KR20230145563A - 알루미늄 합금판, 그 제조 방법 및 열교환기 - Google Patents

알루미늄 합금판, 그 제조 방법 및 열교환기 Download PDF

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Abstract

단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판이며, 1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상이며, 또한, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
본 발명에 의하면, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판이며, 가열 접합 시의 내변형성이 높은 알루미늄 합금판을 제공할 수 있다.

Description

알루미늄 합금판, 그 제조 방법 및 열교환기
본 발명은, 단층 가열 접합용의 알루미늄 합금판 및 그것을 이용하여 제조되는 열교환기에 관한 것이다.
열교환기나 히트 싱크 등, 알루미늄 재료로 이루어지며, 다수의 금속 접합부를 갖는 제품의 제조 방법에는 납땜이 이용되는 경우가 많다. 납땜용의 알루미늄 재료로는, 알루미늄 재료로 이루어지는 심재에 납재를 클래드한 브레이징 시트나, 예치 납재가 사용되어 왔다. 그러나, 브레이징 시트와 같은 복수층을 겹쳐 접합하는 클래드재나, 예치 납재와 같은 추가적인 접합재의 사용은, 그 제조 비용이나 재료 비용의 관계에서 열교환기 등의 비용 상승의 요인이 되고 있었다.
이에, 최근, 단층으로 가열 접합이 가능한 알루미늄 합금재가 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 이 알루미늄 합금재는, Al-Si계 합금으로 이루어지며, 가열에 의해 합금재 내부에서 생성되는 액상을 접합에 이용하는 것이다. 이 알루미늄 합금재에 의하면, 상술한 액상이 납재로서 작용하기 때문에, 단층이면서 예치 납재 등의 접합재를 이용하지 않고, 다른 부재와 접합할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 이와 같이 접합재가 없더라도 가열함으로써 접합을 가능하게 하는 것을 「가열 접합 기능」이라고 칭한다. 또, 이와 같은 단층으로 가열 접합 기능을 갖는 알루미늄 합금재에 의한 접합을 「가열 접합」이라고 칭하고, 그 때의 가열 온도를 「가열 접합 온도」라고 칭한다.
단층으로 가열 접합 기능을 갖는 알루미늄 합금재는, 가열 접합 중에 재료가 반용융 상태가 되기 때문에, 납땜 온도에 있어서의 내변형성을 확보하는 것이 중요해진다. 알루미늄 합금재에 있어서의 내변형성의 향상의 수법으로서, 예를 들면, 특허 문헌 2에서는, 납땜 가열 후의 결정립이 조대(粗大)해져, 입계에서의 액상 생성이 억제되는 금속 조직으로 함으로써, 내변형성이 우수한 단층으로 가열 접합 기능을 갖는 알루미늄 합금재가 밝혀져 있다.
일본 특허 5436714호 명세서 일본 특허 5345264호 명세서
그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 종래의 단층으로 가열 접합 기능을 갖는 알루미늄 합금재는, 가열 접합 시의 내변형성이 불충분해지는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판이며, 가열 접합 시의 내변형성이 높은 알루미늄 합금판을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금재의 가열 접합 후의 결정 조직과, 내변형성의 관계에 대해서 검토를 행한 결과, 판두께 방향의 결정립에 기인하는 입계 미끄럼이 내변형성에 영향을 주는 것을 발견했다. 그리고, 본 발명자들은, 가열 접합에 의한 가열 후의 압연면에 평행한 평면 및 판두께 방향 각각의 조직이 적절한 상태가 되는 금속 조직에, 알루미늄 합금판의 금속 조직(가열 접합 전의 금속 조직)을 제어한 것이, 내변형성이 우수한 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금재가 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명 (1)은, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판이며,
1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지고,
300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상이며, 또한, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상인 것
을 특징으로 하는 알루미늄 합금판을 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (2)는, 추가로, 6.00질량% 이하의 Zn, 3.00질량% 이하의 Mg, 1.50질량% 이하의 Cu, 2.00질량% 이하의 Ni, 0.30질량% 이하의 Cr, 0.30질량% 이하의 Zr, 0.30질량% 이하의 Ti 및 0.30질량% 이하의 V 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)의 알루미늄 합금판을 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (3)은, 추가로, 0.10질량% 이하의 Be, 0.10질량% 이하의 Sr, 0.30질량% 이하의 Bi, 0.10질량% 이하의 Na 및 0.05질량% 이하의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)의 알루미늄 합금판을 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (4)는, 판두께가 0.30mm 이하인 것을 특징으로 하는 (1)~(3) 중 어느 하나의 알루미늄 합금판을 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (5)는, 연속 주조 압연에 의해, 1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금의 주조 압연판을 주조하는 주조 공정과,
상기 주조 압연판을 2회 이상 냉간으로 압연하는 냉간 압연 공정
을 갖고,
주조 공정 후부터 냉간 압연 공정의 최종 냉간 압연 전까지의 동안에, 소둔 처리를 1회 이상 행하는 것,
모든 소둔 처리에 있어서의 소둔 조건이, 소둔 온도 200~550℃, 소둔 시간 1~10시간의 조건인 것
을 특징으로 하는 알루미늄 합금판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (6)은, 상기 주조 압연판이, 추가로, 6.00질량% 이하의 Zn, 3.00질량% 이하의 Mg, 1.50질량% 이하의 Cu, 2.00질량% 이하의 Ni, 0.30질량% 이하의 Cr, 0.30질량% 이하의 Zr, 0.30질량% 이하의 Ti 및 0.30질량% 이하의 V 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (5)의 알루미늄 합금판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (7)은, 상기 주조 압연판이, 추가로, 0.10질량% 이하의 Be, 0.10질량% 이하의 Sr, 0.30질량% 이하의 Bi, 0.10질량% 이하의 Na 및 0.05질량% 이하의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (5) 또는 (6)의 알루미늄 합금판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (8)은, 작동 유체가 유통하는 알루미늄 합금제의 튜브와, 상기 튜브에 금속적으로 접합된 알루미늄 합금제의 핀을 갖는 열교환기이며,
상기 튜브는, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재를 이용하여 형성되고,
상기 핀은, 1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판을 이용하여 형성되어 있으며,
상기 핀의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상이며, 또한, 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상인 것
을 특징으로 하는 열교환기를 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (9)는, 상기 핀은, 추가로, 6.00질량% 이하의 Zn, 3.00질량% 이하의 Mg, 1.50질량% 이하의 Cu, 2.00질량% 이하의 Ni, 0.30질량% 이하의 Cr, 0.30질량% 이하의 Zr, 0.30질량% 이하의 Ti 및 0.30질량% 이하의 V 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (8)의 열교환기를 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (10)은, 상기 핀은, 추가로, 0.10질량% 이하의 Be, 0.10질량% 이하의 Sr, 0.30질량% 이하의 Bi, 0.10질량% 이하의 Na 및 0.05질량% 이하의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (8) 또는 (9)의 열교환기를 제공하는 것이다.
또, 본 발명 (11)은, 작동 유체가 유통하는 알루미늄 합금제의 튜브와, 상기 튜브에 금속적으로 접합된 알루미늄 합금제의 핀을 갖는 열교환기이며,
적어도, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재와, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 핀재를 조합하고, 다음에, 얻어지는 조합체를 가열하여, 상기 열교환기용 튜브재와 상기 열교환기용 핀재를 접합하여 얻어진 것이며,
상기 열교환기용 핀재가, (1)~(4) 중 어느 하나의 알루미늄 합금판의 성형체인 것
을 특징으로 하는 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판이며, 가열 접합 시의 내변형성이 높은 알루미늄 합금판을 제공할 수 있다.
도 1은 대표적인 2원계 공정(共晶) 합금인 Al-Si 합금의 모식적인 상태도이다.
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 합금판을 이용한 접합에 있어서, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판을 형성하는 알루미늄 합금에서의 액상의 생성 메카니즘을 나타내는 설명도이다.
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 합금판을 이용한 접합에 있어서, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판을 형성하는 알루미늄 합금에서의 액상의 생성 메카니즘을 나타내는 설명도이다.
도 4는 대표적인 2원계 공정 합금인 Al-Si 합금의 모식적인 상태도이다.
도 5는 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 내변형성 시험의 모식도이다.
도 7은 실시예 1의 공시재의 가열 접합 시험 결과이다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판이며,
1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지고,
300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상이며, 또한, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상인 것
을 특징으로 하는 알루미늄 합금판이다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 필수 원소로서 Si, Fe 및 Mn을 함유한다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금판은, 필수 원소와, 필요에 따라 첨가되는 임의 첨가 원소와, 그들 이외의 잔부로서 알루미늄과 불가피적 불순물로 구성된다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 즉, 본 발명의 알루미늄 합금판은, 알루미늄 합금에 의해 구성되어 있다.
또, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금은, 임의 첨가 원소로서, 추가로, 6.00질량% 이하의 Zn, 3.00질량% 이하의 Mg, 1.50질량% 이하의 Cu, 2.00질량% 이하의 Ni, 0.30질량% 이하의 Cr, 0.30질량% 이하의 Zr, 0.30질량% 이하의 Ti, 0.30질량% 이하의 V, 0.10질량% 이하의 Be, 0.10질량% 이하의 Sr, 0.30질량% 이하의 Bi, 0.10질량% 이하의 Na 및 0.05질량% 이하의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 또, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금은, 임의 첨가 원소로서, 0.10질량% 이하의 In, 0.10질량% 이하의 Sn, 0.10질량% 이하의 희토류 원소를 함유해도 된다.
Si는 Al-Si계의 액상을 생성하여, 접합에 기여하는 원소이다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Si 함유량은, 1.50~5.00질량%, 바람직하게는 1.60~3.50질량%, 보다 바람직하게는 2.00~3.00질량%이다. 알루미늄 합금의 Si 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 충분한 양의 액상을 생성할 수 있고, 액상이 스며나오는 양이 충분해지므로, 양호한 접합이 가능하고, 또, 가열 중에 재료 강도가 너무 저하되지 않아, 형상 유지가 가능하다. 또한, 알루미늄 합금의 Si 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 알루미늄 합금의 고상선과 액상선의 온도차가 커지므로, 판두께 중심 부근에서는 주조 시에 응고가 완료될 때까지의 시간이 길어진다. 그 결과, 표층 부근에서 중심부로 용질 원자의 배출이 일어나, 보다 고농도화된 용질 원자에 의해 제2상 입자가 조밀하게 존재하고, 판두께 중심부에서 결정립의 성장이 저해됨으로써, 가열 접합 시에, 판두께 방향의 결정립 수가 커져 입계 미끄럼에 의한 변형이 억제된다. 또한, 스며나오는 액상의 양은 판두께가 두껍고, 가열 온도가 높을 수록 많아지므로, 가열 접합 시에 필요로 되는 액상의 양은, 제조하는 열교환기의 핀의 구조 또는 치수에 따라 조절되고, 그리고, 가열 접합 시에 필요로 되는 액상의 양에 따라, 알루미늄 합금의 Si 함유량이나 가열 접합 온도가 조절된다. 한편, 알루미늄 합금의 Si 함유량이, 상기 범위 미만이면, 충분한 양의 액상을 생성하지 못하여, 액상이 스며나오는 것이 적어져, 접합이 불완전해지고, 또, 상기 범위를 초과하면, 알루미늄 합금재 중의 Si 입자가 많아져, 액상의 생성량이 많아지기 때문에, 가열 중의 재료 강도가 극단적으로 저하되어, 핀재로서의 형상 유지가 곤란해진다.
Fe는 매트릭스에 약간 고용하여 강도를 향상시키는 효과를 가지는데 더하여, 창출물이나 석출물로서 분산되어 특히 고온에서의 강도 저하를 방지하는 효과를 갖는다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Fe 함유량은, 0.01~2.00질량%, 바람직하게는 0.20~1.00질량%이다. 알루미늄 합금의 Fe 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 강도가 높아지고, 또, 고온에서의 강도 저하가 방지된다. 한편, 알루미늄 합금의 Fe 함유량이, 상기 범위 미만이면, 상기의 효과가 작을 뿐만 아니라, 고순도의 지금(地金)을 사용할 필요가 있어 비용이 증가한다. 또, 알루미늄 합금의 Fe 함유량이, 상기 범위를 초과하면, 주조 시에 조대한 금속간 화합물이 생성되어, 제조성에 문제가 생기고, 접합체가 부식 환경(특히 액체가 유동하는 부식 환경)에 노출된 경우에는 내식성이 낮아지고, 또한, 접합 시의 가열에 의해 재결정된 결정립이 미세화하기 때문에, 내변형성이 낮아진다.
Mn은 주조 시에 알루미늄 매트릭스에 고용하여, 그 후의 가공 공정에서 원상당경 0.01~0.50μm의 Al계 금속간 화합물의 형성이 촉진된다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Mn 함유량은, 0.50~2.00질량%, 바람직하게는 0.80~1.50질량%이다. 알루미늄 합금의 Mn 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 원상당경 0.01~0.50μm의 Al계 금속간 화합물의 존재량이 충분해져, 적절한 힘의 피닝 효과가 얻어지고, 한정된 결정립 만이 성장하여, 조대한 결정립이 얻어지므로, 조대한 결정립에 의해 입계 미끄럼이 억제되어, 내변형성이 높아진다. 한편, 알루미늄 합금의 Mn 함유량이, 상기 범위 미만이면, 상기 효과를 충분히 얻지 못하여, 내변형성이 낮아지고, 또, 상기 범위를 초과하면, 주조 시에 조대한 금속간 화합물이 생성되어, 제조성에 문제가 생긴다.
본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금은, Si, Fe 및 Mn에 더하여, 필요에 따라, 추가로, 임의 첨가 원소로서, Mg, Cu, Ni, Cr, Zr, Ti, V, Be, Sr, Bi, Na, Ca, Zn, In, Sn, 및 희토류 원소 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.
Mg는, 가열 접합 후에 있어서, Mg2Si가 되어 시효 경화를 발생시켜 강도를 향상시킨다. 따라서, Mg는 강도 향상의 효과를 발휘하는 첨가 원소이다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Mg를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Mg 함유량은, 3.00질량% 이하, 바람직하게는 0.05~3.00질량%이다. 알루미늄 합금의 Mg 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 강도가 높아진다. 한편, 알루미늄 합금의 Mg 함유량이, 상기 범위를 초과하면, Mg가 플럭스와 반응하여, 고융점의 화합물을 형성하기 때문에, 현저하게 접합성이 낮아진다. 또한, 본 발명에 있어서는, Mg 및 Mg 뿐만 아니라 다른 합금 성분에 있어서도, 소정 함유량 이하인 경우는 0질량%도 포함하는 것으로 한다.
Cu는, 매트릭스 중에 고용하여 강도를 향상시키는 첨가 원소이다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Cu를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Cu 함유량은, 1.50질량% 이하, 바람직하게는 0.05~1.50질량%이다. 알루미늄 합금의 Cu 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 강도가 높아진다. 한편, 알루미늄 합금의 Cu 함유량이 상기 범위를 초과하면, 내식성이 낮아진다.
Ni는, 금속간 화합물로서 창출 또는 석출되어, 분산 강화에 의해 가열 접합 후의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Ni를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Ni 함유량은, 2.00질량% 이하, 바람직하게는 0.05~2.00질량%이다. 알루미늄 합금의 Ni 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 강도가 높아진다. 한편, 알루미늄 합금의 Ni 함유량이 상기 범위를 초과하면, 조대한 금속간 화합물이 형성되기 쉬워져, 가공성이 낮아지고, 또, 자기 내식성도 낮아진다.
Cr은, 고용 강화에 의해 강도를 향상시키고, 또, Al-Cr계의 금속간 화합물이 석출되어, 가열 후의 결정립 조대화에 작용한다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Cr을 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Cr 함유량은, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%이다. 알루미늄 합금의 Cr 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 강도가 높아진다. 한편, 알루미늄 합금의 Cr 함유량이, 상기 범위를 초과하면, 조대한 금속간 화합물이 형성되기 쉬워져, 소성 가공성이 낮아진다.
Zr은 Al-Zr계의 금속간 화합물로서 석출되어, 분산 강화에 의해 가열 접합 후의 강도를 향상시키는 효과를 발휘한다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Zr을 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Zr 함유량은, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%이다. 알루미늄 합금의 Zr 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 강도가 높아진다. 한편, 알루미늄 합금의 Zr 함유량이, 상기 범위를 초과하면, 조대한 금속간 화합물이 형성되기 쉬워져, 소성 가공성이 낮아진다.
Ti, V는, 매트릭스 중에 고용하여 강도를 향상시키는 것 외에, 층형상으로 분포하여 판두께 방향의 부식의 진전을 막는 효과가 있다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Ti를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Ti 함유량은, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%이다. 또, 알루미늄 합금이 V를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 V 함유량은, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%이다. 알루미늄 합금의 Ti 함유량 또는 V 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 강도가 높아지고, 또, 판두께 방향의 부식의 진전을 막을 수 있다. 한편, 알루미늄 합금의 Ti 함유량 또는 V 함유량이, 상기 범위를 초과하면, 거대 창출물이 발생하여, 성형성, 내식성이 저해된다.
