WO2018225552A1 - アルミニウム合金管形状中空形材及び熱交換器用配管材 - Google Patents

アルミニウム合金管形状中空形材及び熱交換器用配管材 Download PDF

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mass
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bending
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太一 鈴木
尚希 山下
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株式会社Uacj
株式会社Ｕａｃｊ押出加工
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    • Y10T428/12292—Workpiece with longitudinal passageway or stopweld material [e.g., for tubular stock, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy tubular hollow material excellent in bending workability and corrosion resistance, which is used as piping for heat exchangers, hose joints, and the like.
  • aluminum alloy pipe materials such as piping materials and hose joint materials for heat exchangers are 1000 series (pure aluminum series), 3000 series (Al-Mn series), and 6000 series (Al-Mg-Si series) aluminum alloys. Extrusion tubes have been used.
  • a mandrel extrusion in which a mandrel having a hollow hole billet connected to a stem is extruded into a circular tube using a mandrel, a port hole for dividing the material and a mandrel for creating a hollow portion are provided.
  • a porthole extrusion that uses a hollow die that combines a male die and a female die that is provided with a chamber for integrating and welding the divided material around the mandrel. Since there is a problem that it is easy to produce meat and it is difficult to form a thin tube, it is desirable to produce an extruded tube by porthole extrusion as an aluminum alloy tube such as a piping material or a hose joint material.
  • any of the extrusion methods can be applied to the above-described conventional aluminum alloy, and an extruded tube having a predetermined shape can be produced by applying porthole extrusion.
  • 1000 series aluminum material can meet the demand for high strength.
  • the 3000 series aluminum alloy material may have a reduced corrosion resistance due to excessive precipitation of Mn along the weld line near the joint, and the 6000 series aluminum alloy material is a heat treatment type, so there are many restrictions on the manufacturing process, etc. Each has its manufacturing characteristics due to its material properties.
  • Patent Document 4 enables porthole extrusion of 5000 series aluminum alloy having excellent workability and corrosion resistance by devising alloy components, extrusion conditions, and cross-sectional shape of the extruded tube.
  • Patent Document 4 relates to a 5000 series aluminum alloy porthole extruded smooth tube, and does not disclose a problem solving means for a hollow shape member having an inner surface convex structure.
  • a hollow shape member having an inner surface convex structure such as a rib on the inner surface in order to improve heat exchange performance
  • drawing processing like an inner surface smooth tube is impossible, and it is difficult to improve strength by drawing.
  • a molded body obtained by bending an aluminum alloy tubular hollow material is used for pipes and hose joints.
  • the aluminum alloy porthole extruded smooth tube has a problem that when bending is performed, the bent portion is not uniformly deformed, and is partially deformed flat.
  • an object of the present invention is to provide an aluminum alloy tube-shaped hollow shape member of a 5000 series aluminum alloy manufactured by porthole extrusion and having excellent bending workability.
  • the present inventors have adjusted the alloy components to obtain a work hardening index n value within a specific range, so that when the bending process is performed, the work part is moderately work hardened. Can be uniformly deformed, and the area ratio of the inner surface convex structure within a specific range allows the load applied to the bent portion when bending to be performed compared to the case of the inner surface smooth tube.
  • the present inventors have found that the amount of flatness can be reduced, and the present invention has been completed.
  • the present invention (1) is an aluminum alloy tubular hollow material produced by porthole extrusion, Mg: 0.7% by mass or more and less than 2.5% by mass, and Ti: more than 0% by mass and 0.15% by mass or less, consisting of an Al—Mg-based alloy composed of the balance Al and inevitable impurities, Work hardening index n value is 0.25 or more and less than 0.43,
  • the aluminum alloy tubular hollow member has an inner convex structure, and the area ratio of the inner convex structure in a cross section perpendicular to the extending direction of the aluminum alloy tubular hollow member is 1 to 30%.
  • An aluminum alloy tubular hollow material characterized by the above is provided.
  • the present invention (2) provides the aluminum alloy tubular hollow material according to (1), wherein the area ratio of the convex structure on the inner surface is 4 to 30%.
  • the present invention (3) provides a piping material for a heat exchanger characterized in that it is a molded body of the aluminum alloy tubular hollow material of (1) or (2).
  • an aluminum alloy tube-shaped hollow shape member of a 5000 series aluminum alloy that is manufactured by porthole extrusion and has excellent bending workability.
