JPH0313547A - 熱交換器用高強度アルミニウム合金フイン材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アルミニウム合金製熱交換器に用いられるフ
ィン材の製造方法に関し、特に冷却水や作動流体の通路
材（管材または形材）にフィン材をろう付けし熱交換器
を組み立てる場合に、ろう付は時の加熱に対して優れた
耐高温座屈性を示すと共に、ろう付は後冷却水や作動流
体の通路材に対する犠牲陽極効果及び高強度でコルゲー
ション加工性に優れたアルミニウム合金フィン材の製造
方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、アルミニウム合金製熱交換器は、自動車などのラ
ジェータ、エアコン、インタークーラーやオイルクーラ
ーなどの熱交換器として使用されている。

アルミニウム合金製熱交換器は、例えば第１図ｍ　　（
０）および第２図に示すよう１こＡｌ−Ｃｕ系合金、Ａ
ｌ−Ｍｎ系合金、Ａ　１−　Ｍ　ｎ　−Ｃｕ系合金など
の通路材料（管あるいは形材が使用される）１．５に、
通路材料に比較して電気化学的に卑な合金のフィン材３
，６が、ろう付けにより組み立てられている。この場合
通路材料あるいはフィン材のいずれか一方または両方に
Ａｌ−Ｓｉ系やＡｌ−８ｔ　−Ｍｇ系ろう材をクラッド
したプレージングシートが用いられる。

第１図（イ）、（ａ）における２はヘッダープレートで
ある。この場合、電気化学的に卑なフィン材３．６の犠
牲陽極効果を利用して通路材料１．５が防食されている
。フィン材３．６は、ろう付は時の高温加熱によって、
その強度が著しく低下して変形したり、ろう材中のＳｔ
がフィン材中に拡散して座屈したりするため、この加熱
によって変形や座屈が生じないように優れた耐高温座屈
性が要求される。したがって、アルミニウム合金フィン
材には、従来からＡｌ−Ｍｎ系の合金が用いられ、これ
にさらに、上記特性を加味するために種々の元素が添加
されているものが提案されている。例えば、電気化学的
に卑にするためにＺｎＳＳｎなどが添加されているもの
が提案されている。しかし、Ｚｎ、Ｓｎなどの元素を含
有する場合はろう付は性（高温座屈性）が不良になりや
すいので、例えばＳｎ。

ＺｎのほかにＭｇＳＭｎ５Ｆｅを調整した合金鋳塊を、
加熱、熱間圧延および７０％以上の冷間圧延を行い、最
終焼鈍（軟化）後に１５〜３０％の冷間圧延仕上げする
方法（特開昭５８−３１０７０）、また、Ｓｎ、Ｚｎの
ほかにＭｇ、Ｍｎ５Ｆ　ｅ。

Ｓｉ、Ｚｒを調整した合金鋳塊を、加熱、熱間圧延およ
び７０％以上の冷間圧延を行い、最終焼鈍（軟化）後１
５〜３０％の冷間圧延仕上げする方法（特開昭６０−２
１５７２９）等が提案されている。

これらにおいては、焼鈍（軟化）は３００〜４５０℃で
実施することがろう付性の観点から重要とされている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来使用され、または提案されてきた、上記Ａｌ−Ｍｎ
系合金フィン材（プレージングシート）に対して、最近
は軽量化のほかにコスト低減などの要求が強く、これに
対応するためには構成材料を薄肉化したり、安価な材料
が要求されるようになった。しかしながら上記のような
フィン材を従来の方法で製造すると、引張強さハ１７〜
２０ｋｇ１’／ｍｓ　”程度、耐カバ１８〜１９ｋｇｆ
’／ｓｇ＋’程度（特開昭５８−３１０７０号、特開昭
８０−２１５７２９号）になり、薄肉化すると強度不足
による開局が生じる。すなわち、フィンをコルゲート加
工した後のスプリングバックが小さいために、自由長が
短くなったり、あるいはコルゲートフィンと通路部材を
組付けるときにフィンがつぶれるという、いわゆる常温
座屈が発生する。また、冷間圧延の加工度を亮くし、フ
ィン材の引張強さを２３〜２９ｋｇｆ／ａｓ’　、耐力
を２２〜２８ｋｇｆ／ａｍ　２１．：すると上記の問題
は解決するが、ろう付は時に再結晶粒が小さくなり、フ
ィンあるいはフィン材の芯材中にろう材中のＳｉが拡散
し、高温座屈が生じる。

