JP2018178170A - 耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材、耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材の製造方法および熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材および耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材の製造方法を提供する。【解決手段】耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材は、質量％で、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｚｎ：０．１〜３．０％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するアルミニウム合金からなり、板厚が０．０６ｍｍ以下、融点が６１０℃〜６４５℃であり、ろう付熱処理後の再結晶組織の平均粒径が２００μｍ以上、ろう付熱処理後の再結晶粒の断面の平均粒界長さ（μｍ）／フィン材の板厚（μｍ）を粒界の平均断面距離として、前記平均断面距離が１．５以上で、ろう付熱処理時の昇温時の５７７℃における再結晶率が９７％以上である。【選択図】図５

Description

本発明は、耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材、耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材の製造方法および熱交換器の製造方法に関する。

フィン材やチューブ材などの熱交換器用の部材にはアルミニウム合金が用いられており、各部材の接合はろう付によって行われている。ろう付では、例えばチューブ材とフィン材との間に低融点のろう材を設け、加熱を行ってろう材を溶融させ、溶融したろう材が接合部においてフィレットを形成することにより接合が行われる。
しかし、フィン材の耐エロージョン性が低いと、ろう付加熱時にフィン材でエロージョンが発生してフィン材が座屈し、熱交換器の形状が崩れてしまうという問題がある。
そこで、耐エロージョン性を向上させたアルミニウム合金材として、各種添加元素の含有量の調整を行ったアルミニウム合金材が提案されている。

例えば、特許文献１では、Ｓｉ：０．７〜１．３ｗｔ％、Ｆｅ：２．０ｗｔ％を超え２．８ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．６ｗｔ％を超え１．２ｗｔ％以下、Ｚｎ：０．０２ｗｔ％を超え１．５ｗｔ％以下を含有させたフィン材用アルミニウム合金が提案されている。
特許文献２では、Ｓｉ：０．３％以上１．２％以下、Ｆｅ：０．０５％以上０．７％ 未満、Ｍｎ：０．８％超２．０％以下、Ｚｎ：０．５％以上４．０％以下等を含有させたアルミニウム合金が記載されている。
特許文献３では、Ｓｉ：０．７〜１．４ｗｔ％、Ｆｅ：０．５〜１．４ｗｔ％、Ｍｎ：０．７〜１．４ｗｔ％、Ｚｎ：０．５〜２．５ｗｔ％を含み、さらに不純物としてのＭｇを０．０５ｗｔ％以下に限定したアルミニウム合金フィン材が記載されている。
特許文献４では、心材の少なくとも一側面に犠牲材をクラッドしたアルミニウム合金積層板であって、心材が、Ｍｎ：０．５〜１．８質量％、Ｓｉ：０．４〜１．５質量％、Ｃｕ：０．０５〜１．２質量％を含有するとともに、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｔｉ：０．３質量％以下のうち少なくとも１種を含有するものが記載されている。
特許文献５では、質量％で、Ｓｉ：０．６〜１．６％、Ｆｅ：０．５〜１．２％、Ｍｎ：１．２〜２．６％、Ｚｎ：０．４〜３．０％、Ｃｕ：０．２％未満を含み、不純物としてのＭｇを０．０５％未満に限定した熱交換器用アルミニウム合金フィン材が記載されている。

特開２００４−２７７７５６号公報 特開２００８−３０８７６１号公報 特開２０１２−２１１３９３号公報 特開２０１５−１９６８５９号公報 特開２０１５−２１８３４３号公報

ところで、熱交換器に対しては軽量化の要望があり、軽量化の実現のために薄肉化や高強度化を行う必要があるが、薄肉化による板厚の減少や高強度化のための添加元素の増加などにより、フィン材の耐エロージョン性が低下してしまう場合がある。そのため、高強度化と耐エロージョン性を両立させたアルミニウム合金材が求められている。

本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材、耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材の製造方法および熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材のうち、第１の本発明は、質量％で、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｚｎ：０．１〜３．０％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するアルミニウム合金からなり、板厚が０．０６ｍｍ以下、融点が６１０℃〜６４５℃であり、ろう付熱処理後の再結晶組織の平均粒径が２００μｍ以上、ろう付熱処理後の再結晶粒の断面の平均粒界長さ（μｍ）／フィン材の板厚（μｍ）を粒界の平均断面距離として、前記平均断面距離が１．５以上で、ろう付熱処理時の昇温時の５７７℃における再結晶率が９７％以上であることを特徴とする。

