JP2003520294A5

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Publication number: JP2003520294A5
Application number: JP2001553410A
Authority: JP
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2021-01-22

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】アルミニウム合金フィンストック材料を製造する方法であって、
アルミニウムフィンストック合金を10℃/秒〜250℃/秒の冷却速度で連続的にストリップ鋳造して、鋳造したままのストリップを形成し、鋳造したままのストリップを圧延して、中間厚みの合金板物品を形成し、中間厚みの合金板物品を焼鈍し、中間厚みの焼鈍合金板物品を冷間圧延して、49.0％IACSを超えるロウ付け後の伝導率を有する最終厚みのアルミニウムフィンストック材料を製造する工程を含んでなる方法において、
上記各工程は、次の元素（重量％）：
Fe 1.6〜2.4
Si 0.7〜1.1
Mn 0.3〜0.6
Zn 0.3〜2.0
Ti 0.005〜0.040
不可避的元素各元素0.05未満（合計量0.15以下）
Al 残部
を含んでなるフィンストック合金について実施することを特徴とする方法。
【請求項２】上記各工程は、0.005〜0.02重量％のTiを含む合金について実施する請求項1記載の方法。
【請求項３】上記各工程は、2.0重量％未満のFeを含む合金について実施する請求項1または2記載の方法。
【請求項４】上記各工程は、0.8重量％を超えるSiを含む合金について実施する請求項1、2または3記載の方法。
【請求項５】上記各工程は、0.6重量％を超えるZnを含む合金について実施する請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
【請求項６】冷間圧延前の再圧延ストリップに対し、予め均質化処理することなく、鋳造ストリップを、熱間圧延する請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
【請求項７】合金を、約30 mm以下の厚みに鋳造する請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
【請求項８】合金を、約3〜30 mmの厚みに鋳造する請求項7記載の方法。
【請求項９】鋳造ストリップを、予め均質化処理せずに、熱間圧延して、厚み1〜5 mmの合金板物品を形成する請求項8記載の方法。
【請求項１０】熱間圧延した合金板物品を、温度340〜450℃で1〜6時間、焼鈍する請求項9記載の方法。
【請求項１１】焼鈍した合金板物品を、100μm未満の最終ストリップ厚みに、冷間圧延する請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】焼鈍した合金板物品を、80μm未満の最終厚みに、冷間圧延する請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】焼鈍した合金板物品を、60±10μmの最終厚みに、冷間圧延する請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】焼鈍した合金板物品を、最終の合金板物品に、60％未満の減少率を用いて冷間圧延する請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】前記ストリップ鋳造は、ベルトキャスターを用いて行なう請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】最終厚みのストリップ物品は、50.0％IACSを超える、ロウ付け後の伝導率を有する請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】アルミニウムフィンストック合金板材料であって、
当該材料は、49.0％IACSを超えるロウ付け後の伝導率を有し、以下の元素（重量％）：
Fe 1.6〜2.4
Si 0.7〜1.1
Mn 0.3〜0.6
Zn 0.3〜2.0
Ti 0.005〜0.040
不可避的元素各元素0.05未満（合計量0.15以下）
Al 残部
を含んでなる合金からつくられたことを特徴とする材料。
【請求項１８】ロウ付け後の伝導率は、50.0％IACSを超える値である請求項17記載の材料。
【請求項１９】当該材料の厚みは、100μm未満である請求項17または18記載の材料。
【請求項２０】当該材料の厚みは、80μm未満である請求項17または18記載の材料。
【請求項２１】当該材料の厚みは、60±10μmである請求項17または18記載の材料。
【請求項２２】当該材料は、請求項1〜16のいずれかに記載の方法によって製造される請求項17〜21のいずれかに記載の材料。

（発明の属する技術分野）
本発明は、熱交換器のフィン製造に使用される改善アルミニウム合金製品、特に、高い熱伝導率を有するフィンストック（finstock）材料に関する。

