JP4286431B2 - アルミニウム合金配管材の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車および各種産業用の熱交換器に用いられるアルミニウム合金のうちで、特に耐食性に優れた自動車の熱交換器用アルミニウム合金配管材に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来は、この種の熱交換器の配管などの材料として、JIS1000系合金、JIS3000系合金、JIS6000系合金などが良く使われている。例えば、JIS6000系合金として、特公昭61−36577号公報には、Mgを0.35〜1.5wt%、Siを0.2〜0.8wt%、Znを0.1〜0.3wt%を含有し、さらにSnを0.02〜0.1wt%、Cuを0.15〜0.4wt%含有することを特徴とする耐粒界腐食性および耐孔食性に優れたアルミニウム合金が開示されている。また、現在高耐食性の配管材料としてはJIS3000系の合金を芯材としてJIS7072合金などで管の内外面または片面をクラッドしたものが一般的となっている。
このように、従来の自動車用配管材には、強度、加工性、溶接性、耐食性に優れたJIS3003合金などが使われているが、過酷な条件下では耐食性が不足する場合がある。そこで、耐食性の面からは上記のように単層でなく、JIS3003合金などの芯材にJIS7072合金などで内外面または片面をクラッドしたものが一般的となっているが、製造コストが高いという問題点があった。そこで、クラッドすることなく、単層でJIS3003合金よりも耐食性が良い材料の開発が必要とされてきた。
また配管材については、それを製造する際の押し出し加工や熱交換器を組み立てる際に曲げ加工などの上で良好な成形性、加工性を有することが要求されることは言うまでもないことである。しかし、従来の配管材は耐食性と成形性及び加工性を同時に具備するという点で必ずしも十分とは言えない。
【0003】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は下記の手段によって達成された。
すなわち本発明は、
(1)0.05wt%を越え0.2wt%以下のSi、0.1wt%を越え0.3wt%以下のFe、0.1wt%を越え0.3wt%以下のCu、0.5wt%を越え1.0wt%以下のMn、0.05wt%を越え0.30wt%以下のTi、0.01wt%を越え0.3wt%以下のMgを含有し、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を熱間押し出しして、押し出し素管とし、ドローベンチ方式抽伸加工または連続抽伸加工と時効析出処理でアルミニウム合金管材を製造するに当り、焼鈍処理を330℃を越え450℃以下の温度で1〜10時間加熱し、冷却速度を100℃/時間以上の条件で行うことを特徴とするアルミニウム合金配管材の製造方法、及び
(2)0.05wt%を越え0.2wt%以下のSi、0.1wt%を越え0.3wt%以下のFe、0.1wt%を越え0.3wt%以下のCu、0.5wt%を越え1.0wt%以下のMn、0.05wt%を越え0.30wt%以下のTi、0.01wt%を越え0.3wt%以下のMgを含有し、さらに0.1wt%を越え0.5wt%以下のZnを含有し、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を熱間押し出しして、押し出し素管とし、ドローベンチ方式抽伸加工または連続抽伸加工と時効析出処理でアルミニウム合金管材を製造するに当り、焼鈍処理を330℃を越え450℃以下の温度で1〜10時間加熱し、冷却速度を100℃/時間以上の条件で行うことを特徴とするアルミニウム合金配管材の製造方法
を提供するものである。
【0004】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るアルミニウム合金配管材の合金元素について説明する。
【0005】