  • the aluminum alloy tube shape hollow shape material of the present invention is an aluminum alloy tube shape hollow shape material produced by porthole extrusion, Mg: 0.7% by mass or more and less than 2.5% by mass, and Ti: more than 0% by mass and 0.15% by mass or less, consisting of an Al—Mg-based alloy composed of the balance Al and inevitable impurities, Work hardening index n value is 0.25 or more and less than 0.43,
  • the aluminum alloy tubular hollow member has an inner convex structure, and the area ratio of the inner convex structure in a cross section perpendicular to the extending direction of the aluminum alloy tubular hollow member is 1 to 30%. There is, This is an aluminum alloy tubular hollow shape characterized by the following.
  • the aluminum alloy tubular hollow member according to the present invention is produced by subjecting an aluminum alloy extrusion billet having a predetermined composition to porthole extrusion, that is, a porthole extruded tubular hollow member made of an aluminum alloy. It is.
  • the aluminum alloy constituting the tubular hollow shape of the aluminum alloy of the present invention is an Al—Mg alloy containing a predetermined amount of Mg and Ti, and the balance being Al and inevitable impurities.
  • the Mg content of the aluminum alloy according to the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention is 0.7 mass% or more and less than 2.5 mass%, preferably 0.7 to 1.3 mass%. Because the Mg content of the aluminum alloy is in the above range, it has the strength required for piping materials, etc., and the hot deformation resistance during extrusion does not increase excessively, so it can be manufactured by porthole extrusion. In addition, because of the Mg content, the work hardening index n value is higher compared to 1000 series and 3000 series aluminum alloys, so that when the bending process is performed, the work hardening proceeds moderately in the bent part, It becomes possible to deform uniformly, and a hollow material having excellent workability is obtained.
  • the Mg content of the aluminum alloy is less than the above range, the strength is equivalent to that of the 1000 series aluminum alloy, and the strength generally required for the piping material cannot be achieved, and exceeds the above range. And the extrusion pressure at the time of porthole extrusion rises, and extrusion becomes difficult.
  • Ti functions as a structure refining agent such as a refined cast structure.
  • the Ti content of the aluminum alloy according to the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention is more than 0% by mass and 0.15% by mass or less, preferably 0.01 to 0.05% by mass.
  • a coarse and non-uniform cast structure such as feather crystals is formed, and the structure of the extruded tube-shaped hollow shape is partially Coarse crystal grains are formed, resulting in a non-uniform crystal grain structure, making it difficult to deform uniformly during bending, and if the above range is exceeded, giant crystallized products are generated, and surface defects, etc. occur during extrusion.
  • the workability as a product may be impaired, for example, since cracks and breaks are likely to occur during bending with a large crystallized material as a starting point.
  • the aluminum alloy according to the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention contains one or more of Si, Fe, Cu, Mn, Cr, and Zn as required, in addition to Mg and Ti. be able to.
  • the content of each element of the aluminum alloy is Si: 0.20 mass% or less, Fe: 0.20 mass% or less, Cu: 0.05 mass% or less, Mn: 0.10 mass% or less, Cr : 0.10 mass% or less, Zn: 0.10 mass% or less.
  • the Si content of the aluminum alloy exceeds 0.20% by mass
  • the Mg 2 Si compound is excessively formed and the corrosion resistance is lowered.
  • the Fe content of the aluminum alloy exceeds 0.20% by mass
  • the Al 3 Fe compound is excessively precipitated and the corrosion resistance is lowered.
  • the Cu content of the aluminum alloy exceeds 0.05% by mass, the intergranular corrosion sensitivity increases and the corrosion resistance decreases.
  • the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention does not contain Mn, or even if Mn is contained, it does not contain more than 0.1% by mass and contains a predetermined amount of Mg. Therefore, the Al—Mg alloy does not cause precipitation of Mg at the time of extrusion, and therefore does not cause preferential corrosion. Further, since it is a 5000 series aluminum alloy, it exhibits good corrosion resistance in a salt water environment.
  • the Cr content of the aluminum alloy exceeds 0.10% by mass, Cr suppresses recrystallization after extrusion, resulting in a non-uniform crystal grain structure in which a recrystallized structure and a fibrous structure are mixed. It becomes difficult to deform.
  • the Zn content of the aluminum alloy exceeds 0.10% by mass, the overall corrosion proceeds, the corrosion amount increases, and the corrosion resistance decreases.
  • the aluminum alloy according to the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention contains other impurities in addition to the above-mentioned Si, Fe, Cu, Mn, Cr and Zn as long as the effects of the present invention are not affected.
  • the content of other impurities may be 0.05 mass% or less in each case, and the total content is 0.15 mass% or less.