Zn은, 희생 방식(犧牲防蝕) 작용에 의한 내식성 향상에 유효한 원소이다. Zn은, 매트릭스 중에 거의 균일하게 고용하여 자연 전위를 비화시키는 작용을 갖는다. 예를 들면, 본 발명의 알루미늄 합금재를 핀재로 하고, 이것을 비화시킴으로써, 핀에 접합되어 있는 튜브의 부식을 상대적으로 억제하는 희생 방식 작용을 발휘시킬 수 있다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Zn을 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Zn 함유량은, 6.00질량% 이하, 바람직하게는 0.05~6.00질량%, 특히 바람직하게는 0.10~5.00질량%이다. 알루미늄 합금의 Zn 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 내식성이 높아진다. 한편, 알루미늄 합금의 Zn 함유량이, 상기 범위를 초과하면, 부식 속도가 너무 빨라져 자기 내식성이 낮아지고, 희생 방식 작용도 낮아진다.
Be, Sr, Bi, Na, Ca는, Si 입자를 미세 분산시켜, 액상의 유동성을 향상시키는 등에 의해, 접합성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Be를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Be 함유량은, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%이다. 또, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Sr을 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Sr 함유량은, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%이다. 또, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Bi를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Bi 함유량은, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.30질량%이다. 또, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Na를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Na 함유량은, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%이다. 또, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금이, Ca를 함유하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금의 Ca 함유량은, 0.05질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.05질량%이다. 알루미늄 합금의 Be 함유량, Sr 함유량, Bi 함유량, Na 함유량 또는 Ca 함유량이, 상기 범위에 있음으로써, 접합성이 높아진다. 한편, 알루미늄 합금의 Be 함유량, Sr 함유량, Bi 함유량, Na 함유량 또는 Ca 함유량이, 상기 범위를 초과하면, 내식성 저하 등의 폐해를 일으키는 경우가 있다. 또한, 알루미늄 합금이, Be, Sr, Bi, Na 및 Ca의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 경우에는, 각 첨가 성분 모두가 상기 성분 범위 내에 있는 것을 필요로 한다. 또, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금은, 0.10질량% 이하의 In, 0.10질량% 이하의 Sn, 0.10질량% 이하의 희토류 원소를 함유해도 된다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이, 370μm 이상, 바람직하게는 370~1500μm, 특히 바람직하게는 400~1500μm이며, 또한, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 1.5개 이상, 바람직하게는 1.5~10.0개이다. 즉, 본 발명의 알루미늄 합금판은, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열에 의해, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열에 의해, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이, 370μm 이상, 바람직하게는 370~1500μm, 특히 바람직하게는 400~1500μm이며, 또한, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 1.5개 이상, 바람직하게는 1.5~10.0개가 되는 금속 조직을 갖고 있다. 본 발명자들은, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열에 의해, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열에 의해, 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경 및 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 상기 범위가 되는 금속 조직을 갖고 있는 알루미늄 합금판이, 단층으로의 가열 접합에 있어서, 가열 중에 재료가 변형되기 어려운 것을 발견했다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 평면에 있어서의 평균 결정입경이, 370μm 이상, 바람직하게는 370~1500μm, 특히 바람직하게는 400~1500μm이다. 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판에서는, 가열 접합의 가열 시에는, 입계 부분이 용융하고 있기 때문에, 결정립이 작으면 입계에서 결정립들의 어긋남이 생기기 쉬워져 변형이 일어난다. 그 때문에, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 알루미늄 합금판의 가열 시험 후의 압연면에 평행한 평면에 있어서의 평균 결정입경이, 상기 범위가 되는 것은, 가열 접합 시에 결정립들의 어긋남이 생기기 어려워지므로, 가열 접합 시의 내변형성이 높아진다. 또한, 가열 중의 평균 결정립의 관찰은 매우 곤란하기 때문에, 가열 후의 평균 결정입경으로 판단한다. 또, 상기 평균 결정입경의 상한치는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 평균 결정입경은, 알루미늄 합금재의 제조 조건과 가열 접합 시의 가열 조건에 의존하는 것으로, 상기 평균 결정입경의 상한은 1500μm 정도이다.
본 발명에 있어서, 압연면에 평행한 평면에 있어서의 평균 결정입경은, 경면 연마 후에 양극 산화법으로 에칭한 시료를, 광학 현미경에 의해 관찰하여, 결정립 조직 관찰상(像)을 얻고, 다음에, 면적 계량법으로, 평균 결정입경을 측정함으로써 구할 수 있다. 여기서 면적 계량법이란, 결정립 조직 관찰상에 일정 크기의 직육면체를 그리고, 직육면체가 내포하는 결정립을 1, 사각형의 변에 의해 절단되는 결정립을 0.5로 하고, 사각형 내 및 사각형 상의 결정립의 수를 계측하고, 하기 식 (1)을 이용하여 평균 결정입경(d)을 산출하는 방법이다.
평균 결정입경(d)(μm)=((평가 면적 합계(μm2)/결정립 수 합계(개)))0.5 (1)
또한, 본 발명에 있어서, 압연면에 평행한 평면은, 판두께 방향에 수직인 면이다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 1.5개 이상, 바람직하게는 1.5~10.0개이다. 알루미늄 합금판에서는, 가열 접합의 가열 시에는, 판두께 방법의 결정립 수가 많을수록, 가열에 의해 발생하는 입계 미끄럼의 판두께 방향으로의 진전이 억제되어, 접합 시에 재료가 변형되기 어려워진다. 그 때문에, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 알루미늄 합금판의 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 상기 범위가 되는 것은, 가열 접합 시에 입계 미끄럼의 판두께 방향으로의 진전이 억제되므로, 가열 접합 시의 내변형성을 높게 할 수 있다. 또한, 가열 중의 결정립의 관찰은 매우 곤란하기 때문에, 가열 후의 평균 결정립 수로 판단한다. 또, 상기 결정립 수의 상한치는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 평균 결정립 수는, 알루미늄 합금재의 제조 조건과 가열 접합 시의 가열 조건에 의존하는 것이며, 상기 평균 결정립 수의 상한은 10.0개이다.
본 발명에 있어서, 판두께 방향의 평균 결정립 수는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 가열 시험 후의 알루미늄 합금판의 단면을, 광학 현미경에 의해, 2000μm 이상의 시야에서 관찰하여, 결정립 조직 관찰상을 얻고, 다음에, 200μm 간격으로, 판두께를 관통하도록 절단선을 그어, 절단선 상에 존재하는 결정립 수를 계측하고, 평균함으로써 구할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 나타내는 예의 경우, 200μm 간격으로, 판두께를 관통하는 절단선이 15개 그어져 있고, 이들 모든 절단선 상에 존재하는 결정립의 수는, 합계로 34개이다. 따라서, 판두께 방향의 평균 결정립 수는, 34/15=2.3개가 된다. 또한, 도 5는, 가열 시험 후의 알루미늄 합금판의 단면의 상이한 3개소를, 광학 현미경에 의해 관찰한 상이다.
본 발명에 있어서의 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험이지만, 먼저, 시험 시료인 본 발명의 알루미늄 합금판을, 불활성 가스 분위기 중에서 가열하여 승온하고, 600±3℃의 유지 온도까지 가열하고, 다음에, 600±3℃에서 5±3분간 유지하고, 다음에, 실온까지 냉각하는 가열 시험을 행하고, 다음에, 가열 시험 후의 시험 시료에 대해서, 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경 및 판두께 방향의 평균 결정립 수를 측정한다. 또한, 가열 시험의 승온 조건은, 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 다음에, 600℃까지 승온하는 조건, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하는 조건이다.
본 발명의 알루미늄 합금판의 판두께는, 바람직하게는 0.30mm 이하이다. 열교환기의 핀재로서 적합한 판두께가 0.30mm 이하이다. 그리고, 본 발명의 알루미늄 합금판은, 판두께가 0.30mm 이하로 작아도, 우수한 내변형성을 갖는다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 액상율이 5.0% 이상 35.0% 이하가 되는 온도에 있어서, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판(단층 가열 접합 기능을 갖는 알루미늄 합금판)이다. 즉, 본 발명의 알루미늄 합금판은, 단층 브레이징 시트이다.
이하에, 액상율이 5.0% 이상 35.0% 이하가 되는 온도에 있어서, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판(이하, 단층 브레이징 시트라고도 기재한다.)에 대해서 설명한다.
