JP2005254329A - クラッド材およびその製造方法、ならびにクラッド材の製造装置 - Google Patents

クラッド材およびその製造方法、ならびにクラッド材の製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 芯材を鋳造するとともに皮材を圧着させるクラッド材の製造方法において、芯材の冷却速度を十分に確保しながら、皮材と芯材の密着性の低下を抑制し、かつクラッド後の皮材の厚さバラツキや製造時の皮材の切断トラブルをなくする。また、鋳造用冷却ロール表面性状を一定に保つ。
【解決手段】 一対の冷却ロール2a,2b間の間隙に溶融金属Ｍを連続的に供給して芯材11を鋳造するとともに、該冷却ロール2a,2bの周面上に皮材10a,10bを連続的に供給して冷却ロール2a,2bと溶融金属Ｍとを遮断し、熱間で芯材11の両面に皮材10a,10bをクラッドするに際し、前記皮材10a,10bを前記冷却ロール2a,2bに接触させながら供給し、かつ前記皮材10a,10bが冷却ロール2a,2bに接触し始める接触開始点Ｐ1から皮材10a,10bが溶融金属に合流する合流点Ｐ2までの接触距離Ｌ1を、皮材10a,10bの厚さｔ1の１００倍以上の長さとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、芯材の両面に、例えばろう付性や耐腐食性を付与するための皮材が積層されたクラッド材の製造方法、特に高温軟化特性に優れたクラッド材およびその製造方法、ならびにクラッド材の製造装置に関するものである。
近年、熱交換器の小型軽量化・高性能化に伴い、用いられる材料の薄肉・高強度化が求められている。また、環境負荷を低減する目的で、代替フロンの要求が高まり、ＣＯ2を冷媒とした熱交換器の要求が高まっている。これらに該当する熱交換器としては、ラジエータ、ヒータコアに代表される、水を冷媒の主成分としたもの、コンデンサ、エバポレータに代表とされる、フロン系ガスを冷媒としたもの、ガスクーラ(エバポレータ)に代表されるＣ０2を冷媒としたものが挙げられる。
これらの熱交換器として用いられる部材として、ろう付け機能と防食機能を表面に付与し、かつろう付け後も十分な強度を有するアルミニウム合金皮材とアルミニウム合金芯材からなるクラッド材が用いられている。これらのクラッド材の作製方法としては、あらかじめ鋳塊を熱間圧延し、１０〜１００mmの厚さとした皮材と、鋳塊表面をあらかじめ面削し２５０mm〜４００mmとした芯材とを重ね合わせ、仮止めしたものを熱間圧延、冷間圧延、必要に応じて中間焼鈍を施す方法が一般に採用されている。
前記アルミニウム合金芯材の材料としては、所定の熱処理条件や圧延条件によって製造することにより高温強度、高温軟化特性を向上させたＡｌ−Ｍｎ系合金板がある。しかしながら、これらのＡｌ−Ｍｎ系合金板は、単体としての特性に優れるものの、ろう付け性や防食機能等を同時に付与することができない（特許文献１，２参照）。
また、クラッド材の作製方法についても、上述した熱間圧延による方法に代えて、芯材の連続鋳造を利用した方法が種々提案されている（特許文献３〜５参照）。
特許文献３においては、鋳造圧延装置の出口側近傍位置に圧着ロールを配設し、鋳造圧延装置から送り出されてくる芯材に皮材を圧着し、あるいはさらに圧延することにより、連続的にクラッド材を製造する方法が記載されている。特許文献４の図１１ｅ、１１ｆにおいても、鋳造圧延装置の冷却ロールの出側に圧着ロールを配設し、芯材の鋳造と皮材のクラッドとを連続して行う方法が記載されている。
一方、特許文献４の図１１ａ，１１ｂ，１１ｃにおいては、鋳造圧延装置の冷却ロールにおいて溶湯の入側で皮材を供給し、芯材の鋳造と皮材の圧着とを同時に行うクラッド材の製造方法が記載されている。特許文献５においても、皮材幅より芯材幅が広く、皮材お厚さ分が芯材に埋め込まれたクラッド材の製造に際し、芯材を鋳造する冷却ロールの入側に皮材を供給する方法が記載されている。
