JP4352455B2 - Method for producing brazing sheet excellent in strength and wax erosion resistance - Google Patents
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Description
この発明は、熱交換器のチューブ材、ヘッダータンク材、サイドサポート材などに使用される強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシートの製造方法およびこの方法で製造したブレージングシート、並びにこのブレージングシートがろう付けされてなる熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a brazing sheet excellent in strength and wax erosion resistance used for a tube material, header tank material, side support material, etc. of a heat exchanger, a brazing sheet produced by this method, and this brazing sheet The present invention relates to a heat exchanger that is brazed.
一般に、熱交換器は、サイドサポートと、ヘッダータンクと、そのヘッダータンクの間に互いに平行に間隔を空けて設けられたアルミニウム合金からなる多数のチューブと、チューブとチューブとの間にろう付けされた波形のフィンとで構成されている。前記波形のフィンはフィン材を波形に加工し、この波形に加工されたフィン材をチューブにろう付けすることにより成形される。
前記熱交換器におけるチューブ、ヘッダータンク、サイドサポートなどはブレージングシートにより作製されるが、このブレージングシートの一例として、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金からなる芯材の片面または両面に、犠牲陽極効果を有するＡｌ−Ｍｎ系合金からなる中間材を被覆し、さらに両面をＡｌ−Ｓｉろう材（ＪＩＳ４３４３，４０４５で規定される、例えば、Ａｌ−７〜１１質量％Ｓｉ合金）またはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材（ＪＩＳ４００４，４Ｎ０４、４１０４で規定される、例えば、Ａｌ−９〜１３質量％Ｓｉ−０．２〜２質量％Ｍｇ合金）からなるろう材層をクラッドしたブレージングシートが知られている。このブレージングシートは芯材のマトリックスが再結晶組織を有し、犠牲陽極効果を有する中間材のマトリックスが加工組織を有しており、このブレージングシートのろう材層をチューブに接触させて組み立て、これを真空または不活性ガス雰囲気の加熱炉に装入し６００℃前後の温度に加熱してろう付けすると、ろう付け中に中間材の加工組織は再結晶組織に変化し、ろう侵食の発生が阻止されるといわれている。（特許文献１参照）。
The tube, header tank, side support, etc. in the heat exchanger are made of a brazing sheet. As an example of the brazing sheet, a sacrificial anode effect is provided on one or both sides of a core material made of an Al-Mn-Cu alloy. An intermediate material made of an Al—Mn alloy is coated, and both surfaces are made of an Al—Si brazing material (specified in JIS 4343, 4045, for example, an Al-7 to 11 mass% Si alloy) or an Al—Si—Mg brazing material. There is known a brazing sheet in which a brazing material layer made of a material (for example, Al-9 to 13 mass% Si-0.2 to 2 mass% Mg alloy) defined by JIS 4004, 4N04, 4104 is clad. In this brazing sheet, the matrix of the core material has a recrystallized structure, and the matrix of the intermediate material having a sacrificial anode effect has a processed structure. The brazing material layer of the brazing sheet is assembled by contacting the tube, Is inserted into a vacuum or inert gas heating furnace and brazed by heating to a temperature of around 600 ° C, the processed structure of the intermediate material changes into a recrystallized structure during brazing, preventing the occurrence of brazing erosion. It is said to be done. (See Patent Document 1).
近年、自動車は、快適性や省燃費が強く求められるようになり、熱交換器に対するコンパクト化や高性能化の要求は強まる一方である。また軽量化の観点から、それらの部材には薄肉化が求められ、例えば、チューブ材に対しても従来の板厚０．３〜０．４mm程度から０．２mmへ移行しつつある。このように材料を薄肉化した場合でも、従来の熱交換器の耐久強度と同等レベル以上とするためには、従来材と比較して非常に高い強度が必要になる。 In recent years, automobiles are strongly demanded for comfort and fuel efficiency, and the demand for compactness and high performance of heat exchangers is increasing. Further, from the viewpoint of weight reduction, those members are required to be thinned. For example, the thickness of the tube material is shifting from about 0.3 to 0.4 mm to 0.2 mm. Even when the material is thinned as described above, in order to achieve a level equal to or higher than the durability of the conventional heat exchanger, a very high strength is required as compared with the conventional material.
しかし、前記従来のブレージングシートをろう付けして作製した熱交換器におけるブレージングシートは、芯材および中間材が共に再結晶組織を有するので、耐ろう侵食性に優れているものの、強度が十分でなく、ろう付け後であってもさらに一層の強度を有するブレージングシートが求められている。 However, the brazing sheet in the heat exchanger produced by brazing the conventional brazing sheet is excellent in brazing corrosion resistance because both the core material and the intermediate material have a recrystallized structure, but the strength is sufficient. There is also a need for a brazing sheet having even greater strength even after brazing.