단층 브레이징 시트는, 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 당해 알루미늄 합금재 내에 생성되는 액상의 질량의 비(이하, 「액상율」이라고 적는다.)가, 5% 이상 35% 이하가 되는 온도로 접합시킬 필요가 있다. 액상율이 35%를 초과하면, 생성하는 액상의 양이 너무 많아 알루미늄 합금재가 형상을 유지할 수 없게 되어 크게 변형되어 버린다. 한편, 액상율이 5% 미만에서는 접합이 곤란해진다. 바람직한 액상율은 5~30%이며, 보다 바람직한 액상율은 10~20%이다.
액상의 생성 메카니즘에 대해서 설명한다. 도 1에 대표적인 2원계 공정 합금인 Al-Si 합금의 상태도를 모식적으로 나타낸다. Si 농도가 c1인 알루미늄 합금재를 가열하면, 공정(共晶) 온도(고상선 온도) Te를 초과한 부근의 온도 T1에서 액상의 생성이 시작된다. 공정 온도 Te 이하에서는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 결정립계로 구분되는 매트릭스 중에 정석출물(晶析出物)이 분포하고 있다. 여기서 액상의 생성이 시작되면, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 정석출물 분포의 편석이 많은 결정립계가 용융하여 액상이 된다. 다음에, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 합금의 매트릭스 중에 분산하는 주첨가 원소 성분인 Si의 정석출물 입자나 금속간 화합물의 주변이 구상으로 용융하여 액상이 된다. 또한 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 매트릭스 중에 생성된 이 구상의 액상은, 계면 에너지에 의해 시간의 경과나 온도 상승과 함께 매트릭스에 재고용하여, 고상내 확산에 의해 결정립계나 표면으로 이동한다. 다음에, 도 1에 나타내는 바와 같이 온도가 T2로 상승하면, 상태도보다 액상량은 증가한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 알루미늄 합금재의 Si 농도가 최대 고용한계 농도보다 작은 c2인 경우에는, 고상선 온도 Ts2를 초과한 부근에서 액상의 생성이 시작된다. 단, c1인 경우와 달리, 용융 직전의 조직은 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 매트릭스 중에 정석출물이 존재하지 않는 경우가 있다. 이 경우, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 입계에서 우선 용융하여 액상이 된 후, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이 매트릭스 중에 있어서 국소적으로 용질 원소 농도가 높은 장소부터 액상이 발생한다. 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 매트릭스 중에 생성된 이 구상의 액상은, c1의 경우와 마찬가지로, 계면 에너지에 의해 시간의 경과나 온도 상승과 함께 매트릭스에 재고용하여, 고상내 확산에 의해 결정립계나 표면으로 이동한다. 온도가 T3으로 상승하면, 상태도보다 액상량은 증가한다. 이와 같이, 본 발명에 있어서의 접합은, 단층 브레이징 시트(본 발명에 따른 열교환기용 핀재) 내부의 부분적인 용융에 의해 생성되는 액상을 이용하는 것으로, 접합과 형상 유지의 양립을 실현할 수 있는 것이다.
액상이 생긴 후부터 접합에 이르기까지의 금속 조직의 거동을 설명한다. 액상을 생성하는 단층 브레이징 시트와, 이것과 접합하는 알루미늄 합금 상대재를 조합하여, 이들을, 액상율이 5.0% 이상 35.0% 이하가 되는 온도에 있어서 가열한다. 그리고, 접합부를 현미경으로 관찰하면, 상술과 같이, 접합에 있어서 단층 브레이징 시트의 표면에 생성되는 매우 미소한 액상은, 플럭스 등의 작용에 의해 산화 피막이 파괴된 알루미늄 합금 상대재와의 극간을 메운다. 다음에, 양 합금재의 접합 계면 부근에 있는 액상이 알루미늄 합금 상대재 내로 이동해 가고, 그에 따라 접합 계면에 접하고 있는 단층 브레이징 시트의 고상 α상의 결정립이 알루미늄 합금 상대재 내를 향하여 성장해 간다. 한편, 알루미늄 합금 상대재의 결정립도 단층 브레이징 시트측으로 성장해 간다. 그리고, 접합 계면 부근의 알루미늄 합금 상대재 중에 단층 브레이징 시트의 조직이 들어간 것과 같은 조직이 되어 접합된다. 따라서, 접합 계면에는 단층 브레이징 시트와 알루미늄 합금 상대재 이외의 금속 조직이 생기지 않는다.
한편, 납재를 클래드한 브레이징 시트를 이용하여, 알루미늄 합금 상대재와 납땜 가열에 의해 접합한 경우에는, 접합부에 필릿이 형성되고, 공정(共晶) 조직이 보여져, 단층 브레이징 시트를 이용하여 알루미늄 합금 상대재와 납땜 가열에 의해 접합한 경우와는, 상이한 접합 조직이 형성된다. 즉, 납재를 클래드한 브레이징 시트를 이용하여, 알루미늄 합금 상대재와 납땜 가열에 의해 접합한 경우에는, 접합부를 액상 납이 메워 필릿을 형성하기 때문에, 접합부는 주위와 상이한 공정 조직이 형성되는 것이다. 또, 용접법에 있어서도 접합부가 국부적으로 용융하기 때문에, 다른 부위와는 상이한 금속 조직이 된다.
이와 같은 점에서, 단층 브레이징 시트를 이용하여, 알루미늄 합금 상대재와 가열 접합한 경우에는, 접합부의 금속 조직이 양 피접합 부재인 것 만으로 구성되거나, 혹은, 양 피접합 부재가 일체화된 것으로 구성되는 점에서, 납재가 클래드된 브레이징 시트를 이용하는 경우나 용접에 의한 경우는, 접합 조직이 다르다.
그리고, 이와 같은 접합 거동 때문에, 단층 브레이징 시트를 이용하여, 알루미늄 합금 상대재와 가열 접합한 경우에는, 접합 공정 후에 있어서 접합 부위 근방의 형상 변화가 거의 발생하지 않는다. 즉, 용접법의 비드나, 납땜법으로의 필릿과 같은 접합 후의 형상 변화가, 단층 브레이징 시트를 이용하여, 알루미늄 합금 상대재와 가열 접합한 경우에는, 대부분 발생하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 용접법이나 납땜법과 마찬가지로 금속 결합에 의한 접합을 가능하게 한다. 예를 들면, 납재가 클래드된 브레이징 시트(납재 클래드율이 한쪽 면 5%)를 이용하여 드로운 컵 타입의 적층형 열교환기를 조립한 경우, 납땜 가열 후에는 용융한 납재가 접합부에 집중되기 때문에, 적층한 열교환기의 높이가 5~10% 감소한다. 따라서, 제품 설계에 있어서는 그 감소분을 고려할 필요가 있다. 그에 반해, 단층 브레이징 시트를 이용하여, 알루미늄 합금 상대재와 가열 접합한 경우에는, 접합 후에 있어서의 치수 변화가 매우 작기 때문에, 고정밀도의 제품 설계가 가능해진다.
본 발명에서는, 단층 브레이징 시트의 가열 중에 있어서의 실제의 액상율을 측정하는 것은, 매우 곤란하다. 이에, 본 발명에서 규정하는 액상율은 평형 계산에 의해 구하는 것으로 한다. 구체적으로는, Thermo-Calc Software AB사 제조 Thermo-Calc(등록상표) 등의 열역학 평형 계산 소프트에 의해 합금 조성과 가열 시의 최고 도달 온도로부터 계산된다.
도 4에 나타내는 상태도에 의거하여, 액상율과 온도의 관계를 설명한다. 도 4는, 도 1을 변형한 것이다. 도 4에 있어서, 온도 Te를 지나 횡축으로 평행으로 연장되는 선(이하, 「고상선 1」이라고 기재한다.), 및 α상과의 경계를 구획 형성하면서 고상선 1의 좌측 단부부터 종축의 660℃까지 좌측 상방으로 연장되는 선(이하, 「고상선 2」라고 기재한다.)은 모두 고상선을 나타낸다. 또, 종축의 660℃부터 우측 하방으로 연장되어 상기 고상선 1과 접하는 선(이하, 「액상선 1」이라고 기재한다.), 및 (Si+액상)의 경계를 구획 형성하면서 상기 접하는 위치로부터 우측 상방으로 연장되는 선은 모두 액상선을 나타낸다.
