JPS5910987B2 - 成形性にすぐれたアルミニウム合金およびその薄板製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、穴拡げ加工した熱交換器フィンに関する。

従来、熱交換器フィン、特にフィンアンドテユープ型の
フィンの成形法としては、第１図に略示するように孔打
抜き工程、孔拡げ工程、フレア加工工程を含む、通称伸
びフランジ成形加工方式、また、第２図に略示するよう
に１回以上の絞り（張出し）工程、孔打抜き工程、フレ
ア加工工程を含む、通称バー・オーク方式（ウエルダン
方式）が一般的に用いられてきた。

上記諸方式に用いられるアルミニウム合金薄板について
は、Ａ−Ａ１０５０を代表例とする純アルミニウム系で
、かつ、０材或いはＨ２２材等σ８１０〜１ ３Ｋｇ／
ｍａ程度の、所謂、軟質材が一般的に用いられてきた。

ところで近時、一義的にはコストダウンの要望から、こ
の種フィンについて薄肉化の要求がある。

ところで従来用いられていろ軟質材をそのまま薄肉化し
たのでは、フィンの成形技術上においても、又、フィン
の用途上においても種々問題点があり、到底実用に供し
難い。

即ち、成形技術上について説明すれば、ハンドリングに
難があり、又、上記した従来成形方式では割れ等の欠陥
を生じ易い等の問題点がある。

又、用途上について説明すると、フィンとテユーブとの
密着度が充分得られず、その結果、伝熱効率が充分得ら
れないという問題点がある。

ソコで、近時、材質については、σＢ１８Ｋｇ／ｍｊ前
後の硬質材を用いることが提案されており、又、このよ
うな硬質材を用いた場合にも好適なフィン加工技術とし
て第３図に略示したようなつげ出し工程後しごき加工工
程を行なう方式が提案されている。

ところで、本発明者達が上記した新しい成形方式を従来
一般に知られている硬質材について種々実験したところ
、従来材にあってはしごき加工後のカラ一端縁に微細な
クランクが発生し、従って、その後のフレア加工時に大
きな割れを生じろことが多いことを知見した。

本発明は、上記した技術的背景において、強度が高＜、
シかも穴拡げ加工性（伸びフランジ性）に優れたＡＩ合
金を使用した穴拡げ加工された熱交換器フィンを提供す
ることを目的としてなされたものである。

即ち、本発明は、（１） Ｚｒ Ｏ．０ ５ 〜０．
４ ０重量係を含み、Ｆｅ Ｏ．１ ５重量係未満、Ｓ
ｉＯ．３重量係未満とし、残部本質的にＡＩからなる穴
拡げ加工した熱交換器フィンを第１の発明とし、（２）
ＺｒＯ．０ ５ 〜０．４重量係、ＦｅＯ．１５〜０
．７重量係を含み、Ｓｉ Ｏ．３重量係未満とし、残部
本質的にＡＩからなる穴拡げ加工した熱交換器フィンを
第２の発明とし、（３） Ｚｒ Ｏ．０ ５〜０．４
重量係、Ｆｅ Ｏ．１ ５ 〜０．７重量係を含み、Ｃ
ｕｏ．０２〜０．２５重量係、Ｍｇ ０．１〜０．５重
量係、Ｍｎ０．１〜０．５重量係の１種又は２種以上を
含み、Ｓ ｉ Ｏ．３重量係未満とし、残部本質的にＡ
Ｉからなる穴拡げ加工した熱交換器フィンを第３の発明
とする３つの発明よりなるものである。

本発明において、Ｚｒは穴拡げ加工性を向上せしめ、ま
た、軟化特性曲線の傾きをゆるやかにして軟化しにくく
する効果を有する元素であり、その含有量が０．０５重
量係未満ではこれらの効果が発揮されず、特に第３図に
示すような加工を行なった場合に、カラ一端縁における
微細なクランクの発生が防止できず、一方、０．４０重
量係を越えて含有してもそれ以上の効果は出す、返って
鋳造が困難となる。

したがって、Ｚｒ含有量は０．０５−０．４０重量係と
する。

Ｃｕ ，Ｍｇ ，Ｍｎはいずれも強度向上に寄与する元
素であって必要に応じて添加されるが、ＣｕＯ．０２重
量係未満、Ｍｇ ０．１重量係未満、Ｍｎ０．１重量係
未満では実質的にその効果が発揮されず、一方、Ｃｕ
Ｏ．２ ５重量係を越える含有量では耐蝕性の低下をき
たし、また、Ｍｇｏ．５重量％、Ｍｎ０．５重量係を越
えろ含有量ではいずれもＺｒの効果を低下させろ。