Si;SiはMgとともに人工時効処理により極めて微細な金属間化合物Mg2Siを形成し強度向上に寄与する。Siの含有量を0.05wt%を越え、0.2wt%以下のSiとした理由は、0.05wt%未満ではその効果が十分に得られず、0.2wt%を越えると複数回の抽伸加工を行う際に素管の加工硬化が大きくなり、抽伸加工の途中に中間焼鈍を施す必要が生じ、生産性が悪化するためである。Siの含有量は好ましくは0.05〜0.1wt%である。
【0006】
Fe;Feは材料に固溶、またはAl−Fe系の金属間化合物を析出し強度向上に寄与する。その添加量が0.1wt%未満ではその効果が十分に得られず、0.3wt%を越えるとAl−Fe系の金属間化合物が多くなり、成形加工時に割れの起点となるためである。Feの含有量は好ましくは0.1〜0.25wt%である。
【0007】
Cu;Cuは、材料に固溶し材料強度を向上させる効果と、配管材を高温でろう付けする時などに起きる結晶粒の粗大化を防止する。その添加量が0.1wt%未満ではその効果が十分に得られず、0.3wt%を越えると粗大な化合物が晶出し加工性が低下することと、耐食性が劣ってしまうことである。Cuの含有量は好ましくは0.05〜0.2wt%である。
【0008】
Mn;Mnは、材料に固溶し材料強度を向上させる効果を有する。この添加量が0.5wt%未満ではその効果が十分に得られず、1.0wt%を越えると、成形加工性が劣るためである。Mnの含有量は好ましくは0.6〜0.8wt%である。
【0009】
Ti;Tiは鋳造組織を微細化する効果と、押し出した時に管の管厚方向に成分の濃淡を形成することにより、Tiの濃化部分は貴、その周辺は卑となり、腐食を層状にすることにより、肉厚方向への腐食進行を押さえるために、アルミニウム管材の耐食性を向上させる効果を有する。この添加量が0.05wt%未満ではその効果が十分に得られず、0.30wt%を越えると、Tiの粗大な化合物が生成し、成形加工性を低下させる。Tiの含有量は好ましくは0.01〜0.2wt%である。
【0010】
Mg;Mgはマトリックスに固溶し、強度を高める効果と、時効析出効果により微細な金属間化合物を析出し強度向上に寄与する。この添加量が0.01wt%未満の場合にはこの効果が無く、0.3wt%を越えると複数回の抽伸加工を行う際に素管の加工硬化が大きくなり、抽伸加工途中に中間焼鈍が必要になり生産性が低下し、また押し出し性や成形加工性(曲げ加工性)が低下するためである。Mgの含有量は好ましくは0.05〜0.2wt%である。
【0011】
Zn;Znはマトリックスに均一に固溶し、粒界、粒内の電位差を均一にし粒界腐食を防止することにより耐食性を向上させる効果を有する。この添加量が0.1wt%未満では効果が無く、0.5wt%を越えるとZnが過剰となり耐食性を損ねてしまう。Znの含有量は好ましくは0.2〜0.4wt%である。
【0012】
本発明でいうアルミニウム合金配管材は、前記の組成アルミニウム合金を次の工程によって加工することにより製造することができる。
アルミニウム合金の溶解鋳造→均質化処理→熱間押し出し
→ドローベンチ方式抽伸加工または連続抽伸加工→焼鈍
この配管材の加工工程自体は公知のものであるが、その焼鈍処理及びその後の冷却工程に特徴がある。
ここで、アルミニウム合金配管材の製造方法として、焼鈍処理条件を330℃を越え、450℃以下の温度で1〜10時間加熱し、冷却速度を100℃/時間以上の条件で行う理由を説明する。
焼鈍処理温度が330℃未満の場合には、材料の伸びが低下し、熱交換器に組み付ける場合の曲げ加工性に劣る。また焼鈍処理温度が450℃を越えた場合には、配管材に添加した成分のうち、Al−Mn系の析出物が粒界に析出し、粒界腐食を促進し、耐食性を損ねてしまう。また、このAl−Mn系の析出物が析出する条件は冷却速度も関係し、冷却速度が100℃/時間未満の場合には、粒界に析出する頻度が多くなり、結果として、粒界腐食を促進し、耐食性を損ねてしまう。
【0013】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
【0016】