（従来の技術）
アルミニウム合金は、長年、自動車ラジエーターやコンデンサーや蒸発器などの熱交換器フィンの製造に採用されている。伝統的なラジエーターフィン合金は、ロウ付け処理の間に良好な垂れ耐性およびロウ付け適性（高いロウ付け温度）を示すと共に、ロウ付け処理後に高い強度（UTS）が得られるように、設計されている。この目的に使用される合金は、通常、高いレベルでマンガンを含んでいる。この合金の例は、アルミニウム合金AA 3003である。このような合金の熱伝導率は、比較的低い。低い熱伝導率は、これまで、フィンストック材料の厚みが著しく大きいため、重大な問題ではなかった。フィンストック材料は、適切な厚みであれば、当該合金の熱伝導率が低い場合であっても、多量の熱量を伝達することができる。しかしながら、車両重量を軽量化させるには、より薄いフィンストック材料が必要であり、これは、熱伝導率改善の必要性を強調することとなる。明白なことであるが、より薄い厚みの材料は、より薄くなるにつれて、熱の流動を阻害する傾向を示す。

また、本発明は、アルミニウム合金フィンストック材料であって、当該材料は、前記した合金組成を有し、好ましくは、前記した方法によって製造され、特に、100μmまたはそれ以下、好ましくは80μmまたはそれ以下、理想的には60±10μmの厚みを有する材料を提供する。

鉄の添加が、他の元素増加の補償により合金の伝導率を増加させる理由は、正確にはわからない。しかしながら、本発明が特定の理論に拘束されることを意図するものではないが、過剰量の鉄によって、後の圧延および中間焼鈍段階（処理経路）の間に鋳造によって形成される過飽和マトリックス合金の分解が促進され、これにより、過剰量の鉄が存在しない場合よりも、より効率的にマトリックス中の溶質含有量を減少させることが可能になるようである。

合金中の鉄は、鋳造工程の間に比較的小さい金属間粒子を形成して、粒子の強化に貢献する。2.4重量％を超える鉄含有量を用いれば、所望の非常に薄いフィンストック厚みへの圧延を妨害するような、大きい金属間相粒子が形成される。これら粒子の形成の開始は、使用した鋳造条件そのものに依存するため、好ましくは、2.0％未満の鉄を使用して、最も広範で可能な処理条件下に、良好な材料を確保する。亜鉛、マンガンおよびケイ素添加に対する補償作用を得るのに充分な鉄が存在することを確保するには、下限量1.6％の鉄が必要である。鉄は、また合金中に強化粒子を形成し、その充分な数を確保する下限量が存在する。所望により、特定の合金中に使用される鉄の用量は、亜鉛、ケイ素および／またはマンガンの通常の濃度よりもより高い濃度によって起こりうる熱伝導率のいずれの低下をも完全に補償しうるように、選択することができる。このような鉄の用量を、補償量と呼ぶことができる。しかしながら、所望により、所望レベルからの熱伝導率の変動を許容しうる場合には、かかる補償量を超える量または下回る量を、前記範囲内で用いることができる。

合金中、0.7〜1.1重量％範囲のケイ素は、粒子および固溶体の両者の強化に貢献する。0.7重量％未満のケイ素であれば、この強化目的に不充分である一方、1.1重量％を超えるケイ素であれば、鉄の増量による補償にも拘らず、伝導率が著しく低下しうる。より重要なこととして、高いケイ素含有量では、合金溶融温度は、材料をロウ付けできないほどの温度に低下してしまう。最適な強化を得るには、0.8重量％より過剰量のケイ素が特に好ましい。

合金中の不可避的元素について、各元素は、0.05重量％未満とすべきで、また合計量は、0.15重量％未満とすべきである。特に、マグネシウムは、0.10重量％未満の量、好ましくは0.05重量％未満の量で存在させる必要があり、これにより、Nocolok（登録商標）プロセスによるロウ付け適性を確保すべきである。銅は、0.05重量％未満の量に維持しなければならない。なぜなら、銅は、マグネシウムの伝導率に対する作用と同様の作用を示し、また孔食を引起しうるからである。

