層として働き、さらなるろう侵食を阻止し、他方の皮材５´は侵食されることが無いところから、ろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材がろう付けされてなる熱交換器が得られるのである。
強度が一層優れたアルミニウム合金クラッドフィン材をろう付けした熱交換器を得ることができ、それによってアルミニウム合金クラッドフィン材の厚さを一層薄くすることができ、さらに熱交換器全体の寿命を一層改善することができ、工業上有用な効果をもたらすものである。
次に、この発明の熱交換器にろう付けされたアルミニウム合金アルミニウム合金クラッドフィン材の成分組成を前記の如く限定した理由を説明する。
Ａ．芯材の成分組成
Ｆｅ：
Ｆｅは粗大な金属間化合物を作りやすく、それらの粗大晶出物が再結晶の核となるため、ろう付熱処理時の再結晶を促進させる効果があるので添加するが、その添加量が０．３未満では所望の効果が得られず、一方、２．０％を超えて含まれるとフィン材の自己耐食性が低下するので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量を０．３〜２．０％に定めた。Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．５％である。
Ｆｅ：
Ｆｅは粗大な金属間化合物を作りやすく、それらの粗大晶出物が再結晶の核となるため、ろう付熱処理時の再結晶を促進させる効果があるので添加するが、その添加量が０．３未満では所望の効果が得られず、一方、２．０％を超えて含まれるとフィン材の自己耐食性が低下するので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量を０．３〜２．０％に定めた。Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．５％である。
Ｚｒ：
Ｚｒはろう付熱処理時の再結晶を遅延させる作用があるので再結晶組織化するためには芯材には含まれないことが好ましく、不可避不純物として含まれていても可及的に少ないことが一層好ましいところからその含有量は０．０３％未満であり、その含有量は０．００３％未満であることが一層好ましい。
Ｚｒはろう付熱処理時の再結晶を遅延させる作用があるので再結晶組織化するためには芯材には含まれないことが好ましく、不可避不純物として含まれていても可及的に少ないことが一層好ましいところからその含有量は０．０３％未満であり、その含有量は０．００３％未満であることが一層好ましい。
Ｂ．皮材の成分組成
Ｍｎ：
Ｍｎは合金の強度を向上させる効果があるとともに、アルミニウム合金への固溶度が比較的高いため、ろう付熱処理時の再結晶を促進させにくい作用があるが、その含有量が０．１％未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｍｎを２．５％より多く含有させると、鋳造時の晶出物が粗大化し、加工性が低下するために好ましくない。したがって、皮材に含まれるＭｎは０．１〜２．５％に定めた。Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は１．０〜１．７％である。
Ｍｎ：
Ｍｎは合金の強度を向上させる効果があるとともに、アルミニウム合金への固溶度が比較的高いため、ろう付熱処理時の再結晶を促進させにくい作用があるが、その含有量が０．１％未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｍｎを２．５％より多く含有させると、鋳造時の晶出物が粗大化し、加工性が低下するために好ましくない。したがって、皮材に含まれるＭｎは０．１〜２．５％に定めた。Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は１．０〜１．７％である。
Ｚｒ：
Ｚｒはろう付熱処理時の再結晶を遅延させる効果がある。Ｚｒの添加量を０．０５〜０．３％と限定したのは、０．０５％未満ではその効果が小さく、０．３％を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、加工性が低下するためである。Ｚｒ含有量の一層好ましい範囲は０．１０〜０．１５％である。
Ｚｒはろう付熱処理時の再結晶を遅延させる効果がある。Ｚｒの添加量を０．０５〜０．３％と限定したのは、０．０５％未満ではその効果が小さく、０．３％を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、加工性が低下するためである。Ｚｒ含有量の一層好ましい範囲は０．１０〜０．１５％である。
Ｓｉ、Ｎｉ：
これら成分は、いずれも微細な析出物を形成し、合金の強度を向上させる効果があるが、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％と限定したのは、Ｓｉ：０．１％未満、Ｎｉ：０．０５％未満では所望の効果が得られないからであり、一方、Ｓｉが１．２％を越えて含有すると融点の低下によりろう付時にフィン材が溶融してしまう可能性があるので好ましくなく、Ｎｉが１．２％を越えて含有すると自己耐食性が低下するので好ましくないためである。皮材におけるＳｉ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．０％であり、Ｎｉ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．０％である。