第２の本発明の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材は、前記第１の本発明において、質量％で、さらに、Ｃｕ：０．０１〜０．２０％、Ｆｅ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．０１〜０．２０％のうちの一種あるいは二種以上を含有することを特徴とする。

第３の本発明の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材は、前記第１または第２の本発明において、ろう付熱処理後の再結晶粒の圧延方向に平行な長辺÷圧延方向に垂直な短辺をアスペクト比として、前記アスペクト比の平均が３．０以上であることを特徴とする。

第４の本発明の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上、伸びが１．０〜５．０％であることを特徴とする。

第５の本発明の耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材の製造方法は、前記第１〜第４の本発明のいずれかの耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材の製造方法であって、前記組成のアルミニウム合金に均質化処理を行う工程を有し、前記均質化処理では、均質化処理の温度（℃）をｔ、時間（ｈｒ）をＴとしたときに、温度ｔを４８０℃未満とする場合は、時間Ｔを−０．０７２１ｔ＋３９．１３７≦Ｔ≦−０．１７ｔ＋８６の範囲内とし、温度ｔを４８０℃以上とする場合は、時間Ｔを−０．１７ｔ＋８６≦Ｔ≦−０．０７２１ｔ＋３９．１３７の範囲内とすることを特徴とする。

第６の本発明の耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材の製造方法は、前記第５の本発明において、前記均質化処理の温度が４００〜５００℃の範囲内であることを特徴とする。

第７の本発明の耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材の製造方法は、前記第５または第６の本発明において、冷間圧延工程を有し、前記冷間圧延工程で、前記均質化処理よりも低い温度で中間焼鈍を実施することを特徴とする。

第８の本発明の耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材の製造方法は、前記第５〜第７の本発明のいずれかにおいて、均質化処理後の薄肉フィン材をろう付する際に、昇温時における昇温速度を３００℃／分以下とすることを特徴とする。

第９の本発明の熱交換器の製造方法は、前記組成を有するアルミニウム合金に均質化処理を行う工程を有し、前記均質化処理では、均質化処理の温度（℃）をｔ、時間（ｈｒ）をＴとしたときに、温度ｔを４８０℃未満とする場合は、時間Ｔを−０．０７２１ｔ＋３９．１３７≦Ｔ≦−０．１７ｔ＋８６の範囲内とし、温度ｔを４８０℃以上とする場合は、時間Ｔを−０．１７ｔ＋８６≦Ｔ≦−０．０７２１ｔ＋３９．１３７の範囲内とし、均質化処理後の前記アルミニウム合金を薄肉フィンに成形した後、昇温時における昇温速度を３００℃／分以下とするろう付け熱処理によって熱交換器に組み込むことを特徴とする。

以下、本発明における成分等の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量はいずれも重量％を示している。

板厚：０．０６ｍｍ以下
フィン材を軽量化するためにはフィン材の板厚を薄くすることが望ましいが、板厚が０．０６ｍｍを超えると、熱交換器用薄肉フィン材としては板厚が厚すぎ、熱交換器の質量が重くなってしまう。このため、フィン材の板厚を上記範囲に定める。

Ｍｎ：１．０〜２．０％
Ｍｎは、材料の強度および鋳造性に寄与する。Ｍｎの含有量が１．０％未満であると熱交換器用フィン材としては強度不足となり、Ｍｎの含有量が２．０％を超えると、鋳造時に巨大金属間化合物が発生し、圧延時の破断原因となる。このため、Ｍｎの含有量を上記範囲とする。
なお、Ｍｎ含有量は、下限を１．２％、上限を１．８％とすることが望ましい。

Ｓｉ：０．１〜１．２％
Ｓｉは、材料の強度および耐エロージョン性に寄与する。Ｓｉの含有量が０．１％未満であると熱交換器用フィン材としては強度不足となり、Ｓｉの含有量が１．２％を超えると、材料の融点が低下し、ろう付時に著しいエロージョンが生じる。このため、Ｓｉの含有量を上記範囲とする。
なお、Ｓｉ含有量は、下限を０．３％、上限を１．０％とすることが望ましい。

Ｚｎ：０．１〜３．０％
Ｚｎは、犠牲陽極効果をフィン材に付与することでフィン材の耐食性を向上させる。Ｚｎの含有量が下限未満であると、フィン材の電位が貴となり犠牲陽極効果が働かず、Ｓｉの含有量が上限を超えると、フィン材の電位が卑となり、自己耐食性が低下する。このため、Ｚｎの含有量を上記範囲とする。
なお、Ｚｎの含有量は、下限を１．０％、上限を２．５％とすることが望ましい。