特開２０００−１０４１４９号公報 特開２００２−２４１９１０号公報 特開平１１−２２６６９９号公報 特表平８−５０９２６５号公報 特開２００２−２４８５９９号公報
しかしながら、上述したクラッド材の製造方法においては次のような問題点があった。
即ち、芯材の鋳造後に皮材の圧着を行う方法では、鋳造圧延装置と圧着ロールとを配設する必要上装置構成が複雑であり、生産速度が芯材の連続鋳造の速度に律速されるという問題があった。また、連続鋳造圧延時に表面に形成される酸化物を含む偏析層による皮材の密着性の低下、界面での腐食特性の劣化が抑えられないという問題点もある。
一方、芯材の鋳造と皮材の圧着とを同時に行う方法では、冷却ロールへの入側において皮材が溶融金属（芯材）と接触する位置が不安定になるために皮材が一部溶融したり、場合によって皮材が切断したりする問題があった。また特許文献５では芯材幅が皮材幅よりも大きく溶融金属が部分的に冷却ロールに触れるため、ロール表面性状が変化し、長時間の制御が難しいといった問題点もあった。
本発明は、このような問題点に鑑み、芯材の冷却速度を十分に確保しながら、皮材と芯材界面の酸化膜等、非金属介在物の巻き込みによる皮材の密着性の低下を抑制し、かつクラッド後の皮材の厚さバラツキや製造時の皮材の切断トラブルをなくし、冷却ロール表面性状を一定に保つことができるクラッド材の製造方法を提供するものである。さらに本発明は、前記方法により製造されたクラッド材、前記製造方法を実施するクラッド材の製造装置を提供するものである。
即ち、本発明のクラッド材の製造方法は、下記（１）〜（１２）に記載の構成を有する。
（１） 一対の冷却ロール間の間隙に溶融金属を連続的に供給して芯材を鋳造するとともに、該冷却ロールの周面上に皮材を連続的に供給して冷却ロールと溶融金属とを遮断し、熱間で芯材の両面に皮材をクラッドするに際し、
前記皮材を前記冷却ロールの周面に接触させながら供給し、かつ前記皮材が冷却ロールに接触し始める接触開始点（Ｐ1）から皮材が溶融金属に合流する合流点（Ｐ2）までの接触距離（Ｌ1）を、皮材の厚さ（ｔ1）の１００倍以上の長さとすることを特徴とするクラッド材の製造方法。
（２） 前記芯材および皮材はアルミニウムまたはその合金からなる（１）に記載のクラッド材の製造方法。
（３） 前記皮材の厚さ（ｔ1）が２０〜４００μmである（１）または（２）に記載のクラッド材の製造方法。
（４） 少なくとも片面の皮材はＡｌ−Ｓｉ系合金からなる（２）または（３）に記載のクラッド材の製造方法。
（５） 前記Ａｌ-Ｓｉ系合金は、５〜１５質量％のＳｉ、０．０５〜０．６質量％のＦｅ、０．０１〜０．６質量％のＣｕ、０．０１〜０．８質量％のＭｎ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１〜０．２質量％のＴｉを含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる（４）に記載のクラッド材の製造方法。
（６） 少なくとも片面の皮材はＡｌ−Ｚｎ系合金からなる（２）または（３）に記載のクラッド材の製造方法。
（７） 前記Ａｌ−Ｚｎ系合金は、０．０５〜０．６質量％のＳｉ、０．０５〜０．６質量％のＦｅ、０．０１〜０．６質量％のＣｕ、０．０１〜０．８質量％のＭｎ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１質量％〜０．２質量％のＴｉ、０．３５〜８．５質量％のＺｎを含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる（６）に記載のクラッド材の製造方法。
（８） 前記芯材の熱間クラッド後における厚さ（ｔ2）が０．５〜８ｍｍである（１）〜（７）のいずれか１項に記載のクラッド材の製造方法。
（９） 芯材となる溶融金属は、０．０５〜１．５質量％のＳｉ、０．０５〜２質量％のＦｅ、０．０５〜０．８質量％のＣｕ、０．１５〜２．８質量％のＭｎを含有し、さらに０．０３〜０．７質量％のＣｒ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１〜０．３質量％のＴｉ、０．０１〜１．５質量％のＺｎのうちから少なくとも一種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる（２）〜（８）のいずれか１項に記載のクラッド材の製造方法。