好ましい処理経路は、添付の図1に示され、この図1において、いくつかの工程は、連続的に示され、実施される。工程１に示すように、まず、合金を、連続法（例えば、ベルト鋳造法）によって鋳造して、鋳造したままの連続合金ストリップ（これは、通常3〜30 mmの厚み、好ましくは少なくとも5 mmの厚みおよび所望により5〜25 mmの厚みを有する。）を形成する。ストリップ鋳造工程の間、平均冷却速度は、好ましくは、少なくとも10℃/秒である。しかしながら、好ましくは、平均冷却速度は、250℃/秒未満、最も好ましくは200℃/秒未満である。次いで、鋳造ストリップを圧延して、中間厚みを形成する（工程2）。これは、冷間圧延によって実施することができるが、鋳造したままのストリップの厚みに応じて、ストリップは、要すれば、中間厚みへの冷間圧延の実施前に、再圧延厚み（厚み1〜5 mm）に熱間圧延する。これが必要である場合、熱間圧延は、予め均質化することなく、実施しなければならない。中間厚みのストリップ（好ましくは0.08〜0.2 mm、より好ましくは0.092〜0.150 mmのストリップ）を、次いで、例えば、320〜450℃で1〜6時間焼鈍し（工程3）、最終厚み（好ましくは約0.05〜0.1 mm、より好ましくは約0.06 mmの厚み）に冷間圧延する（工程4）。得られた最終厚みのフィンストック材料は、次いで、熱交換器製造の間に、ロウ付け処理に付すことができる（図1の工程5）。この最終工程は、通常、合金板製造業者ではなく、ラジエーター製造業者によって実施される（これは、図1の工程5周囲の輪郭が異なる形態によって示す。）。

前記した平均冷却速度は、鋳造したままのスラブの厚みにわたって平均した冷却速度を意味し、冷却速度は、鋳造したままのスラブの厚みを横断してとった、平均デンドライト間セルスペーシングから、測定する〔例えば、次の文献を参照されたし：R.E. Spear et. al.; the Transactions of the American Foundrymen's Society, Proceedings of the Sixty-Seventh Annual Meeting, 1963, Vol. 71, 発行者：the American Foundrymen's Society, Des Plaines, Illinois, USA, 1964, p.209 - 215〕。好ましい平均冷却速度に対応する平均デンドライト間セルサイズは、7〜15ミクロンである。

前記したように、鋳造後、ストリップは、鋳造したままのストリップの厚みに応じて、熱間圧延するかまたは直接、冷間圧延して、中間厚み（一般に、0.092〜0.150 mm）を形成する。この厚みにおいて、圧延したストリップを、中間焼鈍に、温度範囲320〜450℃で、1〜6時間付す。冷却後、中間焼鈍ストリップを、次いで最終厚み（薄いフィンストック製品を所望する場合には、好ましくは0.06 mm）に、冷間圧延に付す。この製品は、熱交換器の製造に意図したものであって、熱交換器製造工程の間に、ロウ付け処理に付す。

本発明に従い、この合金から形成したストリップ製品は、約127 MPaを超えるロウ付け後の極限引張強度（UTS）、好ましくは約130 MPaを超える当該極限引張強度、49.0％IACSを超えるロウ付け後の伝導率、より好ましくは49.8％IACSを超える当該伝導率、最も好ましくは50.0％IACSを超える当該伝導率および595℃を超えるロウ付け温度、好ましくは600℃を超えるロウ付け温度を有する。

ロウ付け後の極限引張強度（UTS）は、ロウ付け条件をシミュレーションした、次のような方法に従い、測定する。圧延したままの厚みの最終処理済みフィンストック（例えば、厚み0.06 mmに圧延した後のフィンストック）を、570℃に予熱した炉に入れ、次いで約12分で600℃に加熱し、600℃で3分間保持し（均熱し）、50℃/分で400℃に冷却し、次いで室温まで空冷した。次いで、この材料に対して引張強度試験を行った。

ロウ付け後の熱伝導率は、導電率（これは、熱伝導率と直接的に対応し、また測定するのがより容易である。）として、ロウ付け条件をシミュレーションした極限引張強度（UTS）試験用として処理した試料について、JIS-H0505記載の導電率試験法を用い、測定する。導電率は、国際焼鈍銅標準（International Annealed Copper Standard）の割合として表示した（％IACS）。