Ｃｕ：０．０１〜０．２０％
Ｃｕは、材料の強度および耐エロージョン性に寄与するため、所望により含有させる。Ｃｕの含有量が０．０１％未満であると熱交換器用フィン材としては強度不足となり、Ｓｉの含有量が０．２０％を超えると、フィン材の融点が低下し、ろう付時に著しいエロージョンが生じる。このため、Ｃｕの含有量を上記範囲とすることが望ましい。
なお、Ｃｕ含有量は、下限を０．０５％、上限を０．１５％とすることが一層望ましい。

Ｆｅ：０．０５〜０．５０％
Ｆｅは、材料の強度および鋳造性に寄与するため、所望により含有させる。Ｆｅの含有量が０．０５％未満であると熱交換器フィン材としては強度不足となり、Ｆｅの含有量が０．５０％を超えると、鋳造時に巨大金属間化合物が発生し、圧延時の破断原因となる。このため、Ｆｅの含有量を上記範囲とすることが望ましい。
なお、Ｆｅ含有量は、下限を０．１０％、上限を０．３０％とすることが一層望ましい。

Ｚｒ：０．０１〜０．２０％
Ｚｒは、材料の耐エロージョン性および鋳造性に寄与するため、所望により含有させる。Ｚｒの含有量が０．０１％未満であると再結晶組織のアスペクト比が小さくなり、エロージョンを生じる。Ｚｒの含有量が０．２０％を超えると、鋳造時に巨大金属間化合物が発生し、圧延時の破断原因となる。このため、Ｚｒの含有量を上記範囲とすることが望ましい。
なお、Ｚｒ含有量は、下限を０．０５％、上限を０．１５％とすることが一層望ましい。

融点（固相線温度）：６１０〜６４５℃
フィン材の融点を高くすることで、耐エロージョン性を向上させることができる。融点が６１０℃未満であると融点が低すぎ、再結晶粒径によらず著しいエロージョンを生じる。融点が６４５℃を超えると、材料に添加元素を入れることができず、所望の強度を得ることができない。このため、フィン材の融点を上記範囲とする。

ろう付熱処理後の再結晶組織の平均粒径：２００μｍ以上
耐エロージョン性を向上させるためには、フィン材の板厚方向へのエロージョンの進行を抑制する必要がある。エロージョンは再結晶粒界から進行するため、再結晶粒径を大きくしてエロージョンの進行経路を減らすことで、ろう付時のフィン材のエロージョンが抑制され、優れた耐エロージョン性を発揮することができる。
再結晶組織の結晶粒径が２００μｍ未満であると結晶粒界からエロージョンが進行し、著しいエロージョンを生じてしまう。このため、ろう付熱処理後の再結晶組織の平均粒径を上記範囲とする。

ろう付熱処理後のフィン材の板厚に対する粒界の平均断面距離（断面の平均粒界長さ（μｍ）／フィン材の板厚（μｍ））：１．５以上
耐エロージョン性を向上させるために、フィン材の板厚方向へのエロージョンの進行を抑制する必要がある。エロージョンは再結晶粒界から進行するため、フィン材の板厚に対する粒界の距離を大きくすることで、エロージョンがフィン材板厚を通して貫通し難くなり、耐エロージョン性を大きく向上させることができる。
板厚に対する粒界の平均断面距離が１．５未満であると、粒界距離が短いことでエロージョンが板厚を貫通し、著しいエロージョンを生じる。このため、板厚に対する粒界の平均断面距離を上記範囲に定める。
なお、粒界長さは、任意箇所にてフィン材の圧延方向平行断面を観察し、フィン材板厚を貫通する任意の粒界２０本の全長を測定したものとしている。（図３参照）
粒界長さは、粒界に沿った長さを示している。

ろう付昇温時の５７７℃におけるフィン材の再結晶率：９７％以上
ろう付熱処理におけるろう溶融時に、フィン材に亜結晶粒が残存しているとフィン材は著しいエロージョンを受ける。このため、ろう溶融時（５７７℃）までに再結晶がほぼ完了していることが望ましい。これにより亜結晶粒界からのエロージョンが抑制され、優れた耐エロージョン性を発揮することができる。
ろう付昇温時の５７７℃におけるフィン材の再結晶率が９７％未満であると、亜結晶粒界からのエロージョンが進行し、著しいエロージョンを生じる。このため、ろう付昇温時の５７７℃におけるフィン材の再結晶率を上記範囲とする。なお、９９％以上であるのが一層望ましい。

