JP4574036B2 - Aluminum alloy for fin material of heat exchanger and manufacturing method of fin material of heat exchanger - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒通路形成体にろう付けした後に高い強度を有し、高熱伝導性を有するとともに、自己耐食性と耐エロージョン性に優れた熱交換器のフィン材用アルミニウム合金、及び熱交換器のフィン材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等には、エンジン冷却系のラジエータ、空調系のコンデンサ、エバポレータなどの熱交換器が使用されており、このような熱交換器においては、例えば管材からなる冷媒通路形成体に、フィン材をアルミニウム−シリコン合金等のろう材によりろう付けして金属的に結合させ、伝熱面積を広くすることにより熱交換効率の向上を図っている。従来、フィン材としては、熱伝導率の良いアルミニウム合金（例えば、ＡＡ１０５０合金などの純アルミニウム系合金、ＡＡ３００３合金などのアルミニウム−マンガン系合金、アルミニウム−鉄系合金など）が一般に用いられている。
【０００３】
また、近年、自動車等においては、ＣＯ２ガス排出量を低減するために、燃費の向上と車両重量の低減が必要になっており、これに伴って、自動車等の部品の１つである熱交換器についても、軽量かつ小型で熱交換効率の高い熱交換器の開発が進められている。
【０００４】
このような性質を有する熱交換器を実現するための手段の１つとして、熱交換器を構成するフィン材の薄肉化が検討されており、フィン材の薄肉化に伴って、冷媒通路形成体にろう付けした後に高い強度を有し、高熱伝導性を有するとともに、自己耐食性に優れ、耐エロージョン（侵食）性に優れたフィン材の開発が必要になっている。
【０００５】
以下に、フィン材の薄肉化に伴って、自己耐食性、耐エロージョン性に優れたフィン材の開発が必要になっている理由について説明する。
フィン材には従来から冷媒通路形成体の腐食を防止するための犠牲陽極材としての作用が付与されているが、薄いフィン材が腐食されると熱交換器コアとしての強度、熱交換率を確保することができず、製品寿命が短くなるため、犠牲陽極材としての作用を有するとともに、自己耐食性を有することが必要になっている。特に、自動車のエバポレーターやコンデンサでは腐食されやすい環境にあるため、自己耐食性の高いフィン材が必要になっている。
【０００６】
また、一般にアルミニウム合金の表面には自然酸化被膜が形成され、この酸化被膜が保護膜として機能するが、冷媒通路形成体にフィン材をろう付けする際には、フィン材表面のろう付けを行う箇所の酸化被膜をあらかじめ破壊してから、溶融させたろう材を用いてフィン材のろう付けを行うため、フィン材の耐エロージョン性が低い場合には、フィン材がろう材によって侵食され、薄いフィン材では熱交換器として必要な強度が得られなくなり、さらには熱交換器としての構造が保てなくなるという恐れがある。したがって、フィン材にはろう材に対する耐エロージョン性を有することが必要になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、種々の組成を有するフィン材が提案されているが、上記の性質をすべて満足できるフィン材は開発されていないのが現状である。
例えば、特許第２８４６５４４号には、強度と熱伝導性に優れたフィン材として、Ｓｉ：０．３〜０．８重量％、Ｆｅ：０．５〜１．５重量％、Ｎｉ：０．１〜２．０重量％等を含有するアルミニウム合金からなるフィン材が開示されているが、このフィン材は、高強度と高熱伝導性を有するものの、耐エロージョン性や自己耐食性については記載されていない。
また、特開平１１−２５６２５９号公報には、強度と熱伝導性と耐エロージョン性に優れたフィン材として、Ｆｅ：１．０〜２．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５重量％を含有し、さらに必要に応じて、Ｚｒ：０．０５〜０．２重量％及びＺｎ：０．５〜２．０重量％、及び／又は、Ｍｎ：０．１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．１〜０．５重量％、Ｃｕ：０．０５〜０．７重量％のうち１種又は２種以上を含有するフィン材が開示されている。しかしながら、このフィン材は強度と熱伝導性と耐エロージョン性に優れるものの、Ｆｅを１．０重量％以上含有しているため、自己耐食性が低いものとなっている。
【０００８】
また、特許第２７８６６４１号には、Ｍｎ：０．８〜１．３重量％、Ｓｉ：０．２〜０．７重量％等を含有するアルミニウム合金を用い、熱間圧延温度や中間焼鈍温度あるいは最終冷間圧延率を規定した、耐垂下性や犠牲陽極効果に優れたアルミニウム合金薄板の製造方法が開示されている。
【０００９】
この他、ＭｎやＳｉを含有したアルミニウム合金からなり、強度や耐垂下性に優れたフィン材又はフィン材の製造法方法は、特開平１１−２５６２６１号公報、特開平４−２４７８４１号公報、特開平５−４３９９９号公報、特開平４−３７１３６９号公報などに開示されている。
しかしながら、いずれのフィン材（アルミニウム合金）も、強度や耐垂下性に優れるものの、熱伝導性、耐エロージョン性、自己耐食性については記載されていない。
【００１０】
このように、これまで、上記の性質をすべて満足できるフィン材は開発されていないのが現状であり、上記の性質のうち１つでも欠けてしまうと、熱交換器のフィン材としての必要な特性を満足できなくなるばかりでなく、熱交換器の熱交換機能にも支障をきたす恐れがある。
【００１１】
そこで、本発明は以上の問題を解決するためになされたもので、ろう付け後に高い強度を有し、高熱伝導性を有するとともに、自己耐食性、耐エロージョン性に優れた熱交換器のフィン材用アルミニウム合金及び熱交換器のフィン材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は種々検討を行った結果、以下の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金を発明し、この本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金を用いることにより、ろう付け後に高い強度を有し、高熱伝導性を有するとともに、自己耐食性、耐エロージョン性に優れたフィン材を製造することができることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金は、Ｍｎ：０．３〜２．０重量％、Ｓｉ：０．５〜１．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５重量％を含有し、さらに、Ｆｅを０．０５重量％以上１．０重量％未満含有し、Ｃｕ及びＮｉの含有量がいずれも０．１重量％未満であり、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明者は、上記のように、Ｍｎを０．３〜２．０重量％含有させることにより、製造されるフィン材のろう付け後の強度を向上することができること、Ｓｉを０．５〜１．５重量％含有させることにより、製造されるフィン材の強度を向上することができるとともに、ろう付け後の熱伝導性を向上することができること、Ｃｅを０．００５〜０．５重量％を含有させることにより、製造されるフィン材のろう付け時の耐エロージョン性を向上することができるとともに、ろう付け後の熱伝導性と強度を向上することができること、Ｆｅを０．０５重量％以上１．０重量％未満含有させることにより、製造されるフィン材のろう付け後の強度と熱伝導性を向上することができることを見出した。
【００１５】
また、Ｆｅを１．０重量％以上、あるいはＣｅを０．５重量％より多く配合した場合には、製造されるフィン材の自己耐食性が低下するが、上記組成とした場合には、製造されるフィン材は自己耐食性に優れたものとなることを見出した。
【００１６】
また、Ｃｕの含有量が０．１重量％以上である場合には、製造されるフィン材の自己耐食性と熱伝導性が低下すること、Ｎｉの含有量が０．１重量％以上である場合には、製造されるフィン材の自己耐食性が低下することを見出し、不純物の中で、Ｃｕ及びＮｉの含有量をいずれも０．１重量％未満に規制する必要があることを見出した。
【００１７】
さらに、本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金は、Ｚｒ：０．０１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５重量％のうち、少なくとも１種を含有するものであることが望ましい。
