JP2003520295A5

JP2003520295A5 -

Info

Publication number: JP2003520295A5
Application number: JP2001553411A
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】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：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を含んでなる合金について実施し、
連続ストリップ鋳造工程は、合金を少なくとも300℃/秒の速度で冷却しながら実施し、
得られたフィンストック材料は、595℃を超える温度でロウ付けした後に、49.0％IACSを超える伝導率を有する
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、少なくとも500℃/秒の速度で冷却する請求項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、熱間圧延とその後の冷間圧延との組合せによって行う請求項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行う請求項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1〜9のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】フィンストック材料は、595℃を超える温度でロウ付けした後に、49.8％IACSを超える伝導率および約127 MPaを超える極限引張強度を有する請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】 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1〜11のいずれかに記載の方法によって製造されたことを特徴とするフィンストック材料。
【請求項１３】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。

（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を製造する方法、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。

（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ロウ付け適性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、多量の熱量を伝達することができる。しかしながら、車両重量を軽量化するには、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、熱交換器は、良好な防食性能を有するように設計され、これは、しばしば、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、フィンを防食性にすること）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。

これまで、合金の腐食電位および熱伝導率は、合金の化学組成の変化によって変えていた。例えば、本願の発明者は、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。

さらに、本発明の別の目的は、他の所望の特性、例えば高い強度およびロウ付け適性を保持しつつ、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。

（発明の開示）
本発明は、フィンストック合金を鋳造して、鋳造したままのストリップを形成すると、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（より陰性電位にすることができ）、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。

したがって、本発明の一態様によれば、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、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、少なくとも300℃/秒、好ましくは少なくとも500℃/秒の平均冷却速度に付することを特徴とする方法を提供する。

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）。

腐食電位は、極限引張強度（UTS）試験用として処理した試料について、ASTM G3-89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。

これらの利点にも拘らず、鋳造工程の間に、本発明に従い採用したより迅速な冷却速度は、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する場合には、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。

連続鋳造工程において、平均冷却速度は、一般に鋳造したままのストリップの厚みにわたっ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 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〕。ストリップの厚みにわたって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。

合金成分は、前記したとおりである。種々の元素を導入した場合に得られる特性について、以下に説明する。

合金中、0.5〜1.1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。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％を超えるケイ素が特に好ましい。

任意ではあるが、1.0重量％までの量で存在することができる亜鉛含有量では、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。

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。

合金を、実験室スケールの二本ロールキャスターによって鋳造した。鋳造実験において、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にわたる平均値としての速度）は、930℃/秒である。