  • the work hardening index n value of the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention is 0.25 or more and less than 0.43. If the work hardening index n value of the aluminum alloy tube-shaped hollow shape is less than 0.25, it becomes the same value as that of conventional 1000 series or 3000 series aluminum alloys, and the work hardening at the bending portion when bending is performed. Since it is insufficient, the amount of flat deformation of the bent portion becomes large, and when it is 0.43 or more, work hardening proceeds excessively, and it becomes difficult to obtain a predetermined bent shape by a normal bending method.
  • the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention has a convex structure on the inside. This inner surface convex structure is formed at the time of port hole extrusion.
  • the area ratio of the inner convex structure in the cross section perpendicular to the extending direction of the aluminum alloy tubular hollow member is 1 to 30%, preferably 4 to 25%. It is.
  • the area ratio of the inner surface convex structure of the aluminum alloy tubular hollow material is less than the above range, the effect of dispersing the load applied to the bent portion cannot be obtained, and the bent portion becomes flat as in the case of the smooth tube.
  • the load required during bending becomes large, so that it becomes difficult to obtain a predetermined bent shape by a normal bending method.
  • the inner surface convex structure means a rib or fin attached to the inner surface of the tube or a tube serving as the base with respect to the tube shape serving as the base (in other words, the tube shape when the inner surface is a smooth tube). It refers to the partition part inside the shape.
  • the inner surface of the tube in order to increase the surface area of the inner surface for the purpose of improving the heat exchange performance, has a shape in a cross section perpendicular to the extending direction of the aluminum alloy tubular hollow material.
  • An aluminum alloy tube-shaped hollow material provided with rectangular or trapezoidal ribs or fins.
  • the ribs or fins provided on the inner surface of the pipe have an inner surface convex structure.
  • the inside of the pipe is perpendicular to the extending direction of the aluminum alloy tubular hollow material.
  • the shape in a simple cross section is an aluminum alloy tubular hollow material provided with a partition having a shape that divides the inside of the tube into a plurality of portions.
  • the partition provided inside such a pipe has an inner surface convex structure.
  • four partition walls are formed from the center of the tube so as to divide the inside of the tube into four equal parts.
  • the area ratio of the inner surface convex structure is the area ratio of the inner surface convex structure in a cross section perpendicular to the extending direction of the aluminum alloy tubular hollow material.
  • the area ratio of the inner surface convex structure becomes the base from the inner diameter of the base pipe shape (reference character D I in FIGS. 1 and 2) in the cross section perpendicular to the extending direction of the aluminum alloy tubular hollow material.
  • the cross-sectional area (A) of the tube-shaped inner surface serving as a base is, in other words, a cross-sectional area inside the tube corresponding to the inner surface smooth tube when the tube is an inner surface smooth tube.
  • the wall thickness of the aluminum alloy tubular hollow member of the present invention is preferably 0.5 to 2.5 mm, particularly preferably 1.0 to 2.0 mm.
  • the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention is a 5000 series aluminum alloy having a work hardening index n value in a specific range, so that when the bending process is performed, the work hardening proceeds moderately in the bent part, Since it can be uniformly deformed and has an area ratio of the inner surface convex structure within a specific range, the load applied to the bending portion when subjected to bending is dispersed as compared with the case of the inner surface smooth tube, Therefore, the flattening amount can be reduced. Therefore, the aluminum alloy tubular hollow material of the present invention is suitably used as a piping material for a heat exchanger that requires bending and requires high strength.
  • the piping material for a heat exchanger according to the present invention is a piping material for a heat exchanger characterized in that it is a formed body of the aluminum alloy tubular hollow material according to the present invention.
  • Examples and Comparative Examples Aluminum alloys A to I having the compositions shown in Table 1 were melted and formed into a billet shape having a diameter of 90 mm by continuous casting. For comparison, a conventional pipe material 3003 alloy was also produced as an alloy J at the same time. The obtained billet was homogenized at 500 ° C. for 8 hours, and then extruded into a tubular hollow material having any shape shown in Table 2 at a temperature of 450 ° C. (test materials No. 1 to 16). An example of the cross-sectional shape is shown in FIGS. No. Nos. 1 to 7 and 10 to 14 have ribs on the inner surface as shown in FIG. 8, 9 and 16 are shapes having partitions on the inner surface as shown in FIG.
  • Reference numeral 15 denotes a conventional shape (inner surface smooth tube).
  • Each shape than Uchikan ⁇ D I obtains a cross-sectional area of the tube portion of the corresponding inner surface smooth tube, represents the ratio of the area of the inner surface convex structure shown in hatched to it in the area ratio.