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、さらに一層高強度のブレージングシートを作製し、このブレージングシートをろう付けしてなる熱交換器を得るべく研究を行なった。その結果、
質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜１．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金芯材と、Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金中間材と、ろう材とを用意し、これらをアルミニウム合金芯材−アルミニウム合金中間材−ろう材の順に重ねた合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５越え〜１５％未満（好ましくは、５越え〜１０％）の低圧延率で冷間圧延すると、アルミニウム合金芯材層−アルミニウム合金中間材層−ろう材層の順に積層した圧延ブレージングシートが形成され、この圧延ブレージングシートを成形してろう付けすると、
Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含む圧延組織を有するアルミニウム合金芯材層は再結晶し難い特性を有するのでろう付け中に圧延組織から再結晶組織に至らず、再結晶組織に至る途中の隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する未再結晶組織に変化し、
一方、Ｆｅ：０．３〜２．０％を含む圧延組織を有するアルミニウム合金中間材層は再結晶しやすい特性を有するのでろう付け中に圧延組織から隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する再結晶組織に変化し、
未再結晶組織を有するアルミニウム合金芯材層は強度が格段に優れており、一方、再結晶組織を有するアルミニウム合金中間材層は溶融ろう材の侵食経路が少なくなるためにろう材によるろう侵食を阻止する作用効果を奏し、したがって、強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシートを有する熱交換器が得られる、などの研究結果が得られたのである。
In view of the above, the present inventors have studied to obtain a heat exchanger in which a brazing sheet with higher strength is produced and brazed to the brazing sheet. as a result,
% By mass (hereinafter,% indicates% by mass), Mn: 0.1 to 2.5%, Zr: 0.05 to 0.3%, Si: 0.1 to 1.2 %, Mg: 0.1-2.0%, Ni: 0.05-1.2%, or 1 type or 2 types, and if necessary, Cu: 0.05-1.0% An aluminum alloy core material having a composition consisting of Al and inevitable impurities, and Fe: 0.3 to 2.0%, and an aluminum alloy intermediate material having a composition consisting of Al and inevitable impurities, A brazing material is prepared, and an aluminum alloy core material-aluminum alloy intermediate material-brazing material is laminated in this order, and the laminated material is subjected to a soaking treatment at a temperature of 430 to 530 ° C. Is hot-rolled and then subjected to at least one intermediate annealing, and the final thickness from the last intermediate annealing When the cold rolling is performed at a low rolling ratio of more than 5 to less than 15% (preferably more than 5 to 10%), the aluminum alloy core material layer, the aluminum alloy intermediate material layer, and the brazing material layer are laminated in this order. A rolled brazing sheet is formed, and when this rolled brazing sheet is molded and brazed,
Since the aluminum alloy core material layer having a rolled structure containing Mn: 0.1 to 2.5% and Zr: 0.05 to 0.3% has a characteristic that is difficult to recrystallize, it is recrystallized from the rolled structure during brazing. Unrecrystallized in which 50% or more of crystal grains having a crystal orientation difference of less than 20 ° and a crystal grain size of less than 20 μm are present with respect to adjacent crystal grains in the middle of reaching the recrystallized structure. Change to an organization,
On the other hand, an aluminum alloy intermediate material layer having a rolled structure containing Fe: 0.3 to 2.0% has a characteristic of being easily recrystallized, so that the difference in crystal orientation with respect to adjacent grains from the rolled structure during brazing. Is changed to a recrystallized structure in which 50% or more of crystal grains each having a crystal grain size of 20 μm or more are present at 20 ° or more,
The aluminum alloy core material layer having an unrecrystallized structure is remarkably superior in strength, while the aluminum alloy intermediate material layer having a recrystallized structure is less susceptible to brazing by the brazing material because the erosion path of the molten brazing material is reduced. Research results have been obtained, such as obtaining a heat exchanger having a brazing sheet that exhibits a blocking effect and is therefore excellent in strength and wax erosion resistance.
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金芯材の片面にＦｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金中間材を重ね、さらにこのアルミニウム合金中間材の上にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を重ねて合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５越え〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延する強度および耐ろう侵食性に優れた熱交換器用ブレージングシートの製造方法、
（２）Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらにＣｕ：０．０５〜１．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金芯材の片面にＦｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金中間材を重ね、さらにこのアルミニウム合金中間材の上にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を重ねて合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５越え〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延する強度および耐ろう侵食性に優れた熱交換器用ブレージングシートの製造方法、に特徴を有するものである。
This invention was made based on the above research results,
(1) Mn: 0.1 to 2.5%, Zr: 0.05 to 0.3%, Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.1 to 2.0 %, Ni: One or two of 0.05 to 1.2%, and the balance of Fe: 0.3 to 2.0 on one side of an aluminum alloy core material having a composition consisting of Al and inevitable impurities. An aluminum alloy intermediate material having a composition containing Al and the remainder consisting of Al and inevitable impurities is laminated, and an Al-Si brazing material is further laminated on the aluminum alloy intermediate material to produce a laminated material. After soaking at a temperature of 430 to 530 ° C., this is hot-rolled, then subjected to at least one intermediate annealing, and the rolling reduction from the last intermediate annealing to the final sheet thickness exceeds 5 to less than 15%. Of heat exchanger with excellent strength and brazing corrosion resistance for cold rolling at low rolling ratio A method of manufacturing a Managing sheet,
(2) Mn: 0.1 to 2.5%, Zr: 0.05 to 0.3%, Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.1 to 2.0 %, Ni: 0.05 to 1.2% of one or two of them, and Cu: 0.05 to 1.0%, with the balance being Al and an unavoidable impurity. An aluminum alloy intermediate material containing Fe: 0.3 to 2.0% on one side of the alloy core material and the remainder comprising Al and unavoidable impurities is stacked, and an Al-Si system is further formed on the aluminum alloy intermediate material. A brazing material is overlapped to produce a laminated material, and this laminated material is soaked at a temperature of 430 to 530 ° C., then hot-rolled, and then subjected to at least one intermediate annealing, followed by a final intermediate annealing. The strength of cold rolling at a low rolling rate of less than 5 to less than 15% exceeding the rolling reduction from the final thickness to the final thickness Method for manufacturing a heat exchanger brazing sheet having excellent brazing erosive and those having features.