ろう付熱処理後の再結晶粒径のアスペクト比（圧延方向に平行な長辺／圧延方向に垂直な短辺）の平均：３．０以上
再結晶粒が等軸粒であるよりも扁平粒である方が、エロージョンのフィン材板厚方向への進行を遅延させることができ、優れた耐エロージョン性を発揮することができる。なお、アスペクト比は、再結晶粒の圧延方向に平行な長辺と圧延方向に垂直な短辺との比で示される。
再結晶粒径のアスペクト比が下限未満であると、再結晶組織が等軸粒となり、粒界からエロージョンが進行しやすくなる。このため、ろう付熱処理後の再結晶粒の形状を、アスペクト比で長辺：短辺＝３：１以上とすることが望ましい。

ろう付熱処理前の０．２％耐力：１９０ＭＰａ以上
薄肉フィン材は成形性が問題になることから、成形性の向上のためにろう付熱処理前の材料の耐力を規定することが望ましい。０．２％耐力が１９０ＭＰａ未満であると、コルゲート成形時に破断しやすくなる。このため、ろう付熱処理前の０．２％耐力を上記範囲とすることが望ましい。なお、２００ＭＰａ以上であるのが一層望ましい。

ろう付熱処理前の伸び：１．０〜５．０％
薄肉フィン材は成形性が問題になることから、成形性の向上のためにろう付熱処理前の材料の伸びを規定することが望ましい。伸びが１．０％未満であるとコルゲート成形時に破断し、５．０％を超えると、コルゲート成形時にバリが出やすくなる。このため、ろう付熱処理前の材料の伸びを上記範囲とすることが望ましい。なお、１．５〜４．０％であるのが一層望ましい。

均質化処理：
・４８０℃未満：−０．０７２１ｔ＋３９．１３７≦Ｔ≦−０．１７ｔ＋８６の範囲内
・４８０℃以上：−０．１７ｔ＋８６≦Ｔ≦−０．０７２１ｔ＋３９．１３７の範囲内
フィン材の製造工程における均質化処理において、温度（℃）をｔ、時間（ｈｒ）をＴとしたときに、温度ｔと時間Ｔとの関係が上記式を満たすようにして高温ほど熱処理時間が短くなるような熱処理条件を設定することで、析出物の粗大化を防ぎ、フィン材に組織的な特徴を付加することができる。ただし、均質化処理を１８時間以上行うことは経済的な観点から望ましくなく、また、熱処理時間を１時間とするとコイル内の均熱がとれなくなる。
なお、上記範囲内において、熱処理の温度を４００℃〜５００℃とすることが望ましい。

中間焼鈍：均質化処理よりも低温
冷間圧延における中間焼鈍を上記均質化処理よりも低温で実施することで、析出物の粗大化を防止できる。

ろう付熱処理の昇温速度：３００℃／ｍｉｎ以下
ろう付け時の昇温速度の上限を設定することで、再結晶後の結晶粒径の微細化を抑制することができる。したがって、ろう付熱処理を行う際は昇温速度を上記範囲とすることが望ましい。

本発明によれば、優れた耐エロージョン性を有する薄肉フィン材、熱交換器を得ることができる。

本発明の一実例におけるろう付熱処理の温度変化を示す模式図である。 同じく、ろう付熱処理後のフィン材内の結晶粒径の測定方法を示す図である。 同じく、ろう付熱処理後のフィン材の板厚に対する粒界の断面距離の測定方法を示す図である。 同じく、ろう付熱処理後のフィン材内の再結晶粒のアスペクト比の算出方法を示す図である。 同じく、ろう付後の良好な接合状態を示す図である。 同じく、ろう付後のフィン材に座屈が生じている場合の接合部を示す図である。 同じく、実施例および比較例の一部における均質化処理の温度と時間との関係を示す図である。

本発明の薄肉フィン材およびその製造方法について一実施形態を以下に説明する。
質量％で、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｚｎ：０．１〜３．０％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなり、所望によりＣｕ：０．０１〜０．２０％、Ｆｅ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．０１〜０．２０％のうちの一種あるいは二種以上を含有する組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、アルミニウム合金鋳塊を得る。なお、鋳塊を得る方法は特に限定されない。