  • the extruded test material was evaluated for mechanical properties, work hardening index n value, and flatness ratio during bending by the following methods. The results are shown in Table 3.
  • n ln ⁇ / ln ⁇ (where ⁇ : true stress, ⁇ : true strain)
  • the test material 1 (alloy A, shape I) of the example has a flatness ratio of 65% or more when subjected to bending, and has good workability with a small amount of flatness during bending. It was.
  • the test materials 2 to 9 (alloys A to E, shapes II to V) of the examples had a flatness ratio of 75% or more when subjected to bending, and had better bending workability.
  • test material 10 of the comparative example has a low Mg content
  • test material 14 of the comparative example has a low n value because it is a 3000 series alloy, resulting in insufficient work hardening at the time of bending. Was flat and rejected.
  • test material 11 of the comparative example has a high Mg content, the n value is high, and work hardening progresses excessively and the load required for bending increases. Therefore, in this bending test, 90 ° bending can be performed. There wasn't.
  • test material 12 of the comparative example did not contain Ti, coarse crystal grains were partially formed, and the deformation at the time of bending became non-uniform, so that the bent portion was greatly flattened and rejected.
  • test material 13 of the comparative example had a large Ti content, a giant crystallized product was generated, and cracks were generated at the time of bending from this point, and 90 ° bending could not be performed.
  • test material 15 of the comparative example was a smooth tube having no inner convex structure, the effect of dispersing the load applied to the bent portion was not obtained, and the bent portion was greatly flattened and rejected.
  • the test material 16 of the comparative example has an area ratio of the inner surface convex structure of 30% or more, so that the load required for bending is large, and 90 ° bending cannot be performed in this bending test.

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Abstract