本発明の目的は、優れた強度、耐高温座屈性、犠牲陽極
性および成形加工性を有するアルミニウム合金フィン材
（プレージングシート）を安価に製造する方法を提供す
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｎ系合金の強度、熱伝導
性、高温座屈性および成形加工性について、組成および
製造条件について種々研究を重ねた結果、鋳塊の均質化
処理条件を適正化すること、最終冷間圧延前の焼鈍を低
温度で行うことにより完全に再結晶させないこと、を組
み合せれば、高い強度と耐高温座屈性を兼備したフィン
材にできることを知見した。また、熱間圧延の加熱温度
、最終冷間圧延の加工度を適正に保つことが必要である
ことを見いだし、本発明を完成した。すなわち、本発明
の要旨は、Ｍｎ　：　　０．５〜１．５％、Ｚ　ｎ　：
　　０．５〜２．０％、Ｆ　ｅ　：　０．０５〜０．７
０％を含有し、さらに必要に応じＣｒ　：　０．０５〜
０．２０％、Ｚ　ｒ　：　０，０５〜０．２０％、Ｔ　
ｉ　：　０．０５〜０．２０％、Ｖ　：　０．０５〜０
．２０％のうち１種または２種以上を含有し、残部が不
可避的不純物およびＡ１からなる合金の鋳塊を、４００
〜５６０℃で均質化処理した後、Ａｌ−８ｔ系またはＡ
ｌＡｌ−Ｓｉ−系合金を皮材として複合材としたものを
、４００〜５５０℃に加熱して熱間圧延した後、冷間圧
延を施し、２４０℃以上３００℃未満で焼鈍した後に、
さらに５〜４０％の圧下率で冷間仕上げ圧延を行う、熱
交換器用高強度アルミニウム合金フィン材の製造方法で
ある。

［作　用］ 次に本発明が上記の通り、その合金の成分組成範囲およ
び製造条件を限定した理由について説明する。

Ｍｎ Ｍｎはフィン材の強度向上、成形加工性の改良および耐
高温座屈性の改良のために０．５〜１．５％含有させる
。その含有量が０．５％未満では、その効果が十分でな
く、１．５％を越えると効果が飽和し、熱伝導性を劣化
させる。

Ｍｎ Ｚｎは、フィン材を電気化学的に卑にして犠牲陽極効果
を付与するために０．５〜２．０％含有させる。その含
有量が０．５％未満では効果が十分でなく２．０％を越
えると効果が飽和するばかりでなく、自己耐食性が劣化
する。

Ｆｅ Ｆｅは、Ｍｎの固溶量を減少させて、合金の熱伝導度を
向上させるために０．０５〜０．７０％含有させる。そ
の含有量が０．０５％未満では効果が十分でなく　、０
．７０％を越えるとろう付は時の再結晶粒が微細になり
、耐高温座屈性が劣化する。

特に、本発明のように強度を高くするために焼鈍温度を
低くして完全再結晶をさせない場合には、ろう付は時の
再結晶粒が微細になりやすい傾向を有するので、Ｆｅが
０，７０％を越えることは避けなければならない。

Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ５Ｖ Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ５Ｖはいずれも耐高温座屈性を改善す
るために０．０５〜０．２０％含有させる。