本発明者はＺｒ：０．０１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５重量％のうち少なくとも１種を含有させることにより、製造されるフィン材の強度を向上することができることを見出した。なお、Ｚｒを０．２重量％より多く含有させた場合には、製造されるフィン材の自己耐食性が低下することを見出した。
【００１８】
さらに、本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金は、Ｚｎ：０．０１〜３．０重量％、Ｉｎ：０．００１〜０．１重量％、Ｓｎ：０．０１〜０．２重量％のうち、少なくとも１種を含有するものであることが望ましい。
本発明者は、Ｚｎ：０．０１〜３．０重量％、Ｉｎ：０．００１〜０．１重量％、Ｓｎ：０．０１〜０．２重量％のうち、少なくとも１種を含有させることにより、製造されるフィン材の電位を卑にして、犠牲陽極材としての作用を持たせることができることを見出した。なお、Ｚｎを３．０重量％より多く含有させた場合には、製造されるフィン材の自己耐食性が低下することを見出した。
【００１９】
なお、本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金の組成は、Ｃｅ、Ｆｅなどを配合成分とする点で、特開平１１−２５６２５９号公報に記載された発明と共通している。しかしながら、特開平１１−２５６２５９号公報に記載された発明では、Ｆｅを１．０〜２．５重量％含有させることにより強度を確保する構成としており、Ｆｅを１．０重量％以上含有させているため、自己耐食性が低いものとなっている。これに対して、本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金では、Ｆｅの含有量を１．０重量％未満とすることにより自己耐食性を確保するとともに、Ｍｎを特開平１１−２５６２５９号公報に記載された発明（Ｍｎ：０．１〜０．５重量％）よりも多い０．３〜２．０重量％含有させることにより強度を確保する構成としている。
【００２０】
また、本発明者は、フィン材の製造工程において、アルミニウム合金を鋳造する際の冷却速度を１５〜１０００℃／ｓｅｃとし、板材（スラブを作製した場合にはスラブを熱間圧延することにより得られた板材）を冷間圧延した後、４６０〜６００℃の温度で、４時間以内の中間焼鈍を少なくとも１回施し、最終圧延率が１５〜５０％となるようにさらに冷間圧延することにより、製造されるフィン材の耐エロージョン性と熱伝導性を向上させることができることを見出した。
【００２１】
すなわち、本発明の熱交換器のフィン材の製造方法は、上記組成の本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金を用い、溶湯を作製する工程と、前記溶湯を鋳造して板材又はスラブを作製する工程と、前記板材若しくは前記スラブを熱間圧延することにより得られた板材を冷間圧延する工程と、冷間圧延した前記板材に少なくとも１回の中間焼鈍を施す工程と、中間焼鈍を施した前記板材を所定の最終圧延率になるように、さらに冷間圧延する工程とを有する熱交換器のフィン材の製造方法であって、前記板材又はスラブを作製する工程において、鋳造時の冷却速度を１５〜１０００℃／ｓｅｃとし、前記中間焼鈍を施す工程において、４６０〜６００℃の温度で、４時間以内の中間焼鈍を少なくとも１回施し、最終圧延率を１５〜５０％とすることを特徴とする。
なお、実際の製造工程では、板材を作製する場合には板材を作製した後、熱間圧延せずに冷間圧延を行い、スラブを作製する場合にはスラブを作製した後、熱間圧延を行うことにより板材を作製し、その後冷間圧延を行う。
【００２２】
この本発明の熱交換器のフィン材の製造方法によれば、ろう付け後に高い強度を有し、高熱伝導性を有するとともに、自己耐食性、耐エロージョン性に優れたフィン材を製造することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金は、Ｍｎ：０．３〜２．０重量％、Ｓｉ：０．５〜１．５重量％、Ｃｅ：０．００５〜０．５重量％を含有し、さらに、Ｆｅを０．０５重量％以上１．０重量％未満含有し、Ｃｕ及びＮｉの含有量がいずれも０．１重量％未満であり、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴としている。
【００２４】
さらに、Ｚｒ：０．０１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５重量％のうち、少なくとも１種を含有するものであることが望ましい。
さらに、Ｚｎ：０．０１〜３．０重量％、Ｉｎ：０．００１〜０．１重量％、Ｓｎ：０．０１〜０．２重量％のうち、少なくとも１種を含有するものであることが望ましい。
【００２５】
以上のような組成とすることにより、ろう付け後に高い強度を有し、高熱伝導性を有するとともに、自己耐食性、耐エロージョン性に優れた熱交換器のフィン材用アルミニウム合金を提供することができる。
【００２６】
以下に、各成分について上記配合とすることの効果について説明する。
（ａ）Ｍｎ
Ｍｎを０．３〜２．０重量％含有させることにより、フィン材を製造する際に、Ｍｎが金属間化合物として晶出又は析出し、製造されるフィン材のろう付け後の強度を向上させることができる。また、フィン材を製造する際に、（ｂ）のＳｉとともに、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物を形成して、マトリックス中のＳｉ固溶度を低くし、マトリックスの融点を向上させることができる。
【００２７】
なお、Ｍｎの含有量を０．３重量％未満とした場合には、これらの効果を十分に得ることができない。また、Ｍｎの含有量を２．０重量％より多くした場合には、製造されるフィン材の強度を向上させることができるものの、熱伝導性が著しく低下するという問題が発生する。
【００２８】
（ｂ）Ｓｉ
Ｓｉを０．５〜１．５重量％含有させることにより、Ｓｉが、（ａ）のＭｎとともに形成するＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物として分散されるか、あるいは、マトリックス中に固溶して、製造されるフィン材の強度を向上させることができる。また、（ａ）のＭｎとともにＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物を形成することにより、製造されるフィン材のろう付け後のＭｎ固溶度を低下させ、熱伝導性を向上させることができる。
【００２９】
なお、Ｓｉの含有量を０．５重量％未満とした場合には、これらの効果を十分に得ることができない。また、Ｓｉの含有量を１．５重量％より多くした場合には、製造されるフィン材の融点が低下するため、フィン材を冷媒通路形成体にろう付けする際にフィン材が溶融するという問題が発生する。また、Ｓｉの含有量を１．５重量％より多くした場合には、製造されるフィン材の熱伝導性が低下するという問題も発生する。
【００３０】
（ｃ）Ｃｅ
Ｃｅを０．００５〜０．５重量％含有させることにより、フィン材を製造する際の鋳造時の晶出物を微細化することができ、製造されるフィン材のろう付け時の耐エロージョン性を向上させることができる。また、ろう付け時に過飽和に固溶した溶質元素が、ろう付け時の冷却工程において析出することを促進し、ろう付け後のフィン材の熱伝導性と強度を向上させることができる。
【００３１】
なお、Ｃｅの含有量を０．００５重量％未満とした場合には、これらの効果を十分に得ることができない。また、Ｃｅの含有量を０．５重量％より多くした場合には、製造されるフィン材の自己耐食性が低下するとともに、フィン材の加工性が低下し、また、フィン材の原料コストが増加するという問題が発生する。
【００３２】
なお、Ｃｅは単体、アルミニウムの母合金、あるいはミッシュメタル（ＣｅやＹなどの希土類の金属が数種類含有されたもの）で添加することができ、添加後のＣｅの含有量が上記範囲となるように添加を行えばよい。
【００３３】
（ｄ）Ｆｅ
Ｆｅを０．０５重量％以上１．０重量％未満含有させることにより、フィン材を製造する際に、Ｆｅが金属間化合物として晶出又は析出し、製造されるフィン材のろう付け後の強度を向上させることができる。また、（ａ）のＭｎ又は（ｂ）のＳｉとともに、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物を形成して、マトリックス中のＭｎやＳｉの固溶度を低下させ、製造されるフィン材の熱伝導性を向上させることができる。
【００３４】
なお、Ｆｅの含有量を０．０５重量％未満とした場合には、これらの効果を十分に得ることができない。また、Ｆｅの含有量を１．０重量％以上とした場合には、製造されるフィン材の自己耐食性が低下して腐食速度が速くなる、フィン材を製造する際に巨大晶出物が出現し、鋳造性や圧延性が著しく低下するという問題が発生する。
【００３５】
（ｅ）Ｚｒ
Ｚｒを０．０１〜０．２重量％含有させることにより、Ｚｒが、製造されるフィン材をろう付けした後に微細な金属間化合物として分散し、ろう付け後のフィン材の強度を向上させることができる。