여기서, 온도 T2의 점을 P0로 하고, P0를 지나 도면의 횡축과 평행한 선을 그어, 액상선 1과의 교점을 P1로 하고, 고상선 2와의 교점을 P2로 한다. Si 농도가 C1의 Al-Si 합금은 온도 T2의 아래에서는 액상과 고상이 공존하고 있는 상태에 있으며, 그 액상에 있어서의 Si 농도는 점 P1에 있어서의 농도 CP1이며, 그 고상에 있어서의 Si 농도는 점 P2에 있어서의 농도 CP2가 된다. 그리고, 온도 T2에 있어서의 전체 질량에 대한 액상의 질량의 비율, 즉, 액상율은, 선분 P1부터 P2의 길이에 대한 선분 P0부터 P2의 길이의 비가 된다.
이상과 같이, 도 1 및 도 4에 나타나는 바와 같은 2원계 합금의 상태도에 의거하여, 합금 성분과 온도로부터 작도(作圖)에 의해 액상율이 구해진다. 또, 3원계 이상의 다성분계에 있어서도, 마찬가지로, 상태도에 의거하여 합금 성분과 온도로부터 작도함으로써, 3원계 이상의 다성분계에서도 액상율이 구해진다. 또한, 3원계 이상의 다성분계의 상태도는, 도 4와 같은 단순한 X-Y 평면도로서 나타내는 것은 곤란하지만, Thermo-Calc의 열역학 평형 계산 소프트를 이용함으로써, 컴퓨터 계산에 의해 액상율을 얻을 수 있다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 어떤 제조 방법에 의해 제조된 것이어도 되고, 예를 들면, 이하에 서술하는 본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법에 의해, 적합하게 제조된다.
본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 연속 주조 압연에 의해, 1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금의 주조 압연판을 주조하는 주조 공정과,
상기 주조 압연판을 2회 이상 냉간으로 압연하는 냉간 압연 공정
을 갖고,
주조 공정 후부터 냉간 압연 공정의 최종 냉간 압연 전까지의 동안에, 소둔 처리를 1회 이상 행하는 것,
모든 소둔 처리에 있어서의 소둔 조건이, 소둔 온도 200~550℃, 소둔 시간 1~10시간의 조건인 것,
을 특징으로 하는 알루미늄 합금판의 제조 방법이다.
본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 적어도, 주조 공정과, 냉간 압연 공정과, 소둔 처리를 갖는다.
주조 공정은, 연속 주조 압연에 의해, 소정의 화학 조성을 갖는 알루미늄 합금의 주조 압연판을 주조하는 공정이다. 연속 주조법에서는, 응고 시의 냉각 속도가 빠르기 때문에, 조대한 창출물이 형성되기 어려워, 원상당경 5.0~10μm의 Si계 금속간 화합물의 형성이 억제된다. 그 결과, 재결정핵의 수를 줄일 수 있기 때문에, 특정의 결정립 만이 성장하여, 조대한 결정립이 얻어진다. 또한, 두께가 큰 주괴를 수냉하는 DC(Direct Chill) 주조법에 비해, 연속 주조법에서는, 폭 방향의 냉각 속도의 차가 작고, 용질 원자의 배출에 의한 농화가 폭 방향으로 균일해지기 쉽기 때문에, 알루미늄 합금재의 품질이 안정된다. 연속 주조법으로는, 쌍롤식 연속 주조 압연, 쌍벨트식 연속 주조 등의 연속적으로 판형 주괴를 주조하는 방법이면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 쌍롤식 연속 주조 압연이란, 내화물제의 급탕 노즐로부터 한 쌍의 수냉 롤 간에 알루미늄 용탕을 공급하여, 박판을 연속적으로 주조 압연하는 방법이며, 헌터법이나 3C법 등이 알려져 있다. 또, 쌍벨트식 연속 주조법은, 수냉되어 있는 상하로 대향한 회전 벨트 간에 용탕을 주탕(注湯)하여 벨트면으로부터의 냉각으로 용탕을 응고시켜 슬래브로 하고, 벨트의 반(反)주탕측으로부터 상기 슬래브를 연속해서 인출하여 코일 형상으로 권취하는 연속 주조 방법이다. 쌍롤식 연속 주조 압연에서는, 주조 시의 냉각 속도가 반연속 주조법에 비해 수배~수백배 빠르다. 예를 들면, 반연속 주조법의 경우의 냉각 속도가 0.5~20℃／초인데 반해, 쌍롤식 연속 주조 압연의 경우의 냉각 속도는 100~1000℃／초이다. 그 때문에, 쌍롤식 연속 주조 압연은, 주조 시에 생성되는 분산 입자가, 반연속 주조법에 비해 미세하고 고밀도로 분포하는 특징을 갖는다. 이에 따라 조대한 창출물의 발생이 억제되기 때문에, 접합 가열 중의 결정립이 조대화한다. 또, 냉각 속도가 빠르기 때문에, 첨가 원소의 고용량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 그 후의 열처리에 의해 미세한 석출물이 형성되어, 접합 가열 중의 결정립 조대화에 기여할 수 있다.
주조 공정에 있어서, 쌍롤식 연속 주조 압연으로 주조할 때의 냉각 속도는, 100~1000℃／초가 바람직하다. 냉각 속도가 100℃／초 미만에서는 목적의 금속 조직을 얻는 것이 곤란해지고, 또, 1000℃／초를 초과하면 안정된 제조가 곤란해진다. 쌍롤식 연속 주조 압연으로 주조할 때의 압연판의 속도는, 0.3~3m/분이 바람직하다. 주조 속도는, 냉각 속도에 영향을 미친다. 주조 속도가 0.3m/분 미만인 경우는, 상기와 같이 충분한 냉각 속도를 얻지 못하여 화합물이 조대해진다. 또, 3m/분을 초과하는 경우는, 주조 시에 롤 간에서 알루미늄재가 충분히 응고되지 않아, 정상적인 판형 주괴를 얻을 수 없다. 쌍롤식 연속 주조 압연법으로 주조할 때의 용탕 온도는, 바람직하게는 650~800℃, 보다 바람직하게는 680~750℃이다. 용탕 온도는, 급탕 노즐 직전에 있는 헤드 박스의 온도이다. 용탕 온도가 상기 범위 미만이면, 급탕 노즐 내에 조대한 금속간 화합물의 분산 입자가 생성되고, 그들이 주괴에 혼입됨으로써 냉간 압연 시의 판 파단의 원인이 된다. 또, 용탕 온도가 상기 범위를 초과하면, 주조 시에 롤 간에서 알루미늄재가 충분히 응고되지 않아, 정상적인 판형 주괴를 얻을 수 없다.
쌍롤식 연속 주조 압연으로 주조하는 판형 주괴의 판두께는, 바람직하게는 2~10mm, 특히 바람직하게는 4~8mm이다. 이 두께 범위에 있어서는, 판두께 중앙부의 응고 속도도 빠르고, 균일한 조직을 얻기 쉽다. 판두께가 상기 범위 미만이면, 단위 시간당 주조기를 통과하는 알루미늄량이 적어, 안정적으로 용탕을 판폭 방향으로 공급하는 것이 곤란해진다. 한편, 판두께가 상기 범위를 초과하면, 롤에 의한 권취가 곤란해진다.
주조 공정에서는, 1.50~5.00질량%, 바람직하게는 1.60~3.50질량%, 보다 바람직하게는 2.00~3.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%, 바람직하게는 0.20~1.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%, 바람직하게는 0.80~1.50질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 주조 압연판을 주조한다. 또, 주조 공정을 행하여 얻어지는 주조 압연판은, 필요에 따라, 임의 첨가 원소로서, 추가로, 6.00질량% 이하, 바람직하게는 0.05~6.00질량%, 특히 바람직하게는 0.10~5.00질량%의 Zn, 3.00질량% 이하, 바람직하게는 0.05~3.00질량%의 Mg, 1.50질량% 이하, 바람직하게는 0.05~1.50질량%의 Cu, 2.00질량% 이하, 0.05~2.00질량%의 Ni, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%의 Cr, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%의 Zr, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%의 Ti, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%의 V, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 Be, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 Sr, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.30질량%의 Bi, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 Na 및 0.05질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.05질량%의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 또, 주조 공정을 행하여 얻어지는 주조 압연판은, 필요에 따라, 임의 첨가 원소로서, 0.10질량% 이하의 In, 0.10질량% 이하의 Sn, 0.10질량% 이하의 희토류 원소를 함유해도 된다. 또한, 주조 공정에서는, 상기 화학 조성을 갖는 알루미늄 합금의 용탕을 조제하고, 상기 용탕을 이용하여 연속 주조 압연을 행함으로써, 주조 압연판의 화학 조성을 상기 화학 조성으로 할 수 있다.