（１０） 前記溶融金属の組成において、さらに０．１５〜１．５質量％のＺｒ、０．０３〜１．５質量％のＶ、０．０２〜０．５質量％のＳｃのうちから少なくとも一種以上を含有する（９）に記載のクラッド材の製造方法。
（１１） 前記熱間クラッド後に冷間圧延を行う（１）〜（１０）のいずれか１項に記載のクラッド材の製造方法。
本発明のクラッド材は、下記（１２）〜（１４）に記載の構成を有する。
（１２） （１）〜（１１）のいずれか１項に記載の方法で製造されたことを特徴とするクラッド材。
（１３） 前記芯材において、熱間クラッドによって形成されるデンドライト二次アームスペーシングの平均間隔が０．１μｍ〜１０μｍである（１２）に記載のクラッド材。
（１４） 前記クラッド材は熱交換器構成部材材料である（１２）または（１３）に記載のクラッド材。
本発明のクラッド材の製造装置は、下記（１５）に記載の構成を有する。
（１５） 隙間を隔てて配置され、この隙間を通過する間に溶融金属を連続鋳造する一対の冷却ロール、
前記一対の冷却ロール間に間隙に芯材となる溶融金属を供給する溶融金属供給部、
前記冷却ロールの周面上に皮材を供給するとともに、皮材が溶融金属と合流する前に冷却ロールの周面に接触させる皮材供給部とを備え、
前記溶融金属および皮材を前記冷却ロールに連続的に供給しながら冷却ロールを回転させることにより、芯材の両面に皮材を連続的にクラッドすることを特徴とするクラッド材の製造装置。
（１）の発明にかかるクラッド材の製造方法によれば、皮材が冷却された状態で溶融金属に合流するため、溶融金属は速やかに冷却ロールから冷却を受けて急速に凝固し、高い強度を有する芯材が鋳造されるとともに芯材の両面に皮材が圧着される。皮材は予め冷却されているため、溶融金属（Ｍ）の熱による溶融や溶断が防止され、かつ芯材の冷却速度を低下させることなく効率よくクラッド材を製造できる。また、前記皮材は芯材の凝固過程で圧着されるため、高い密着性が得られる。さらに、皮材によって冷却ロールと溶融金属とが遮断されるため、溶融金属の凝着によるロール表面性状の変化や劣化が回避される。
（２）の発明によれば、アルミニウムまたはその合金からなる上記クラッド材を製造できる。
（３）の発明によれば、皮材の張力コントロールを円滑に行い、かつ十分な芯材の冷却速度を確保できる。
（４）の発明によれば、表面にろう材がクラッドされたろう付用アルミニウムクラッド材を製造できる。
（５）の発明によれば、特にろう付性に優れたろう付用アルミニウムクラッド材を製造できる。
（６）の発明によれば、表面に犠牲腐食層が形成されて耐食性に優れたアルミニウムクラッド材を製造できる。
（７）の発明によれば、特に耐食性に優れたアルミニウムクラッド材を製造できる。
（８）の発明によれば、溶融金属を安定して供給できるとともに、冷却ロールからの抜熱量も確保することができる。
（９）の発明によれば、高温においても優れた強度を有し、かつ耐食性に優れたアルミニウムクラッド材を製造できる。
（１０）の発明によれば、特に高温強度に優れたアルミニウム材料を製造できる。
（１１）の発明によれば、所要厚さのクラッド材を製造できる。
（１２）の発明にかかるクラッド材は、皮材と芯材との密着性が高く、あるいはさらにろう付性、耐食性、強度等の特性が付加された有用なクラッド材である。さらに、加工性にも優れている。
（１３）の発明によれば、特に優れた強度を有するクラッド材となし得る。
（１４）の発明によれば、熱交換器構成部材材料として有用である。
（１５）の発明にかかるクラッド材の製造装置によれば、本発明の製造方法を実施してクラッド材を効率良く製造できる。
本発明のクラッド材の製造方法について、図１に示すクラッド材の製造装置(1)を参照しつつ説明する。