なお、Ｚｒの含有量を０．０１重量％未満とした場合には、この効果を十分に得ることができず、Ｚｒの含有量を０．２重量％より多くした場合には、製造されるフィン材の加工性、自己耐食性、熱伝導性が低下するという問題が発生する。
【００３６】
（ｆ）Ｍｇ
Ｍｇを０．０５〜０．５重量％含有させることにより、Ｍｇがマトリックス中に固溶して、製造されるフィン材の強度を向上させることができる。
なお、Ｍｇの含有量を０．０５重量％未満とした場合には、この効果を十分に得ることができず、Ｍｇの含有量を０．５重量％より多くした場合には、製造されるフィン材のろう付け性を低下させるという問題が発生する。
【００３７】
（ｇ）Ｚｎ
Ｚｎを０．０１〜３．０重量％含有させることにより、製造されるフィン材の電位を卑にして、冷媒通路形成体に対する犠牲陽極材としての機能を持たせることができる。
なお、Ｚｎの含有量を０．０１重量％未満とした場合には、この効果を十分に得ることができず、Ｚｎの含有量を３．０重量％より多くした場合には、製造されるフィン材の自己耐食性が低下し、腐食速度が速くなるという問題が発生する。
【００３８】
（ｈ）Ｉｎ
Ｉｎを０．００１〜０．１重量％含有させることにより、製造されるフィン材の電位を卑にして、冷媒通路形成体に対する犠牲陽極効果を向上させることができる。
なお、Ｉｎの含有量を０．００１重量％未満とした場合には、この効果を十分に得ることができず、Ｉｎの含有量を０．１重量％より多くした場合には、それ以上の効果を得ることができず、原料コストが増加するだけである。
【００３９】
（ｉ）Ｓｎ
Ｓｎを０．０１〜０．２重量％含有させることにより、製造されるフィン材の電位を卑にして、冷媒通路形成体に対する犠牲陽極効果を向上させることができる。
なお、Ｓｎの含有量を０．０１重量％未満とした場合には、この効果を十分に得ることができず、Ｓｎの含有量を０．２重量％より多くした場合には、それ以上の効果を得ることができず、原料コストが増加するだけである。
【００４０】
（ｊ）Ｃｕ、Ｎｉ
Ｃｕの含有量が０．１重量％以上である場合には、製造されるフィン材の自己耐食性、熱伝導性が低下するという問題が発生する。また、Ｎｉの含有量が０．１重量％以上である場合には、製造されるフィン材の自己耐食性が低下するという問題が発生する。したがって、不純物の中で、Ｃｕ及びＮｉの含有量をいずれも０．１重量％未満に規制する必要がある。
【００４１】
次に、上記組成を有する熱交換器のフィン材用アルミニウム合金を用いてフィン材を製造する方法について説明する。
はじめに溶解法などにより、上記組成を有するアルミニウム合金の溶湯を作製する。
次に、この溶湯を鋳造することにより、板材又はスラブを作製する。この工程において、冷却速度を１５〜１０００℃／ｓｅｃに設定する。鋳造方法としては、例えば、水冷双ロールを用いた連続鋳造圧延法などを採用することができるが、本発明はこの方法に限定されるものではない。
【００４２】
このように、鋳造時の冷却速度を１５℃／ｓｅｃ以上と、冷却速度を速く設定することにより、鋳造工程において、元素を過飽和に固溶させることができるため、微細かつ均一な晶出物を分散させることができる。また、この後の中間焼鈍を施す際にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物の析出を促進させることができ、Ｍｎの固溶度を減少させ、製造されるフィン材の熱伝導性を向上させることができる。なお、冷却速度を１０００℃／ｓｅｃより速く設定することは現実的に困難であるため、冷却速度を１５〜１０００℃／ｓｅｃに設定する。
【００４３】
次に、板材を作製した場合には熱間圧延せずに冷間圧延し、スラブを作製した場合には熱間圧延を行うことにより板材を作製し、その後冷間圧延する。
次に、冷間圧延した板材に少なくとも１回の中間焼鈍を施す。このとき、４６０〜６００℃の温度で、４時間以内の中間焼鈍を少なくとも１回施す。このように、４６０〜６００℃の温度で、４時間以内の中間焼鈍を少なくとも１回施すことにより、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物の形成を促進させ、製造されるフィン材のろう付け後のＭｎ固溶度を低下させることができ、熱伝導性を向上させることができる。
【００４４】
また、先の鋳造工程において、冷却速度を１５〜１０００℃／ｓｅｃと速く設定することにより、鋳造工程で得られる晶出物が微細でかつ少なくなるため、再結晶粒の核となり得る化合物が少なくなり、製造されるフィン材をろう付けする際の熱処理において再結晶しにくく、ろう材による侵食が著しくなってろう付け性が低下する恐れがあるが、上記の条件で中間焼鈍を施すことにより、晶出物が成長し、再結晶の核を形成することができ、製造されるフィン材の耐エロージョン性を向上させ、ろう付け性を向上させることができる。
【００４５】
なお、４６０℃より低い温度で処理した場合には、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物の析出が不十分であり、再結晶の核となる晶出物の成長が促進されない。また、６００℃より高い温度で処理した場合には、元素が固溶して、製造されるフィン材の熱伝導性が低下する。
また、４時間より長く処理した場合には、それ以上の効果が得られないので、フィン材の生産効率を向上させるために４時間以下の処理を行うことが望ましい。なお、中間焼鈍は連続式（ＣＡＬ）で行ってもよいし、バッチ式で行ってもよい。
【００４６】
最後に、最終圧延率が１５〜５０％になるように、さらに冷間圧延することにより、熱交換器のフィン材が製造される。
最終圧延率を１５〜５０％とすることにより、成形性の良いフィン材を製造することができる。また、製造されるフィン材をろう付けする際の熱処理で再結晶させるとともに、再結晶粒径を大きくすることができるので、製造されるフィン材の耐エロージョン性を向上させ、ろう材による侵食を抑制することができる。
【００４７】
なお、最終圧延率を１５％未満とした場合には、製造されるフィン材をろう付けする際の熱処理で再結晶せず、最終圧延率を５０％より高くした場合にはフィン材の成形性が低下するとともに、再結晶粒が微細になって、フィン材の耐エロージョン性が低下し、ろう材による侵食が大きくなるという問題が発生する。
【００４８】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例について説明する。
（実施例１〜６、比較例１〜７）
表１に示す組成のアルミニウム合金Ｎｏ．１〜１３を用い、溶解法により溶湯を作製し、溶湯を幅：２００ｍｍ×長さ：５００ｍｍ×厚さ：８ｍｍの鋳型に鋳造して板材を作製した後、板材を冷間圧延し、次いでソルトバスを用いて中間焼鈍を施し、さらに冷間圧延することによりフィン材を製造した。いずれについても、用いるアルミニウム合金以外の条件は同一条件で、フィン材の製造を行った。
【００４９】
用いたアルミニウム合金Ｎｏ．と、鋳造時の冷却速度、中間焼鈍の条件、最終圧延率、及び得られたフィン材の性能評価を行った結果を表２に示す。なお、表２に示すように、いずれについても、鋳造時の冷却速度を１００℃／ｓｅｃ、中間焼鈍の条件を５００℃、５０秒、最終圧延率を３０％、最終板厚を１００μｍとした。得られたフィン材の性能評価の項目及び評価方法については後述する。
【００５０】
また、表１において、アルミニウム合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６が、本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金であり、アルミニウム合金Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１３が、いずれかの成分が本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金から外れたものである。（表１において、本発明の熱交換器のフィン材用アルミニウム合金から外れた成分を＊印で示している。）また、表１には、アルミニウム以外の成分についてのみ示し、いずれのアルミニウム合金についても残部はアルミニウムとなっている。
【００５１】
【表１】
【表２】
（実施例７〜１６）
また、表１に示すアルミニウム合金Ｎｏ．１を用いて、鋳造時の冷却速度、中間焼鈍の条件、最終圧延率を変えてフィン材の製造を行った。鋳造時の冷却速度、中間焼鈍の条件、最終圧延率、及び得られたフィン材の性能評価を行った結果を表３に示す。表３に示すように、実施例１を基本とし、実施例１の製造条件のうち、１つの条件のみを変えて、フィン材の製造を行った。なお、鋳造時の冷却速度、中間焼鈍の条件、最終圧延率以外の条件はすべて実施例１〜６、比較例１〜７と同一条件でフィン材を製造した。表３には、参考のために、実施例１についても合わせて記載している。
【００５４】
【表３】
（フィン材の性能評価）
ここで、実施例１〜１６、比較例１〜７において、得られたフィン材の性能評価の項目及び評価方法について説明する。