냉간 압연 공정은, 주조 공정을 행하여 얻어진 주조 압연판을, 냉간 압연하는 공정이다. 냉간 압연 공정에서는, 냉간 압연을 2회 이상 행한다. 즉, 냉간 압연 공정에서는, 냉간 압연의 패스를 2회 이상 행한다. 냉간 압연 공정에 있어서의 냉간 압연의 회수는 적절히 선택된다. 그리고, 냉간 압연 공정에서는, 알루미늄 합금판의 판두께가, 최종판의 판두께가 될 때까지 냉간 압연을 행한다. 즉, 냉간 압연 공정의 최후 냉간 압연 후의 알루미늄 합금판의 판두께가, 최종판의 판두께이다.
본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법에서는, 주조 공정 후부터 냉간 압연 공정의 최종 냉간 압연 전까지의 동안에, 소둔 처리를 1회 이상 행한다. 본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법에서는, 소둔 처리를 행하는 타이밍으로는, (1) 주조 공정을 행한 후 또한 냉간 압연 공정을 행하기 전과, (2) 냉간 압연 공정에서 2회 이상 냉간 압연을 행하는 경우, 냉간 압연과 냉간 압연의 사이가 있으며, (1) 및 (2) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에서, 1회 이상, 바람직하게는 1~3회, 보다 바람직하게는 1~2회의 소둔 처리를 행한다. 냉간 압연 공정에서, 3회 이상 냉간 압연을 행하는 경우는, 냉간 압연과 냉간 압연의 사이가 2 이상 있는데, 그와 같은 경우, 냉간 압연 공정에서, 2회 이상 소둔 처리를 행해도 된다. 소둔 처리는, 알루미늄 합금판을 연화시켜 최종 냉간 압연에서 원하는 강도를 얻기 쉽게 하기 위해 행해지며, 이 소둔 처리에 의해, 알루미늄 합금판 중의 금속간 화합물의 사이즈 및 밀도, 첨가 원소의 고용량을 최적으로 조정할 수 있다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법에서는, 냉간 압연 공정의 최후 냉간 압연을 행한 후에는, 소둔 처리를 행하지 않는다.
소둔 처리에 있어서의 소둔 조건은, 소둔 온도가 200~550℃, 바람직하게는 250~450℃이며, 소둔 시간이 1~10시간이다. 즉, 소둔 처리에서는, 소둔 온도 200~550℃, 바람직하게는 250~450℃에서, 소둔 시간 1~10시간으로 가열한다. 소둔 온도가, 상기 범위 미만에서는, 알루미늄 합금판의 연화가 불충분하기 때문에, 가열 접합 전의 인장 강도가 높아지고, 가열 접합 전의 인장 강도가 높으면, 성형성이 떨어지기 때문에 코어 치수가 악화되어, 결과적으로 내구성이 낮아진다. 또, 소둔 온도가, 상기 범위를 초과하면, 알루미늄 합금판의 연화 온도를 초과하여 과대한 온도로 소둔하게 되어, 경제적으로 불리해진다.
본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법에서는, 최후 소둔 처리를 행한 후에 행하는 냉간 압연의 총압하율은, 바람직하게는 20~50%, 특히 바람직하게는 25~40%이다. 최후 소둔 처리를 행한 후에 행하는 냉간 압연의 총압하율이, 상기 범위에 있음으로써, 「300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상, 바람직하게는 370~1500μm, 특히 바람직하게는 400~1500μm이며, 또한, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상, 바람직하게는 1.5~10.0개가 되는 금속 조직」을 갖는 알루미늄 합금판이 얻어지기 쉬워진다. 또한, 본 발명에 있어서, 최후 소둔 처리란, 소둔 처리를 1회만 행하는 경우, 그 1회의 소둔 처리를 가리키며, 소둔 처리를 2회 이상 행하는 경우는, 그들 2회 이상의 소둔 처리 중, 가장 나중에 행하는 소둔 처리를 가리킨다. 또, 최후 소둔 처리를 행한 후에 행하는 냉간 압연의 총압하율 A(%)는, 이하의 식으로 산출되는 값이다.
A(%)=((B-C)/B)×100
A： 최후 소둔 처리를 행한 후에 행하는 냉간 압연의 총압하율(%)
B： 최후 소둔 처리를 행한 직후의 압연판의 두께
C： 최후 냉간 압연을 행한 후의 압연판의 두께
또한, 최후 소둔 처리를 행한 후에, 1회만의 냉간 압연을 행하는 경우는, 그 냉간 압연 전의 압연판의 두께가 B이며, 그 냉간 압연 후의 압연판의 두께가 C이다. 또, 최후 소둔 처리를 행한 후에, 복수회의 냉간 압연을 행하는 경우는, 최후 소둔 처리를 행한 후의 복수회의 냉간 압연 중, 최초의 냉간 압연 전의 압연판의 두께가 B이며, 최후 냉간 압연 후의 압연판의 두께가 C이다.
본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법을 행하여 얻어지는 알루미늄 합금판의 조질은 O재여도 되고, H재여도 된다. 알루미늄 합금판을 H1n재 또는 H2n재로 하는 경우는, 최종 냉간 압연율을, 50% 이하, 바람직하게는 5~50%로 한다. 최종 냉간 압연율이 50%를 초과하면, 가열 시에 재결정핵이 다수 발생하여, 접합 가열 후의 결정입경이 미세해진다. 또한, 최종 냉간 압연율이 5% 미만에서는, 제조가 실질 상 곤란해지는 경우가 있다.
본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법을 행하여 얻어지는 알루미늄 합금판은, 액상율이 5.0% 이상 35.0% 이하가 되는 온도에 있어서, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는다.
본 발명의 알루미늄 합금판의 제조 방법에서는, 주조 공정에 있어서, 연속 주조 압연, 바람직하게는 쌍롤식 연속 주조 압연으로 주조 압연판을 주조하고, 또한, 주조 공정 후부터 최종판을 얻을 때까지 동안에, 소둔 처리를 1회 이상 행하고, 그 모든 소둔 처리에 있어서의 소둔 조건을, 소둔 온도 200~550℃, 바람직하게는 250~450℃, 소둔 시간 1~10시간의 조건으로 함으로써, 바람직하게는 추가로 최후 소둔 처리 후의 냉간 압연에서의 총압하율을 20~50%, 바람직하게는 25~40%로 함으로써, 「300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험, 바람직하게는 300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하, 바람직하게는 45℃／분 이하로 승온하고, 400℃에서 580℃까지를 8±3분으로 승온하고, 580℃에서 유지 온도까지를 8±3분으로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상, 바람직하게는 370~1500μm, 특히 바람직하게는 400~1500μm이며, 또한, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상, 바람직하게는 1.5~10.0개가 되는 금속 조직」 을 갖는 알루미늄 합금판을 제조할 수 있다.
본 발명의 알루미늄 합금판을 이용하여 가열 접합하는 경우, 본 발명의 알루미늄 합금판을 소정의 형상으로 성형하고, 추가로, 접합하는 상대재와 조합하여, 가열 접합 온도로 가열함으로써, 가열 접합을 행한다. 본 발명의 알루미늄 합금판을 이용하는 가열 접합에 있어서의, 적절한 가열 접합 온도는, 액상율이 5~35%가 되는 온도역이며, 액상율 5% 이상으로 유지되는 시간이, 30~3600초인 것이 바람직하다. 액상이 적으면 접합이 곤란해지는 경우가 있기 때문에, 액상율은 5% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 액상율이 35%를 초과하면, 생성하는 액상의 양이 너무 많아, 가열 접합 시에 알루미늄 합금재가 크게 변형되어 버려 형상을 유지할 수 없게 된다. 또, 액상율이 5% 이상인 시간이, 30초 미만이면, 접합부에 액상이 충분히 충전되지 않는 경우가 있고, 또, 3600초를 초과하면, 알루미늄재의 변형이 진행되는 경우가 있다. 이와 같은 조건을 달성하기 위해, 가열 접합 시에는, 가열 온도를 580℃~640℃로 하고, 가열 온도로의 유지 시간을 0~10분 정도로 하면 된다. 여기서, 0분이란, 부재의 온도가 소정의 접합 온도에 도달하면 바로 냉각을 개시하는 것을 의미한다. 가열 접합 시의 가열 조건에 대해서는, 변형 없이 건전한 접합 상태를 달성하기 위해, 적절한 범위로 조정한 조건을 이용해도 된다. 또, 가열 접합 시의 가열 분위기는, 질소 또는 아르곤 등으로 치환한 비산화성 분위기 등이 바람직하다. 가열 접합에 있어서 접합체를 얻을 때에는, 비부식성 플럭스를 사용함으로써, 더 양호한 접합성을 얻을 수 있다. 또한, 가열 접합에서는, 진공 중이나 감압 중에서 가열하여 접합하는 것도 가능하다.