得られたアルミニウム合金鋳塊に対しては均質化処理を行う。均質化処理では、均質化処理の温度（℃）をｔ、時間（ｈｒ）をＴとしたときに、４８０℃未満の温度域では時間Ｔが−０．０７２１ｔ＋３９．１３７≦Ｔ≦−０．１７ｔ＋８６の範囲内、４８０℃以上の温度域では、−０．１７ｔ＋８６≦Ｔ≦−０．０７２１ｔ＋３９．１３７の範囲内とし、高温ほど熱処理時間が短くなる熱処理条件を設定する。これにより、析出物の粗大化を防ぎ、当該フィン材に組織的な特徴を付加することができる。なお、温度は４００℃〜５００℃、時間は１〜１８時間とすることが望ましく、さらに、時間は３〜１０時間とすることがより望ましい。

その後、冷間圧延、中間焼鈍によりフィン材を作成する。フィン材の厚さは、軽量化のために０．０２ｍｍ〜０．０６ｍｍとすることができる。ただし、本発明としては、下限の厚さが前記に限定されるものではない。なお、中間焼鈍は上記均質化処理よりも低温で１回または２回以上実施することで、析出物の粗大化を防止することができる。ただし、本発明では中間焼鈍を行わないものとしてもよい。
上記の工程により、融点が６１０℃〜６４５℃、０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上、伸びが１．０〜５．０％であり、成形性に優れるアルミニウム合金フィン材を得ることができる。

その後、フィン材は、熱交換器の構成部材として、他の構成部材（チューブやヘッダーなど）と組み合わせてろう付を行うことで、熱交換器を製造することができる。
なお、ろう付における条件（ろう付温度、雰囲気、フラックスの使用の有無、ろう材の種別など）は特に限定されるものではなく、常法により行うことができる。例えば、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下のろう付け炉内でろう付を行い、炉内の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下とすることができる。
また、ろう付の熱処理は昇温速度を３００℃／ｍｉｎ以下で行うのが望ましい。昇温速度の上限を設定することで再結晶後の結晶粒径の微細化を抑制することができる。ただし、本発明としては、昇温速度の範囲が上記に限定されるものではない。
ろう付熱処理の条件は、例えば、ろう付の最高温度は５９０〜６００℃とし、５７７℃以上の熱処理時間を１〜５分とすることができる。最適な時間は２分である。最高温度に到達後に冷却を開始し、冷却速度は、例えば５５０℃〜３００℃の範囲で、冷却速度を２０〜１５０℃／ｍｉｎとすることができる。最適な冷却速度は１００℃／ｍｉｎである。３００℃〜１００℃になるまでファン冷却を用いることができる。

上記の条件により、ろう付昇温時の５７７℃におけるフィン材の再結晶率は９７％以上となる。このため、ろう付時における亜結晶粒界からのエロージョンが抑制され、優れた耐エロージョン性を発揮することができる。

ろう付熱処理が行われたフィン材は、以下のような性質を有している。
（結晶粒径）
ろう付熱処理後の再結晶組織の平均粒径は２００μｍ以上となっている。エロージョンは結晶粒界を主な侵入経路として進行するため、平均結晶粒径が大きいことでエロージョンの進行経路が減り、ろう付時のフィン材のエロージョンが抑制され、優れた耐エロージョン性を発揮することができる。

（板厚に対する粒界の平均断面距離）
ろう付熱処理後のフィン材の板厚に対する粒界の平均断面距離（断面の平均粒界長さ（μｍ）／フィン材の板厚（μｍ））が１．５以上となっている。フィン材の板厚に対する粒界の距離が大きくなっているため、エロージョンの進行距離が長くなり、エロージョンがフィン材板厚を通して貫通し難くなり、優れた耐エロージョン性を発揮することができる。均質化処理条件を限定することで、析出物が微細に分散し、その析出物によるピン止め効果によってろう付時の再結晶粒が粗大化する。再結晶時、再結晶粒は圧延によって延ばされた旧粒界の影響を受けて扁平化し、板厚に対する粒界の距離が長くなり、ろう付後のフィン材の板厚に対する粒界の平均断面距離が１．５以上となる。均質化処理条件が規定の範囲外になると、ろう付時の再結晶粒の粗大・扁平化は生じず、ろう付後のフィン材の板厚に対する粒界の平均断面距離は１．５未満となり、耐エロージョン性は低下し、ろう付時に激しいエロージョンを生じるようになる。