アルミニウム合金中のＺｒ成分はろう付熱処理時の再結晶を遅延させる作用があるので、前記アルミニウム合金中間材にＺｒは含まれることは好ましくなく、したがって、Ｚｒが不可避不純物として含まれていても可及的に少ないほど好ましく、その含有量は０．０３％未満であることが好ましい。したがってこの発明は、
（３）Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜１．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金芯材の片面にＦｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金中間材を重ね、さらに前記アルミニウム合金中間材の上にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を重ねてアルミニウム合金芯材−アルミニウム合金中間材−ろう材の順に重ねた合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５越え〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延する強度および耐ろう侵食性に優れた熱交換器用ブレージングシートの製造方法であって、前記アルミニウム合金中間材の不可避不純物として含まれるＺｒの含有量を０．０３％未満に規制した組成のアルミニウム合金からなる強度および耐ろう侵食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法、に特徴を有するものである。
Since the Zr component in the aluminum alloy has an action of delaying recrystallization during the brazing heat treatment, it is not preferable that Zr is contained in the aluminum alloy intermediate material. Therefore, Zr may be contained as an inevitable impurity. The smaller the content, the better. The content is preferably less than 0.03%. Therefore, the present invention
(3) Mn: 0.1-2.5%, Zr: 0.05-0.3%, Si: 0.1-1.2%, Mg: 0.1-2. 0%, Ni: One or two of 0.05 to 1.2%, further containing Cu: 0.05 to 1.0% as necessary, the remainder being Al and inevitable impurities An aluminum alloy core material having a composition comprising Fe: 0.3 to 2.0% on one side, the remainder of which is composed of an aluminum alloy intermediate material composed of Al and inevitable impurities, and further over the aluminum alloy intermediate material An aluminum alloy core material, an aluminum alloy intermediate material, and a brazing material are laminated in this order on the Al—Si brazing material, and the soaking is performed at a temperature of 430 to 530 ° C. This is hot-rolled and then subjected to at least one intermediate annealing. A method for producing a brazing sheet for a heat exchanger excellent in strength and braze resistance against cold rolling at a low rolling rate of less than 5 to less than 15% from a reduction rate from annealing to the final plate thickness, wherein the aluminum alloy intermediate It is characterized by a method for producing an aluminum alloy brazing sheet excellent in strength and brazing corrosion resistance, comprising an aluminum alloy having a composition in which the content of Zr contained as an inevitable impurity in the material is regulated to less than 0.03%. .
前記（１）、（２）または（３）記載の製造方法で作製した強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシートを使用して作製した熱交換器は、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する未再結晶組織からなるアルミニウム合金芯材層と、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する再結晶組織からなるアルミニウム合金中間材層と、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材層とからなり、かつアルミニウム合金芯材層−アルミニウム合金中間材層−ろう材層からなる順番に積層してなるチューブ、ヘッダータンク、サイドサポートを有している。
したがって、この発明は、
（４）前記（１）、（２）または（３）記載の製造方法で作製した強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシート、
（５）前記（４）記載のブレージングシートがろう付けされてなる熱交換器であって、前記熱交換器を構成するブレージングシートは、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する未再結晶組織からなるアルミニウム合金芯材層と、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する再結晶組織からなるアルミニウム合金中間材層と、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材層とからなり、かつアルミニウム合金芯材層−アルミニウム合金中間材層−ろう材層からなる順番に積層してなる熱交換器、に特徴を有するものである。
The heat exchanger produced by using the brazing sheet excellent in strength and wax erosion resistance produced by the production method according to the above (1), (2) or (3), has each crystal orientation with respect to adjacent crystal grains. The difference in crystal orientation between the aluminum alloy core material layer having an unrecrystallized structure in which the difference between the crystal grains is less than 20 ° and each crystal grain size is less than 20 μm is 50% or more and adjacent crystal grains Is an aluminum alloy intermediate material layer composed of a recrystallized structure in which 50% or more of crystal grains each having a crystal grain size of 20 μm or more and an Al—Si brazing material layer, and an aluminum alloy It has a tube, a header tank, and a side support that are laminated in the order of a core material layer-aluminum alloy intermediate material layer-a brazing material layer.