本図において、(2a)(2b)は所定距離を隔てて対向配置された一対の冷却ロール、(3)は、図外の溶解炉およびタンディッシュ等の溶融金属調製部から供給される溶融金属（Ｍ）を前記冷却ロール(2a)(2b)間の間隙に注入するノズルである。前記ノズル(3)は、その開口幅およびセット位置によって溶融金属（Ｍ）と皮材(10a)(10b)との合流点（Ｐ2）を設定する。また、前記ノズル(3)は、皮材の溶融破断を防止するとともに、クラッド比率（皮材／芯材／皮材）を一定に保持するのに効果的な役割を発揮している。(4a)(4b)は、図外の皮材コイルから巻き出されて連続的に供給される皮材(10a)(10b)を冷却ロール(2a)(2b)側に抑える抑えロールであり、抑え位置によって前記皮材(10a)(10b)が冷却ロール(2a)(2b)に接触し始める接触開始点（Ｐ1）が設定される。(11)は溶融金属（Ｍ）が鋳造された板状の芯材、(12)は前記芯材(11)の両面に皮材(10a)(10b)がクラッドされた三層のクラッド材である。
本発明のクラッド材の製造方法においては、皮材(10a)(10b)を冷却ロール(2a)(2b)に供給するに際し、溶融金属（Ｍ）と合流する前に冷却ロール(2a)(2b)の周面に接触させることにより皮材(10a)(10b)が冷却され、冷却された状態で溶融金属（Ｍ）と合流する。このため、冷却ロール(2a)(2b)間の隙間に供給された溶融金属（Ｍ）は皮材(10a)(10b)を介しても速やかに冷却ロール(2a)(2b)からの冷却を受けて急速に凝固して芯材(11)が鋳造されるとともに、皮材(10a)(10b)が芯材(11)の両面に圧着され、クラッドされる。また、前記皮材(10a)(10b)は芯材(11)の凝固過程において圧着されるため、芯材(11)との界面への酸化膜等の巻き込みが回避され、芯材(11)に対する密着性に優れている。前記皮材(10a)(10b)は予め冷却されているため、溶融金属（Ｍ）の熱による溶融や溶断が防止され、かつ芯材の冷却速度を低下させることなく効率よくクラッド材を製造できる。また、前記皮材(10a)(10b)によって溶融金属（Ｍ）と冷却ロール(2a)(2b)とが遮断されるため、溶融金属（Ｍ）の凝着によるロール表面性状の変化や劣化が回避される。
前記皮材(10a)(10b)が予冷される冷却ロール(2a)(2b)との接触距離（Ｌ1）、即ち冷却ロール(2a)(2b)との接触開始点（Ｐ1）から溶融金属（Ｍ）との合流点（Ｐ2）までの距離は、皮材(10a)(10b)を十分に冷却して上記効果を得るために、皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）の１００倍以上の長さに設定する必要がある。好ましい接触距離（Ｌ1）は皮材の厚さ（ｔ1）の２００倍〜１０００００倍である。
接触距離／皮材の厚さ（Ｌ1／ｔ1）が上記範囲内に入るように、接触距離（Ｌ1）を設定することでこのような製造条件を得ることは可能である。例えば、前記範囲を満たすように、冷却ロール(2a)(2b)の直径と、皮材(10a)(10b)を冷却ロール(2a)(2b)に接触開始させる位置（Ｐ1）とを変えることにより、皮材(10a)(10b)が接触するロール表面の範囲、即ち接触距離（Ｌ1）を調整することができる。接触距離（Ｌ1）を冷却ロール(2a)(2b)の中心からみた中心角で表した場合、その範囲は１０〜２７０°の範囲で調整するのが好ましい。この範囲であれば、装置の配置が容易であり、皮材の巻きつき状態の安定性も良好であるからである。より好ましくは１５０〜１８０°の範囲で調整するのが良い。
前記皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）は２０〜４００μｍが好ましい。２０μｍ未満では巻き出しロールの張力コントロールが難しくなり、皮材の切断により連続操業に支障を来すためである。一方、４００μｍを超えると皮材(10a)(10b)の熱容量が大きくなり、冷却ロール(2a)(2b)の抜熱量が不足して十分な芯材(11)の冷却速度を確保できなくなるためである。好ましい皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）は２０〜２００μｍである。なお、前記皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）の厚さは両面で同一であることを要さず、異なる厚さの皮材でも良い。従って接触距離（Ｌ1）も両面の皮材で異なっても良い。