（アスペクト比）
ろう付熱処理後の再結晶粒径のアスペクト比（圧延方向に平行な長辺／圧延方向に垂直な短辺）の平均が、３．０以上となっている。再結晶粒の多くが扁平粒であるため、エロージョンのフィン材板厚方向への進行を遅延させることができ、優れた耐エロージョン性を発揮することができる。中間焼鈍を均質化処理よりも低温で実施する、或いは中間焼鈍を実施しないことで、中間焼鈍時の析出物の粗大化を防ぎ、析出物によるピン止め効果によってろう付時の再結晶粒が粗大化する。再結晶時、再結晶粒は圧延によって延ばされた旧粒界の影響を受けて扁平化し、板厚に対する粒界の距離が長くなり、ろう付熱処理後の再結晶粒径のアスペクト比（圧延方向に平行な長辺／圧延方向に垂直な短辺）の平均が、３．０以上となる。中間焼鈍の条件が規定外になると、ろう付時の再結晶粒の粗大・扁平化は生じず、ろう付熱処理後の再結晶粒径のアスペクト比の平均が、３．０未満となり、耐エロージョン性は低下し、ろう付時に激しいエロージョンを生じるようになる。

本実施形態によれば、耐エロージョン性に優れた薄肉フィン材を得ることができる。得られたフィン材は熱交換器の材料として好適である。

表１および表２に示す組成（残部はＡｌと不可避不純物）を有するアルミニウム合金を溶解し、アルミニウム合金鋳塊を作製した。得られたアルミニウム合金鋳塊に対して、表１および表２に示す温度・保持時間により均質化処理を行い、その後、冷間圧延および中間焼鈍を経て、表１および表２に示す板厚を有するフィン材を作製した。なお、中間焼鈍は表１および表２に示す温度条件にて行った。

また、得られたフィン材のろう付性を評価するために、フィン材と、チューブ材（板厚０．２０ｍｍ、１０質量％Ｓｉろう材を１０％クラッドしている）とを組み合わせてコアとし、コアに対しフラックスを１０〜１５ｇ／ｍ^２塗布した後、窒素ガス雰囲気にて炉内酸素濃度を１００ｐｐｍ以下としたろう付炉内へコアを入れ、表１および表２に示す昇温速度で昇温を開始した。ろう付の最高温度は５９５℃で、５７７℃以上の熱処理時間を２分とし、最高温度に到達した後に冷却を開始し、３００℃〜１００℃ではファン冷却を行って、５５０℃〜３００℃の冷却速度が１００℃／ｍｉｎになるように冷却速度を制御した。
なお、ろう付熱処理後のフィン材の結晶組織を評価する際には、チューブ材と組み合わせずにフィン材単体に対してろう付相当熱処理を行った。
図１は、ろう付熱処理の際の温度変化を示す模式図である。図１に示すように、５７７℃以上の熱処理時間を２分間とし、最高温度を５９５℃とした。

ろう付熱処理前または熱処理後のフィン材に対して、以下に示す方法により、０．２％耐力、伸び、融点、結晶粒径、フィン材板厚に対する粒界の平均断面距離、およびろう付昇温時の５７７℃での再結晶率の測定を行い、さらに、鋳造性、成形性、耐エロージョン性、耐久性、耐食性の評価を行った。測定結果および評価結果を表３および表４に示した。

（０．２％耐力）
ろう付相当熱処理前のフィン材をＪＩＳ５号試験片形状にフライス加工し、０．２％耐力を引張試験により測定した。

（伸び）
ろう付相当熱処理前のフィン材をＪＩＳ５号試験片形状にフライス加工し、伸びを引張試験により測定した。

（融点）
フィン材の融点は、窒素雰囲気中でＡｌ_２Ｏ_３を基準試料とした示差熱分析により室温から７００℃までのＤＴＡ信号を採取し、固相線温度を測定した。

（結晶粒径）
得られたフィン材に対し、上記のろう付熱処理をフィン材単体で実施後、塩酸、硝酸、弗酸の混合水溶液にてエッチングを実施、フィン材表面の組織を出した。その後、フィン材の組織をＣＣＤカメラで撮影した。得られた写真に対し同心円をマークし、目視によって同心円に切断された結晶粒の数をカウントし、その後、以下の式によって結晶粒径を求めた。
結晶粒径＝同心円の円周の合計／同心円に切断された結晶粒の数／測定倍率 （式１）
図２は、結晶粒径の測定方法の例を示す図である。図２に示すように、得られた写真Ｉに同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３等をマークし、同心円上にある結晶粒Ｇの数をカウントし、同心円の円周と同心円に切断された結晶粒の数とに基づき、結晶粒径の算出を行った。