ポートホール押出により作製されたアルミニウム合金管形状中空形材であって、Ｍｇ：０．７質量％以上２．５質量％未満、及びＴｉ：０質量％を超え０．１５質量％以下を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ－Ｍｇ系合金からなり、加工硬化指数ｎ値が０．２５以上０．４３未満であり、該アルミニウム合金管形状中空形材の内部に、内面凸構造を有し、該アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面における該内面凸構造の面積率が１～３０％であること、を特徴とするアルミニウム合金管形状中空形材。本発明によれば、ポートホール押出により作製される５０００系アルミニウム合金のアルミニウム合金管形状中空形材であって、曲げ加工性に優れるアルミニウム合金管形状中空形材を提供することができる。

Description

アルミニウム合金管形状中空形材及び熱交換器用配管材
　本発明は、熱交換器用の配管やホースジョイントなどとして用いられる曲げ加工性及び耐食性に優れるアルミニウム合金管形状中空形材に関する。
　従来、熱交換器用の配管材やホースジョイント材などのアルミニウム合金管材としては、１０００系（純アルミニウム系）、３０００系（Ａｌ－Ｍｎ系）、６０００系（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系）のアルミニウム合金の押出管が用いられてきた。
　押出管を製造するための押出方法としては、中空孔を持つビレットをステムに接続したマンドレルを用いて円形管に押出成形するマンドレル押出、材料を分割するポート孔と中空部をつくるマンドレルを設けた雄型と、分割された材料をマンドレルを取り囲んで一体化、溶着するためのチャンバーを設けた雌型を組み合わせたホローダイスを用いて押出成形するポートホール押出があるが、マンドレル押出による押出管は偏肉が生じ易く、薄肉管を成形し難いなどの課題があるため、配管材やホースジョイント材などのアルミニウム合金管としては、ポートホール押出により押出管を作製するのが望ましい。
　上記従来のアルミニウム合金については、いずれの押出法も適用可能であり、ポートホール押出を適用して所定形状の押出管を作製することができるが、１０００系アルミニウム材は高強度の要求に応えらず、３０００系アルミニウム合金材は押し継ぎ部付近の溶着線に沿ったＭｎの過剰析出により耐食性が低下する場合があり、６０００系アルミニウム合金材は熱処理型であるため製造工程に制約が多いなど、それぞれ材料特性上、製造上の難点がある。
　更に、配管材等では熱交換器を適切に配置及び接続するために曲げ加工が施されるが、上記の従来アルミニウム合金では曲げ加工時に曲げ部が均一に変形せず、部分的に大きく扁平に変形してしまうという加工特性上の課題があった。熱交換効率及び冷媒の圧力損失の観点では、この扁平量を可能な限り小さくすることが望ましい。
　これに対して、材料特性的には５０００系（Ａｌ－Ｍｇ系）のアルミニウム合金は、強度、耐食性、加工性などに優れた材料特性をそなえているが、硬質であるため、一般にはポートホール押出ができず、中空管は、通常、マンドレル押出により押出成形されている（特許文献１～３）。
　５０００系アルミニウム合金をポートホール押出により成形する試みもいくつか提案されているが、特殊なダイス構造を必要としたり、押出管の断面寸法上の制約などがあったりするなど必ずしも満足すべきものではない。
　加工特性上の解決策として、内面平滑管の場合は抽伸加工を施してＨ調質とし、曲げ加工前に適度に硬化させることで扁平変形量を小さくする手法が取られてきた。
　特許文献４は、合金成分や押出条件、押出管の断面形状の考案により加工性や耐食性に優れる５０００系アルミニウム合金のポートホール押出を可能にしたものである。
特開昭６１－１９４１４５号 特開２００２－３６３６７７号 特開２００３－２２６９２８号 ＷＯ２０１６／１５９３６１号
　特許文献４は、５０００系アルミニウム合金のポートホール押出平滑管に関するものであり、内面凸構造を有する中空形材の課題解決手段については、開示されていない。熱交性能の向上のために内面にリブ等の内面凸構造を有する中空形材の場合、内面平滑管のような抽伸加工は不可能であり、抽伸加工による強度向上が困難であった。
　そして、配管やホースジョイントなどには、アルミニウム合金管形状中空形材を、曲げ加工した成形体が用いられる。ところが、アルミニウム合金のポートホール押出平滑管では、曲げ加工を施したときに、曲げ部が均一に変形せず、部分的に大きく扁平に変形してしまうという問題があった。
　従って、本発明の目的は、ポートホール押出により作製される５０００系アルミニウム合金のアルミニウム合金管形状中空形材であって、曲げ加工性に優れるアルミニウム合金管形状中空形材を提供することにある。
　本発明者らは、上記課題について鋭意研究を重ねた結果、合金成分を調節し、特定の範囲の加工硬化指数ｎ値とすることにより、曲げ加工を施した際に曲げ部において適度に加工硬化が進行し、均一に変形することができ、且つ、特定の範囲の内面凸構造の面積率とすることにより、曲げ加工を施した際に曲げ部にかかる荷重が内面平滑管の場合と比較して分散され、局所的な変形が少なくなるため、扁平量を小さくすることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
　すなわち、本発明（１）は、ポートホール押出により作製されたアルミニウム合金管形状中空形材であって、
　Ｍｇ：０．７質量％以上２．５質量％未満、及びＴｉ：０質量％を超え０．１５質量％以下を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ－Ｍｇ系合金からなり、