また、芯材(11)の熱間クラッド後における厚さ（ｔ2）は０．５〜８mmが好ましい。本発明は一対の冷却ロール(2a)(2b)による連続鋳造であるため、クラッド後の板厚（ｔ2）が０．５mm未満では、ロールギャップが狭すぎて安定した溶融金属（Ｍ）の供給ができなくなる。また、８mmを超えると冷却ロール(2a)(2b)からの抜熱量が不足し、十分な芯材の冷却速度を確保できなくなる。特に好ましい芯材(11)の厚さ（ｔ2）は０．８〜６mmである。
以上により、高温軟化特性に優れた芯材(11)を鋳造するとともに、その両面に皮材(10a)(10b)がクラッドされた三層構造のクラッド材(12)を効率良く製造することができる。
前記冷却ロール、冷却ロールの回転数、冷却ロールの材質は、上記のＬ1／ｔ1の条件において、材料の冷却条件を十分に満たすものであれば従来公知のものを用いることができる。例えばロール直径は１００〜１０００mmが好ましい。この大きさの冷却ロールは、容易に製造または入手でき、装置を安価に構成できるからである。また、冷却ロールの回転数は、周速で１〜２００ｍ／ｍｉｎが好ましく、さらに５〜１５０ｍ／ｍｉｎが好ましい。また、冷却ロールの材質として、例えばアルミニウムまたはその合金、銅またはその合金、鉄またはその合金を挙げることができる。
前記クラッド材(12)において、芯材(11)および皮材(10a)(10b)の材料は金属とし、アルミニウムまたはその合金を例示できる。アルミニウムまたはその合金で構成されるクラッド材は、例えば熱交換器の流体通路、チューブ、放熱フィン等を構成する部材材料として用いられる。
アルミニウムまたはその合金からなる芯材および皮材として、以下の組成を有する材料を推奨できる。
皮材としては、ろう材として機能するＡｌ−Ｓｉ系合金または耐食性を付与するＡｌ−Ｚｎ系合金が好ましい。
前記Ａｌ-Ｓｉ系合金としては、５〜１５質量％のＳｉ、０．０５〜０．６質量％のＦｅ、０．０１〜０．６質量％のＣｕ、０．０１〜０．８質量％のＭｎ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１〜０．２質量％のＴｉを含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金を推奨できる。
前記Ａｌ-Ｓｉ系合金における各元素の添加意義は次のとおりである。
Ｓｉは合金の融点を降下させてろう材として機能させる元素である。好ましいＳｉ含有量は６．５〜１１質量％である。Ｆｅは、ろうの濡れ性改善のために添加される元素であり、０．０５質量％ではその効果が乏しい。また０．６質量％を超えると粗大な金属間化合物を生成し、耐食性に悪影響を及ぼす。好ましいＦｅ含有量は０．１〜０．５質量％である。Ｃｕは、皮材（Ａｌ−Ｓｉ系合金）の電位をコントロールするために添加される元素である。例えば、クラッド材(12)が熱交換器のろう付用チューブとして使用される場合、ろう材の電位がチューブに対し、必要以上に卑になり、フィレットが優先的に腐食することを抑止する目的で添加される。好ましいＣｕ含有量は０．０２〜０．５質量％である。Ｍｎは、Ｃｕと同様にろう材の電位をコントロールするために添加される元素であり、０．８質量％を超えるとろう流れ性を阻害するおそれがある。好ましいＭｎ含有量は０．０２〜０．６質量％である。Ｍｇは、強度向上を目的として添加される元素である。０．０１質量％未満ではその効果に乏しく、０．２質量％を超えるとろう付性を著しく阻害する。好ましいＭｇ含有量は０．０１〜０．１質量％である。Ｔｉは、ろう材の電位をコントロールするために添加される元素であり、好ましいＴｉ含有量は０．０１〜０．１質量％である。