＜ろう付け後の引張強さ（強度）＞
ろう付け後のフィン材の強度の評価として、フィン材単体を高純度窒素雰囲気下、６００〜６１０℃で５分間保持した後、冷却速度１００℃／ｍｉｎで常温まで冷却する、ろう付け相当熱処理を施した後、引張試験を行い、引張強さを測定した。ＡＡ３００３合金等を用いて作製された従来のフィン材の引張強さが約１１０Ｎ／ｍｍ2であることから、引張強さが１１５Ｎ／ｍｍ2以上であったものを製品として問題がない程度の強度を有していると判定し、さらに、引張強さが１３０Ｎ／ｍｍ2以上であったものを高い強度を有していると判定した。なお、表２、表３において、引張強さが１３０Ｎ／ｍｍ2以上であったものを○、引張強さが１１５Ｎ／ｍｍ2以上１３０Ｎ／ｍｍ2未満であったものを△、引張強さが１１５Ｎ／ｍｍ2未満であったものを×で示している。
【００５６】
＜電気伝導度（熱伝導性）＞
フィン材の熱伝導性は電気伝導度に置き換えて評価することができるので、フィン材単体に、上記のろう付け相当熱処理を施した後、電気伝導度をダブルブリッジ法により測定した。ＡＡ３００３合金等を用いて作製された従来のフィン材の電気伝導度が約３８％ＩＡＣＳであることから、電気伝導度が４０％ＩＡＣＳ以上であったものを製品として問題がない程度の熱伝導性を有している判定し、さらに、電気伝導度が４５％ＩＡＣＳ以上であったものを高い熱伝導性を有していると判定した。なお、表２、表３において、電気伝導度が４５％ＩＡＣＳ以上であったものを○、電気伝導度が４０％ＩＡＣＳ以上４５％ＩＡＣＳ未満であったものを△、電気伝導度が４０％ＩＡＣＳ未満であったものを×で示している。
【００５７】
＜ろう材によるフィン材の最大侵食深さ（耐エロージョン性）＞
耐エロージョン性の評価として、コルゲート加工を施したフィン材と片面にろう材をクラッドしたブレージングシートとを組み付け、これにフラックスを塗布後、上記のろう付け相当熱処理を施し、その後断面観察を行うことにより、ろう材によるフィン材の最大侵食深さを測定した。
【００５８】
なお、ブレージングシートとしては、芯材がＡｌ−１重量％Ｍｎ−０．１５重量％Ｃｕ（ＡＡ３００３）、ろう材がＡｌ−７．５重量％Ｓｉ（ＡＡ４３４３）で、芯材：ろう材＝９０：１０のクラッド率となるように芯材の片面にろう材をクラッドした板厚０．３ｍｍのものを用いた。
また、板厚１００μｍのフィン材の強度を確保できることから、ろう材による最大侵食深さが４０μｍ以下のものを製品として問題がない程度の耐エロージョン性を有していると判定し、さらに、ろう材による最大侵食深さが３０μｍ以下のものを高い耐エロージョン性を有していると判定した。なお、表２、表３において、ろう材による最大侵食深さが３０μｍ以下であったものを○、ろう材による最大侵食深さが３０μｍより大きく４０μｍ以下であったものを△、ろう材による最大侵食深さが４０μｍより大きかったものを×で示している。
【００５９】
＜腐食減量（自己耐食性）＞
自己耐食性の評価として、「ＡＳＴＭＢ１１７」に準拠する塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を１週間実施し、フィン材の腐食減量を測定した。ＡＡ３００３合金等を用いて作製された従来のフィン材の腐食減量が約２００ｍｇ／ｄｍ2であることから、腐食減量が２００ｍｇ／ｄｍ2以下であったものを製品として問題がない程度の自己耐食性を有していると判定し、さらに、腐食減量が１８０ｍｇ／ｄｍ2以下であったものを高い自己耐食性があると判定した。なお、表２、表３において、腐食減量が１８０ｍｇ／ｄｍ2以下であったものを○、腐食減量が１８０ｍｇ／ｄｍ2より大きく２００ｍｇ／ｄｍ2以下であったものを△、腐食減量が２００ｍｇ／ｄｍ2より大きかったものを×で示している。
【００６０】
＜加工性、ろう付け性＞
得られたフィン材の加工性、ろう付け性について評価を行い、加工性、ろう付け性が低かったものについて、表２の備考欄にその旨を記載している。加工性が低いとは、具体的には、圧延中にサイドクラック、若しくは表面クラックが発生することを意味し、圧延時の製品歩留まりが５０％以下のものを加工性が低いと判定した。また、ろう付け時の接合率が９５％未満であったものをろう付け性が低いと判定した。
【００６１】
（結果）
表１、表２に示すように、本発明のアルミニウム合金を用いてフィン材の製造を行った実施例１〜６では、高強度、高熱伝導性を有し、耐エロージョン性、自己耐食性、加工性、ろう付け性に優れたフィン材を製造することができた。
【００６２】
これに対して、Ｍｎの含有量が２．０重量％より多く、Ｆｅの含有量が１．０重量％以上のアルミニウム合金を用いた比較例１では、得られたフィン材の熱伝導性がやや低く、また、自己耐食性が低かった。Ｍｎの含有量が０．３重量％より低く、Ｓｉの含有量が１．５重量％より多いアルミニウム合金を用いた比較例２では、得られたフィン材の強度、熱伝導性、耐エロージョン性、自己耐食性がいずれも低かった。
【００６３】
Ｃｕの含有量、Ｎｉの含有量がいずれも０．１重量％以上であるアルミニウム合金を用いた比較例３では、得られたフィン材の熱伝導性がやや低く、また、自己耐食性が低かった。Ｃｅの含有量が０．００５重量％より少なく、Ｚｎの含有量が３．０重量％より多いアルミニウム合金を用いた比較例４では、得られたフィン材の自己耐食性が低く、強度、熱伝導性がいずれもやや低かった。
【００６４】
Ｚｒの含有量が０．２重量％より多いアルミニウム合金を用いた比較例５では、得られたフィン材の熱伝導性がやや低く、また、加工性が低かった。Ｃｕの含有量が０．１重量％より多く、Ｚｎの含有量が３．０重量％より多いアルミニウム合金を用いた比較例６では、得られたフィン材の自己耐食性が低かった。Ｍｇの含有量が０．５重量％より多いアルミニウム合金を用いた比較例７では、得られたフィン材のろう付け性が低く、ろう付け後の最大侵食深さを測定することができなかった。
このように、比較例１〜７においては、強度、熱伝導性、耐エロージョン性、自己耐食性、加工性、ろう付け性のすべてを満足するフィン材を製造することができなかった。
【００６５】
また、表３に示すように、同じアルミニウム合金Ｎｏ．１を用いてフィン材の製造を行っても、製造条件によって、得られるフィン材の性能が変化することが判明した。
表３に示すように、鋳造時の冷却速度を１５〜１０００℃／ｓｅｃ、中間焼鈍を４６０〜６００℃で４時間以内、最終圧延率を１５〜５０％とした実施例１及び実施例７〜１１では、高強度、高熱伝導性を有し、耐エロージョン性、自己耐食性に優れたフィン材を製造することができた。
【００６６】
また、実施例１２〜１６においても、製品として問題がない程度の強度、熱伝導性、耐エロージョン性、自己耐食性を有するフィン材を製造することができた。
しかしながら、鋳造時の冷却速度を１５℃／ｓｅｃ未満とした実施例１２では、得られたフィン材の強度、熱伝導性がいずれもやや低く、中間焼鈍の温度を４６０℃未満とした実施例１３では、得られたフィン材の熱伝導性がやや低く、中間焼鈍の温度を６００℃より高くした実施例１４では、得られたフィン材の熱伝導性がやや低く、最終圧延率を１５％未満とした実施例１５では、得られたフィン材の耐エロージョン性がやや低く、最終圧延率を５０％より高くした実施例１６では、得られたフィン材の耐エロージョン性がやや低いという結果が得られた。
【００６７】
以上の結果から、鋳造時の冷却速度を１５℃／ｓｅｃ以上、中間焼鈍の温度を４６０〜６００℃、最終圧延率を１５〜５０％にすることが望ましいことが判明した。なお、冷却速度を１０００℃／ｓｅｃより速く設定することは現実的に困難であり、また、中間焼鈍の処理時間を４時間より長くした場合には、それ以上の効果が得られないので、フィン材の生産効率を向上させるために中間焼鈍の処理時間を４時間以下とすることが望ましい。
なお、実施例７〜１６についてはいずれも加工性、ろう付け性については良好であった。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ろう付け後に高い強度を有し、高熱伝導性を有するとともに、自己耐食性、耐エロージョン性に優れた熱交換器のフィン材用アルミニウム合金及び熱交換器のフィン材の製造方法を提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an aluminum alloy for a fin material of a heat exchanger having high strength after brazing to a refrigerant passage forming body, high thermal conductivity, and excellent self-corrosion resistance and erosion resistance, and a heat exchanger The present invention relates to a method for manufacturing a fin material.