表2に示すアルミニウム合金に示す本発明組成のアルミニウム合金と本発明成分を外れる比較例合金を溶解鋳造して断面円形形状の鋳塊とし、この鋳塊を610℃で4時間の均質化処理後、長さ1000mmに切断して押し出しビレットとし、これを510〜540℃に再加熱して、外径47mmの素管に熱間押し出しし、その後連続抽伸加工を冷間で複数回行って外径8.0mm、肉厚1.0mmの管材に仕上げた。その後表3に示す人工時効処理を行い、表3に示す冷却速度にて供試材を冷却し、試験片を得た。これらの供試材の配管を市販の水性クーラントに循環試験装置を用いて接続し、88℃、8時間→室温、16時間のサイクル試験を1年間行った。供試材の表面腐食生成物を除去して、材料の腐食状況を評価した。評価は光学顕微鏡により最大孔食深さを焦点深度法にて測定して、その結果を表3に示した。またこの配管材について、前記と同様にして曲げ加工性試験を行った。その結果を表3に示した。
【0017】
表3から、合金組成及び、熱処理、冷却速度が本発明範囲内にあるものは耐食性が良好であった。それに対して、合金組成が本発明範囲内にある比較例1〜3では、比較例1が熱処理温度及び冷却速度が本発明の規定範囲を下回るために、耐食性も劣っておりかつ曲げ加工性も低下している。比較例2は、熱処理温度は本発明の範囲にあるが、冷却速度が本発明を逸脱するために、耐食性が劣っている。比較例3は、熱処理温度が本発明の範囲を逸脱しているために、冷却速度が本発明例の範囲にあるにも関わらず、耐食性が劣っている。
また、比較例4〜6は、合金成分が本発明の規定の範囲を逸脱している。比較例4では、合金成分及び熱処理温度が本発明例を逸脱しているために、耐食性も劣り、曲げ加工性も劣っている。比較例5では、合金成分及び冷却速度が本発明の規定の範囲を逸脱しているために、耐食性も劣り、曲げ加工性も劣っている。比較例6では、合金成分が本発明の規定の範囲を逸脱しているために、熱処理温度、冷却速度が本発明の範囲内であっても、耐食性も劣り、曲げ加工性も劣っていた。
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】
【発明の効果】
この様に本発明によれば、自動車用熱交換器のアルミニウム合金配管材としてクラッド材ではなく、単層のベア材であっても、製造時の加工性と優れた耐食性および曲げ加工性の全てを具備した熱交換器配管材が得られ、熱交換器のコストダウンが図れる等、工業的に顕著な効果が得られる。
Claims (2)
- 0.05wt%を越え0.2wt%以下のSi、0.1wt%を越え0.3wt%以下のFe、0.1wt%を越え0.3wt%以下のCu、0.5wt%を越え1.0wt%以下のMn、0.05wt%を越え0.30wt%以下のTi、0.01wt%を越え0.3wt%以下のMgを含有し、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を熱間押し出しして、押し出し素管とし、ドローベンチ方式抽伸加工または連続抽伸加工と時効析出処理でアルミニウム合金管材を製造するに当り、焼鈍処理を330℃を越え450℃以下の温度で1〜10時間加熱し、冷却速度を100℃/時間以上の条件で行うことを特徴とするアルミニウム合金配管材の製造方法。
- 0.05wt%を越え0.2wt%以下のSi、0.1wt%を越え0.3wt%以下のFe、0.1wt%を越え0.3wt%以下のCu、0.5wt%を越え1.0wt%以下のMn、0.05wt%を越え0.30wt%以下のTi、0.01wt%を越え0.3wt%以下のMgを含有し、さらに0.1wt%を越え0.5wt%以下のZnを含有し、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を熱間押し出しして、押し出し素管とし、ドローベンチ方式抽伸加工または連続抽伸加工と時効析出処理でアルミニウム合金管材を製造するに当り、焼鈍処理を330℃を越え450℃以下の温度で1〜10時間加熱し、冷却速度を100℃/時間以上の条件で行うことを特徴とするアルミニウム合金配管材の製造方法。
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