JPS6144937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱交換器用耐垂下性フイン材の製造法
に関する。詳しくは、コルゲート・フイン型また
はフイン・アンド・チユーブ型の熱交換器等に用
いられ、優れた耐垂下性および熱伝導性が要求さ
れるフイン材を製造する方法に関する。 従来、エバポレータ、コンデンサーなどには、
コルゲート・フイン型熱交換器またはフイン・ア
ンド・チユーブ型熱交換器が多く用いられてい
る。 コルゲート・フイン型熱交換器は冷却媒体通過
用の内部管路を有する隔離板に、厚さ0.15〜0.4
mmのコルゲート・フイン（波状フイン）をとりつ
け、これを層状に組み立てた熱交換器、あるい
は、上記隔離板を適当な間隔で蛇行屈曲成形し、
この隔離板の間にコルゲート・フインをとりつけ
た熱交換器である。 コルゲート・フイン型熱交換器では、冷却媒体
の熱は、冷却媒体が隔離板の内部管路を通過中
に、隔離板からコルゲート・フインに伝導され、
広表面積のコルゲート・フインから有効に外部に
放散される。 隔離板はJIS1100、JIS1050、JIS3003などのア
ルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯から半
連続鋳造法によりピレツトを鋳造し、熱間押出を
経て所望の形状の押出中空形材を得、さらに必要
に応じてこれを蛇行屈曲成形することにより製造
される。コルゲート・フインについては、
JIS3003、JIS3004、JIS3203などのアルミニウム
―マンガン合金の溶湯から半連続鋳造法によりス
ラブを鋳造し、熱間圧延して３〜10mmの帯状板と
なし、次いで冷間圧延して板厚0.05〜0.4mmの板
材とし、冷間圧延工程中ないしは冷間圧延後に焼
鈍処理を施してコルゲート・フイン材を得、得ら
れたコルゲート・フイン材を所望の波高およびピ
ツチでコルゲート加工することにより製造され
る。 コンゲート・フインを隔離板へとりつけるに
は、通常、コルゲート・フインの波の山頂部また
は谷底部が隔離板表面に接触するように固定し、
Al―Si系合金またはAl―Si―Mg系合金のろう材
を用いてブレージングする。 一方、フイン・アンド・チユーブ型熱交換器
は、厚さ0.1〜0.4mmの薄板（フイン）に直径５〜
15mmの孔を穿設し、冷却媒体を通過させるための
管を上記孔に挿通させた熱交換器である。上記孔
の周囲には、必要に応じてカラー状の立上りを設
けることもある。 フイン・アンド・チユーブ型熱交換器に用いら
れるフイン材も、前記コルゲート・フイン材と同
様、JIS3003またはJIS3203などのアルミニウム―
マンガン合金の溶湯を半連続鋳造法により鋳造し
てスラブとし、これを熱間圧延して厚さ３〜10mm
の帯状板を得、次いで、これを冷間圧延して薄板
としたのち、焼鈍処理を施すことにより製造され
る。 フインと管とのとりつけは、管の外周に予め、
ろう材を被覆しておき、フインの孔に管を挿通さ
せたのち、ブレージングすることにより行なわれ
る。 ブレージングはろう材の酸化を防止するため、
非酸化性雰囲気（とくに真空中）で、あるいはフ
ラツクスを用いて、隔離板とコルゲート・フイン
との接触部または管とフイン・アンド・チユーブ
型フインとの接触部を570〜620℃に加熱すること
により行なわれる。 このとき、フイン材の高温強度が低いとフイン
の一部に垂れ下りまたは潰れが発生し、隔離板ま
たは管とフインとの接合が不十分となるという問
題があつた。 ブレージングの加熱時におけるフインの垂れ下
りまたは潰れの発生が少ない、すなわち、耐垂下
性の優れたフイン材を得る方法として、マンガン
を含む前記アルミニウム合金にジルコニウムなど
の、より耐垂下性を向上し得る元素を添加するこ
とが提案されているが、マンガンはフイン材の熱
伝導性を低下させ、一方、ジルコニウムを添加す
れば、それだけ価格が高くなるという欠点があ
り、また、耐垂下性の点でも、さらに優れたフイ
ン材が望まれている。 そこで、本発明者らは、これらの熱交換器に用
いられる耐垂下性フイン材を工業的有利に製造す
る方法について検討した結果、従来の半連続鋳造
法および熱間圧延法に代えて、特定量の鉄を含む
アルミニウム溶湯から直接連続鋳造圧延法により
板厚３〜10mmの帯状板を得、これを用いてコルゲ
ート・フイン材を製造したところ、得られたコル
ゲート・フイン材は優れた耐垂下性、熱伝導性お
よび機械的強度を有することを見出し、本発明に
到達した。 すなわち、本発明の目的は、耐垂下性、熱伝導
性および機械的強度が優れた耐垂下性フイン材を
製造することであり、この目的は0.1〜0.7重量％
の鉄を含むアルミニウムの溶湯を連続的に鋳造圧