Therefore, the present invention
(4) A brazing sheet excellent in strength and wax erosion resistance produced by the production method described in (1), (2) or (3) above,
(5) A heat exchanger in which the brazing sheet according to (4) is brazed, wherein the brazing sheet constituting the heat exchanger has a difference in crystal orientation between adjacent crystal grains of less than 20 °. And the difference in crystal orientation between the aluminum alloy core material layer having an unrecrystallized structure in which 50% or more of crystal grains each having a crystal grain size of less than 20 μm are present and adjacent crystal grains is 20 ° or more. And an aluminum alloy intermediate material layer composed of a recrystallized structure in which 50% or more of each crystal grain size is 20 μm or more and an Al—Si brazing material layer, and an aluminum alloy core material layer-aluminum alloy The heat exchanger is characterized by being laminated in the order of the intermediate material layer and the brazing material layer.
この発明の熱交換器にろう付けされた強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシートの組織について図面に基づいて説明する。図１は、この発明の強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシートにフィンがろう付けされてなる熱交換器の一部断面説明図である。図１において、１はこの発明の強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシート、２はろう付け部分、３はフィンであり、ブレージングシート１は、アルミニウム合金芯材層４−アルミニウム合金中間材層５−ろう材層６の順に積層してクラッドされている構成を有し、フィン３をブレージングシート１のろう材層６にろう付けすることによりろう付け部分２が形成され、フィン３がブレージングシート１に接合している。
The structure of the brazing sheet excellent in strength and wax erosion resistance brazed to the heat exchanger of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional explanatory view of a heat exchanger in which fins are brazed to a brazing sheet having excellent strength and brazing erosion resistance according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a brazing sheet excellent in strength and brazing corrosion resistance of the present invention, 2 is a brazed portion, 3 is a fin, and the brazing sheet 1 is composed of an aluminum alloy core material layer 4-an aluminum alloy intermediate material layer 5-
ブレージングシート１におけるアルミニウム合金芯材層４は、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する未再結晶組織からなっている。このアルミニウム合金芯材層４は、圧延組織から十分に再結晶組織変化していない極めて微細な未再結晶組織を有するので、転位の増殖、ピン止め等の影響により材料強度が向上する。しかし、一方で、この未再結晶組織はろう材の侵食に対する抵抗力が小さい。これは、ろう付け時の溶融ろう材によるろう侵食は結晶粒界が溶融ろうの侵食経路となり、粒界が多数存在する(即ち結晶粒が微細な) 未再結晶組織は、ろう付時にろう材の侵食経路が多数存在し、そのためにろう侵食が生じやすくなる。したがって、未再結晶組織は再結晶組織に比べて一段と結晶粒が微細なため、ろう付時に著しいろう侵食が生じ、クラッドフィンが座屈等を引き起こす原因となる。
The aluminum alloy
ところが、ブレージングシート１におけるアルミニウム合金中間材層５は、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する再結晶組織を有しており、かかる再結晶組織は結晶粒径：２０μｍ以上の大きな再結晶粒径が大半を占めるので結晶粒界が少なく、したがって、ろう材に接触していても溶融ろう材侵食に対する抵抗力に優れている。したがって、アルミニウム合金中間材層５は、耐ろう侵食性に劣るアルミニウム合金芯材層４のろう侵食に対するバリアー層として働き、強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシートがろう付けされてなる熱交換器が得られるのである。
However, the aluminum alloy
強度が一層優れかつ耐ろう侵食性に優れたブレージングシートをろう付けした熱交換器を得ることができ、それによってブレージングシートの厚さを一層薄くすることができ、さらに熱交換器全体の寿命を一層改善することができ、工業上有用な効果をもたらすものである。 It is possible to obtain a heat exchanger that is brazed with a brazing sheet that is superior in strength and excellent in resistance to wax erosion, thereby further reducing the thickness of the brazing sheet and further reducing the life of the entire heat exchanger. It can be further improved and brings about an industrially useful effect.
次に、この発明の熱交換器にろう付けされたブレージングシートの成分組成を前記の如く限定した理由を説明する。
Ａ．アルミニウム合金芯材層の成分組成
Ｍｎ：
Ｍｎは合金の強度を向上させる効果があるとともに、Al合金への固溶度が比較的高いため、ろう付熱処理時の再結晶を遅延させる作用があるが、その含有量が０．１％未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｍｎを２．５％より多く含有させると、鋳造時の晶出物が粗大化し、加工性が低下するために好ましくない。したがって、芯材層に含まれるＭｎは０．１〜２．５％に定めた。Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は１．０〜１．７％である。
Next, the reason why the component composition of the brazing sheet brazed to the heat exchanger of the present invention is limited as described above will be described.
A. Component composition Mn of aluminum alloy core material layer:
Mn has the effect of improving the strength of the alloy and has a relatively high solid solubility in the Al alloy, so it has the effect of delaying recrystallization during brazing heat treatment, but its content is less than 0.1% However, since the desired effect cannot be obtained, it is not preferable. On the other hand, if Mn is contained in an amount of more than 2.5%, the crystallized product at the time of casting becomes coarse and the workability deteriorates. Therefore, Mn contained in the core material layer is set to 0.1 to 2.5%. A more preferable range of the Mn content is 1.0 to 1.7%.
