JPH09137242A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 どのようなサイズの通路管にも適用できるフ
ィンピッチの長さで、高加工性を有し成形性が良好なア
ルミニウム薄板およびその製造方法を提供する。 【構成】 ｗｔ％で、Ｆｅ：０．０５〜０．３０％未
満、Ｔｉ：０．００１〜０．０２％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Ｓ
ｉが０．１５％未満であって、実質的にサブグレン組織
からなり、該組織中の板厚断面に５μｍ以上の金属間化
合物を含まないアルミニウム合金連続鋳造圧延板であ
り、導電率５９％ＩＡＣＳ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は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付けを溶融する
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、特公昭５８−１９７
３４号公報には、アルミニウムＤＣ鋳塊を均質化処理後
熱間圧延し、しかる後冷間圧延によって発生する転位の
セル寸法を微細にし、最後の調質焼鈍でサブグレインを
平均粒径３μｍ以下が６０％以上として、成形加工時の
加工歪を一様に分散させ、成形加工時の割れ発生を防止
する技術が提案されている。

【０００７】また、特公昭６２−５４１８０号公報にお
いては、特定の量および比率のＦｅ、Ｓｉを含有するＡ
ｌ溶湯を連続鋳造圧延しＦｅ、Ｓｉを固溶させて強度を
向上させ、しかる後１〜２時間焼鈍してフィン成形性の
付与と強度低下を防止する技術が提案されている。更に
特開平５−２３０５７９号公報には、特定量のＳｉ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｔｉを含有するＡｌ溶湯を回転する１対の対
向冷却鋳型に連続的に供給鋳造して合金元素の固溶およ
び一部金属間化合物として分散させ、得られた鋳造板を
冷間圧延後調質焼鈍を施してＳｉ、Ｆｅ、Ｔｉの微細な
金属間化合物を析出させ、組織をサブグレインとして高
強度とフィン成形性を付与する技術が提案されている。

【０００８】更に、本出願人においては、特願平７−１
５６７３４号において、未公開であるが、特定量のＦ
ｅ、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を固溶量させ、
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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来技
術における特公昭５８−１９７３４号公報に記載された
ものはＤＣ材で製板工程が複雑であり、しかもソーキン
グおよび熱間圧延等においてＦｅが析出しているので調
質焼鈍時の強度調整がし難い不都合がある。また特公昭
６２−５４１８０号公報のものは連続鋳造圧延材でＳｉ
量が０．１５％以上と多く、ＦｅおよびＳｉ量と相俟っ
て晶出する板厚断面の金属間化合物の大きさが大で、成
形性が劣ると共に調質焼鈍処理で再結晶粒が生成し易
く、何れにしても高加工には何等かの工夫を必要とす
る。

【００１０】即ち、サブグレイン組織に再結晶粒が混在
している組織においては、フィン成形加工のドローレス
および複合成形法によるしごき工程の際に素材の加工硬
化が大きくなるので延性が低下し、その後のリフレア工
程でリフレア部からカラー部に到る割れが発生する傾向
があるからである。また特開平５−２３０５７９号公報
に記載されたものは、Ｆｅ含有量が０．３０％以上と多
く、板厚断面に晶出する金属間化合物の大きさが大で、
成形性が劣ると共に調質焼鈍処理が再結晶粒が生成し易
く、何れにしても高加工をなすためには何等かの工夫を
必要とする。

【００１１】然して本発明者等が先に出願した特願平７
−１５６７３４号のものは、フィンピッチ（リフレア加
工後の鍔高さ）が短いものであったが上記したようなル
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の長さ、高加工が
可能で成形性良好なアルミニウム薄板が求められてい
る。

【００１２】

【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
有量を少くして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。

【００１３】（１） ｗｔ％で、Ｆｅ：０．０５〜０．
３０％未満、Ｔｉ：０．００１〜０．０２％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、実質的にサブグ
レン組織からなり、該組織中の板厚断面に５μｍ以上の
金属間化合物を含まないアルミニウム合金連続鋳造圧延
板であり、導電率５９％ＩＡＣＳ以上であることを特徴
とするクロスフィン用アルミニウム合金薄板。

【００１４】（２） ｗｔ％で、Ｆｅ：０．０５〜０．
３０％未満、Ｔｉ：０．００１〜０．０２％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
湯を冷却速度１００℃／秒以上で連続鋳造してから圧下
率９５％以上の冷間圧延を行い、次いで２５０〜３００
℃の温度で２〜１０時間の調質焼鈍を行うことを特徴と
するクロスフィン用アルミニウム合金薄板の製造方法。

【００１５】

【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、組織中の金属間化合物、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。

【００１６】Ｔｉは、０．００１〜０．０２ｗｔ％であ
って、このＴｉ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Ａ
ｌ−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、Ｍｎは０．０３ｗｔ％未満、Ｃ
ｒ、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
満で、しかもＳｉが０．１５ｗｔ％未満であることによ
り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があって、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５９％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
造時の冷却速度、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、冷却速度１００℃／秒以
上でスラブとする。スラブの厚さは３０ｍｍ以下、好ま
しくは１０ｍｍ以下であって、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。上記した冷
却速度が１００℃／秒未満であると、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９５％
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９５％以上の冷
間加工を施すと金属間化合物は分断され、板厚断面にわ
たって大きさが０．３〜２．０μｍのものとなって３〜
１０×１０⁴ 個／mm² の密度で分布したものとなり、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９５％以上の冷間圧延
を施した後、調質焼鈍は２５０〜３００℃の温度で、２
〜１０時間実施する。即ちこの処理は圧下率９５％以上
の冷間圧延と相俟って加工組織を均一なサブグレイン組
織とし高度の成形性を得しめると共に導電率を５９％Ｉ
ＡＣＳ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９５％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５９％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℃
を越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に示すような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
冷ロール法により表２の冷却条件でスラブに鋳造し、そ
れぞれ冷間圧延して厚さ０．１００ｍｍ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は引続き
次の表２に示すような、焼鈍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によ
って鍔を形成して成形性を評価した結果は表２の後段に
併せて示す如くである。なおその他の特性として組織の
状態、金属間化合物の状態、導電率、機械的性質を測定
したが、それらの結果も表２において併せて示す如くで
ある。

【００２７】

【表２】

【００２８】前記表２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の揮発性プレ
ス油である。また鍔の最終寸法はいずれも内径９．９ｍ
ｍ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。 金属間化合物の大きさ；板厚の断面を研磨後、ＳＥＭの
反射電子組成像を画像解析装置の等価円直径により測定
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）。

【００２９】然して前記した表２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％以下のもを△、また
リフレア加工時の割れ発生率が３０％越えるものを×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

【００３０】上記したような表２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。

【００３１】

【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
得るものであって、工業的にその効果の大きい発明であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｗｔ％で、Ｆｅ：０．０５〜０．３０％
   未満、Ｔｉ：０．００１〜０．０２％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、実質的にサブグレン組
   織からなり、該組織中の板厚断面に５μｍ以上の金属間
   化合物を含まないアルミニウム合金連続鋳造圧延板であ
   り、導電率５９％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする
   クロスフィン用アルミニウム合金薄板。
2. 【請求項２】 ｗｔ％で、Ｆｅ：０．０５〜０．３０％
   未満、Ｔｉ：０．００１〜０．０２％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冷
   却速度１００℃／秒以上で連続鋳造してから圧下率９５
   ％以上の冷間圧延を行い、次いで２５０〜３００℃の温
   度で２〜１０時間の調質焼鈍を行うことを特徴とするク
   ロスフィン用アルミニウム合金薄板の製造方法。