延して板厚３〜10mmの帯状板となし、その後これ
を冷間圧延して上記アルミニウムの板厚0.05〜
0.4mmの板材となし、冷間圧延工程中ないし冷間
圧延後250〜550℃で焼鈍処理を行なうことによつ
て達成される。 次に、本発明を詳細に説明する。 本発明方法で用いられるアルミニウムは、0.1
〜0.7重量％の鉄を含有することが必要であり、
これによりフイン材の耐垂下性を向上させる。す
なわち、鋳造圧延時にアルミニウム中に強制固溶
された鉄は、その後の焼鈍処理により鉄を含む金
属間化合物として組織中に微細に析出し、この結
果、高温下での組織が強化され、耐垂下性が向上
する。合金中の鉄含有量が少なければその効果が
なく、逆に、多すぎると、鉄を含む金属間化合物
の晶出が促進されるのでフイン材の成形加工性お
よび耐垂下性が低下する。 従つて、アルミニウム中の鉄含有量は0.1〜0.7
重量％、好ましくは、0.4〜0.6重量％である。 また、アルミニウムの組織を微細化するため、
必要に応じて、チタンまたはジルコニウムを合金
中に添加することもできる。 アルミニウム中のこれらの元素の添加量はそれ
ぞれ0.01〜0.1重量％の範囲とすることが好まし
い。チタンを用いるときは、チタン量に対して10
〜20重量％のホウ素を併用してもよい。 なお、アルミニウム中には、不純物元素として
珪素、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、ニツ
ケル、バナジウムなどが含有されているが、珪素
はアルミニウムの融点を低下させ、銅はアルミニ
ウムの耐食性および成形加工性を低下させ、マン
ガンは熱伝導性を低下させ、そして、マグネシウ
ムはアルミニウムの融点を下げるとともに成形加
工性も低下させる。 そこで、アルミニウム中の珪素含有量は0.6重
量％以下、とくに0.3重量％以下、銅含有量は、
0.25重量％以下、とくに0.1重量％以下、マンガ
ン含有量は0.3重量％未満、またマグネシウム含
有量は1.3重量％以下であつて、不純物元素の総
量を2.7％以下、とすることが好ましい。 本発明では、アルミニウムとして、JIS1100、
JIS1200、AAX8130、AAX8176（フランス規格）
等が用いられる。 本発明方法では、上記アルミニウムの溶湯を連
続的に鋳造圧延して直接板厚３〜10mmの帯状板と
する。 アルミニウム溶湯を連続的に鋳造圧延するに
は、２個の回転する鋳造用ロールまたは走行する
鋳造用ベルトなどで構成される鋳型の間に配置さ
れたノズルを経て溶湯を上記鋳型間に導入し、鋳
型で冷却しながら同時に圧延すればよい。 上記方法は直接連続鋳造圧延法として知られて
おり、この方法によれば、アルミニウム溶湯から
直接、厚さ３〜10mmの帯状板が鋳造されるので、
溶湯の冷却が均一かつ、急速に行なわれ、このた
め、鉄およびアルミニウム中の不純物元素はアル
ミニウム中へ相当量強制固溶される。 従つて、アルミニウム中の鉄の含有量が少ない
場合には鉄を含む金属間化合物はほとんど晶出せ
ず、逆にその含有量が多い場合でも、その晶出物
の量が少なく、かつ、そのサイズも小さい。 一方、強制固溶された鉄は、冷間圧延工程中な
いし冷間圧延後の焼鈍処理により、鉄を含む微細
な金属間化合物として析出する。 本発明において、連続鋳造圧延法により製造し
た帯状板を用いることによりフイン材の耐垂下性
が向上する理由は、鉄を含む粗大な金属間化合物
の晶出を防止し、かつ鉄を含む微細な金属間化合
物の析出を有効に促進し得るからであると考えら
れる。 連続鋳造圧延法では、鋳造速度（帯状板の進行
速度）は0.8〜1.4ｍ／分、溶湯速度は680〜710℃
の範囲が適当である。 このようにして得られる帯状板からコルゲー
ト・フイン材を製造する方法として、帯状板を裸
材で用いる場合および帯状板の表面にろう材を被
覆し、クラツド複合材とする場合がある。 帯状板を裸材で用いる場合は、帯状板を冷間圧
延して0.05〜0.4mmの板材となし、冷間圧延工程
中ないし冷間圧延後に250〜550℃で焼鈍処理を施
す。 焼鈍処理により、アルミニウム中に強制固溶さ
れた鉄が微細な金属間化合物として析出する。 焼鈍温度は低ければ、金属間化合物を有効に析
出させることができず、逆に高すぎても金属間化
合物が粗大に析出するので、通常、250〜550℃、
好ましくは350〜450℃の範囲から選ばれる。焼鈍
時間は１〜４時間の範囲が適当である。 帯状板の表面にろう材を被覆し、クラツド複合
材とする場合は、得られる帯状板の上面および下
面にろう材薄板を重ね合せて熱間圧延することに
よりクラツド複合材となし、こののち、これを冷
間圧延してアルミニウム板の板厚0.05〜0.4mmの
板材となし、冷間圧延工程中ないし冷間圧延後に