Ｚｒ：
Ｚｒはろう付熱処理時の再結晶を遅延させる効果がある。Ｚｒの添加量を０．０５〜０．３%と限定したのは、０．０５％未満ではその効果が小さく、０．３％を超えると、鋳造時の晶出物が粗大化し、加工性が低下するためである。Ｚｒ含有量の一層好ましい範囲は０．１０〜０．１５％である。
Zr:
Zr has the effect of delaying recrystallization during brazing heat treatment. The reason why the amount of Zr added is limited to 0.05 to 0.3% is that the effect is small if it is less than 0.05%, and if it exceeds 0.3%, the crystallized product at the time of casting becomes coarse and workability is reduced. This is because of a decrease. A more preferable range of the Zr content is 0.10 to 0.15%.
Ｓｉ、Ｍｇ、Ｎｉ：
これら成分は、いずれも微細な析出物を形成し、合金の強度を向上させる効果があるが、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％と限定したのは、Ｓｉ：０．１％未満、Ｍｇ：０．１％未満、Ｎｉ：０．０５％未満では所望の効果が得られないからであり、一方、Ｓｉが１．２％を越えて含有すると融点の低下によりろう付時に芯材層が溶融してしまう可能性があるので好ましくなく、Ｍｇが２．０％を越えるとブレージングシートの自己耐食性が低下するので好ましくなく、さらにＮｉが１．２％を越えて含有すると自己耐食性が低下するるので好ましくないためである。芯材層におけるＳｉ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．０％であり、Ｍｇ含有量の一層好ましい範囲は０．１０〜０．５０％であり、Ｎｉ含有量の一層好ましい範囲は０．３〜１．０％である。
Si, Mg, Ni:
These components all have the effect of forming fine precipitates and improving the strength of the alloy, but Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.1 to 2.0%, Ni: 0 0.05 to 1.2% is limited because Si: less than 0.1%, Mg: less than 0.1%, Ni: less than 0.05%, a desired effect cannot be obtained, If Si exceeds 1.2%, the core material layer may melt at the time of brazing due to a decrease in melting point. If Mg exceeds 2.0%, the self-corrosion resistance of the brazing sheet decreases. Therefore, it is not preferable, and if Ni is contained in excess of 1.2%, the self-corrosion resistance is lowered, which is not preferable. A more preferable range of the Si content in the core layer is 0.5 to 1.0%, a more preferable range of the Mg content is 0.10 to 0.50%, and a more preferable range of the Ni content is 0.3 to 1.0%.
Ｃｕ：
Ｃｕは合金の強度を向上させる効果があり、必要に応じて添加するが、その添加量を０．０５〜１．０％に限定したのは、０．０５％未満では所望の効果が得られず、一方、１．０％を越えて添加するとブレージングシートの耐食性が低下することや鋳造時に割れ等が生じやすくなるために好ましくないからである。Ｃｕ含有量の一層好ましい範囲は０．３０〜０．７０％である。
Cu:
Cu has the effect of improving the strength of the alloy and is added as necessary. However, the addition amount is limited to 0.05 to 1.0%, and if it is less than 0.05%, the desired effect is obtained. On the other hand, adding over 1.0% is not preferable because the corrosion resistance of the brazing sheet is lowered and cracks are easily generated during casting. A more preferable range of the Cu content is 0.30 to 0.70%.
Ｂ．アルミニウム合金中間材層の成分組成
Ｆｅ：
Ｆｅは粗大な金属間化合物を作りやすく、それらの粗大晶出物が再結晶の核となるため、ろう付熱処理時の再結晶を促進させる効果があので添加するが、その添加量が０．３％未満では所望の効果が得られず、一方、２．０％を超えて含まれるとチューブ材の自己耐食性が低下するので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量を０．３〜２．０％に定めた。Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は０．５〜１．５％である。
B. Component composition of aluminum alloy intermediate layer Fe:
Fe is easy to form coarse intermetallic compounds, and these coarse crystallization products serve as nuclei for recrystallization. Therefore, Fe has an effect of promoting recrystallization during brazing heat treatment. If it is less than 3%, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 2.0%, the self-corrosion resistance of the tube material decreases, which is not preferable. Therefore, the content of Fe is set to 0.3 to 2.0%. A more preferable range of the Fe content is 0.5 to 1.5%.
Ｃ．ろう材層の成分組成
ろう材層は通常のアルミニウム合金ろう材、例えば、Ａｌ−Ｓｉろう材（ＪＩＳ４３４３，４０４５で規定される、例えば、Ａｌ−７〜１１質量％Ｓｉ合金）またはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材（ＪＩＳ４００４，４Ｎ０４、４１０４で規定される、例えば、Ａｌ−９〜１３質量％Ｓｉ−０．２〜２質量％Ｍｇ合金）を使用することができ、特に制限されるものではない。
C. Component composition of brazing material layer The brazing material layer may be an ordinary aluminum alloy brazing material, such as an Al-Si brazing material (for example, Al-7 to 11% by mass Si alloy defined in JIS 4343, 4045) or Al-Si-. Mg-based brazing material (specified in JIS 4004, 4N04, 4104, for example, Al-9 to 13 mass% Si-0.2 to 2 mass% Mg alloy) can be used, and is not particularly limited. .
