JP2004521190A - ＡｌＭｎストリップまたはシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、部品半田付け用のＡｌＭｎストリップまたはシートの製造方法に関する。本発明の方法は、下記組成（質量％）の溶湯から素材を製造する：Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｆｅ：０．５％以下、Ｃｕ：０．１％以下、Ｍｎ：１．０〜１．８％、Ｍｇ：０．３％以下、Ｃｒ＋Ｚｒ：０．０５〜０．４％、Ｚｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｓｎ：０．１５％以下、不可避的随伴元素：個々に０．０５質量％以下、総量０．１５質量％以下、残部：Ａｌ。上記素材を予熱温度５２０℃以下、保持時間１２時間以下で予熱する。上記予熱された素材を最終圧延温度２５０℃以上で熱間圧延してホットストリップとし、上記ホットストリップを中間焼鈍なしで冷間圧延して冷間圧延ストリップにする。本発明の方法によれば、半田付け後においても高い強度、特に高い降伏強度と、優れた耐食性とを持つアルミニウムシートを経済的に製造できる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田付け部品製造用のＡｌＭｎストリップまたはシートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の熱交換器をＡｌシートから製造する典型的な方法は、プレート、パイプ、ディストリビュータ等の熱交換器部品をそれぞれ予め製造しておき、それらを半田付けで接合する。自動車に組み込んだ状態でこれらの部品には、衝撃、長時間の振動、腐食などに曝される。特にプレートはその影響が大きく、熱の損失を引き起こす。
【０００３】
アルミニウム材料の特性不足によってこれら熱交換器部品に発生する欠陥は、重大な損傷の原因になる。この観点から、半田付け時の熱によってミクロ組織に変化が生じた部位が特に問題になることが分かっている。
【０００４】
上記の理由で、このタイプのアルミニウムシートは、良好な半田付け性を持つと同時に、半田付け後に高強度、特に高降伏強度Ｒ_ｐ０．２、と高靭性とを持つ必要がある。この種のアルミニウムシートは更に、塑性変形能と耐食性も高くなくてはならない。
【０００５】
ＷＯ９７／１８９４６に開示された熱交換器用プレートを製造するための材料は、質量％で、０．２〜０．５％Ｆｅ、０．７〜１．２％Ｓｉ、１．２〜１．６％Ｍｎ、０．３％以下のＭｇ、０．０５％以下のＣｕ、０．２％以下のＺｎ、０．１％以下のＴｉ、不可避的随伴元素は個々に０．０５％以下かつ総量が０．１５％、および残部のアルミニウムを含有する。この材料からインゴットを鋳造して素材とし、次いで圧延開始温度５２０℃以上に加熱して熱間圧延する。次に最終厚さまでの冷間圧延を少なくとも２段階で行なうが、冷間圧延の各段階の間に３６０℃〜４００℃の焼鈍温度で２時間の中間焼鈍を行なう。
【０００６】
この公知方法で製造した材料の試験結果によると、得られたアルミニウムシートの材料特性は特定の用途については不十分であることが分かった。特に問題なのは、半田付け継手の強度と耐食性であった。更に、例えば熱交換器の製造時に、ＷＯ９７／１８９４６の材料を他の軽金属材料と組合せて熱交換器を製造しようとしても、耐食性が低すぎて組み合わせられないという制限があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点の観点から、半田付け後に高強度、特に高降伏強度と優れた耐食性とを確保したアルミニウムシートをコスト上昇させずに製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の半田付け部品製造用ＡｌＭｎシートの製造方法は、
・質量％で、０．３〜１．２％のＳｉ、０．５％以下のＦｅ、０．１％以下のＣｕ、１．０〜１．８％のＭｎ、０．３％以下のＭｇ、０．０５〜０．４％の〔Ｃｒ＋Ｚｒ〕、０．１％以下のＺｎ、０．１％以下のＴｉ、０．１５％以下のＳｎ、個々に０．０５％以下であり総量で０．１５％以下である不可避的随伴元素、および残部のアルミニウムを含有する溶湯から製造された素材を用い、
・上記素材に予備加熱温度５２０℃以下、保持時間１２時間以下の予備加熱を施し、
・上記予備加熱した素材を熱間圧延して熱間圧延板とし、
・上記熱間圧延板を中間焼鈍なしで冷間圧延して冷間圧延板とし、
・上記冷間圧延板を最終的に焼鈍処理する
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、素材を製造する溶湯の組成は、粒界腐食を最小限に抑制し、孔食が局部に集中せず全面に分散させて軽減するような成分バランスとした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、合金組成とその処理プロセスを同時に最適化したことにより、半田付け後でも良好な塑性変形能と高い強度、特に高降伏強度Ｒ_ｐ０．２と大きな破断伸びとを持つアルミニウムシートを、中程度の温度範囲で熱間圧延し、中間焼鈍なしで冷間圧延する単純なプロセスで製造できる。