[0002]
[Prior art]
Heat exchangers such as engine cooling radiators, air conditioning condensers, and evaporators are used in automobiles. In such heat exchangers, for example, a fin material is used as a refrigerant passage forming body made of a pipe material. The heat exchange efficiency is improved by brazing with a brazing material such as an aluminum-silicon alloy to form a metallic bond and widen the heat transfer area. Conventionally, as the fin material, an aluminum alloy having a good thermal conductivity (for example, a pure aluminum alloy such as AA1050 alloy, an aluminum-manganese alloy such as AA3003 alloy, an aluminum-iron alloy, etc.) is generally used.
[0003]
In recent years, automobiles and the like have been required to improve fuel consumption and vehicle weight in order to reduce CO2 gas emissions. With this, heat exchange, which is one of the parts of automobiles and the like, is required. As for heat exchangers, the development of heat exchangers that are lightweight, small and have high heat exchange efficiency is underway.
[0004]
As one of means for realizing a heat exchanger having such properties, thinning of the fin material constituting the heat exchanger has been studied, and as the fin material is thinned, a refrigerant passage forming body is formed. Development of a fin material having high strength after brazing, high thermal conductivity, excellent self-corrosion resistance, and excellent erosion resistance (erosion) is required.
[0005]
Hereinafter, the reason why it is necessary to develop a fin material excellent in self-corrosion resistance and erosion resistance as the fin material becomes thinner will be described.
Conventionally, the fin material has been given an action as a sacrificial anode material for preventing corrosion of the refrigerant passage formation body. Since it cannot be ensured and the product life is shortened, it is necessary to have a function as a sacrificial anode material and to have self-corrosion resistance. In particular, an automobile evaporator and a capacitor are susceptible to corrosion, so a fin material having high self-corrosion resistance is required.
[0006]
In general, a natural oxide film is formed on the surface of the aluminum alloy, and this oxide film functions as a protective film. When the fin material is brazed to the coolant passage forming body, the fin material surface is brazed. Since the oxide film at the location is destroyed in advance and the fin material is brazed using the molten brazing material, if the erosion resistance of the fin material is low, the fin material is eroded by the brazing material and the thin fin If the material is used, the strength required for the heat exchanger cannot be obtained, and the structure as the heat exchanger may not be maintained. Therefore, the fin material is required to have erosion resistance against the brazing material.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, fin materials having various compositions have been proposed, but no fin material that satisfies all the above properties has been developed.
For example, in Japanese Patent No. 2846544, as a fin material excellent in strength and thermal conductivity, Si: 0.3 to 0.8 wt%, Fe: 0.5 to 1.5 wt%, Ni: 0.1 Although a fin material made of an aluminum alloy containing up to 2.0% by weight or the like has been disclosed, this fin material has high strength and high thermal conductivity, but it does not describe erosion resistance or self-corrosion resistance. .
JP-A-11-256259 discloses a fin material excellent in strength, thermal conductivity and erosion resistance, Fe: 1.0 to 2.5 wt%, Ce: 0.005 to 0.5 wt. If necessary, Zr: 0.05 to 0.2% by weight and Zn: 0.5 to 2.0% by weight, and / or Mn: 0.1 to 0.5% by weight , Si: 0.1 to 0.5% by weight, Cu: 0.05 to 0.7% by weight, fin materials containing one or more are disclosed. However, this fin material is excellent in strength, thermal conductivity, and erosion resistance, but has a low self-corrosion resistance because it contains Fe in an amount of 1.0% by weight or more.
[0008]
Patent No. 2786641 uses an aluminum alloy containing Mn: 0.8 to 1.3% by weight, Si: 0.2 to 0.7% by weight, etc., and hot rolling temperature or intermediate annealing temperature or A method for producing an aluminum alloy thin plate having a final cold rolling rate and excellent in droop resistance and sacrificial anode effect is disclosed.
[0009]
In addition, a fin material made of an aluminum alloy containing Mn and Si and excellent in strength and sag resistance is disclosed in JP-A-11-256261, JP-A-4-247784, It is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-43999 and Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-371369.
However, although any fin material (aluminum alloy) is excellent in strength and sag resistance, it does not describe thermal conductivity, erosion resistance, and self-corrosion resistance.
[0010]
Thus, the present condition is that the fin material which can satisfy all the above-mentioned properties has not been developed so far, and if one of the above properties is missing, it is necessary as a fin material for a heat exchanger. In addition to not being able to satisfy the characteristics, the heat exchange function of the heat exchanger may be hindered.
[0011]
Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and has a high strength after brazing, high thermal conductivity, and excellent heat resistance, erosion resistance, and heat exchanger fin material. It aims at providing the manufacturing method of the fin material of an aluminum alloy and a heat exchanger.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventor has conducted various studies, and as a result, invented the following aluminum alloy for the fin material of the heat exchanger, and uses the aluminum alloy for the fin material of the heat exchanger of the present invention. Thus, it has been found that a fin material having high strength after brazing, high thermal conductivity, and excellent self-corrosion resistance and erosion resistance can be produced.
[0013]
That is, the aluminum alloy for fin material of the heat exchanger of the present invention has Mn: 0.3 to 2.0% by weight, Si: 0.5 to 1.5% by weight, Ce: 0.005 to 0.5% by weight. Further, Fe is contained in an amount of 0.05% by weight or more and less than 1.0% by weight, the contents of Cu and Ni are both less than 0.1% by weight, and the balance is composed of Al and inevitable impurities It is characterized by that.
[0014]
As described above, the present inventor can improve the strength after brazing of the fin material to be produced by adding 0.3 to 2.0% by weight of Mn, and 0.5 to Si. By containing 1.5% by weight, the strength of the fin material to be produced can be improved, the thermal conductivity after brazing can be improved, and Ce is 0.005 to 0.5% by weight. In addition to improving the erosion resistance at the time of brazing of the fin material to be produced, it is possible to improve the thermal conductivity and strength after brazing, and 0.05% by weight of Fe. It has been found that the strength and thermal conductivity after brazing of the fin material to be produced can be improved by containing less than 1.0% by weight.
[0015]
In addition, when Fe is added in an amount of 1.0% by weight or more, or Ce is added in an amount of more than 0.5% by weight, the self-corrosion resistance of the fin material to be manufactured is deteriorated. The fin material has been found to be excellent in self-corrosion resistance.
[0016]
In addition, when the Cu content is 0.1% by weight or more, the self-corrosion resistance and thermal conductivity of the fin material to be manufactured are deteriorated, and the Ni content is 0.1% by weight or more. Found that the self-corrosion resistance of the fin material to be produced is lowered, and it has been found that the contents of Cu and Ni must be regulated to less than 0.1% by weight among impurities.
[0017]
Furthermore, the aluminum alloy for fin material of the heat exchanger of the present invention contains at least one of Zr: 0.01 to 0.2% by weight and Mg: 0.05 to 0.5% by weight. It is desirable to be.
This inventor can improve the intensity | strength of the fin material manufactured by containing at least 1 sort (s) among Zr: 0.01-0.2 weight% and Mg: 0.05-0.5 weight%. I found out that I can do it. In addition, when Zr was contained more than 0.2 weight%, it discovered that the self-corrosion resistance of the fin material manufactured fell.
[0018]
Furthermore, the aluminum alloy for fin material of the heat exchanger of the present invention is Zn: 0.01 to 3.0% by weight, In: 0.001 to 0.1% by weight, Sn: 0.01 to 0.2% by weight. % Is preferably one containing at least one.
The inventor contains at least one of Zn: 0.01 to 3.0% by weight, In: 0.001 to 0.1% by weight, and Sn: 0.01 to 0.2% by weight. Thus, it has been found that the potential of the manufactured fin material can be made lower and can have an effect as a sacrificial anode material. In addition, when Zn was contained more than 3.0 weight%, it discovered that the self-corrosion resistance of the fin material manufactured fell.
[0019]
The composition of the aluminum alloy for the fin material of the heat exchanger of the present invention is common to the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-256259 in that it contains Ce, Fe and the like as blending components. However, in the invention described in JP-A-11-256259, the strength is ensured by containing 1.0 to 2.5% by weight of Fe, and Fe is contained by 1.0% by weight or more. Therefore, the self-corrosion resistance is low. On the other hand, in the aluminum alloy for fin material of the heat exchanger of the present invention, self-corrosion resistance is ensured by making the Fe content less than 1.0% by weight, and Mn is disclosed in JP-A-11-256259. It is set as the structure which ensures intensity | strength by containing 0.3 to 2.0 weight% more than the invention described in (Mn: 0.1 to 0.5 weight%).