Ｅ．最終冷間圧下率
最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５超〜１５％未満の低圧下率とした理由は、この圧下率が５％以下ではブレージングシートにおける犠牲材およびアルミニウム合金芯材および中間材のいずれもろう付けにより再結晶せずに未再結晶組織となるため、中間材のろう侵食防止層としての役割が期待できないので好ましくなく、一方、この圧下率が１５％以上になると、犠牲材およびアルミニウム合金芯材および中間材のいずれもろう付けにより再結晶組織となるため、芯材の強度向上の役割が期待できないので好ましくない理由によるものである。
E. Final cold reduction rate The reason why the reduction rate from the last intermediate annealing to the final sheet thickness is a low pressure reduction rate of more than 5 to less than 15% is that if the reduction rate is 5% or less, the sacrificial material and the aluminum alloy core in the brazing sheet Since both the material and the intermediate material are not recrystallized by brazing and become an unrecrystallized structure, it is not preferable because the role of the intermediate material as a brazing corrosion prevention layer cannot be expected. On the other hand, the reduction ratio is 15% or more. In this case, the sacrificial material, the aluminum alloy core material, and the intermediate material all have a recrystallized structure by brazing, and therefore the role of improving the strength of the core material cannot be expected.
次に、この発明の強度および耐ろう侵食性に優れたブレージングシートの製造方法について説明する。
まず、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｇ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．２％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．０５〜１．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金芯材板と、Ｆｅ：０．３〜２．０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金中間材板と、ろう材板とを用意し、これら板材をアルミニウム合金芯材板−アルミニウム合金中間材板−ろう材の順に重ね合わせて合せ材を作製し、この合せ材を４３０〜５３０℃の温度で均熱処理を行った後、これを熱間圧延し、その後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終板厚までの圧下率を５〜１５％未満の低圧延率で冷間圧延することにより製造することができる。
このようにして製造したブレージングシートは、アルミニウム合金芯材層−アルミニウム合金中間材層−ろう材層の順にクラッドされた構造を有し、アルミニウム合金芯材層、アルミニウム合金中間材層およびろう材層は何れも圧延組織を有する。そしてこのブレージングシートをチューブ、ヘッダータンク、サイドサポートなどに成形し、例えば、フィン材をチューブとチューブの間に設けてろう付け加熱炉に装入し、通常のろう付加熱処理を行うと、ブレージングシートのアルミニウム合金芯材層は完全に再結晶されずに強度に優れる未再結晶組織となって高強度を保持し、一方、アルミニウム合金中間材層は完全に再結晶し、耐ろう侵食性(芯材層へのろう侵食抑制)に優れる特性を有するようになる。
Next, the manufacturing method of the brazing sheet excellent in strength and wax erosion resistance of the present invention will be described.
First, Mn: 0.1 to 2.5%, Zr: 0.05 to 0.3%, Si: 0.1 to 1.2%, Mg: 0.1 to 2.0% Ni: 0.05 to 1.2% of 1 type or 2 types are contained, and Cu: 0.05 to 1.0% is further contained as required, and the remainder consists of Al and inevitable impurities. An aluminum alloy core plate having a composition, Fe: 0.3 to 2.0%, an aluminum alloy intermediate plate having a composition consisting of Al and inevitable impurities, and a brazing plate are prepared. Are laminated in the order of aluminum alloy core plate-aluminum alloy intermediate plate-brazing material to produce a laminated material, and this laminated material is subjected to soaking treatment at a temperature of 430-530 ° C., and then hot rolled. Then, at least one intermediate annealing is performed, and the reduction from the last intermediate annealing to the final thickness is performed. The can be produced by cold rolling at a low rolling ratio of less than 5-15%.
The brazing sheet thus produced has a structure in which an aluminum alloy core material layer, an aluminum alloy intermediate material layer, and a brazing material layer are clad in this order, and the aluminum alloy core material layer, the aluminum alloy intermediate material layer, and the brazing material layer. All have a rolled structure. Then, this brazing sheet is formed into a tube, a header tank, a side support, etc., for example, a fin material is provided between the tubes and inserted into a brazing heating furnace, and a normal brazing addition heat treatment is performed. The aluminum alloy core material layer is not completely recrystallized and maintains a high strength as an unrecrystallized structure with excellent strength, while the aluminum alloy intermediate material layer is completely recrystallized and is resistant to wax erosion (core material) It has excellent properties (inhibiting wax erosion to the layer).