　加工硬化指数ｎ値が０．２５以上０．４３未満であり、
　該アルミニウム合金管形状中空形材の内部に、内面凸構造を有し、該アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面における該内面凸構造の面積率が１～３０％であること、
を特徴とするアルミニウム合金管形状中空形材を提供するものである。
　また、本発明（２）は、前記内面凸構造の面積率が４～３０％であることを特徴とする（１）のアルミニウム合金管形状中空形材を提供するものである。
　また、本発明（３）は、（１）又は（２）のアルミニウム合金管形状中空形材の成形体であることを特徴とする熱交換器用配管材を提供するものである。
　本発明によれば、ポートホール押出により作製される５０００系アルミニウム合金のアルミニウム合金管形状中空形材であって、曲げ加工性に優れるアルミニウム合金管形状中空形材を提供することすることができる。
内面リブを有するアルミニウム合金管形状中空形材の形態例を示す模式的な断面図である。 仕切りを有するアルミニウム合金管形状中空形材の形態例を示す模式的な断面図である。 実施例及び比較例における曲げ加工の方法を示す図である。 扁平率の算出におけるＤ０及びＤＢを示す図である。
　本発明のアルミニウム合金管形状中空形材は、ポートホール押出により作製されたアルミニウム合金管形状中空形材であって、
　Ｍｇ：０．７質量％以上２．５質量％未満、及びＴｉ：０質量％を超え０．１５質量％以下を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ－Ｍｇ系合金からなり、
　加工硬化指数ｎ値が０．２５以上０．４３未満であり、
　該アルミニウム合金管形状中空形材の内部に、内面凸構造を有し、該アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面における該内面凸構造の面積率が１～３０％であること、
を特徴とするアルミニウム合金管形状中空形材である。
　本発明によるアルミニウム合金管形状中空形材は、所定の組成を有するアルミニウム合金の押出用ビレットを、ポートホール押出することにより作製されたもの、すなわち、アルミニウム合金からなるポートホール押出管形状中空形材である。
　本発明のアルミニウム合金管形状中空形材を構成するアルミニウム合金は、所定量のＭｇ及びＴｉを含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ－Ｍｇ系合金である。
　Ｍｇは強度を向上するために機能するものである。本発明のアルミニウム合金管形状中空形材に係るアルミニウム合金のＭｇ含有量は、０．７質量％以上２．５質量％未満、好ましくは０．７～１．３質量％である。アルミニウム合金のＭｇ含有量が、上記範囲にあることにより、配管材などとして要求される強度を有するとともに、押出時の熱間変形抵抗が過度に上昇することがないためポートホール押出による製造が可能となり、また、Ｍｇの含有により、１０００系や３０００系のアルミニウム合金と比較して、加工硬化指数ｎ値が高くなるため、曲げ加工を施した際に曲げ部において適度に加工硬化が進行し、均一に変形することが可能となり、優れた加工性を備えた中空形材となる。一方、アルミニウム合金のＭｇ含有量が、上記範囲未満だと、１０００系アルミニウム合金と同等の強度となり、一般的に配管材に要求される強度を達成することができず、また、上記範囲を超えると、ポートホール押出時の押出圧力が上昇し、押出が困難となる。
　Ｔｉは、鋳造組織の微細化など組織微細化剤として機能する。本発明のアルミニウム合金管形状中空形材に係るアルミニウム合金のＴｉ含有量は、０質量％を超え０．１５質量％以下、好ましくは０．０１～０．０５質量％である。アルミニウム合金のＴｉ含有量が０質量％、すなわち、アルミニウム合金がＴｉを含有しない場合は、羽毛状晶などの粗大且つ不均一な鋳造組織となり、押出管形状中空形材の組織に、部分的に粗大結晶粒が生じ、不均一な結晶粒組織になるなど、曲げ加工時に均一に変形することが難しくなり、また、上記範囲を超えると、巨大晶出物を生じ、押出時に表面欠陥等が発生する、あるいは、巨大晶出物を起点として曲げ加工時に割れや切れが生じ易くなるなど、製品としての加工性を損なうおそれがある。
　本発明のアルミニウム合金管形状中空形材に係るアルミニウム合金は、Ｍｇ及びＴｉ以外に、必要に応じて、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＺｎのうちいずれか１種又は２種以上を含むことができる。その場合、アルミニウム合金の各元素の含有量は、Ｓｉ：０．２０質量％以下、Ｆｅ：０．２０質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以下、Ｃｒ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．１０質量％以下である。
　アルミニウム合金のＳｉ含有量が０．２０質量％を超えると、Ｍｇ２Ｓｉ化合物が過剰に形成されて耐食性が低くなる。アルミニウム合金のＦｅ含有量が０．２０質量％を超えると、Ａｌ３Ｆｅ化合物が過剰に析出して耐食性が低くなる。アルミニウム合金のＣｕ含有量が０．０５質量％を超えると、粒界腐食感受性が高くなり耐食性が低くなる。
