JPS641202B2 - - 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・チユーブ型熱変換器が多く用いられている。 コルゲート・フイン型熱変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変換器、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
た熱変換器である。 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、離隔板からコルゲート・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。 融離板は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
連続鋳造法によりビレツトを鋳造し、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。 コルゲート・フインを融隔板へとりつけるに
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。 ところが、上記接触部の加熱は通常ヒーターか
らの輻射熱によつて行なわれるため、場合によ
り、フインの温度が局部的に上昇し、この結果、
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、前記アル
ミニウム合金にジルコニウムなどの耐垂下性を向
上し得る元素を添加することが提案されている
が、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、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、0.3〜2.5重量％のマンガ
ンおよび0.1〜0.7重量％の鉄並びに微細化剤とし
てのそれぞれ0.01〜0.1重量％の範囲のチタンま
たはジルコニウム（ただし、チタンを用いるとき
は必要によりさらにチタン量に対して10〜20重量
％のホウ素）を含み、残部がアルミニウム及び不
純物元素（ただし、珪素含有量は0.6重量％以下、
銅含有量量は0.25重量％以下、マグネシウム含有
量は1.3重量％以下）からなるアルミニウム合金
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
ミニウム合金の板厚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合金は、0.3〜2.5重量
％のマンガンおよび0.1〜0.7重量％の鉄を含有す
る。 マンガンは上記合金中に含有されて機械的強度
および耐垂下性を向上させる効果を有するが、そ
の含有量が少なければその効果がなく、逆に多す
ぎても、鋳造圧延時にマンガンを含む金属間化合
物が粗大に晶出することになり、耐垂下性が低下
する。 そこで、マンガン含有量は0.3〜2.5重量％好ま
しく1.0〜1.5重量％である。 一方、鉄は、上記合金に含有されて耐垂下性を
向上させる。すなわち、鋳造圧延時に合金中に強
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、鉄はマンガンを
含む金属間化合物の晶出を促すので、合金中の有
効マンガン量が減少し、耐垂下性が低下する。 従つて、合金中の鉄含有量は0.1〜0.7重量％、
好ましくは、0.4〜0.6重量％である。 また、合金の組織を微細化するため、チタンま
たはジルコニウムを合金中に添加する。 合金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。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、アルミニウム合金中には、不純物元素と
して珪素、銅、マグネシウムなどが含有されてい
るが、珪素は合金の融点を低下させ、銅は合金の
耐食性および成形加工性を低下させ、そして、マ
グネシウムは合金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、合金中の珪素含有量は0.6重量％以下、
好ましくは0.3重量％以下、銅含有量は、0.25重
量％以下、好ましくは0.1重量％以下、またマグ
ネシウム含有量は1.3重量％以下とする。 本発明方法では、上記アルミニウム合金の溶湯
を連続的に鋳造圧延して直接板厚３〜10mmの帯状
板とする。上記の連続鋳造圧延によつて得られる
帯状板の板厚３〜10mmとは、マンガン、鉄などの
合金中の成分元素のアルミニウム中への強制固溶
が十分に行なわれて連続鋳造圧延の効果が十分に
生かされる板厚、即ち溶湯の冷却が均一かつ急速
に行なわれるような鋳造圧延状態の得られる板厚
である。３mm未満という余りに薄い板厚の帯状板
を溶湯から連続鋳造圧延により直接得ることは技
術的な困難が大きく、他方、10mmを上回るような
厚い板厚では溶湯の冷却を均一かつ急速に行なう
ことに技術的困難がある。 合金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造の間に配置されたノズル
を経て合金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、アルミニウム合金溶湯
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、マンガン、鉄などの合金中の各成分元素
はアルミニウム中へ相当量強制固溶される。 従つて、合金中のマンガンまたは鉄の含有量が
少ない場合にはマンガンを含む金属間化合物はほ
とんど晶出せず、逆にこれらの元素の含有量が多
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、マンガン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、溶湯温度は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、合金中に強制固溶された鉄が
鉄を含む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、鉄を含む金属間化合物を
有効に析出させることができず、逆に高すぎても
鉄またはマンガンを含む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合金板の板厚0.05〜0.4
mm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。 上記各方法において冷間圧延によつて得られる
板材の板厚0.05〜0.4mmとは、熱交換器用のフイ
ン材として要求される耐垂下性及び機械的強度等
の特性が十分に得られるための板厚である。0.05
mm未満という余りに薄い板厚に冷間圧延すると、
熱交換器用フイン材として十分な機械的強度を得
ることが困難であり、他方、0.4mmを上回るよう
な厚い板厚では、熱交換の効率が悪化する。 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１〜４および比較例１〜４ 下記表１に示す各種成分のアルミニウム合金を
それぞれガス炉で溶解し、溶解後溶湯温度を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９cm×20cmのスラブを鋳造し、これを
400〜500℃で熱間圧延により帯状板とした。 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60mm、巾10mmの引
張試験を作成し、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
試験片を作製し、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)

【特許請求の範囲】
1. １ 0.3〜2.5重量％のマンガンおよび0.1〜0.7重
   量％の鉄並びに微細化剤としてのそれぞれ0.01〜
   0.1重量％の範囲のチタンまたはジルコニウム
   （ただし、チタンを用いるときは必要によりさら
   にチタン量に対して10〜20重量％のホウ素）を含
   み、残部がアルミニウム及び不純物元素（ただ
   し、珪素含有量は0.6重量％以下、銅含有量は
   0.25重量％以下、マグネシウム含有量は1.3重量
   ％以下）からなるアルミニウム合金の溶湯を連続
   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
   ム合金の板厚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。