본 발명의 열교환기는, 작동 유체가 유통하는 알루미늄 합금제의 튜브와, 상기 튜브에 금속적으로 접합된 알루미늄 합금제의 핀을 갖는 열교환기이며,
적어도, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재와, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 핀재를 조합하고, 다음에, 얻어지는 조합체를 가열하여, 상기 열교환기용 튜브재와 상기 열교환기용 핀재를 접합하여 얻어진 것이며,
상기 열교환기용 핀재가, 본 발명의 알루미늄 합금판의 성형체인 것
을 특징으로 하는 열교환기이다.
본 발명의 열교환기에 따른 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재로는, 통상, 알루미늄 합금제의 열교환기의 튜브재로서 이용되는 알루미늄 합금재를 튜브의 형상으로 한 것이면, 특별히 제한되지 않는다.
열교환기용 튜브재를 형성하는 알루미늄 합금의 화학 조성은, 특별히 제한되지 않지만, 대표적인 열교환기용 튜브재를 형성하는 알루미늄 합금으로는, 1000계, 3000계 알루미늄을 들 수 있다. 즉, 순알루미늄 및 순알루미늄에 대해 0.60질량% 이하의 Si, 0.70질량% 이하의 Fe, 0.70질량% 이하의 Cu, 및 2.00질량% 이하의 Mn 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 들 수 있다.
본 발명의 열교환기에 따른 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 핀재는, 본 발명의 알루미늄 합금판의 성형체이다. 본 발명의 열교환기의 열교환기용 핀재에 이용되는 알루미늄 합금판은, 상기 본 발명의 알루미늄 합금판과 동일하다.
본 발명의 열교환기는, 적어도, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재 및 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 핀재를 조합하고, 또한, 이들에 더하여, 헤더, 탱크, 배관재 등의 필요 부재를 조합한 조합체가, 가열 접합된 것이다.
조합체의 가열 접합 시의 가열 온도는, Si의 함유량에 의해, 적절히 선택된다. 또, Si 이외에, Zn 및 Cu도, 고상선 온도에 영향을 주기 때문에, 본 발명의 알루미늄 합금판이, Si에 더하여, Zn 및/또는 Cu를 함유하는 경우는, 조합체의 가열 접합 시의 가열 온도는, Si와, Zn 및/또는 Cu의 함유량에 따라 적절히 선택된다. 조합체의 가열 접합 시의 가열 온도로는, 본 발명의 알루미늄 합금판의 액상율이 5~35%가 되는 온도역이며, 액상율 5% 이상으로 유지되는 시간이, 30~3600초인 것이 바람직하다. 조합체의 가열 접합 시의 승온 속도는, 일의적으로 규정되는 것은 아니며, 노의 구조나 제품 설계에 따라 적절히 선택되지만, 일반적으로는 20~300℃／분이다.
즉, 본 발명의 열교환기는, 작동 유체가 유통하는 알루미늄 합금제의 튜브와, 상기 튜브에 금속적으로 접합된 알루미늄 합금제의 핀을 갖는 열교환기이며,
상기 튜브는, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재를 이용하여 형성되고,
상기 핀은, 1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판을 이용하여 형성되어 있으며,
상기 핀의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상이며, 또한, 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상인 것
을 특징으로 하는 열교환기이다.
본 발명의 열교환기는, 핀재로서, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판을 이용하고, 그 상대재로서, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재를 이용하여 가열 접합된 것이다.
본 발명의 열교환기에 따른 핀은, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판을 이용하여 형성되어 있다. 예를 들면, 본 발명의 열교환기에 따른 핀은, 상기 본 발명의 알루미늄 합금을 이용하여 형성된 것이다.
본 발명의 열교환기에 따른 핀을 형성하는 알루미늄 합금은, 1.50~5.00질량%, 바람직하게는 1.60~3.50질량%, 보다 바람직하게는 2.00~3.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%, 바람직하게는 0.20~1.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%, 바람직하게는 0.80~1.50질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금이다. 또, 본 발명의 열교환기에 따른 핀재를 형성하는 알루미늄 합금은, 필요에 따라, 임의 첨가 원소로서, 추가로, 6.00질량% 이하, 바람직하게는 0.05~6.00질량%, 특히 바람직하게는 0.10~5.00질량%의 Zn, 3.00질량% 이하, 바람직하게는 0.05~3.00질량%의 Mg, 1.50질량% 이하, 바람직하게는 0.05~1.50질량%의 Cu, 2.00질량% 이하, 0.05~2.00질량%의 Ni, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%의 Cr, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%의 Zr, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%의 Ti, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.05~0.30질량%의 V, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 Be, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 Sr, 0.30질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.30질량%의 Bi, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 Na 및 0.05질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.05질량%의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 또, 본 발명의 알루미늄 합금판에 따른 알루미늄 합금은, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 In, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 Sn, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 Be, 0.10질량% 이하, 바람직하게는 0.0001~0.10질량%의 희토류 원소를 함유해도 된다.
본 발명의 열교환기에 따른 핀의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상, 바람직하게는 370~1500μm, 특히 바람직하게는 400~1500μm이며, 또한, 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상, 바람직하게는 1.5~10.0이다. 핀의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경 및 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 상기 범위에 있는 것은, 가열 접합 시에 핀재의 변형이 적기 때문에, 변형, 핀의 좌굴이나 주변 부재와의 접촉에 의한 핀 용융이 발생하기 어려운 열교환기가 된다.
본 발명의 열교환기에 따른 튜브를 형성하는 알루미늄 합금은, 통상, 알루미늄 합금제의 열교환기의 튜브로서 이용되는 알루미늄 합금이면, 특별히 제한되지 않는다.
튜브를 형성하는 알루미늄 합금의 화학 조성은, 특별히 제한되지 않지만, 대표적인 열교환기용 튜브재를 형성하는 알루미늄 합금으로는, 1000계, 3000계 알루미늄을 들 수 있다. 즉, 순알루미늄 및 순알루미늄에 대해 0.60질량% 이하의 Si, 0.70질량% 이하의 Fe, 0.70질량% 이하의 Cu, 2.00질량% 이하의 Mn 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 들 수 있다.
이하에, 실시예를 나타내고, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 이하에 나타내는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(실시예 1~3, 비교예 1~2)
표 1에 나타내는 A1~A2의 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금을 이용하여, 쌍롤식 연속 주조 압연에 의해 주조 압연판을 주조했다. 또한, 표 1의 합금 조성에 있어서, 「-」은 검출 한계 이하인 것을 나타내는 것이며, 「잔부」에는 불가피 불순물이 포함된다. 쌍롤식 연속 주조 압연으로 주조할 때의 용탕 온도는 650~800℃이며, 주조 압연판의 두께는 6mm였다. 주조 속도는, 700mm/분으로 했다.
다음에, 얻어진 판형의 주조 압연판을 395℃에 있어서 2시간의 소둔을 행한 후, 표 2에 나타내는 판두께(1회째 냉간 압연 후)까지 냉간 압연했다. 다음에, 370℃에서 2시간의 소둔을 행한 후, 판두께 0.070mm까지 냉간 압연을 하여 공시재(최종판)로 했다.
상기 실시예 1~3에서는, 냉간 압연 공정을 2회 행하고, 또한, 소둔 처리를, 주조 공정 후, 및 냉간 압연 공정의 1회째의 냉간 압연과 2회째의 냉간 압연 사이의 2회 행했다.
(비교예 3)
표 1에 나타내는 A3의 합금 조성의 주조 압연판을, DC 주조법에 의해 주조했다. 먼저, 두께 500mm, 폭 900mm, 길이 2900mm의 주괴를 주조했다. 주조 속도는, 50mm/분으로 했다. 다음에, DC 주조법에 의해 주조한 주괴를 면삭한 후에, 열간 압연 전의 가열 유지 공정으로서 주괴를 가열하고 그 온도에서 유지했다. 다음에, 열간 압연 공정을 행했다. 열간 압연 공정에서는 2mm 두께까지 압연했다.
다음에, 표 2에 나타내는 판두께(1회째 냉간 압연 후)까지 냉간 압연했다. 다음에, 압연재를 370℃에서 2시간의 소둔을 행한 후, 냉간 압연에서 판두께 0.070mm까지 냉간 압연을 하여 공시재(최종판)로 했다.
이상의 각 공시재에 대해서, 가열 시험 후의 압연 방향으로 평행한 면의 평균 결정입경 및 판두께 방향의 평균 결정립 수를 측정했다. 또, 내변형성 시험을 행했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
＜가열 시험＞
공시재를 불활성 가스 분위기 중에서, 300℃에서 400℃까지를 41℃／분의 승온 속도로, 400℃에서 580℃까지를 7.2분으로 승온하고, 580℃에서 600℃까지가 7.4분이 되도록 승온하고, 600±3℃의 유지 온도까지 가열하고, 다음에, 600±3℃에서 4.7분간 유지하고, 다음에, 실온까지 냉각하여, 가열 시험 후의 시험재를 얻었다.