その含有量が０．０５％未満ではその効果が十分でなく
　、０．２０％を越えると熱伝導率が低下する。

次に製造条件を限定した理由について説明する。

上記のような組成の合金は、溶解−鋳造→均質化処理−
皮材との合せ圧延（熱間圧延）→冷間圧延−中間焼鈍−
最終冷間圧延の工程により製造される。但し、均質化処
理と熱間圧延前の加熱は、兼ねてもよい。また、中間焼
鈍は、１回に限らず２回以上実施してもよい。これらの
工程に於て均質化処理、熱間圧延、最終冷間圧延の直前
の焼鈍および最終冷間圧延は、次の条件で行わなければ
ならない。

均質化処理温度 本発明のように、焼鈍温度が低く再結晶を完全にさせな
い場合には、ろう付は時の再結晶粒が微細になって耐高
温座屈性が不良になりやすいので、鋳塊均質化処理の温
度は特に厳密に守らなければならない。そして、Ｍｎ系
化合物を十分析出させ、高い耐高温座屈性を得るために
４００〜５６０℃の温度範囲で行うことが必要である。

その温度が４００℃未満ではＭｎ系化合物（Ａｌ−Ｍｎ
、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ５Ａｌ　−Ｍｎ−Ｓ　ｉ、　Ａｌ　
−Ｍｎ−Ｆｅ−３Ｌなどの化合物）の析出が十分でない
ため、ろう付は時のフィン材の再結晶粒が微細になり、
耐高温座屈性が劣化する。また、５６０℃を越えると焼
鈍時に再結晶しやすく、最終フィン材の強度が低くなり
やすい。また、ろう付は時の再結晶粒が微細になり、耐
高温座屈性が劣化する。

熱間圧延 熱間圧延前の加熱温度は、圧延加工性や最終フィン材の
強度及び十分な耐高温座屈性を得るために、４００〜５
６０℃の範囲が好ましい。この温度が４００℃未満では
圧延時耳割れが激しく、加工性が悪くなる。また、５６
０℃を越えると焼鈍時に再結晶しやすく、最終フィン材
の強度が低下する。また、ろう付は時の再結晶粒が微細
になり、耐高温座屈性が劣化する。さらに、Ａｌ−Ｓｉ
系、Ａｌ−Ｓｉ　−Ｍｇ系合金を皮材として合わせ材と
するためには、合わせ材を溶融させないように５５０℃
以下で行う必要がある。

熱間圧延の上限温度は鋳塊の均質化処理温度の場合と同
様に特に厳密に守らなければならない。

焼鈍温度 焼鈍温度を通常より低くして行うことにより、耐高温座
屈性と成形加工に必要な強度を得るために２４０℃以上
３００℃未満で行う必要がある。

この温度が２４０℃未満ではろう付は時の再結晶粒が微
細になり、耐高温座屈性が劣化する。また、３００℃を
越えると、再結晶が部分的に生じ始め、最終フィン材の
強度が低くなる。

最終冷間圧延 本発明は最終の冷間圧延を適切な圧下率で行うことによ
って強度を上げるとともに、ろう付は時の温度でフィン
材が再結晶を起こし、ろう材をフィン材に拡散させない
ようにして、耐高温座屈性を高めようとするものであり
、５〜４０％の圧下率が必要である。その値が５％未満
では強度が低くなる。また、４０９６を越えると、ろう
付は時の再結晶粒が微細になり、耐高温座屈性が劣化す
る。

その他の工程、すなわち、溶解、鋳造、焼鈍前の冷間圧
延等は、常法に従って行う。なお、鋳塊均質化処理と熱
間圧延の加熱は、かねて１回で行ってもよい。また、焼
鈍は１回に限らず２回以上行ってもよい。その場合は、
最終冷間圧延の直前の焼鈍に於て、上記温度範囲を守れ
ばよい。