【００１１】
本発明により製造したシートは、半田付け後の降伏強度Ｒ_ｐ０．２を求めたところ６０ＭＰａ以上であった。多くの場合、弾性限Ｒ_ｐ０．２が６５ＭＰａ以上が確保された。腐食電位は必ず−７５０ｍＶ以下であり、多くの場合−８００ｍＶ以下であった（ＡＳＴＭ Ｇ６９に準拠しＧＫＥに対して測定）。
【００１２】
本発明により製造したＡｌＭｎシートの半田付け後の強度に対して、Ｓｉ量にも向上効果がある。しかし、ＳｉはＳｎとの相互作用により粒界腐食の発生に対しても影響する。そこで本発明に用いる合金組成において、粒界腐食を回避できるようにＳｉ量はＳｎ量との関係で予め求めた最適範囲である。これにより、本発明により製造したＡｌＭｎシートの良好な耐食性と高強度とを同時に確保できる。
【００１３】
特に高強度の方は、溶湯のＳｉ量〔％Ｓｉ〕に対するＳｎ量〔％Ｓｎ〕の比が０．０３以上の場合に確保され、この比〔％Ｓｎ〕／〔％Ｓｉ〕を０．１以上とするとＳｉ量とＳｎ量との相互作用が更に最適化される。
【００１４】
溶湯のＳｉ量が０．７５質量％以上の場合には上記比率でＳｎを添加することが必要であり、Ｓｉ量が０．５質量％以上の場合に上記比率でＳｎを添加することが望ましい。
【００１５】
Ｓｉ量の上限を１．０質量％以下に制限すれば、本発明の方法により製造するアルミニウムシートの高強度を確保しつつ同時に粒界腐食の危険性を最小限に抑制できる。
【００１６】
Ｆｅは、Ｓｉと結合する初晶の生成を促進する。したがって、本発明においては、Ｆｅ量は０．５質量％以下に制限する。Ｆｅ量をこのように制限することにより、本発明の製造条件下においてＳｉが固溶状態に維持される。そのためにはＦｅ量を０．３質量％以下に制限すると更に望ましい。
【００１７】
本発明に用いる合金においては、Ｃｕ量は０．１質量％以下とし、０．０５質量％以下とすることが望ましい。Ｃｕは強度を高めるが、同時に腐食電位を正にする。腐食電位が正になると、他の材料との組合せが限定される。また、腐食特性、特に粒界腐食特性は、Ｃｕ量の増加に伴って悪化する。
【００１８】
溶湯のＭｎ量を本発明に従って１．０質量％以上１．８質量％以下にすれば、本発明によるシートの強度が確保される。最適な強度値はＭｎ量を１．３質量％以上１．５質量％以下にすると達成される。
【００１９】
本発明に用いる合金に強度向上元素としてＭｇを添加する。しかし、Ｍｇが多すぎると不活性ガス半田付け（ＣＡＢ半田付け）での半田付け性に悪影響を及ぼすので、本発明ではＭｇ量を０．３質量％以下に制限する。特に厳しい条件の半田付けを行なう場合には、Ｍｇ量を０．１質量％以下に制限すると良好な結果が得られる。
【００２０】
本発明に用いる合金にＣｒおよび／またはＺｒを添加すると、強度と耐食性が更に向上する。その際、ＣｒとＺｒの総量を０．０５質量％〜０．４質量％の範囲にすると、長寿命のミクロ組織（引き伸ばされた粗い結晶粒）が生成し、粒界面積が小さくなるので粒界腐食の発生が抑止される。しかし、ＣｒおよびＺｒが、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉと組み合わされると粗大な析出物が生成し、本発明により製造されるシートの変形能と強度に悪影響を及ぼす。したがって、本発明に用いる合金は、Ｃｒおよび／またはＺｒの量は、低Ｍｎ量の場合には多くし、高Ｍｎ量の場合には少なくする。
【００２１】
溶湯のＣｒ量を０．１質量％〜０．２質量％の範囲とし、Ｚｒ量を０．０５質量％以下とすると、Ｃｒおよび／またはＺｒの添加による向上効果が特に顕著に得られる。
【００２２】
本発明が対象とするタイプのアルミニウムシートの耐食性に対するＺｎの悪影響を回避するには、Ｚｎ量は０．１質量％以下、望ましくは０．０５質量％以下に制限することが望ましい。
【００２３】
本発明に用いる合金に、鋳造組織の微細化のためにＴｉを０．１質量％以下、望ましくは０．０５質量％以下添加することができる。
【００２４】
現在行なっている方法として、溶湯から連続鋳造片を製造して素材としている。しかし、もちろん他の方法で製造した素材も本発明のＡｌＭｎシート製造に用いることができる。
【００２５】
本発明の方法によれば、５２０℃以下という比較的低い加熱温度で熱間圧延を行なうので、得られる熱間圧延板（ホットストリップ）のミクロ組織は変形能と耐食性の観点で最適化されている。この場合、素材の圧延性を良好にすることを考慮すると、加熱温度は４００℃以上である。
【００２６】
Ｍｎの固溶量を最大限に確保するために、素材の加熱温度は４７０℃以下とし、加熱時間は５時間以下とすることが特に望ましい。固溶しているＭｎは後続の焼鈍（軟化焼鈍、再焼鈍）と半田付け中に微細に析出して分散し、所望の高強度、特に高降伏強度Ｒ_ｐ０．２値を実現する。素材の熱間圧延の開始温度は前述の理由で４００℃以上とすることが望ましい。その際、素材の十分な変形能を確保すると同時に熱間圧延中に最適なミクロ組織が生成するように、熱間圧延の終了温度は２５０℃以上、望ましくは３００℃以上とする。ホットストリップの厚さは２〜１０ｍｍの範囲内である。