250〜550℃で焼鈍処理を施す。 ろう材としては、6.8〜11.0重量％の珪素を含
有するAl―Si系合金、あるいは3.5〜10.5重量％
の珪素および0.05〜2.0重量％のマグネシウムを
含有するAl―Si―Mg系合金など公知のものを用
いることができる。熱間圧延は350〜500℃、圧延
率30〜60％で行なわれる。クラツド複合材のろう
材被覆率は５〜20％の範囲が適当である。 クラツド複合材の冷間圧延および焼鈍処理は前
述と同様の方法により行なわれる。 このようにして得られるコルゲート・フイン材
は、適宜成形加工したのち、ブレージングにより
隔離板にとりつけられる。 一方、フイン・アンド・チユーブ型フイン材の
製造は、帯状板を裸材で用いてコルゲート・フイ
ン材を製造する場合と全く同様の方法で行なわれ
る。すなわち、前記方法で得られる厚さ３〜10mm
の帯状板を冷間圧延して厚さ0.05〜0.4mmの板材
となし、冷間圧延工程中ないし冷間圧延後250〜
550℃で焼鈍処理を行なう。 得られるフイン材は、常法に従つてこれにフイ
ン加工を施したのち、ろう材を外周面に被覆した
管にブレージングし、熱交換器に組み立てられ
る。 以上、詳細に説明したように、本発明方法によ
り製造されるフイン材は優れた耐垂下性、熱伝導
性および機械的強度を有するので、このフイン材
を用いることによりブレージング時におけるフイ
ンの垂れ下り、ないし潰れを有効に防止すること
ができ、隔離板とフインまたは管とフインとの接
合が良好の熱交換器を製造することができる。 次に、本発明を実施例により具体的に説明する
が本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例
に限定されるものではない。 実施例１〜２および比較例１〜２ 下記表１に示す各種組成のアルミニウムをそれ
ぞれガス炉で溶解し、溶解後溶解温度を750℃と
し、これによく乾燥させた塩素と窒素の混合ガス
を吹き込み、脱ガス処理を行なつた。その後、こ
れらの溶湯にアルミニウム―チタン―ホウ素母合
金（チタン含有量５重量％、ホウ素含有量１重量
％）をチタン含有量が0.02重量％となるように添
加し、次いでこれから直接連続鋳造圧延法または
縦型半連続鋳造法および熱間圧延によりそれぞ
れ、厚さ５mmの帯状板を製造した。 直接連続鋳造圧延法では、鋳型として半径30cm
の２個のロールを用い、また、鋳造速度は130
cm／分であつた。 一方、縦型半連続鋳造法では、鋳造速度４cm／
分で断面45×105cmのスラブを鋳造し、これを400
〜500℃で熱間圧延して帯状板とした。 得られた帯状板は、冷間圧延して厚さ0.66mmの
板材とし、次いで400℃、３時間の焼鈍処理を施
したのち、冷間圧延して厚さ0.40mmの耐垂下性フ
イン材（調質H14）とし、これを引張強度試験お
よび耐垂下性試験に供した。 引張強度試験は、平行部長さ30mm、巾10mmの引
張試験片を作成し、引張速度10mm／分で測定を行
なつた。 一方、耐垂下性試験は、長さ200mm、巾20mmの
試験片を作成し、試験片の長手方向の一端および
その一端から50mmの点を固定し、他端を水平方向
に突出させてその先端部150mmを自由開放させ、
次いで、この試験片を10^-4torrの真空中、610℃
で４分間加熱し、試験片先端の熱によるたわみ距
離を測定した。 これらの結果を下記表１に示す。 【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 0.1〜0.7重量％の鉄を含むアルミニウムの溶
   湯を連続的に鋳造圧延して直接板厚３〜10mmの帯
   状板となし、その後、これを冷間圧延して上記ア
   ルミニウムの板厚0.05〜0.4mmの板材となし、冷
   間圧延工程中ないし冷間圧延後250〜550℃で焼鈍
   処理を行なうことを特徴とする熱交換器用耐垂下
   性フイン材の製造法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   帯状板の表面が、鋳造圧延後、Al―Si系合金また
   はAl―Si―Mg系合金のろう材によつて被覆され
   たものであることを特徴とする熱交換器用耐垂下
   性フイン材の製造法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の方
   法において、鋳造圧延するアルミニウムが、珪素
   含有量0.6重量％以下、銅含有量0.25重量％以
   下、マンガン含有量0.3重量％未満、マグネシウ
   ム含有量1.3重量％以下であつて、不純物元素の
   総量が2.7重量％以下のアルミニウムである熱交
   換器用耐垂下性フイン材の製造法。