［実施例］ 実施例１ 第１表に示す組成の合金を溶解、連続鋳造し、厚さ　１
７５■■、長さ　１７５■の鋳塊を、第２表に示す温度
で均質化処理を施した後、長さ方向に切断の後、鋳塊長
さ方向を厚さ２１ｇｍとし・幅１５０ｆｆｌ１１、長さ
　１５０ｍｍの芯材素材とした。一方、ＪＩＳ　　４０
４５合金（Ａｌ−１０％Ｓｔ合金）を同様に鋳造、面前
し、４８０℃にて熱間圧延を行い、厚さ　４．Ｓｉの皮
材とした。この皮材を芯材の両面に重ね合わせ、第２表
に示す条件で熱間圧延、冷間圧延、焼鈍および最終冷間
圧延を経て厚さ０．１３ａ＋ｏ＋のブレージングフィン
材を製造した。クラツド率は片面１４％の両面クラッド
フィン材である。得られたブレージングフィン材につい
て引張試験、弗化物系フラックスを塗布して窒素ガス中
で６００℃、３分間の加熱を行った後、自然電極電位を
測定した。自然電極電位は、酢酸でｐＨ３に調整した３
％ＮａＣ１溶液中で１時間浸漬後にｎ１定した。また、
フィン材にコルゲート加工を施し、Ａ　Ｉ　−０，３５
Ｍ　ｎ　−０，１０Ｃｕ合金の押出多穴管と組み合わせ
て、第１図のような熱交換器コアを組立、これを弗化物
フラックスろう付けしたときの、ろう付は状況を調べた
。

以上の結果をまとめて第２表に示す。本発明例は、強度
が高く、自然電極電位が卑であり、ろう付は状況も良好
である。比較例は、製造条件のいずれかが満足されてい
ないため、強度が低いか、あるいはろう付は後にフィン
の座屈が生じている。

第１表 すなわち、本発明例のＮｏ、ＩＡ、２Ａ、３Ａ。

４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ，７Ｄ。

８Ａ、９Ａ、ＩＯＡは、引張強度が２４ｋｇｆ／ｌ１ｍ
　２以上、耐力が２３ｋｇｆ’／■’以上と高く、自然
電極電位が−７９０から一８８０ｍＶと電気化学的に卑
であり、ろう付は状況も良好である。

これに対し、比較例のＮｏ、ＩＢ、２Ｂ、３Ｂ。

４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｅ、８Ｂ、９Ｂ、ＩＯＢは、いず
れも鋳塊の均質化処理温度が５６０℃と高いため、引張
強さが２１ｋｇｆ’／ｌｌ１ｍ２以下、耐力が２０ｋｇ
１’／■２以下と低い。Ｎｏ、ＩＣ，２Ｃ，３Ｃ。

４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，８Ｃ，９Ｃ，ＩＯＣは、いずれも最
終冷間圧延の加工度が５０％と高いため、ろう付は時の
再結晶粒が微細になるため、フィンに座屈が生じた。

Ｎｏ、７Ｆは焼鈍温度が２００℃と低く、ろう付は時の
再結晶粒が微細になるため、フィンに座屈が生じた。

Ｎｏ、７Ｇは、焼鈍温度が３４０℃と高く、再結晶が部
分的に生じ、フィン材の引張強度が１９ｋｇｆ’／ｎ＋
ｍ２、耐力１９ｋｇｆ／ｍｍ　’と低下した。

Ｎｏ、７Ｈは、焼鈍温度が３４０℃と高く、また最終冷
間圧延の加工度も５０％と高いため、引張強度は２４ｋ
ｇｆ／■’と高くなったものの、ろう付は時の再結晶粒
が微細になるため、フィンに座屈が生じた。

Ｎｏ、７１は、最終冷間圧延の加工度を３％と低くした
ものであり、フィンの強度が引張強さカ２２ｋｇｒ／ｌ
ｌｌＩ２、耐力２０ｋｇｆ’／ａｍ　’と低下した。

実施例２ 次に第１表のＮｏ、２．４．７．１０の合金を鋳塊熱処
理し、ＪＩ３４００４合金（Ａｌ−１０％Ｓｉ−１，５
％Ｍｇ合金）と組み合わせて熱間圧延、冷間圧延、焼鈍
および最終冷間圧延を経て厚さ０．１３ｔａのブレージ
ングフィン材を製造した。