【００２７】
本発明の方法の最後に行なう焼鈍処理は、出荷状態の調節のために行なう。この場合の焼鈍処理としては、冷間圧延ストリップをコイルの状態でまたは連続焼鈍炉で軟化焼鈍または再焼鈍する。軟化焼鈍を行なう場合は、軟化焼鈍中のＡｌＭｎシートの温度は３００℃以上、望ましくは３５０℃以上とする。この焼鈍を施されたストリップは、状態「０」（軟化焼鈍状態）でユーザーに出荷される。
【００２８】
これに対して、材料を調質状態で、例えば状態Ｈ２２（歪み硬化、再焼鈍、１／４硬化）や状態２６（歪み硬化、最焼鈍、３／４硬化）で出荷する場合には、焼鈍処理は、コイルの状態でまたは連続焼鈍炉で、適宜に温度調節をして、再焼鈍として行なう。
【００２９】
冷間圧延した仕上がりストリップの典型的な厚さは５０〜５００μｍである。
【００３０】
本発明により製造したストリップに更に施す処理として、片面または両面を１種類または２種類のＡｌ合金でクラッドする。その際、クラッド層厚さは片面についてストリップ全厚の３〜２０％とする。本発明に用いる典型的な半田付け用合金を例示すれば、ＥＮＡＷ−４０４５、ＥＮ ＡＷ−４３４３、ＥＮ ＡＷ−４００４、ＥＮ ＡＷ−４１０４、およびこれらの変形があり、また典型的な保護クラッド材料としてはＥＮ ＡＷ−１０５０、ＥＮ ＡＷ−１０５０Ａ、ＥＮ ＡＷ−７０７２およびこれらの変形がある。この場合、クラッドは圧延で行なうことが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００３２】
表１に、ＡｌＭｎシート１〜８の合金元素量を示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
上記各組成の溶湯からそれぞれ連続鋳造により鋳塊を得た。各鋳塊を素材として用い、予熱温度４００〜５２０℃、望ましくは４００〜４７０℃で予熱した。
【００３５】
上記予熱した状態の素材を、終止温度２５０℃以上、望ましくは３００℃以上で熱間圧延して厚さ３．５ｍｍのホットストリップを得た。次いで、ホットストリップを１パスまたは２パス以上で冷間圧延して最終厚さ１００μｍの冷間圧延ストリップとした。冷間圧延中に中間焼鈍は行なわなかった。
【００３６】
最後に、出荷状態を調整するために、ユーザーの仕様に従って軟化焼鈍または再焼鈍による焼鈍処理を行なった。
【００３７】
冷間圧延ストリップを最終的に出荷用のシートとした。
【００３８】
このようにして製造したＡｌＭｎシートは、軟化焼鈍した出荷状態で限界降伏強度Ｒ_ｐ０．２が最高８０ＭＰａ、引張強さＲ_ｍが１００ＭＰａ以上、破断伸びＡ_１００が３％以上であった。
【００３９】
ＡｌＭｎシート１〜８（実施例番号）から、自動車エンジン用熱交換器製造用のプレートを製造した。各シートは半径１ｍｍ以下の曲げで１８０°の冷間成形ができた。
【００４０】
半田付けにより熱交換器を製造した後、各プレートは降伏強度Ｒ_ｐ０．２が６０ＭＰａ以上、多くの場合６５ＭＰａ以上であり、種々の耐食性を示した。ストリップ片に模擬半田付けサイクルの処理を施した後、引張試験を行い機械的性質を求めた。模擬半田付けサイクルは、室温から開始し、加熱速度約２５Ｋ／min、保持温度６００℃×保持時間３minとし、その後、冷却速度約４０Ｋ／minで室温まで冷却した。表２に、シート１〜８について、半田付け後の状態での降伏強度Ｒ_{ｐ０ . ２}および耐食性を示す。
【００４１】
【表２】

【００４２】
Ｓｎ添加せずＳｉ量[％Ｓｉ]が０．８４質量％のシート５は、同様の組成だがＳｎ量[％Ｓｎ]が０．０３４質量％でＳｉ量[％Ｓｉ]が０．８１質量％、したがって[％Ｓｎ]／[％Ｓｉ]の比が０．０４２であるシート６に比べて、腐食特性が非常に悪い。シート８はシート６より更に良好な耐食性を示しており、その[％Ｓｎ]／[％Ｓｉ]比は０．１２０である。シート７は、Ｓｉ量[％Ｓｉ]が０．４３質量％、Ｓｎ添加なしであり、耐食性が非常に高いのはＳｉ量が低いことによる。しかし、この場合、降伏強度Ｒ_ｐ０．２は、Ｓｉ量の多いシート６、８のように高い値は得られていない。また、耐食性に対するＣｕの悪影響（シート４）とＺｎの悪影響（シート１）も明らかである。

Claims (30)

1. 半田付け部品製造用のＡｌＭｎストリップまたはシートの製造方法であって、
   下記組成（質量％）の溶湯から素材を製造する工程：
   

   

   上記素材を予熱温度５２０℃以下、保持時間１２時間以下で予熱する工程、
   上記予熱された素材を最終圧延温度２５０℃以上で熱間圧延してホットストリップにする工程、
   上記ホットストリップを中間焼鈍なしで冷間圧延して冷間圧延ストリップにする工程
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、上記溶湯のＳｉ量に対するＳｎ量の比[％Ｓｎ]／[％Ｓｉ]≧０．０３であることを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法において、上記の比[％Ｓｎ]／[％Ｓｉ]≧０．１であることを特徴とする方法。