これら成分は、いずれも微細な析出物を形成し、合金の強度を向上させる効果があるが、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％と限定したのは、Ｓｉ：０．１％未満、Ｎｉ：０．０５％未満では所望の効果が得られないからであり、一方、Ｓｉが１．２％を越えて含有すると融点の低下によりろう付時にフィン材が溶融してしまう可能性があるので好ましくなく、Ｎｉが１．２％を越えて含有すると自己耐食性が低下するので好ましくないためである。皮材におけるＳｉ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．０％であり、Ｎｉ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．０％である。
Ｃｕ：
Ｃｕは合金の強度を向上させる効果があり、必要に応じて添加するが、その添加量を０．０５〜０．５％に限定したのは、０．０５％未満では所望の効果が得られず、一方、０．５％を越えて添加するとフィン材の電位が貴になり、チューブとの電位差が小さくなるため、所望の犠牲陽極効果が得られないとともに、フィン材自身の自己耐食性も低下し、さらに鋳造時に割れ等が生じやすくなるために好ましくないからである。Ｃｕ含有量の一層好ましい範囲は０．１０〜０．２０％である。
Ｃｕは合金の強度を向上させる効果があり、必要に応じて添加するが、その添加量を０．０５〜０．５％に限定したのは、０．０５％未満では所望の効果が得られず、一方、０．５％を越えて添加するとフィン材の電位が貴になり、チューブとの電位差が小さくなるため、所望の犠牲陽極効果が得られないとともに、フィン材自身の自己耐食性も低下し、さらに鋳造時に割れ等が生じやすくなるために好ましくないからである。Ｃｕ含有量の一層好ましい範囲は０．１０〜０．２０％である。
Ｃ．圧下率
最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧下率とした理由は、この圧下率が５％以下ではフィン材における芯材および皮材のいずれもろう付けにより再結晶せずに未再結晶組織となるため、芯材のろう侵食防止層としての役割が期待できないので好ましくなく、一方、この圧下率が１５％以上になると、芯材および皮材のいずれもろう付けにより再結晶組織となるため、皮材の強度向上の役割が期待できないので好ましくない理由によるものである。
最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧下率とした理由は、この圧下率が５％以下ではフィン材における芯材および皮材のいずれもろう付けにより再結晶せずに未再結晶組織となるため、芯材のろう侵食防止層としての役割が期待できないので好ましくなく、一方、この圧下率が１５％以上になると、芯材および皮材のいずれもろう付けにより再結晶組織となるため、皮材の強度向上の役割が期待できないので好ましくない理由によるものである。
Ｄ．アルミニウム合金クラッドフィン材における芯材のクラッド率：
芯材のクラッド率（被覆率）は特に規定するものではないが、高強度を維持する上で７０％以下が良い。また例えば板厚０．１０ｍｍ以下のような薄肉材では芯材のクラッド率が低いと、ろうの侵食防止の効果が効きにくくなる可能性があるためため、望ましくは芯材クラッド率は４０％以上が良く、４０〜７０％の範囲内にあることが好ましい。
芯材のクラッド率（被覆率）は特に規定するものではないが、高強度を維持する上で７０％以下が良い。また例えば板厚０．１０ｍｍ以下のような薄肉材では芯材のクラッド率が低いと、ろうの侵食防止の効果が効きにくくなる可能性があるためため、望ましくは芯材クラッド率は４０％以上が良く、４０〜７０％の範囲内にあることが好ましい。
次に、この発明のろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法について説明する。
前記アルミニウム合金クラッドフィン材は、Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材として使用し、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を皮材とし、前記芯材の両面に皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延することにより製造される。
前記アルミニウム合金クラッドフィン材は、Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材として使用し、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を皮材とし、前記芯材の両面に皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延することにより製造される。
ろう付熱処理時に再結晶化が遅延するＡｌ−Ｍｎ−Ｚｒ系合金を皮材とし、再結晶化が促進されるＡｌ−Ｆｅ系合金を芯材とし、さらに製造時の最終の冷延率を５超〜１５％未満の低圧下率とした場合、圧延時に負荷された歪みが駆動力となり、ろう付熱処理によって、皮材は完全に再結晶されずに強度に優れる未再結晶組織となり、芯材は完全に再結晶し、耐ろう侵食性(芯材へのろう侵食抑制)に優れる再結晶組織となる。
したがって、前記芯材の両面に皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚まで冷間圧延することは従来の方法と同じであるが、この発明の製造方法は、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延することを構成要件の一つとするものである。