[0020]
In addition, in the fin material manufacturing process, the inventor sets the cooling rate when casting an aluminum alloy to 15 to 1000 ° C./sec, and obtains the plate material (when the slab is manufactured, the slab is hot-rolled. By cold rolling at a temperature of 460 to 600 ° C. and at least one intermediate annealing within 4 hours and further cold rolling so that the final rolling rate is 15 to 50%. The present inventors have found that the erosion resistance and thermal conductivity of the manufactured fin material can be improved.
[0021]
That is, the manufacturing method of the fin material of the heat exchanger of the present invention includes a step of producing a molten metal using the aluminum alloy for the fin material of the heat exchanger of the present invention having the above composition, and a plate material or slab by casting the molten metal. A step of cold rolling a plate material obtained by hot rolling the plate material or the slab, a step of subjecting the cold-rolled plate material to at least one intermediate annealing, and an intermediate annealing And a method of manufacturing a fin material for a heat exchanger having a step of further cold rolling so that the plate material having a predetermined final rolling ratio is obtained, in the step of producing the plate material or slab, at the time of casting In the step of performing the intermediate annealing at a cooling rate of 15 to 1000 ° C./sec, intermediate annealing within 4 hours is performed at a temperature of 460 to 600 ° C. at least once, and the final rolling rate is 15 to 50 Characterized by a.
In the actual manufacturing process, when producing a plate material, after producing the plate material, cold rolling is performed without hot rolling, and when producing a slab, after producing the slab, hot rolling is performed. A plate material is produced by performing cold rolling.
[0022]
According to the method for manufacturing a fin material of the heat exchanger of the present invention, it is possible to manufacture a fin material having high strength after brazing, high thermal conductivity, and excellent self-corrosion resistance and erosion resistance. .
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The aluminum alloy for fin material of the heat exchanger of the present invention contains Mn: 0.3 to 2.0% by weight, Si: 0.5 to 1.5% by weight, Ce: 0.005 to 0.5% by weight. Containing 0.05 wt% or more and less than 1.0 wt% of Fe, Cu and Ni are both less than 0.1 wt%, and the balance is made of Al and inevitable impurities. It is a feature.
[0024]
Furthermore, it is desirable to contain at least one of Zr: 0.01 to 0.2% by weight and Mg: 0.05 to 0.5% by weight.
Furthermore, it should contain at least one of Zn: 0.01 to 3.0% by weight, In: 0.001 to 0.1% by weight, and Sn: 0.01 to 0.2% by weight. Is desirable.
[0025]
By setting it as the above compositions, it is possible to provide an aluminum alloy for a fin material of a heat exchanger having high strength after brazing, high thermal conductivity, and excellent self-corrosion resistance and erosion resistance. .
[0026]
Below, the effect of making the said composition about each component is demonstrated.
(A) Mn
By containing 0.3 to 2.0% by weight of Mn, when manufacturing the fin material, Mn crystallizes or precipitates as an intermetallic compound, and improves the strength of the manufactured fin material after brazing. be able to. Moreover, when manufacturing a fin material, an Al-Mn-Si compound can be formed with Si of (b), the Si solid solubility in a matrix can be made low, and the melting point of a matrix can be improved.
[0027]
When the Mn content is less than 0.3% by weight, these effects cannot be sufficiently obtained. Further, when the Mn content is more than 2.0% by weight, the strength of the fin material to be manufactured can be improved, but there is a problem that the thermal conductivity is remarkably lowered.
[0028]
(B) Si
By containing Si in an amount of 0.5 to 1.5% by weight, Si is dispersed as an Al—Mn—Si compound formed with Mn in (a), or produced by dissolving in a matrix. It is possible to improve the strength of the fin material. Moreover, by forming the Al—Mn—Si compound together with Mn in (a), the Mn solid solubility after brazing of the fin material to be produced can be reduced, and the thermal conductivity can be improved.
[0029]
When the Si content is less than 0.5% by weight, these effects cannot be obtained sufficiently. Further, when the Si content is more than 1.5% by weight, the melting point of the fin material to be manufactured is lowered, so that the fin material is melted when the fin material is brazed to the refrigerant passage forming body. A problem occurs. Further, when the Si content is more than 1.5% by weight, there is a problem that the thermal conductivity of the manufactured fin material is lowered.
[0030]
(C) Ce
By containing 0.005 to 0.5% by weight of Ce, the crystallized product at the time of casting when manufacturing the fin material can be refined, and the erosion resistance at the time of brazing the manufactured fin material. Can be improved. In addition, it is possible to promote the precipitation of the solute element that is dissolved in supersaturation during brazing in the cooling process during brazing, and to improve the thermal conductivity and strength of the fin material after brazing.
[0031]
When the Ce content is less than 0.005% by weight, these effects cannot be obtained sufficiently. In addition, when the content of Ce is more than 0.5% by weight, the self-corrosion resistance of the fin material to be manufactured decreases, the workability of the fin material decreases, and the raw material cost of the fin material increases. Problem occurs.
[0032]
Ce can be added as a simple substance, an aluminum mother alloy, or misch metal (containing several kinds of rare earth metals such as Ce and Y), so that the content of Ce after the addition is within the above range. Addition may be made to.
[0033]
(D) Fe
By including Fe in an amount of 0.05% by weight or more and less than 1.0% by weight, when the fin material is manufactured, Fe crystallizes or precipitates as an intermetallic compound, and the strength after brazing of the manufactured fin material Can be improved. Further, together with Mn of (a) or Si of (b), an Al—Mn—Fe, Al—Fe—Si, Al—Mn—Fe—Si based compound is formed, and Mn and Si in the matrix are dissolved. The thermal conductivity of the manufactured fin material can be improved.
[0034]
When the Fe content is less than 0.05% by weight, these effects cannot be obtained sufficiently. In addition, when the Fe content is 1.0% by weight or more, the self-corrosion resistance of the manufactured fin material is reduced and the corrosion rate is increased. However, there arises a problem that castability and rollability are remarkably lowered.
[0035]
(E) Zr
By containing 0.01 to 0.2% by weight of Zr, Zr is dispersed as a fine intermetallic compound after brazing the fin material to be manufactured, and the strength of the fin material after brazing is improved. Can do.
In addition, when the Zr content is less than 0.01% by weight, this effect cannot be sufficiently obtained, and when the Zr content is more than 0.2% by weight, it is manufactured. There arises a problem that the workability, self-corrosion resistance, and thermal conductivity of the fin material are lowered.
[0036]
(F) Mg
By containing 0.05 to 0.5% by weight of Mg, Mg can be dissolved in the matrix, and the strength of the fin material to be manufactured can be improved.
In addition, when the Mg content is less than 0.05% by weight, this effect cannot be sufficiently obtained, and when the Mg content is more than 0.5% by weight, it is manufactured. There arises a problem that the brazing property of the fin material is lowered.
[0037]
(G) Zn
By containing Zn in an amount of 0.01 to 3.0% by weight, the potential of the fin material to be manufactured can be reduced, and a function as a sacrificial anode material for the refrigerant passage forming body can be provided.
In addition, when the Zn content is less than 0.01% by weight, this effect cannot be obtained sufficiently, and when the Zn content is more than 3.0% by weight, it is manufactured. The problem arises that the self-corrosion resistance of the fin material decreases and the corrosion rate increases.
[0038]
(H) In
By containing 0.001 to 0.1% by weight of In, it is possible to improve the sacrificial anode effect on the refrigerant passage forming body by lowering the potential of the manufactured fin material.
In addition, when the In content is less than 0.001% by weight, this effect cannot be sufficiently obtained, and when the In content is more than 0.1% by weight, it is more than that. The effect cannot be obtained, and the raw material cost only increases.
[0039]
(I) Sn
By containing 0.01 to 0.2% by weight of Sn, the potential of the fin material to be manufactured can be reduced, and the sacrificial anode effect on the refrigerant passage forming body can be improved.
In addition, when the Sn content is less than 0.01% by weight, this effect cannot be sufficiently obtained. When the Sn content is more than 0.2% by weight, more than that is not possible. The effect cannot be obtained, and the raw material cost only increases.