（フィン材板厚に対する粒界の断面距離）
得られたフィン材に対し、上記のろう付け熱処理を実施後、フィン材の断面組織を観察するためにフィン材を樹脂に埋め込んだ。樹脂硬化後に、湿式研磨にて０．１μｍのバフ研磨まで仕上げ、バーカー氏液によって陽極酸化処理を実施した。
その後、金属光学顕微鏡を用いてフィン材の断面組織を観察し、２０本の粒界長さを測定し、粒界の平均長さを求めた。粒界の断面距離は、光学顕微鏡での断面観察時に画像解析ソフトによって測定した。その後、フィン材の板厚に対する粒界の平均断面距離を以下の式によって求めた。
フィン材の板厚に対する粒界の平均断面距離＝断面の平均粒界長さ／フィン材の板厚 …（式２）
図３は、フィン材の板厚に対する粒界の断面距離の測定方法を示した図である。図３のように、フィン材の断面を観察し、フィン材１の断面から見た結晶粒界Ｒの粒界長さを測定した。

（ろう付昇温時の５７７℃での再結晶率）
ろう付熱処理時に材料が５７７℃になった時点で急冷却を行い、５７７℃時点での組織を凍結させた。
その後、フッ化水素酸水溶液による電解研磨を実施後、ＥＢＳＤ（後方散乱電子回折（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＳＤ））を用いて、加速電圧１５ｋＶで１０００μｍ×１００μｍの面積を３視野分分析し、フィン材表面の再結晶粒率を測定した。

（再結晶粒径のアスペクト比）
得られたフィン材に対して上記のろう付熱処理を実施後、塩酸、硝酸、弗酸の混合水溶液にてエッチングを実施し、フィン材表面の組織を出した。その後、フィン材の組織をＣＣＤカメラで撮影した。得られた写真に対し、結晶粒２０個のアスペクト比（圧延方向に平行な長辺÷圧延方向に垂直な短辺）をディスプレイ上で測定した。その平均をろう付後の再結晶粒のアスペクト比とした。
図４は、アスペクト比の算出方法を示す図である。図のように、再結晶粒Ｇの圧延方向に並行な長辺と圧延方向に垂直な短辺の長さを測定し、測定結果に基づいて再結晶粒径のアスペクト比を算出し、平均を求めた。

＜評価方法＞
（鋳造性の評価）
鋳造時の割れや５０μｍ以上の巨大金属間化合物が無い場合は、鋳造性は良好であると判定して○と表記し、鋳造時の割れや巨大金属間化合物によってその後の圧延が困難であった場合は不良と判定して×と表記した。

（成形性の評価）
コルゲート成形が可能であれば○、板厚が厚すぎて成形困難な場合や破断などが発生してコルゲート成形が不可能であれば×と判定した。

（耐エロージョン性の評価）
上記のろう付熱処理を実施後、得られたミニコアを樹脂埋め込みし、樹脂硬化後に湿式研磨にて０．１μｍのバフ研磨まで仕上げた。その後、バーカー氏液によって陽極酸化処理を実施し、金属光学顕微鏡によってミニコアの断面組織を観察した。
ミニコア内には１２箇所のフィン／チューブの接合部があるが、１２箇所中座屈が何箇所あるかで、ろう付性を評価した。

図５はチューブ材１０にフィン材１が良好に接合された状態を示しており、図６はフィン材１に座屈が発生している接合状態を示している。良好な接合状態では図５のようにフィン材の形状が保持されているが、エロージョンが激しい場合は図６のようにフィン材が座屈してしまい、熱交換器として使用された際には熱交換器の形状を保持できなくなってしまう。
座屈の数が１２箇所中２箇所以下であれば良好であると判定して○と表記し、座屈が１２箇所中３〜１２箇所であった場合は不良と判定して×と表記した。

（耐久性（フィンの潰れ）の評価）
０．２５ＭＰａの静圧を付加して、チューブの膨張によるフィンの潰れがどれだけ起こるかを判定した。フィンの潰れが全体の２％以下であれば○、３％を超えるものであれば×と判定した。

（耐食性の評価）
ＳＳＴ（連続塩水噴霧試験）を行い、耐食性を評価した。９０日後にフィンと組み合わせたチューブ材に貫通が無ければ○、チューブ材に貫通が見られる場合は×とした。

表１〜表４に示す通り、本発明の規定を満たす実施例１〜２７はいずれも鋳造性、成形性、耐エロージョン性、耐久性、耐食性のすべてにおいて良い結果が得られた。しかし、本発明の規定のいずれか一種以上を有していない比較例１〜２８においては、成形性、耐エロージョン性、耐久性、耐食性のうちの少なくとも一項目において良い結果が得られなかった。より詳細には、比較例３、１１、１３は鋳造性が悪く作製不可、比較例１７は経済的に作製不可、比較例１９は均質化処理で均熱がとれず作製不可であった。また、比較例１は板厚が厚すぎて成形困難であり、比較例１５、２６では素材強度が低いことで、また比較例２７では伸びが低いことで破断し、比較例２８は伸びが高くバリが出たためいずれも成形性が不良となった。比較例６はチューブとの電位差が低く、チューブに貫通孔が発生し、比較例７はフィンの電位が卑になりすぎてフィンが早期に腐食で消失し、チューブに貫通孔が発生した。その他の比較例では耐エロージョン性または耐久性が不良であった。