4. 請求項２または３記載の方法において、上記溶湯のＳｉ量が０．５質量％以上であることを特徴とする方法。
5. 請求項４記載の方法において、上記溶湯のＳｉ量が０．７５質量％以上であることを特徴とする方法。
6. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＳｉ量が１．０質量％以下であることを特徴とする方法。
7. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＦｅ量が０．３質量％以下であることを特徴とする方法。
8. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＣｕ量が０．０５質量％以下であることを特徴とする方法。
9. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＭｎ量が１．３質量％以上、１．５質量％以下であることを特徴とする方法。
10. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＭｇ量が０．１質量％以下であることを特徴とする方法。
11. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＣｒ量が０．１質量％以上、０．２質量％以下であることを特徴とする方法。
12. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＺｒ量が０．０５質量％以下であることを特徴とする方法。
13. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＺｎ量が０．０５質量％以下であることを特徴とする方法。
14. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯のＴｉ量が０．０５質量％以下であることを特徴とする方法。
15. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記ＡｌＭｎシートの半田付け後の降伏強度Ｒ_ｐ０．２が６０ＭＰａ以上、望ましくは６５ＭＰａ以上であることを特徴とする方法。
16. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記溶湯から連続鋳造により製造された鋳塊を上記素材として用いることを特徴とする方法。
17. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記予熱温度が４７０℃以下であることを特徴とする方法。
18. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記予熱温度が４００℃以下であることを特徴とする方法。
19. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記予熱の保持時間が５時間以下であることを特徴とする方法。
20. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記ホットストリップの厚さが２〜１０ｍｍであることを特徴とする方法。
21. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記熱間圧延の最終圧延温度が２５０℃以上、望ましくは３００℃以上であることを特徴とする方法。
22. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記ホットストリップに焼鈍処理を施すことを特徴とする方法。
23. 請求項２２記載の方法において、上記冷間圧延ストリップをコイルの状態で焼鈍することを特徴とする方法。
24. 請求項２３記載の方法において、上記冷間圧延ストリップを連続焼鈍炉で焼鈍することを特徴とする方法。
25. 請求項２３または２４記載の方法において、上記焼鈍中の上記ＡｌＭｎシートの温度が３００℃以上であることを特徴とする方法。
26. 請求項２５記載の方法において、上記焼鈍中の上記ＡｌＭｎシートの温度が３５０℃以上であることを特徴とする方法。
27. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記冷間圧延ストリップの厚さが５０μｍ〜５００μｍの範囲内であることを特徴とする方法。
28. 先行する請求項のいずれか１項記載の方法において、上記ストリップの片面または両面を、片面当り該ストリップの全厚さの３％〜２０％の厚さの１種類または２種類のＡｌ合金のクラッド層でクラッドすることを特徴とする方法。
29. 請求項２８記載の方法において、上記クラッドを熱間圧延クラッドにより行なうことを特徴とする方法。
30. 請求項１から２９までのいずれか１項記載の方法によって製造された、半田付け部品製造用ＡｌＭｎストリップまたはシート。