JP2003520295A - アルミニウム合金の製造法 - Google Patents
アルミニウム合金の製造法Info
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Abstract
Description
製造する方法、およびこのようにして製造されたフィンストック(finstock)材
料であって目的に適した腐食電位および好ましくは高い熱伝導率を有するフィン
ストック材料に関する。
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ロウ付け適正および良好な垂れ耐性を示すと共に、ロウ付
け処理後に高い強度が得られるように、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。この合金を用いると、良好なロウ付け性能が得られる
が、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、多量の熱量を伝導させることができる。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。
ば、フィンを、熱交換器の残部よりもより小さい腐食電位(より大きい陰性電位
)を有する材料からを製造すること(したがって、フィンを防食性にさせること
)によって達成することができ、したがって、フィン材料は、適切な腐食電位に
調整しなければならない。
変化させていた。例えば、本発明の発明者は、これまでに、特殊なアルミニウム
合金が、フィンストック材料の使用に特に適していることを見出した〔本件出願
人による、PCT出願WO 00/05426(国際公開2000年2月3日)に開示〕。この合金は
、Fe、Si、Mnおよび一般にZnおよび所望によりTiを、特定の含有量範囲で含んで
いる。しかしながら、この種の合金製のフィンを用いて製造した熱交換器につい
ての腐食電位の改善および熱伝導率の改善は、これらの合金および関連する合金
を、現在の自動車産業における厳格な要件に適合させるのにより有用にさせるよ
うである。
に代えて、または当該化学的手段に加え、物理的手段(すなわち、フィンストッ
ク製造の間の物理的手段)によってアルミニウム合金フィンストックの特性を改
良することである。
比較して、より小さい腐食電位(より大きい陰性電位)を有するアルミニウム合
金フィンストック材料を提供することである。
食電位を有するアルミニウム合金フィンストック材料を提供することである。
け適正を保持しつつ、腐食電位を減少させ(より陰性にさせ)そして/またはフ
ィンストック合金の熱伝導率を増加させることである。
すると、得られる合金生成物(即ち、フィンストック合金板材料)の腐食電位お
よび/または熱伝導率に対し、影響を与えることができるという、予期せぬ知見
に基づくものである。特に本発明によれば、連続鋳造工程の間に通常の合金冷却
速度を実質的に増加させる方法(例えば、二本ロール鋳造法)によって、アルミ
ニウムフィンストック合金を鋳造すると、従来技術において所定のレベルの合金
成分について観察されていたものに比し、合金の腐食電位をより低くでき(より
陰性電位にさせることができ)、そして/または合金の熱伝導率をより高くでき
ることが、判明した。
ム合金板フィンストック材料を製造する方法であって、 当該方法は、溶融合金を連続的にストリップ鋳造して、鋳造したままの連続ス
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(以下、中間焼鈍という。)、得ら
れた中間厚みの合金板物品を冷間圧延して、最終厚みのフィンストック合金板材
料を形成することを含んでなり、 連続鋳造工程の間、合金を、平均冷却速度少なくとも300℃/秒、好ましくは少
なくとも500℃/秒に付することを特徴とする方法を提供する。
二本ロール鋳造法によって実施される。
トック材料に関する。
ストック合金板材料を得るには、焼鈍後の中間厚みストリップについての冷間圧
延は、中間厚み合金板が、少なくとも45%、好ましくは少なくとも60%の厚み減
少率で、好ましくは100μmまたはそれ以下、より好ましくは80μmまたはそれ以
下、最も好ましくは60μm±10%の最終厚みとなるような程度で実施する。
うなフィンストック材料であって、従来技術で可能であったものよりもより薄い
フィンを用いたロウ接熱交換器を製造するのに適したフィンストック材料を提供
する。これは、熱交換器への使用を可能にするような、充分なフィン強度および
熱伝導率を保持しつつ、達成することができる。
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。
して測定する。
、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、次いで室温まで風乾した。次いで、この材料に対