また、実施例１７〜２０、比較例１６〜２１における均質化処理の温度と時間との関係、およびその他の実施例における均質化処理の温度と時間との関係をプロットしたグラフを図７に示す。図７では、白い丸は実施例を示し、黒い丸は比較例を示している。図７に示されるように、均質化処理の温度と時間との関係が、４８０℃未満の温度域では時間Ｔが−０．０７２１ｔ＋３９．１３７≦Ｔ≦−０．１７ｔ＋８６の範囲内、４８０℃以上の温度域では、−０．１７ｔ＋８６≦Ｔ≦−０．０７２１ｔ＋３９．１３７の範囲内である実施例１７〜２０では、良好な特性を有するアルミニウム合金フィン材が得られたが、上記範囲を外れた比較例１６〜２１に関しては、比較例１６、１８、２０、２１では耐エロージョン性が低く、比較例１７は経済的に製造不可、比較例１９は均質化処理時の均熱がとれず作製不可となり、いずれも良い結果が得られなかった。

１ フィン材
２ フィレット
１０ チューブ材
Ｒ 粒界断面
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 同心円

Claims (9)

1. 質量％で、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｚｎ：０．１〜３．０％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するアルミニウム合金からなり、板厚が０．０６ｍｍ以下、融点が６１０℃〜６４５℃であり、ろう付熱処理後の再結晶組織の平均粒径が２００μｍ以上、ろう付熱処理後の再結晶粒径の断面の平均粒界長さ（μｍ）／フィン材の板厚（μｍ）を粒界の平均断面距離として、前記平均断面距離が１．５以上で、ろう付熱処理時の昇温時の５７７℃における再結晶率が９７％以上であることを特徴とする耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材。
2. 質量％で、さらに、Ｃｕ：０．０１〜０．２０％、Ｆｅ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．０１〜０．２０％のうちの一種あるいは二種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材。
3. ろう付熱処理後の再結晶粒の圧延方向に平行な長辺÷圧延方向に垂直な短辺をアスペクト比として、前記アスペクト比の平均が３．０以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材。
4. ０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上、伸びが１．０〜５．０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材の製造方法であって、
   請求項１または２に記載の組成を有するアルミニウム合金に均質化処理を行う工程を有し、前記均質化処理では、均質化処理の温度（℃）をｔ、時間（ｈｒ）をＴとしたときに、温度ｔを４８０℃未満とする場合は、時間Ｔを−０．０７２１ｔ＋３９．１３７≦Ｔ≦−０．１７ｔ＋８６の範囲内とし、温度ｔを４８０℃以上とする場合は、時間Ｔを−０．１７ｔ＋８６≦Ｔ≦−０．０７２１ｔ＋３９．１３７の範囲内とすることを特徴とする耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材の製造方法。
6. 前記均質化処理の温度が４００〜５００℃の範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材の製造方法。
7. 冷間圧延工程を有し、前記冷間圧延工程で、前記均質化処理よりも低い温度で中間焼鈍を実施することを特徴とする請求項５または６に記載の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材の製造方法。
8. 均質化処理後の薄肉フィン材をろう付する際に、昇温時における昇温速度を３００℃／分以下とすることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の耐エロージョン性に優れる薄肉フィン材の製造方法。
9. 請求項１または２に記載の組成を有するアルミニウム合金に均質化処理を行う工程を有し、前記均質化処理では、均質化処理の温度（℃）をｔ、時間（ｈｒ）をＴとしたときに、温度ｔを４８０℃未満とする場合は、時間Ｔを−０．０７２１ｔ＋３９．１３７≦Ｔ≦−０．１７ｔ＋８６の範囲内とし、温度ｔを４８０℃以上とする場合は、時間Ｔを−０．１７ｔ＋８６≦Ｔ≦−０．０７２１ｔ＋３９．１３７の範囲内とし、均質化処理後の前記アルミニウム合金を薄肉フィンに成形した後、昇温時における昇温速度を３００℃／分以下とするろう付け熱処理によって熱交換器に組み込むことを特徴とする熱交換器の製造方法。

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