＜압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경＞
가열 시험 후의 시험재의 표면을 경면 연마하고, 양극 산화법으로 에칭하여, 광학 현미경(50배)에 의해 관찰하여, 결정립 조직 관찰상을 얻었다. 얻어진 결정립 조직 관찰상으로부터, 면적 계량법에 의해 평균 결정입경을 측정했다. 즉, 결정립 조직 관찰상에, 세로 1.6mm 가로 2.0mm의 사각형을 그리고, 내포하는 결정립을 1, 사각형의 변에 의해 절단되는 결정립을 0.5로 하고, 사각형 내 및 사각형 상의 결정립의 수를 계측했다. 이 측정을, 시험재의 임의의 3시야에서 행하여, 결정립을 계측하고, 하기 식 (1)을 이용하여 평균 결정입경(d)을 산출했다.
평균 결정입경(d)(μm)=((평가 면적 합계(μm2)/결정립 수 합계(개)))0.5 (1)
＜판두께 방향의 평균 결정립 수＞
가열 시험 후의 시험재를 수지 포매하여, 단면이 노출되도록 경면 연마하고, 양극 산화법으로 에칭한 시료를, 100배의 배율로 광학 현미경에 의해 관찰하여, 길이 3.6mm에 상당하는 단면 결정 조직 관찰상을 얻었다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 200μm 간격으로 등간격의 절단선을 그어, 절단선 상에 존재하는 결정립 수를 계측하고, 하기 식 (2)을 이용하여, 판두께 방향의 평균 결정립 수를 측정했다.
평균 결정립 수(개)=전체 절단선 상에 존재하는 결정립의 합계수/절단선의 수 (2)
＜내변형성＞
도 6에, 내변형성 시험의 모식도를 나타낸다. 공시재를 폭 16mm, 길이 80mm로 절단하고, 돌출 길이가 50mm가 되도록 지그에 고정한 상태에서, 질소 분위기 중에서 600℃로 가열하여 3분간 유지했다. 유지 후의 공시재의 처짐량을 측정하여, 45mm 이하인 경우를 「○」, 45mm를 초과한 경우를 「×」로 했다.
주조 방법 CC： 쌍롤식 연속 주조 압연
주조 방법 DC： DC 주조
평균 결정입경： 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경
평균 결정립 수： 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수
표 2로부터, 실시예 1~3은, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경 및 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 모두 본 발명의 규정을 만족하고 있어, 내변형성이 양호했다.
한편, 비교예 1은 가열 시험 후의 압연면에 평행한 평면에 있어서의 평균 결정입경 및 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 모두 본 발명의 규정을 만족하지 못하여, 내변형성이 불합격이었다. 비교예 2는, 판두께 방향의 평균 결정립 수는, 본 발명의 규정을 만족하고 있었지만, 압연면에 평행한 평면에 있어서의 평균 결정입경이, 본 발명의 규정을 만족하지 못하여, 내변형성이 불합격이었다. 비교예 3은, 압연면에 평행한 평면에 있어서의 평균 결정입경은, 본 발명의 규정을 만족하고 있었지만, 판두께 방향의 평균 결정립 수가, 본 발명의 규정을 만족하지 못하여, 내변형성이 불합격이었다.
(가열 접합 시험)
실시예 1에서 얻은 공시재와 두께 1mm의 A3003 알루미늄 합금 O재판을 조합하여, 접합 시험용 조합체를 작성했다.
다음에, 접합 시험용 조합체를 불활성 가스 분위기 중에서, 300℃에서 400℃까지를 56℃／분의 승온 속도로, 400℃에서 580℃까지를 8.1분으로 승온하고, 580℃에서 600℃까지가 3.5분이 되도록 승온하고, 600±3℃의 유지 온도까지 가열하고, 다음에, 600±3℃에서 4.7분간 유지하고, 다음에, 실온까지 냉각하여, 가열 접합을 행했다.
얻어진 접합체의 접합부를, 광학 현미경(100배)에 의해 관찰했다. 그 결과를 도 7에 나타낸다.
가열 접합 시험의 결과, 실시예 1에서 얻은 공시재는, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는다. 또, 실시예 2 및 3에서 얻은 공시재는, 실시예 1과 Si 함유량 및 Zn 함유량이 근사했기 때문에, 실시예 2 및 3에서 얻은 공시재는, 실시예 1에서 얻은 공시재와 마찬가지로, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 것으로 추측된다.

Claims (11)

  1. 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판이며,
    1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지고,
    300℃에서 400℃까지를 평균 승온 속도 60℃／분 이하로 승온하고, 600±3℃에서 5±3분간 유지하는 가열 시험에 있어서, 가열 시험 후의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상이며, 또한, 가열 시험 후의 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상인 것
    을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    추가로, 6.00질량% 이하의 Zn, 3.00질량% 이하의 Mg, 1.50질량% 이하의 Cu, 2.00질량% 이하의 Ni, 0.30질량% 이하의 Cr, 0.30질량% 이하의 Zr, 0.30질량% 이하의 Ti 및 0.30질량% 이하의 V 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    추가로, 0.10질량% 이하의 Be, 0.10질량% 이하의 Sr, 0.30질량% 이하의 Bi, 0.10질량% 이하의 Na 및 0.05질량% 이하의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    판두께가 0.30mm 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
  5. 연속 주조 압연에 의해, 1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금의 주조 압연판을 주조하는 주조 공정과,
    상기 주조 압연판을 2회 이상 냉간으로 압연하는 냉간 압연 공정
    을 갖고,
    주조 공정 후부터 냉간 압연 공정의 최종 냉간 압연 전까지의 동안에, 소둔 처리를 1회 이상 행하는 것,
    모든 소둔 처리에 있어서의 소둔 조건이, 소둔 온도 200~550℃, 소둔 시간 1~10시간의 조건인 것
    을 특징으로 하는 알루미늄 합금판의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 주조 압연판이, 추가로, 6.00질량% 이하의 Zn, 3.00질량% 이하의 Mg, 1.50질량% 이하의 Cu, 2.00질량% 이하의 Ni, 0.30질량% 이하의 Cr, 0.30질량% 이하의 Zr, 0.30질량% 이하의 Ti 및 0.30질량% 이하의 V 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판의 제조 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 주조 압연판이, 추가로, 0.10질량% 이하의 Be, 0.10질량% 이하의 Sr, 0.30질량% 이하의 Bi, 0.10질량% 이하의 Na 및 0.05질량% 이하의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판의 제조 방법.
  8. 작동 유체가 유통하는 알루미늄 합금제의 튜브와, 상기 튜브에 금속적으로 접합된 알루미늄 합금제의 핀을 갖는 열교환기이며,
    상기 튜브는, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재를 이용하여 형성되고,
    상기 핀은, 1.50~5.00질량%의 Si, 0.01~2.00질량%의 Fe 및 0.50~2.00질량%의 Mn을 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 단층으로 가열 접합하는 기능을 갖는 알루미늄 합금판을 이용하여 형성되어 있으며,
    상기 핀의 압연면에 평행한 면에 있어서의 평균 결정입경이 370μm 이상이며, 또한, 판두께 방향의 평균 결정립 수가 1.5개 이상인 것
    을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 핀은, 추가로, 6.00질량% 이하의 Zn, 3.00질량% 이하의 Mg, 1.50질량% 이하의 Cu, 2.00질량% 이하의 Ni, 0.30질량% 이하의 Cr, 0.30질량% 이하의 Zr, 0.30질량% 이하의 Ti 및 0.30질량% 이하의 V 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 핀은, 추가로, 0.10질량% 이하의 Be, 0.10질량% 이하의 Sr, 0.30질량% 이하의 Bi, 0.10질량% 이하의 Na 및 0.05질량% 이하의 Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 작동 유체가 유통하는 알루미늄 합금제의 튜브와, 상기 튜브에 금속적으로 접합된 알루미늄 합금제의 핀을 갖는 열교환기이며,
    적어도, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 튜브재와, 알루미늄 합금으로 이루어지는 열교환기용 핀재를 조합하고, 다음에, 얻어지는 조합체를 가열하여, 상기 열교환기용 튜브재와 상기 열교환기용 핀재를 접합하여 얻어진 것이며,
    상기 열교환기용 핀재가, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금판의 성형체인 것
    을 특징으로 하는 열교환기.
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