なお、この外Ｃｕには結晶粒微細化効果、Ｍｎには成形
性向上効果も期待できる。

したがって、Ｃｕ含有量は０．０２〜０．２５重量係、
Ｍｇ含有量は０．１〜０．５重量乞Ｍｎ含有量は０．１
〜０．５重量係とする。

また、Ｆｅはフィン成形時の焼付防止効果があり、した
がって苛酷な成形を受ける条件にあっては、Ｆｅの含有
が望ましい。

このためには、Ｆｅは０．１５重量係以上の含有が必要
であるが、一方、Ｆｅ ｆＪ″＝０．７重量係を越えろ
含有量では耐蝕性の低下、Ｚｒの効果の低下をきたす。

したがって、Ｆｅ含有量は０．１５〜０．７重量係とす
る。

しかして、苛酷な成形を受けない場合には、Ｆｅを含有
させる必要がな《、不純物として０．１５重量係未満と
する。

なお、溶湯の酸化防止用としてＢｅの使用（含有量は０
．０ ０ ２重量多未満）、鋳造時の結晶粒微細化材と
してＴｉ，Ｂの使用（Ｔｉ含有量は０．０４重量係未満
、Ｂ含有量は０．０１重量係未満）は許容される。

Ｓｉは不純物として０．３重量係未満の含有は許容され
る。

次に本発明の熱交換器フィンの素材としてのＡＩ合金薄
板の製造について説明する。

まず、上記の化学組成に調整されたＡ１合金は造塊によ
りスラブとされ、ついで圧延されろ。

熱間圧延前に均熱処理をするかしないかは選択できろ。

即ち、本発明においては均熱化するかしないかにより、
製品の性質に差がないことを実験の結果確認しているの
で、スラブサイズ等の条件を考慮して常法の圧延プログ
ラムに従って適宜決定すればよい。

なお、均熱処理する際には常法と同様、４００〜６００
℃×１〜４８Ｈｒとする。

次に、熱間圧延の条件は、以後の工程である冷？圧延と
の関係で圧延プログラムが決定されるが、例えば、仕上
厚さ３〜２５ｗｎｔ、熱間圧延終了温度２５０〜５００
℃である。

熱間圧延材は次に冷間圧延されろ。

この際、仕上冷間圧延の加工率は本発明にとって重要な
条件であり、加工率２０係以上であることが望ましい。

仕上冷間圧延加工率が２０係以下の場合では所望の強度
と成形性が得られない。

又、さらに望ましい仕上冷間圧延加工率は７０％以上で
ある。

この条件によりＨ１９等の硬質材を得ることができろ。

上記熱間圧延と仕上冷間圧延との間に、圧延プログラム
次第では、中間の冷間圧延を行なってもよく、又冷間圧
延前後に焼鈍を常法に従って行なってもよい。

しかしながら、上記した通り、仕上冷間圧延加工率が２
０％以上必要であることは、中間冷間圧延、中間焼鈍を
行なうか行なわないかに関係なく重要な条件である。

なお、仕上冷間圧延前に中間焼鈍を行なえば、行なわな
い場合に比較してより成形性が向上する。

したがって、成形性がより多く求められる製品にあって
は、中間焼鈍を行なうのが望ましい。

この際中間焼鈍の条件は、コイルで焼鈍する、所謂、バ
ッチタイプの焼鈍の場合は４００℃以下で行ない、連続
焼鈍等の急速加熱による場合は、さらに高い温度、即ち
、４００〜６００℃の温度でも可能である。

その理由としては、バンテタイプで行なう場合には、加
熱速度が遅いので４００℃以上の温度で焼鈍すると、再
結晶粒が粗大化して成形性に著しい悪影響を与えるから
であり、連続焼鈍の場合には、このようなことがない。

以上の条件で作ら朴た冷間圧延材は、Ｈ９材、即ち、σ
Ｂ（抗張力）１８Ｋｐ／一程度であって強度に優れ、か
つ、成形性にも優れた硬質の薄板が得られろ。

上記薄板自身成形性に優れ、かつ、強度も行く充分実用
に供し得る力瓢より高い成形性を求められるものにおい
ては、次の条件、即ち、比較的低温領域において調質焼
鈍するのがよく、１５０〜２５０℃×１〜６Ｈｒの条件
により焼鈍する。

この際、注目すべきことは、本発明の材料では下記説明
するように軟化特性曲線が極めてゆるやかであり、かつ
、低温領域においてはその傾向が特に顕著であるから、
上記のように低温焼鈍を行なえば強度が低下することが
少ないにも拘らず成形性が向上することである。

この低温調質焼鈍における温度範囲は、１５０〜２５０
℃が望ましく、１５０℃未満の温度では仕上冷間圧延材
と同等の性質で成形性が不充分であり、又、２５０℃を
越える温度では強度が低下し軟質材となってしまう。

さらに、上記冷間圧延材を素材として軟質材を得ろこと
も可能であり、その要望に対応するには、比較的高温領
域、ｆｆｌｌち、コイル形では４００℃以下、連続焼鈍
等の急速加熱による場合は４００〜６００℃の温度で調
質焼鈍すればよい。