したがって、前記芯材の両面に皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚まで冷間圧延することは従来の方法と同じであるが、この発明の製造方法は、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延することを構成要件の一つとするものである。
表１〜２に示される化学組成の芯材のアルミニウム合金鋳塊および表１〜２に示される化学組成の皮材のアルミニウム合金鋳塊をそれぞれ片面につき１／４インチずつ面削した後、温度：５３０℃、４時間保持の条件で均質化処理を行った。
この面削し均質化処理した芯材のアルミニウム合金鋳塊および皮材のアルミニウム合金鋳塊を、温度：４８０℃、１時間保持の条件で均熱処理した後、芯材のアルミニウム合金鋳塊の両面に皮材のアルミニウム合金鋳塊を重ね合わせることにより合せ材を作製し、この合せ材を熱間圧延することによりはり合わせ、クラッド材を作製した。このクラッド材をさらに冷間圧延した後、１回目の中間焼鈍として、５００℃のソルトバス焼鈍を行い、さらに冷間圧延してクラッド圧延材を作製し、得られたクラッド圧延材を２回目の中間焼鈍を温度：３６０℃、３時間保持の条件でバッチ焼鈍し、さらに表１〜２に示される条件の圧下率にて最終圧延することによりいずれも板厚：０．０６０ｍｍのクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｙを作製した。得られたクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｙのクラッド率はいずれも皮材が片面各２５％、芯材が５０％であった。
さらに、前記特許文献１に示されたＭｎ：１．０９％，Ｚｒ：０．１０％，Ｓｉ：０．５３％，Ｆｅ：０．２１％，Ｃｕ：０．０３３％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金鋳塊を圧下率：３３．３％で最終圧延する以外はクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｙと同じ条件で板厚：０．０６０ｍｍの従来圧延フィン材を作製した。
実施例１〜１９、比較例１〜６および従来例
得られた表１〜２に示される構成のクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚを熱交換器のチューブにろう付けすることを想定して、クラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚをろう付け条件と同じ条件の窒素雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持する熱処理を施したのち、熱処理後の引張試験片の組織について、芯材および皮材の断面における任意の個所の１．６ｍｍ×１．６ｍｍの１視野における結晶粒の方位および粒径をＳＥＭ−ＥＢＳＰ(EBSP： Electron Back-Scatter diffraction Pattern)により測定し、その測定結果に基づいて、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する組織を未再結晶組織とし、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する組織を再結晶組織として認定し、その結果を実施例１〜１９、比較例１〜６および従来例から得られた結果として表３〜４に示した。さらに、下記の試験を行った。
得られた表１〜２に示される構成のクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚを熱交換器のチューブにろう付けすることを想定して、クラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚをろう付け条件と同じ条件の窒素雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持する熱処理を施したのち、熱処理後の引張試験片の組織について、芯材および皮材の断面における任意の個所の１．６ｍｍ×１．６ｍｍの１視野における結晶粒の方位および粒径をＳＥＭ−ＥＢＳＰ(EBSP： Electron Back-Scatter diffraction Pattern)により測定し、その測定結果に基づいて、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する組織を未再結晶組織とし、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する組織を再結晶組織として認定し、その結果を実施例１〜１９、比較例１〜６および従来例から得られた結果として表３〜４に示した。さらに、下記の試験を行った。
引張試験
表１〜２に示される構成のクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚを熱交換器のチューブにろう付けすることを想定して、クラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚをろう付けする条件と同じ条件の窒素雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持の熱処理を施したのち、熱処理後のクラッド圧延フィン材から引張試験片を作製し、この引張試験片を用いて引張試験を行い、その結果を実施例１〜１９、比較例１〜６および従来例の結果として表３〜４に示した。