して引張強度試験を行った。
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対し、JIS-H0505記載の導電率
試験法を用い、測定する。導電率は、国際焼鈍済み銅標準(International Anne
aled Copper Standard)の割合として表示した(%IACS)。
-89記載の試験法に従い、Ag/AgCl/飽和KCl参照電極を用い、測定する。
ある。
程の間の冷却速度が、フィンストック生成物の特定の物性、特にフィンストック
生成物の腐食電位および熱伝導率に対し、影響を与えることができるという、予
期せぬ知見に基づくものである。したがって、本発明は、他の所望の特性(例え
ば、ロウ付け適性およびロウ付け後の強度)に実質的に悪影響を与えずに、所定
のフィンストック合金の上記特性を改善するのに用いることができるが、本発明
は、有利には、以下に説明するように、焼鈍処理後に特定の圧延工程を用いて高
い強度を確保することができる。
rect chill)鋳造法を含め、いくつかの方法を用いて製造されてきた。
できる。例えば、厚み3〜10 mmの連続ストリップ鋳造ために、合金を、二本ロー
ルキャスターによって、鋳造する場合、二本ロールキャスターは、通常、300〜3
,000℃/秒の冷却速度が必要となり、著しく低い腐食電位および/または著しく
高い熱伝導率を得るには、このような高い冷却速度で本発明の合金を鋳造するこ
とが有利であることが、判明した。二本ロール鋳造は、かかる高い冷却速度を達
成するのに、最も頻繁に用いられているが、これらの要件に適合する連続ストリ
ップキャスターであれば、いずれの形態も採用することができる。
および熱伝導率に対して影響を与える理由は、正確にはわからない。腐食電位の
変化は、特に顕著であって、非常に驚くべきことである。フィンストック材料の
腐食電位は、通常、合金中の亜鉛(Zn)含有量と関連しており、亜鉛の濃度が高
ければ、より陰性の腐食電位値となる。しかしながら、本発明によれば、改善さ
れた低い腐食電位は、いずれの亜鉛濃度でも得ることができ、たとえ、亜鉛が何
ら存在しなくとも、改善がみられる。したがって、当初の腐食電位を維持しなが
ら、この作用を用いて、合金中の亜鉛含有量を低下させることができる。別法と
して、合金中の亜鉛含有量を同量または増量状態に維持して、腐食電位を、亜鉛
含有量単独の増加に起因しうるよりもより大きい量でもって、より陰性電位にさ
せることができる。
アルミニウムマトリックス中の溶質含有量が増加するにつれてかかる熱伝導率は
、通常減少するという、事実からみれば、驚くべきことである。例えば、二本ロ
ール鋳造について前記したような、鋳造の間の急速冷却は、より過飽和の溶液の
形成によって、金属マトリックス中の溶液含有量を増加させるようである。した
がって、熱伝導率は、減少することが期待されうる一方、反対の事例の場合もみ
られた。
冷却速度は、ある種の合金において、例えば二本ベルト鋳造法のようなゆっくり
とした冷却速度を伴う方法によって製造されるフィンストック材料について一般
的な粒径よりもより大きい粒径を有するフィンストック材料を製造する傾向を示
す。より大きい粒径の粒子が合金中に残存させる場合には、ロウ付け後のフィン
ストック材料の強度は、同等の二本ベルト鋳造品の強度よりも小さくなりうる。
したがって、本発明に従い製造した、鋳造したままのストリップは、好ましくは
、中間焼鈍により粒径を減少させた後、冷間加工(冷間ロール処理)に付す。好
ましくは、中間焼鈍後の中間厚み(これは、好ましくは、厚み範囲100〜600μm
である。)は、最終の厚みに、少なくとも45%、より好ましくは少なくとも60%
、最も好ましくは少なくとも80%(例えば、80〜90%)範囲の量だけ、厚み減少
させる。従来技術のフィンストック材料は、通常、厚み80〜100μmを有している
が、現在では、より薄い厚み(例えば、60μm±10%)のフィンストック合金が
望まれている。圧延処理の間に必要な厚み減少は、中間焼鈍および所望の最終厚
み後に必要な程度の冷間圧延によって達成することができる。例えば、冷間圧延
減少率90%で最終厚み60μmのフィンストック材料を製造するには、中間焼鈍後
の中間厚みストリップは、約600μmの厚みを有する必要があり、このため、中間
焼鈍前の圧延は、鋳造したままのストリップ厚み(通常、6〜8 mm)から、この
程度の減少率を達成するように実施される。
厚みを介して平均した冷却速度を意味する。特定の金属試料が鋳造の間に付され
る、冷却速度は、平均デンドライト間セルスペーシングから、測定することがで
きる〔例えば、次の文献を参照されたし:R.E. Spear et. al.; the Transactio
ns of the American Foundrymen's Society, Proceedings of the Sixty- Seven