[0040]
(J) Cu, Ni
When the content of Cu is 0.1% by weight or more, there arises a problem that the self-corrosion resistance and thermal conductivity of the fin material to be manufactured are lowered. Further, when the Ni content is 0.1% by weight or more, there arises a problem that the self-corrosion resistance of the manufactured fin material is lowered. Therefore, it is necessary to regulate the contents of Cu and Ni to less than 0.1% by weight among impurities.
[0041]
Next, a method for producing a fin material using the aluminum alloy for the fin material of the heat exchanger having the above composition will be described.
First, a molten aluminum alloy having the above composition is prepared by a melting method or the like.
Next, a plate material or a slab is produced by casting the molten metal. In this step, the cooling rate is set to 15 to 1000 ° C./sec. As the casting method, for example, a continuous casting rolling method using a water-cooled twin roll can be adopted, but the present invention is not limited to this method.
[0042]
Thus, by setting the cooling rate during casting to 15 ° C./sec or higher and a high cooling rate, the element can be dissolved in supersaturation in the casting process. Can be dispersed. Moreover, precipitation of an Al-Mn-Si compound can be promoted when performing the subsequent intermediate annealing, the solid solubility of Mn can be reduced, and the thermal conductivity of the manufactured fin material can be improved. . Since it is practically difficult to set the cooling rate faster than 1000 ° C./sec, the cooling rate is set to 15 to 1000 ° C./sec.
[0043]
Next, when a plate material is produced, it is cold-rolled without hot rolling, and when a slab is produced, the plate material is produced by hot rolling, and then cold-rolled.
Next, the cold-rolled plate material is subjected to at least one intermediate annealing. At this time, intermediate annealing within 4 hours is performed at least once at a temperature of 460 to 600 ° C. In this manner, by performing at least one intermediate annealing within 4 hours at a temperature of 460 to 600 ° C., the formation of the Al—Mn—Si based compound is promoted, and the Mn after brazing of the fin material to be manufactured is promoted. The solid solubility can be reduced, and the thermal conductivity can be improved.
[0044]
In addition, in the previous casting process, by setting the cooling rate as fast as 15 to 1000 ° C./sec, the crystallized product obtained in the casting process is fine and less, so there are few compounds that can be the core of recrystallized grains. It is difficult to recrystallize in the heat treatment when brazing the fin material to be manufactured, and there is a risk that the brazing material may be significantly eroded and brazeability may be reduced, but by applying intermediate annealing under the above conditions, Crystallized material grows and can form nuclei for recrystallization, which can improve the erosion resistance of the manufactured fin material and improve the brazing property.
[0045]
In addition, when it processes at temperature lower than 460 degreeC, precipitation of an Al-Mn-Si type compound is inadequate, and the growth of the crystallized substance used as the nucleus of recrystallization is not accelerated | stimulated. Further, when the treatment is performed at a temperature higher than 600 ° C., the element is dissolved, and the thermal conductivity of the manufactured fin material is lowered.
Further, when the treatment is performed for longer than 4 hours, no further effect can be obtained. Therefore, it is desirable to perform the treatment for 4 hours or less in order to improve the production efficiency of the fin material. The intermediate annealing may be performed by a continuous method (CAL) or by a batch method.
[0046]
Finally, the fin material of the heat exchanger is manufactured by further cold rolling so that the final rolling rate is 15 to 50%.
By setting the final rolling rate to 15 to 50%, a fin material with good formability can be manufactured. In addition, since the fin material to be manufactured can be recrystallized by heat treatment during brazing and the recrystallized grain size can be increased, the erosion resistance of the manufactured fin material can be improved, and erosion by the brazing material can be prevented. Can be suppressed.
[0047]
When the final rolling rate is less than 15%, refining is not performed by heat treatment when brazing the fin material to be manufactured, and when the final rolling rate is higher than 50%, the moldability of the fin material is increased. As a result, the recrystallized grains become finer, the erosion resistance of the fin material decreases, and the problem of increased erosion by the brazing material occurs.
[0048]
【Example】
Next, examples according to the present invention will be described.
(Examples 1-6, Comparative Examples 1-7)
Aluminum alloy No. 1 having the composition shown in Table 1. 1 to 13 was used to prepare a molten metal by a melting method, and the molten metal was cast into a mold of width: 200 mm × length: 500 mm × thickness: 8 mm to prepare a plate material, and then the plate material was cold-rolled and then salted The fin material was manufactured by performing intermediate annealing using a bath and further cold rolling. In all cases, the fin material was manufactured under the same conditions except for the aluminum alloy to be used.
[0049]
Aluminum alloy No. used Table 2 shows the cooling rate during casting, the conditions for intermediate annealing, the final rolling rate, and the results of performance evaluation of the fin material obtained. As shown in Table 2, the cooling rate during casting was 100 ° C./sec, the conditions for intermediate annealing were 500 ° C., 50 seconds, the final rolling rate was 30%, and the final plate thickness was 100 μm. The performance evaluation items and evaluation method of the obtained fin material will be described later.
[0050]
In Table 1, aluminum alloy No. 1-No. 6 is an aluminum alloy for the fin material of the heat exchanger of the present invention. 7-No. No. 13 is one in which any component deviates from the aluminum alloy for fin material of the heat exchanger of the present invention. (In Table 1, components deviated from the aluminum alloy for fins of the heat exchanger of the present invention are indicated by *.) Also, in Table 1, only components other than aluminum are shown, and for any aluminum alloy The balance is aluminum.
[0051]
[Table 1]
[Table 2]
(Examples 7 to 16)
Further, aluminum alloy No. 1 shown in Table 1 was used. 1 was used to produce fin materials at different casting cooling rates, intermediate annealing conditions, and final rolling rates. Table 3 shows the cooling rate during casting, the conditions for intermediate annealing, the final rolling rate, and the results of performance evaluation of the obtained fin material. As shown in Table 3, the fin material was manufactured based on Example 1 and changing only one of the manufacturing conditions of Example 1. The fin material was manufactured under the same conditions as in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 except for the cooling rate during casting, the conditions for intermediate annealing, and the final rolling rate. In Table 3, Example 1 is also described for reference.
[0054]
[Table 3]
(Fin material performance evaluation)
Here, in Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 7, performance evaluation items and evaluation methods of the obtained fin materials will be described.
<Tensile strength after brazing (strength)>
As an evaluation of the strength of the fin material after brazing, a brazing equivalent heat treatment is performed by holding the fin material alone in a high purity nitrogen atmosphere at 600 to 610 ° C. for 5 minutes and then cooling to normal temperature at a cooling rate of 100 ° C./min. After application, a tensile test was performed to measure the tensile strength. The tensile strength of a conventional fin material manufactured using AA3003 alloy or the like is about 110 N / mm 2 Therefore, the tensile strength is 115 N / mm 2 It is determined that the above-mentioned product has a strength with no problem as a product, and the tensile strength is 130 N / mm. 2 What was above was determined to have high strength. In Tables 2 and 3, the tensile strength is 130 N / mm. 2 The above was ○, and the tensile strength was 115 N / mm 2 130 N / mm or more 2 Less than Δ, tensile strength is 115 N / mm 2 What was less than is shown by x.
[0056]
<Electrical conductivity (thermal conductivity)>
Since the thermal conductivity of the fin material can be evaluated by substituting the electrical conductivity, the electrical conductivity was measured by the double bridge method after subjecting the fin material alone to the brazing equivalent heat treatment. Since the electrical conductivity of a conventional fin material manufactured using an AA3003 alloy or the like is about 38% IACS, the thermal conductivity is such that there is no problem as a product having an electrical conductivity of 40% IACS or more. Further, it was determined that a material having an electric conductivity of 45% IACS or more has high thermal conductivity. In Tables 2 and 3, those having an electrical conductivity of 45% IACS or more are indicated by ◯, those having an electrical conductivity of 40% IACS or more and less than 45% IACS by Δ, and those having an electrical conductivity of 40% IACS. What was less than is shown by x.
[0057]
<Maximum depth of erosion of fin material by brazing material (erosion resistance)>
As an evaluation of erosion resistance, a corrugated fin material and a brazing sheet clad with brazing material on one side are assembled. After flux is applied to this, the above brazing equivalent heat treatment is applied, and then the cross section is observed. Thus, the maximum erosion depth of the fin material by the brazing material was measured.