表１〜２に示される構成のクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚを熱交換器のチューブにろう付けすることを想定して、クラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚをろう付けする条件と同じ条件の窒素雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持の熱処理を施したのち、熱処理後のクラッド圧延フィン材から引張試験片を作製し、この引張試験片を用いて引張試験を行い、その結果を実施例１〜１９、比較例１〜６および従来例の結果として表３〜４に示した。
耐ろう侵食試験
ＪＩＳ ３００３で規定されている成分組成を有するアルミニウム合金板の片面にＪＩＳ ７０７２で規定されている成分組成を有するろう材層を形成し、他方の面にＪＩＳ ４３４３で規定されている成分組成を有する犠牲陽極層を形成した厚さ：０．３ｍｍのブレージングシートを用意し、このブレージングシートのろう材面にコルゲート加工した表１〜２に示されるクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚを組付け、これにフラックスを塗布したのち窒素雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持の条件のろう付けを行い、ろう付け部分のクラッド圧延フィン材の断面を観察することにより、表面からの最大ろう侵食深さを測定し、その結果を実施例１〜１９、比較例１〜６および従来例の結果として表３〜４に示すことにより各フィン材の耐ろう侵食性を評価した。
ＪＩＳ ３００３で規定されている成分組成を有するアルミニウム合金板の片面にＪＩＳ ７０７２で規定されている成分組成を有するろう材層を形成し、他方の面にＪＩＳ ４３４３で規定されている成分組成を有する犠牲陽極層を形成した厚さ：０．３ｍｍのブレージングシートを用意し、このブレージングシートのろう材面にコルゲート加工した表１〜２に示されるクラッド圧延フィン材Ａ〜Ｚを組付け、これにフラックスを塗布したのち窒素雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持の条件のろう付けを行い、ろう付け部分のクラッド圧延フィン材の断面を観察することにより、表面からの最大ろう侵食深さを測定し、その結果を実施例１〜１９、比較例１〜６および従来例の結果として表３〜４に示すことにより各フィン材の耐ろう侵食性を評価した。
なお、表２において＊印をつけて示した値はこの発明の条件から外れている値であることを示している。
表１〜４に示される結果から、実施例１〜１９で得られた測定結果と従来例で得られた測定結果を比較すると、クラッド圧延フィン材Ａ〜Ｓは単層の従来圧延フィン材に比べて、ろう付け後の強度に優れているところから、クラッド圧延フィン材Ａ〜Ｓをろう付けしてなる熱交換器は単層の従来圧延フィン材をろう付けしてなる熱交換器に比べてろう付け後強度に優れたクラッドフィン材が取り付けられていることがわかる。しかし、比較例１〜６に見られるように、この発明の条件から外れた条件で作製されたクラッド圧延フィン材Ｔ〜Ｙをろう付けしてなる熱交換器は、フィン材の強度が劣り、フィン材の強度が優れていてもろう付け後のろう侵食が激しいなど少なくとも１つは好ましくない特性が現れることが分かる。
１ チューブ
２ ろう付け部分
３ アルミニウム合金クラッドフィン材
４ 芯材
５ 皮材
５´ 皮材
２ ろう付け部分
３ アルミニウム合金クラッドフィン材
４ 芯材
５ 皮材
５´ 皮材
Claims (4)
- 質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材とし、その芯材の両面にＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延することを特徴とするろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法。
- 質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を芯材とし、その芯材の両面にＭｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらにＣｕ：０．０５〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる皮材をクラッドして合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延することを特徴とするろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法。
- 前記芯材は、不可避不純物として含まれるＺｒの含有量を０．０３％未満に規制した組成のアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１または２記載のろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法。
- 請求項１、２または３記載の製造方法で作製したことを特徴とするろう付け後強度に優れたアルミニウム合金クラッドフィン材。
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