いずれも縦：２０ｍｍ、横：５２ｍｍ、長さ：１２５ｍｍの寸法を有し、表１〜３に示される化学組成を有するアルミニウム合金芯材層となるアルミニウム合金鋳塊およびアルミニウム合金中間材層となるアルミニウム合金鋳塊、並びにＳｉ：７．５質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のろう材となるアルミニウム合金鋳塊をそれぞれ片面につき１／４インチずつ面削した後、温度：５３０℃、４時間保持の条件で均質化処理を行った。 All have dimensions of 20 mm in length, 52 mm in width, and 125 mm in length, and become an aluminum alloy ingot and an aluminum alloy intermediate material layer to be an aluminum alloy core material layer having a chemical composition shown in Tables 1 to 3. Aluminum alloy ingot, and Si: 7.5% by mass, and the aluminum alloy ingot to be a brazing material with the balance consisting of Al and inevitable impurities are chamfered by 1/4 inch on each side, and the temperature: Homogenization was performed at 530 ° C. for 4 hours.
この面削し均質化処理したアルミニウム合金芯材層のアルミニウム合金鋳塊、アルミニウム合金中間材層のアルミニウム合金鋳塊およびろう材のアルミニウム合金鋳塊を、温度：４８０℃、１時間保持の条件で均熱処理した後、アルミニウム合金芯材層のアルミニウム合金鋳塊−アルミニウム合金中間材層のアルミニウム合金鋳塊−ろう材のアルミニウム合金鋳塊の順に重ね合わせることにより合せ材を作製し、この合せ材を熱間圧延することによりはり合わせ、厚さ約６ｍｍのクラッド材を作製した。このクラッド材をさらに冷間圧延により、厚さ約１．３ｍｍまで圧延した後、１回目の中間焼鈍として、５００℃のソルトバス焼鈍を行い、さらに冷間圧延して板厚：０．２１２〜０．２３２ｍｍの範囲内のクラッド圧延材を作製し、得られたクラッド圧延材を２回目の中間焼鈍を温度：３６０℃、３時間保持の条件でバッチ焼鈍し、さらに表１〜２に示される条件の圧下率にて最終圧延することによりクラッド率がろう材層：１０％、アルミニウム合金中間材層：１０％、芯材層：８０％からなる板厚：０．２ｍｍの圧延ブレージングシート材Ａ〜ｅを作製した。 The aluminum alloy ingot of the aluminum alloy core material layer, the aluminum alloy ingot of the aluminum alloy intermediate material layer, and the aluminum alloy ingot of the brazing material which have been subjected to the homogenization treatment are subjected to a temperature: 480 ° C. for 1 hour. After uniform heat treatment, an aluminum alloy core material layer aluminum alloy ingot-aluminum alloy intermediate material layer aluminum alloy ingot-brazing material aluminum alloy ingot was laminated in this order to produce a laminated material. Lamination was performed by hot rolling to produce a clad material having a thickness of about 6 mm. This clad material is further rolled to a thickness of about 1.3 mm by cold rolling, and then subjected to salt bath annealing at 500 ° C. as the first intermediate annealing, and further cold rolled to obtain a thickness of 0.212 to A clad rolled material within a range of 0.232 mm is prepared, and the obtained clad rolled material is subjected to batch annealing under the condition of holding the second intermediate annealing at a temperature of 360 ° C. for 3 hours, and further shown in Tables 1 and 2 Rolled brazing sheet material A having a clad rate of 10%, an aluminum alloy intermediate material layer: 10%, a core material layer: 80% by final rolling at the rolling reduction of the conditions, and a plate thickness: 0.2 mm -E were produced.
さらに、前記特許文献１に示されたＭｎ：１．２％，Ｃｕ：０．４％，Ｓｉ：０．２％，Ｆｅ：０．３％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、再結晶組織を有する芯材層の片面に、Ｓｉ：０．２％，Ｆｅ：０．３％，Ｍｎ：０．２％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、加工組織有する中間材層を積層し、芯材層および中間層の外側にＪＩＳ４１０４で規定されるろう材層を形成してなるろう材層−芯材層−中間層−ろう材層の積層構造を有する圧延ブレージングシート材ｆを用意した。 Further, the composition of Mn: 1.2%, Cu: 0.4%, Si: 0.2%, Fe: 0.3% shown in the above-mentioned Patent Document 1, with the balance being Al and inevitable impurities And a composition comprising Si: 0.2%, Fe: 0.3%, Mn: 0.2% on one side of the core layer having a recrystallized structure, the balance being Al and inevitable impurities. A brazing material layer-core material layer-intermediate layer-brazing material layer formed by laminating an intermediate material layer having a processed structure and forming a brazing material layer defined in JIS 4104 outside the core material layer and the intermediate layer. A rolled brazing sheet material f having a laminated structure was prepared.