[0058]
As the brazing sheet, the core material is Al-1 wt% Mn-0.15 wt% Cu (AA3003), the brazing material is Al-7.5 wt% Si (AA4343), and the core material: brazing material = 90. : A sheet having a thickness of 0.3 mm in which a brazing material is clad on one side of the core material so as to have a cladding ratio of 10 was used.
In addition, since the strength of the fin material having a thickness of 100 μm can be secured, it is determined that the product having a maximum erosion depth of 40 μm or less by the brazing material has no problem as a product, A material having a maximum erosion depth of 30 μm or less was determined to have high erosion resistance. In Tables 2 and 3, the case where the maximum erosion depth by the brazing material was 30 μm or less was evaluated as ◯, the case where the maximum erosion depth by the brazing material was greater than 30 μm and 40 μm or less was evaluated as △, and the maximum by the brazing material An erosion depth greater than 40 μm is indicated by x.
[0059]
<Corrosion weight loss (self-corrosion resistance)>
As an evaluation of self-corrosion resistance, a salt spray test (SST) based on “ASTMB117” was conducted for one week, and the corrosion weight loss of the fin material was measured. Corrosion weight loss of a conventional fin material manufactured using an AA3003 alloy or the like is about 200 mg / dm 2 Therefore, corrosion weight loss is 200 mg / dm 2 It was determined that the following was self-corrosion resistant to the extent that there was no problem as a product, and the corrosion weight loss was 180 mg / dm 2 The following were judged to have high self-corrosion resistance. In Tables 2 and 3, the corrosion weight loss is 180 mg / dm. 2 The following was ○, corrosion weight loss was 180 mg / dm 2 Greater than 200mg / dm 2 The following was Δ, the corrosion weight loss was 200 mg / dm 2 The larger one is indicated by x.
[0060]
<Processability and brazing>
The workability and brazeability of the fin material obtained were evaluated, and those with low workability and brazeability are described in the remarks column of Table 2. Specifically, the low workability means that side cracks or surface cracks are generated during rolling, and those having a product yield of 50% or less during rolling were determined to be low in workability. Moreover, it was determined that the brazing property was low when the joining rate during brazing was less than 95%.
[0061]
(result)
As shown in Tables 1 and 2, Examples 1 to 6 in which the fin material was manufactured using the aluminum alloy of the present invention had high strength and high thermal conductivity, erosion resistance, self-corrosion resistance, and processing. The fin material which was excellent in the property and brazing was able to be manufactured.
[0062]
On the other hand, in Comparative Example 1 using an aluminum alloy having a Mn content of more than 2.0% by weight and a Fe content of 1.0% by weight or more, the thermal conductivity of the obtained fin material is high. Slightly low and self-corrosion resistance was low. In Comparative Example 2 using an aluminum alloy having a Mn content lower than 0.3% by weight and a Si content higher than 1.5% by weight, the strength, thermal conductivity, and erosion resistance of the obtained fin material The self-corrosion resistance was low.
[0063]
In Comparative Example 3 using an aluminum alloy in which both the Cu content and the Ni content were 0.1% by weight or more, the heat conductivity of the obtained fin material was slightly low and the self-corrosion resistance was low. . In Comparative Example 4 using an aluminum alloy having a Ce content of less than 0.005% by weight and a Zn content of more than 3.0% by weight, the obtained fin material has low self-corrosion resistance, strength, and heat conduction. Both sexes were slightly lower.
[0064]
In Comparative Example 5 using an aluminum alloy having a Zr content greater than 0.2% by weight, the obtained fin material had a slightly low thermal conductivity and a low workability. In Comparative Example 6 using an aluminum alloy having a Cu content greater than 0.1% by weight and a Zn content greater than 3.0% by weight, the self-corrosion resistance of the obtained fin material was low. In Comparative Example 7 using an aluminum alloy having a Mg content of more than 0.5% by weight, the obtained brazing material had low brazing properties, and the maximum erosion depth after brazing could not be measured. .
Thus, in Comparative Examples 1-7, the fin material which satisfy | fills all of intensity | strength, thermal conductivity, erosion resistance, self-corrosion resistance, workability, and brazing property was not able to be manufactured.
[0065]
Further, as shown in Table 3, the same aluminum alloy No. It was found that even when the fin material was manufactured using 1, the performance of the obtained fin material changed depending on the manufacturing conditions.
As shown in Table 3, the cooling rate during casting was 15 to 1000 ° C./sec, the intermediate annealing was 460 to 600 ° C. within 4 hours, and the final rolling rate was 15 to 50%. In No. 11, a fin material having high strength and high thermal conductivity and excellent in erosion resistance and self-corrosion resistance could be produced.
[0066]
Moreover, also in Examples 12-16, the fin material which has the intensity | strength, thermal conductivity, erosion resistance, and self-corrosion resistance of the grade which is satisfactory as a product was able to be manufactured.
However, in Example 12 in which the cooling rate during casting was less than 15 ° C./sec, the strength and thermal conductivity of the obtained fin material were both somewhat low, and Example 13 in which the intermediate annealing temperature was less than 460 ° C. Then, in Example 14 where the thermal conductivity of the obtained fin material is slightly low and the temperature of the intermediate annealing is higher than 600 ° C., the thermal conductivity of the obtained fin material is slightly low, and the final rolling rate is less than 15%. In Example 15, the erosion resistance of the obtained fin material was slightly low, and in Example 16 in which the final rolling rate was higher than 50%, the erosion resistance of the obtained fin material was slightly low. It was.
[0067]
From the above results, it has been found that it is desirable to set the cooling rate during casting to 15 ° C./sec or more, the intermediate annealing temperature to 460 to 600 ° C., and the final rolling rate to 15 to 50%. Note that it is practically difficult to set the cooling rate faster than 1000 ° C./sec. Further, when the processing time of the intermediate annealing is longer than 4 hours, no further effect can be obtained. In order to improve the production efficiency of the material, it is desirable that the processing time of the intermediate annealing is 4 hours or less.
In Examples 7 to 16, all the workability and brazing properties were good.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an aluminum alloy for a fin material and a heat exchanger of a heat exchanger having high strength after brazing, high thermal conductivity, and excellent self-corrosion resistance and erosion resistance. It is possible to provide a method for manufacturing the fin material.
Claims (4)
さらに、Ｆｅを０．０５重量％以上１．０重量％未満含有し、
Ｃｕ及びＮｉの含有量がいずれも０．１重量％未満であり、
残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする熱交換器のフィン材用アルミニウム合金。Mn: 0.3 to 2.0 wt%, Si: 0.5 to 1.5 wt%, Ce: 0.005 to 0.5 wt%,
Further, Fe is contained 0.05% by weight or more and less than 1.0% by weight,
The Cu and Ni contents are both less than 0.1% by weight,
An aluminum alloy for a fin material of a heat exchanger, wherein the balance is made of Al and inevitable impurities.
溶湯を作製する工程と、
前記溶湯を鋳造して板材又はスラブを作製する工程と、
前記板材若しくは前記スラブを熱間圧延することにより得られた板材を冷間圧延する工程と、
冷間圧延した前記板材に少なくとも１回の中間焼鈍を施す工程と、
中間焼鈍を施した前記板材を所定の最終圧延率になるように、さらに冷間圧延する工程とを有する熱交換器のフィン材の製造方法であって、
前記板材又はスラブを作製する工程において、鋳造時の冷却速度を１５〜１０００℃／ｓｅｃとし、
前記中間焼鈍を施す工程において、４６０〜６００℃の温度で、４時間以内の中間焼鈍を少なくとも１回施し、
最終圧延率を１５〜５０％とすることを特徴とする熱交換器のフィン材の製造方法。Using the aluminum alloy for the fin material of the heat exchanger according to any one of claims 1 to 3,
Producing a molten metal;
Casting the molten metal to produce a plate or slab;
A step of cold rolling the plate material obtained by hot rolling the plate material or the slab;
Applying at least one intermediate annealing to the cold-rolled plate material;
A method of manufacturing a fin material for a heat exchanger, further comprising a step of cold rolling so that the plate material subjected to the intermediate annealing has a predetermined final rolling rate,
In the step of producing the plate material or slab, the cooling rate during casting is 15 to 1000 ° C./sec,
In the step of performing the intermediate annealing, at least one intermediate annealing within 4 hours is performed at a temperature of 460 to 600 ° C.,
A method for producing a fin material for a heat exchanger, wherein the final rolling rate is 15 to 50%.
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