　Ｍｎは押出時に析出が進行し易い。アルミニウム合金のＭｎ含有量が０．１０質量％を超えると、ポートホール押出で溶着部において過剰析出が進行した場合に溶着部と一般部で電位差を生じ、溶着部に沿った優先腐食を生じることで早期に貫通へと至り、耐食性が害される。なお、本発明のアルミニウム合金管形状中空形材は、Ｍｎを含有しないか、又はＭｎを含有したとしても０．１質量％を超えて含有せず、且つ、所定量のＭｇを含有しているので、Ａｌ－Ｍｇ合金は、押出時にＭｇの析出が進行しないため、優先腐食を生じず、更に、５０００系アルミニウム合金であるため、塩水環境中において良好な耐食性を示す。
　アルミニウム合金のＣｒ含有量が０．１０質量％を超えると、Ｃｒは押出後の再結晶を抑制するため、再結晶組織と繊維状組織が混在した不均一な結晶粒組織となり、加工時に均一に変形することが難しくなる。アルミニウム合金のＺｎ含有量が０．１０質量％を超えると、全面腐食が進行して腐食量が増加し、耐食性が低くなる。
　本発明のアルミニウム合金管形状中空形材に係るアルミニウム合金は、上記のＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＺｎ以外に、本発明の効果に影響しない範囲であれば、その他の不純物を含有してもよく、その他の不純物の含有量は、各々で０．０５質量％以下、合計で０．１５質量％以下の範囲であれば許容される。
　本発明のアルミニウム合金管形状中空形材の加工硬化指数ｎ値は、０．２５以上０．４３未満である。アルミニウム合金管形状中空形材の加工硬化指数ｎ値が、０．２５未満だと、従来１０００系や３０００系アルミニウム合金と同程度の値となり、曲げ加工を施した際の曲げ部における加工硬化が不十分なため曲げ部の扁平変形量が大きくなってしまい、また、０．４３以上だと、加工硬化が過度に進行し、通常の曲げ加工法では所定の曲げ形状を得ることが難しくなる。
　本発明のアルミニウム合金管形状中空形材は、内部に、内面凸構造を有する。この内面凸構造は、ポートホール押出時に形成される。そして、本発明のアルミニウム合金管形状中空形材では、アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面における内面凸構造の面積率が、１～３０％、好ましくは４～２５％である。アルミニウム合金管形状中空形材の内面凸構造の面積率が、上記範囲にあることにより、曲げ加工を施した際に曲げ部にかかる荷重が内面平滑管の場合と比較して分散され、局所的な変形が少なくなるため、扁平量を小さくすることができる。一方、アルミニウム合金管形状中空形材の内面凸構造の面積率が、上記範囲未満だと、曲げ部にかかる荷重を分散する効果が得られず、平滑管の場合と同様に曲げ部が扁平に変形し易くなり、また、上記範囲を超えると、曲げ加工時に必要な荷重が大きくなるため、通常の曲げ加工法では所定の曲げ形状を得ることが難しくなる。
　なお、本発明において、内面凸構造とは、基底となる管形状（言い換えると、内面平滑管とした場合の管形状）に対し、管内面に付与されたリブやフィン、あるいは、基底となる管形状の内部における仕切り部分を指す。
　図１に示す形態例は、熱交性能の向上を目的として、内面の表面積を増加させるために、管の内面に、アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面における形状が、長方形や台形状のリブやフィンが設けられているアルミニウム合金管形状中空形材である。図１に示す形態例では、このような管内面に設けられるリブ又はフィンが、内面凸構造である。
　また、図２に示す形態例は、内部を流れる冷媒の分流を目的として、内部に複数の流路を形成させるために、管内部に、アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面における形状が、管内部を複数の部分に区画する形状の仕切りが設けられているアルミニウム合金管形状中空形材である。図２に示す形態例では、このような管内部に設けられる仕切りが、内面凸構造である。なお、図２に示す形態例では、管内部を四等分するように、管の中心から４つの区画壁が形成されている。
　本発明において、内面凸構造の面積率とは、アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面における内面凸構造の面積率である。内面凸構造の面積率は、アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面において、基底となる管形状の内径（図１及び図２中、符号ＤＩ）より、基底となる管形状の内面の断面積（Ａ）（Ａ＝（π×（ＤＩ／２）２）を求め、内面凸構造の断面積（Ｂ）を除した数値を、百分率で表記したものである（下記式（１））。
　　　内面凸構造の面積率（％）＝（Ｂ／Ａ）×１００　　　（１）
　なお、基底となる管形状の内面の断面積（Ａ）とは、言い換えると、管が内面平滑管だとした場合の内面平滑管相当の管内部の断面積である。
　本発明のアルミニウム合金管形状中空形材の肉厚は、好ましくは０．５～２．５ｍｍ、特に好ましくは１．０～２．０ｍｍである。