実施例１〜２２、比較例１〜９および従来例
得られた表１〜２に示される構成の圧延ブレージングシート材Ａ〜ｆのろう材層がフィン材に接するように固定し、窒素雰囲気の加熱炉に装入し、温度：６００℃、３分間保持することによりろう付けを行い、ブレージングシートを有する熱交換器を作製した（圧延ブレージングシート材をフィンにろう付けした後のブレージングシート材をブレージングシートという。以下、同じ）。このブレージングシートについて、アルミニウム合金芯材層およびアルミニウム合金中間材層の断面の任意の個所の１．６ｍｍ×１．６ｍｍの１視野における結晶粒の方位および粒径をＳＥＭ−ＥＢＳＰ(EBSP： Electron Back-Scatter diffraction Pattern)により測定し、その測定結果に基づいて、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°未満でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ未満の結晶粒が５０％以上存在する組織を未再結晶組織とし、隣接する結晶粒に関して各々の結晶方位の差が２０°以上でありかつ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が５０％以上存在する組織を再結晶組織として認定し、その結果を実施例１〜２２、比較例１〜９および従来例から得られた結果として表３〜４に示した。さらに、下記の試験を行った。
Examples 1 to 22, Comparative Examples 1 to 9 and Conventional Example The brazing material layers of the rolled brazing sheet materials A to f having the configurations shown in Tables 1 and 2 were fixed so as to contact the fin material, and the nitrogen atmosphere was maintained. A heat exchanger having a brazing sheet was prepared by charging in a heating furnace and holding at a temperature of 600 ° C. for 3 minutes to produce a heat exchanger having a brazing sheet (the brazing sheet material after brazing the rolled brazing sheet material to the fins) This is the same as the brazing sheet. With respect to this brazing sheet, the crystal grain orientation and grain size in one field of 1.6 mm × 1.6 mm at any point in the cross section of the aluminum alloy core material layer and the aluminum alloy intermediate material layer were determined by SEM-EBSP (EBSP: Electron Back -Scatter diffraction pattern), and based on the measurement results, there are 50% or more of crystal grains whose difference in crystal orientation is less than 20 ° with respect to adjacent crystal grains and each crystal grain size is less than 20 μm. A structure in which the difference between the crystal orientations of adjacent crystal grains is 20 ° or more and a crystal grain having a crystal grain size of 20 μm or more is 50% or more exists as a recrystallized structure. The results are shown in Tables 3 to 4 as the results obtained from Examples 1 to 22, Comparative Examples 1 to 9, and the conventional examples. Further, the following tests were conducted.
引張試験
フィンをろう付けしたブレージングシートから引張試験片を作製し、この引張試験片を用いて引張試験を行い、その結果を実施例１〜２２、比較例１〜９および従来例の結果として表３〜４に示した。
A tensile test piece was prepared from a brazing sheet brazed with a tensile test fin, and a tensile test was performed using this tensile test piece. The results are shown as results of Examples 1 to 22, Comparative Examples 1 to 9, and the conventional example. Shown in 3-4.
耐ろう侵食試験
ろう付け後のブレージングシートのろう材層と接するアルミニウム合金中間材層の断面を観察することにより、表面からの最大ろう侵食深さを測定し、その結果を実施例１〜２２、比較例１〜９および従来例の結果として表３〜４に示すことにより熱交換器にろう付けされているブレージングシートの耐ろう侵食性を評価した。
By observing the cross section of the aluminum alloy intermediate layer in contact with the brazing filler metal layer of the brazing sheet after brazing, the maximum brazing erosion depth from the surface was measured. As shown in Tables 3 to 4 as the results of Comparative Examples 1 to 9 and the conventional example, the brazing erosion resistance of the brazing sheet brazed to the heat exchanger was evaluated.
なお、表２において＊印をつけて示した値はこの発明の条件から外れている値であることを示している。 In Table 2, the values marked with * indicate that the values deviate from the conditions of the present invention.
表１〜４に示される結果から、実施例１〜２２で得られた測定結果と従来例で得られた測定結果を比較すると、実施例１〜２２で得られた圧延ブレージングシート材Ａ〜Ｖは従来例で得られた圧延ブレージングシート材ｆに比べて、ろう付け後の強度および耐ろう侵食性に優れているところから、この発明の製造方法で得られた圧延ブレージングシート材Ａ〜Ｖをろう付けして得られた本発明熱交換器１〜２２は従来の製造方法で得られた圧延ブレージングシート材ｆをろう付けして得られた熱交換器に比べて強度および耐ろう侵食性に優れていることがわかる。しかし、比較例１〜９に見られるように、この発明の条件から外れた圧延ブレージングシート材Ｗ〜ｅをろう付けしてなる比較熱交換器１〜９は、強度および耐ろう侵食性の内の少なくとも１つは劣るので好ましくないことが分かる。 From the results shown in Tables 1 to 4, when the measurement results obtained in Examples 1 to 22 and the measurement results obtained in the conventional examples are compared, the rolled brazing sheet materials A to V obtained in Examples 1 to 22 are used. Compared with the rolled brazing sheet material f obtained in the conventional example, the strength after brazing and the resistance to brazing erosion are superior, so the rolled brazing sheet materials A to V obtained by the production method of the present invention are used. The heat exchangers 1 to 22 of the present invention obtained by brazing have higher strength and braze erosion resistance than the heat exchanger obtained by brazing the rolled brazing sheet material f obtained by the conventional manufacturing method. It turns out that it is excellent. However, as seen in Comparative Examples 1 to 9, the comparative heat exchangers 1 to 9 formed by brazing the rolled brazing sheet materials W to e which deviate from the conditions of the present invention have strength and wax erosion resistance. It turns out that at least one of is inferior since it is inferior.
１ ブレージングシート
２ ろう付け部分
３ フィン
４ アルミニウム合金芯材層
５ アルミニウム合金中間材層
６ ろう材層
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