th Annual Meeting, 1963, Vol. 71, 発行者:the American Foundrymen's Soci
ety, Des Plaines, Illinois, USA, 1964, p.209 - 215〕。ストリップの厚みを
介した各地点からとった試料を測定することによって、平均値を得ることができ
る。鋳造を、二本ロール鋳造法によって行なう場合、所定の程度の熱間圧延は、
鋳造工程の間に行ない、デンドライト構造は、やや圧縮された構造または変形し
た構造となりうる。デンドライトアームスペーシング法は、このような環境下に
用いることができるが、一般に2つの理由から必要ではない。第1に、通常、二
本ロールキャスターによる鋳造は、300℃/秒を超える速度での冷却を引起すもの
と、仮定することができる。第2に、二本ロール鋳造法は、キャスターの出口に
おいてその表面から内部までの温度が大きく異ならない、鋳造したままのストリ
ップを形成する。したがって、表面温度を、ストリップの平均温度として採用す
ることができる。
mまたはそれ以下)は、一般に、冷間圧延単独で、厚みを減少させることができ
る。しかしながら、有利には、ある種の熱間圧延を用いて、ストリップの厚みを
減少させることができ、鋳造したままの状態(3〜10 mmの厚み)から中間焼鈍工
程前の中間厚み(100〜600μmの厚み)の減少を、冷間圧延単独または所望によ
り熱間圧延工程と冷間圧延工程との組み合わせによって、達成することができる
。しかしながら、直冷鋳造インゴットとは異なり、熱間圧延工程は、予め、いず
れの均質化工程をも使用しないし、必要ではない。熱間圧延工程は、採用する場
合、好ましくは、ストリップの厚みを3.0 mm未満に減少させることができる。
て、以下に説明する。
粒子の強化に貢献する。1.2重量%未満の鉄含有量では、一般に、所望の数の強
化粒子を形成するのに不充分である一方、2.4重量%を超える鉄含有量では、大
きい一次金属間相粒子を形成し、これは、所望の非常に薄いフィンストック厚み
への圧延処理を妨害しうる。これら粒子形成の開始は、まさに、鋳造工程の使用
条件に依存し、したがって、好ましくは、鉄を1.8重量%未満の量で使用して、
最も広く可能な処理条件下に、良好な最終生成物を確保する。
献する。一般に、0.5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、伝導率が低下しうる。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%過剰のケイ素
が特に好ましい。
献し、また、材料の粒子強化にある程度貢献する。0.3重量%未満であれば、マ
ンガン量は、かかる目的に不充分である。0.6重量%を超えれば、固溶体中のマ
ンガンの存在は、伝導率に対し著しく悪影響を与える。
ウ付け性能および伝導率の達成に対して貢献する。
では、フィン材料は、より低い腐食電位(より陰性の腐食電位)となる。しかし
ながら、本発明の方法は、腐食電位を低下させうるので、この腐食電位を低下さ
せながら、亜鉛量を、減少または排除でき、また同量に維持することもできる。
多数の用途について、少なくとも約0.1重量%の亜鉛を、合金中に存在させるべ
きである。約1.0重量%を超える量では、商業的に有用な腐食電位が、全く得ら
れない。
ーとして作用する。0.04重量%を超える量で存在すれば、チタンは、伝導率に対
し、悪影響を与える傾向を示す。
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
、登録商標 Nocolok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、また点食を引起しうるからである。
理プロセスを、最終のロウ付けプロセスも含め、本明細書に添付の図面の図1に
示す。この図面は、第1工程1を示し、この第1工程では、二本ロール鋳造によ
って厚み3〜10 mmの鋳造したままの連続ストリップを形成し、この工程では、30
0〜3,000℃/秒の速度範囲での冷却を伴う。第2工程では、鋳造したままのスト
リップを圧延(熱間圧延および/または冷間圧延)して、中間厚み100〜600μm
を形成する。第3工程では、中間厚みのストリップを、温度範囲350〜450℃で1
〜4時間、中間焼鈍する。第4工程では、中間焼鈍ストリップを、最終厚みのフ
ィンストック合金板材料に、好ましくは厚み50〜70μmへの少なくとも45%の厚
み減少率(より好ましくは、45〜90%の厚み減少率)で冷間圧延する。第5工程
は、熱交換器(例えば、自動車用ラジエーター)製造の間に実施されるロウ付け
工程であって、この工程の間に、フィンストック合金板材料を冷却管に付設する
。通常、この最終工程は、図面中当該工程の周囲の輪郭を異なる形態によって示