この際、注目すべきことは、上記したと同様に本発明の
材料は、高温領域においても軟化特性曲線がゆるやかで
あるので、調質焼鈍に許容される温度範囲が広《、シた
がって、温度制御が容易である。

即ち、生産性が優れていろ点においても本発明の材料は
優れていろといえる。

次に本発明の実施例を比較例と共に説明する。

実施例 １ 半連続鋳造法によりアルミニウム合金鋳塊を作製し面削
を施し５００ｍｍｔのスラブとした。

この供試材の含有成分、成分割合を第１表に示す。

これら供試材を５４０℃Ｘ３Ｈｒで均熱処理をした後熱
間圧延して３．５Ｎｎの板厚とし、次いで冷間圧延して
０．１ ５ｍｍの板厚とし、最後にＨ２９ ． Ｈ２２
調質処理を施した。

これらの素材を使用して第３図に示すしごき加工を含む
成形法で熱交換器フィンを成形した。

その結果を第２表に示す。なお、穴拡げ率とは最初の穴
径をｄとし、穴拡げポンチ径をＤした場合（Ｄ−ｄ ）
／ｄ Ｘ １００ （チ）により算出され、破弾に至る
までの穴拡げ率の太きいものが穴拡げ加工性に優れてい
ろことになる。

第２表から知られるように、本発明の熱交換器フィンは
比較例のものに比べて、より苛酷な穴拡げ加工条件にお
いて割れのない優れた品質のフィンである。

なお、供試材Ａｌ（比較例）と供試材煮２（本発明）に
ついて、第３図の成形加工時の状況について説明すると
、供試材１では第６図に示す程度のフレア加工量では半
数が破断するのに対して、供試材２では全数成形でき、
さらに、フレア加工量を極端に多くして第７図に示すよ
うな形状にまで加工しても全数加工できた。

又、上記の冷間圧延材についての軟化特性を第４図（供
試材ＡＩ）、第５図（供試材Ａ２）に示すが、第４図の
供試材Ａ２（＝１１００合金）ではＨ２２調質にする場
合、その調質に適合する範囲の軟化曲線の傾きが犬き＜
、シたがって、その熱処？温度範囲は非常に狭いものと
なり生産性が劣る。

これに対し、第５図の本発明の供試材Ａ２ではＨ２。

に相当する成形性を有する調質範囲の軟化曲線の傾きが
ゆるやかで、その熱処理温度が従来材に比べて遥かに優
れていろ。

実施例 ２ 半連続鋳造法によりアルミニウム合金鋳塊を作製し、面
削を施して６００ｍｍｔのスラブとした。

このスラブの含有成分、成分割合を第３表に示す。

これら供試材を５２０℃Ｘ８Ｈｒで均熱処理した後、熱
間圧延して３．５ｍの板厚とし、次いで、冷間圧延して
０．１調の板厚とし、最後にＨ２９，Ｈ２調質処理を施
した。

これらの素材を使用して第３図に示すしごき加工を含む
成形法で熱交換器フィンに成形した。

その結果を第４表に示す。以上述べてきたように、本発
明の熱交換器フィンは苛酷な穴拡げ加工を含む成形によ
っても良好な品質とすることができ、又、従来の成形法
を適用した場合でも成形性が優れていろため、従来材よ
り強度の高いもので成形可能となり、従来成形法にても
薄肉化可能となると同時に硬質化により、フィンとテユ
ープとの密着度が高くなるため熱効率が向上する。

一図面の簡単な説明 第１図、第２図、第３図はフィン材の各種製造工程を示
すものであり、第１図は伸びフランジ成形方式、第２図
はバー・オーク方式（エウルダン方式）、第３図はっぱ
出し工程後にしごき加工工程を行なう方式を示す図、第
４図、第５図は夫々供試材Ａ． １ ， Ａ ２の軟化
特性曲線を示す図、第６図、第７図は何れもフレア加工
後の断面の拡大図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ ＺｒＯ．０５ 〜０．４０重量係を含み、Ｆｅ
   Ｏ．１５重量係未満、Ｓｉ０．３重量チ未満とし、残部
   本質的にＡ１からなる穴拡げ加工した熱交換器フィン。 ２ Ｚｒ ０．０ ５ 〜Ｏ．．４重量チ、Ｆｅ０．
   １５〜０．７重量係、Ｓｉ Ｏ．３重量係未満とし、残
   部本質的にＡＩからなる穴拡げ加工した熱交換器フィン
   。 ３ ｚｒ０．０５〜０．４重量チ、Ｆｅ０．１５〜０．
   ７重量係を含み、ＣｕＯ．０２〜０．２５重量係、Ｍｇ
   ０．１〜０．５重量係、Ｍｎ ０．１〜０．５重量係の
   １種又は２種以上を含み、Ｓｉ Ｏ．３重量多未満とし
   、残部本質的にＡ１からなる穴拡げ加工した熱交換器フ
   ィン。