クラツド率は片面１４％の両面クラッドフィン材である
。製造条件は第３表に示す。得られたフィン材を用いて
上記と同様に引張試験、真空ろう付は加熱後の自然電極
電位の測定を行った。

また、フィン材にコルゲート加工を行った後、Ａ　ｌ　
−０，３Ｍｎ　−０，４３Ｃｕ合金の押出形材と組み合
わせて第２図のようなサーペンタイン型コアを組立、真
空ろう付けを行ったときのろう付は状況を調べた。以上
の結果をまとめて第３表に示す。

本発明例のＮｏ、２Ａ−４Ａ−７Ａ− ７Ｂ　＝　　７　Ｃ−１ＯＡ　−ｉ；ｉ引張強度ｆＪ＜
２５ｋｇｒ／ｆｆ１１１２以上、耐カフ＞＜２４ｋｇｒ
／ａｍ’　以上と高く、自然電極電位が−７４０から一
７６０ｍＶと電気化学的に卑であり、ろう付は状況も良
好である。

これに対し、比較例のＮｏ、２Ｂ−４Ｂ−７Ｄ−１０Ｂ
−は、いずれも鋳塊の均質化処理温度が５６０℃と高い
ため、引張強さが２１ｋｇｆ７１１１１２以下、耐力が
２０ｋｇｆ／ａｓ２以下と低い。

Ｎｏ、７Ｅ−は、焼鈍温度が２００℃と低く、フィンに
座屈が生じた。

Ｎｏ、７Ｆ−は、焼鈍温度が３４０℃と高く、引張強度
力１９ｋｇｒｌＩ１１２、耐力カ１８ｋｇｆ’／ｓｍ２
ト低くなった。

Ｎｏ、７Ｇ”は、焼鈍温度が３４０℃と高く、また最終
圧延の加工度が５０％と高いため、フィンに座屈が生じ
た。

Ｎｏ、７Ｈ”は、最終圧延の加工度が３％と低いため、
引張強度が２２ｋｇｆ／ｍ’　、耐力力２Ｌｋｇｒ／ｌ
１ａ１２と低くなった。

［発明の効果］ 本発明によれば、高い強度と犠牲陽極効果と同時に耐高
温座屈性に優れたフィン材を提供することができ、熱交
換器のフィンを薄肉化することが可能となり、熱交換器
の軽量化、コスト低減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）、（ロ）並びに第２図は本発明材を適用す
る熱交換器の構成の説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ：０．５〜１．５％（重量％、以下同じ）、
   Ｚｎ：０．５〜２．０％、Ｆｅ：０．０５〜０．７０％
   を含有し、残部が不可避的不純物およびＡｌからなる合
   金の鋳塊を、４００〜５６０℃で均質化処理したものを
   芯材とし、これにＡｌ−Ｓｉ系あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｍ
   ｇ系合金を皮材として複合したものを、４００〜５５０
   ℃に加熱して熱間圧延した後、冷間圧延を施し、２４０
   ℃以上３００℃未満で焼鈍した後、さらに５〜４０％の
   圧下率で冷間仕上げ圧延を行うことを特徴とする熱交換
   器用高強度アルミニウム合金フィン材の製造方法。
2. （２）Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｚｎ：０．５〜２．０
   ％、Ｆｅ：０．０５〜０．７０％を含有し、更にＣｒ：
   ０．０５〜０．２０％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０％、
   Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｖ：０．０５〜０．２０
   ％のうち１種または２種以上を含有し、残部が不可避的
   不純物およびＡｌからなる合金の鋳塊を、４００〜５６
   ０℃で均質化処理したものを芯材とし、これにＡｌ−Ｓ
   ｉ系あるいはＡｌ−Ｓｉ− Ｍｇ系合金を皮材として複合したものを、 ４００〜５５０℃に加熱して熱間圧延した後、冷間圧延
   を施し、２４０℃以上３００℃未満で焼鈍した後、さら
   に５〜４０％の圧下率で冷間仕上げ圧延を行うことを特
   徴とする熱交換器用高強度アルミニウム合金フィン材の
   製造方法。