すように、ラジエーター製造業者によって実施される。
る。かかるキャスターは、例えば、PechineyまたはFata-Hunterによって製造さ
れている。次に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、こ
れに限定されるものではない。
において、ストリップ試料を、4つの異なる速度で製造した。試料の表示および
鋳造パラメーターを、以下の表2に示す。平均冷却速度(鋳造したままのストリ
ップ厚みを介して平均値としてとった速度)は、930℃/秒である。
ベルトキャスターによって鋳造した。実際の化学組成(重量%)は、Fe=1.41、
Mn=0.39、Si=0.83およびZn=0.51である。鋳造したままのストリップの平均冷
却速度は、53℃/秒である。
、処理した。すなわち、これらの試料を、0.109 mmに冷間圧延し、400℃で2時間
中間焼鈍し、次いで最終厚み0.06 mmに冷間圧延した。最終厚みのフィンストッ
クを、標準ロウ付け試験加熱サイクルに付し、次いで伝導率および腐食電位につ
いて試験した。結果を、以下の表3にまとめた。
より高い伝導率およびより低い腐食電位を有する。
ト
Claims (12)
- 【請求項1】 フィンストック合金から、アルミニウム合金板フィンストッ
ク材料を製造する方法であって、 当該方法は、合金を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、得られた中間厚みの合金板物品を冷間圧延
して、最終厚みのフィンストック合金板材料を形成することを含んでなり、 当該方法は、次の成分を含んでなる合金について実施すること:1.2〜2.4重量
%のFe、0.5〜1.1重量%のSi、0.3〜0.6重量%のMn、0〜1.0重量%のZn、所望に
より0.005〜0.040重量%のTi、0.05重量%未満の各不可避的元素(合計して0.15
重量%またはそれ以下)、および残部アルミニウム、および 連続ストリップ鋳造工程は、合金を速度少なくとも300℃/秒で冷却しながら実
施する ことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 当該方法は、少なくとも0.1重量%のZn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】 当該方法は、次の成分を含んでなる合金について実施する請
求項1記載の方法:1.3〜1.8重量%のFe、0.5〜1.0重量%のSi、0.3〜0.6重量%
のMn、0〜0.7重量%のZn、0.005〜0.020重量%のTi、0.05重量%未満の各不可避
的元素(合計して0.15重量%またはそれ以下)、および残部アルミニウム。 - 【請求項4】 鋳造の間、合金を、速度少なくとも500℃/秒で冷却する請求
項1、2または3記載の方法。 - 【請求項5】 鋳造したままのストリップの厚みは、3〜10 mmである請求項
1〜4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 ストリップの中間厚みへの圧延工程は、熱間圧延し次いで冷
間圧延する組合せによって達成する請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 ストリップの中間厚みへの圧延工程は、冷間圧延単独によっ
て達成する請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 合金を、二本ロール鋳造法によって鋳造する請求項1〜7のい
ずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 中間厚みの合金板を、最終厚みに、少なくとも45%の厚み減
少率で冷間圧延する請求項1〜8のいずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 中間厚みの合金板を、最終厚みに、少なくとも60%の厚み
減少率で冷間圧延する請求項1〜8のいずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 1.2〜2.4重量%のFe、0.5〜1.1重量%のSi、0.3〜0.6の重
量%のMn、0〜1.0重量%のZn、所望により0.005〜0.040重量%のTi、0.05重量%
未満の各不可避的元素(合計して0.15重量%またはそれ以下)、および残部アル
ミニウムを含んでなる合金製のフィンストック材料であって、 当該フィンストック材料は、請求項1〜10のいずれかに記載の方法によって製
造されることを特徴とする方法。 - 【請求項12】 当該フィンストック材料の厚みは、60μm±10%である請
求項11記載のフィンストック材料。
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