　本発明のアルミニウム合金管形状中空形材は、５０００系アルミニウム合金であり、特定の範囲の加工硬化指数ｎ値を有するので、曲げ加工を施した際に曲げ部において適度に加工硬化が進行し、均一に変形することができ、且つ、特定の範囲の内面凸構造の面積率を有するので、曲げ加工を施した際に曲げ部にかかる荷重が内面平滑管の場合と比較して分散され、局所的な変形が少なくなるため、扁平量を小さくすることができる。そのため、本発明のアルミニウム合金管形状中空形材は、曲げ加工を要し、且つ、高強度が要求される熱交換器用の配管材等として、好適に用いられる。
　本発明の熱交換器用配管材は、本発明のアルミニウム合金管形状中空形材の成形体であることを特徴とする熱交換器用配管材である。
　以下に、実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
（実施例及び比較例）
　表１に示す組成を有するアルミニウム合金Ａ～Ｉを溶解し、連続鋳造により直径９０ｍｍのビレット形状に造塊した。比較のため、合金Ｊとして従来配管材用３００３合金も同時に作製した。得られたビレットを５００℃で８時間の均質化処理した後、４５０℃の温度で、表２に示すいずれかの形状の管形状中空形材に押出した（試験材Ｎｏ．１～１６）。断面形状の一例を図１及び図２に示す。Ｎｏ．１～７、１０～１４が図１のような内面にリブを有する形状であり、Ｎｏ．８、９、１６が図２に示すような内面に仕切りを有する形状であり、Ｎｏ．１５が従来形状（内面平滑管）である。各形状では、内管径ＤＩより、内面平滑管相当の管内部の断面積を求め、それに対する斜線に示す内面凸構造の面積が占める割合を面積率で表した。
　押出成形された試験材に対し、以下の方法により、機械的性質、加工硬化指数ｎ値、曲げ加工時の扁平率を評価した。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
＜機械的性質＞
　試験材の長さ方向中央部よりサンプルを切り出して試験片を作製し、ＪＩＳ　Ｚ－２２４１に準拠して引張試験を行い、機械的性質を評価した。
＜加工硬化指数ｎ値＞
　引張試験にて得られた応力－ひずみ線図より、真応力、真ひずみを求め、以下の計算式より加工硬化指数ｎ値を算出した。
　　　ｎ＝ｌｎσ／ｌｎε　（式中、σ：真応力、ε：真ひずみ）
＜曲げ加工時の扁平率＞
　試験材の長さ方向中央より５００ｍｍ長さのサンプルを切り出し、パイプベンダーを用いて試験片の中央にて曲げ加工を施した。加工の方法を図４に示す。なお、内面曲げＲ＝４０、曲げ角度＝９０°、曲げ力２０００ｋｇｆにて、加工を実施した。加工後の試験片は長手方向中央部分を切り出し、図５に示すように断面より曲げ後の内径のうち短径ＤＢを測定し、曲げ前の内径Ｄ０で割り扁平率（扁平率（％）＝（ＤＢ／Ｄ０）×１００）を求めた。扁平率が６５％以上のものを合格（○）、また７５％以上のものをさらに良い結果（◎）とした。
　表３に示すように、実施例の試験材１（合金Ａ、形状Ｉ）は曲げ加工を施した際の扁平率が６５％以上であり、曲げ時の扁平量が少ない良好な加工性を備えていた。また、実施例の試験材２～９（合金Ａ～Ｅ、形状ＩＩ～Ｖ）は曲げ加工を施した際の扁平率が７５％以上であり、さらに良好な曲げ加工性を備えていた。
　これに対して、比較例の試験材１０はＭｇ含有量が少ないため、また、比較例の試験材１４は３０００系合金のためｎ値が低く、曲げ加工時の加工硬化が不足し、曲げ部が大きく扁平し不合格となった。
　比較例の試験材１１はＭｇ含有量が多いためｎ値が高く、加工硬化が過度に進行して曲げに必要な荷重が大きくなったため、本曲げ試験では９０°の曲げ加工を施すことができなかった。
　比較例の試験材１２はＴｉを含有しないため部分的に粗大結晶粒を生じ、曲げ加工時の変形が不均一になったために曲げ部が大きく扁平し不合格となった。
　比較例の試験材１３はＴｉ含有量が多いために巨大晶出物を生じ、これを起点として曲げ加工時に割れが発生し、９０°の曲げ加工を施すことができなかった。
　比較例の試験材１５は内面凸構造を有さない平滑管のため曲げ部にかかる荷重を分散する効果が得られず、曲げ部が大きく扁平し不合格となった。
　比較例の試験材１６は内面凸構造の面積率が３０％以上のため曲げ加工時に必要な荷重が大きくなり、本曲げ試験では９０°の曲げ加工を施すことができなかった。

Claims (3)

  1. 　ポートホール押出により作製されたアルミニウム合金管形状中空形材であって、
    　Ｍｇ：０．７質量％以上２．５質量％未満、及びＴｉ：０質量％を超え０．１５質量％以下を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ－Ｍｇ系合金からなり、
    　加工硬化指数ｎ値が０．２５以上０．４３未満であり、
    　該アルミニウム合金管形状中空形材の内部に、内面凸構造を有し、該アルミニウム合金管形状中空形材の伸長方向に対して垂直な断面における該内面凸構造の面積率が１～３０％であること、
    を特徴とするアルミニウム合金管形状中空形材。
  2. 　前記内面凸構造の面積率が４～３０％であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金管形状中空形材。
  3. 　請求項１又は２いずれか１項記載のアルミニウム合金管形状中空形材の成形体であることを特徴とする熱交換器用配管材。
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