前記Ａｌ−Ｚｎ系合金としては、０．０５〜０．６質量％のＳｉ、０．０５〜０．６質量％のＦｅ、０．０１〜０．６質量％のＣｕ、０．０１〜０．８質量％のＭｎ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１質量％〜０．２質量％のＴｉ、０．３５〜８．５質量％のＺｎを含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金を推奨できる。
前記Ａｌ-Ｚｎ系合金における各元素の添加意義は次のとおりである。
ＺｎはＡｌ中に固溶し、皮材を芯材の犠牲腐食層として機能させる元素である。好ましいＺｎ含有量は０．３５〜６質量％である。Ｓｉは、強度向上を目的として添加される元素であり、好ましいＳｉ含有量は０．１〜０．５質量％である。Ｆｅは、強度向上を目的として添加される元素であるが、０．６質量％を超えると粗大な金属間化合物を生成し、耐食性を低下させるおそれがある。好ましいＦｅ含有量は０．１〜０．５質量％である。Ｃｕは、皮材の電位をコントロールするために添加される元素であり、好ましいＣｕ含有量は０．０２〜０．３質量％である。Ｍｎは、皮材の電位を皮材の電位をコントロールするために添加される元素であり、好ましいＭｎ含有量は０．０２〜０．６質量％である。Ｍｇは、強度向上を目的として添加される元素である。０．０１質量％未満ではその効果がなく、０．２質量％を超えるとろう付性を著しく阻害するおそれがある。好ましいＭｇ含有量は０．０１〜０．１質量％である。Ｔｉは、皮材の電位をコントロールするために添加される元素であり、好ましいＴｉ含有量は０．０１〜０．１質量％である。
上述した組成の皮材は少なくとも片面にクラッドされていれば良く、他の面にクラッドさせる皮材は異なる組成でも良いし同一組成でも良い。
一方、芯材(11)、即ち溶融金属（Ｍ）としては、０．０５〜１．５質量％のＳｉ、０．０５〜２質量％のＦｅ、０．０５〜０．８質量％のＣｕ、０．１５〜２．８質量％のＭｎを含有し、さらに０．０３〜０．７質量％のＣｒ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１〜０．３質量％のＴｉ、０．０１〜１．５質量％のＺｎのうちから少なくとも一種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金を推奨できる。また、前記溶融金属（Ｍ）の組成において、さらに０．１５〜１．５質量％のＺｒ、０．０３〜１．５質量％のＶ、０．０２〜０．５質量％のＳｃのうちから少なくとも一種を含有することが好ましい。
前記芯材組成において各添加元素の添加意義は次のとおりである。
Ｓｉは、強度向上を目的として添加される元素であり、好ましいＳｉ含有量は０．５〜１．２質量％である。Ｆｅは、強度向上を目的として添加される元素である。２質量％を超えるとＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系等の金属間化合物を生成し、耐食性を阻害するおそれがある。好ましいＦｅ含有量は０．１〜０．５質量％である。Ｃｕは、芯材の電位をコントロールし、添加することで皮材より電位を貴にし、芯材を防食するために添加される元素であり、好ましいＣｕ含有量は０．０５〜０．６質量％である。Ｍｎは、強度向上、特に高温での強度を目的として添加される元素であり、好ましいＭｎ含有量は０．５〜２．５質量％である。Ｃｒは、高温強度向上を目的として添加される元素であり、好ましいＣｒ含有量は０．０５〜０．３質量％である。Ｍｇは、Ａｌ中に固溶して高温強度を向上させる元素であり、好ましいＭｇ含有量は０．０５〜０．２質量％である。Ｔｉは、電位を貴にするとともに、腐食形態を孔食から層状に変化させることを目的として添加される元素であり、好ましいＴｉ含有量は０．０５〜０．２５質量％である。Ｚｎは、電位をコントロールすることを目的として添加される元素であり、好ましいＺｎ含有量は０．１〜１質量％である。
また、任意に添加されるＺｒ、Ｖ、Ｓｃは、いずれも再結晶温度を上昇させ、高温強度を向上させることを目的として添加される元素である。好ましいＺｒ含有量は０．１５〜０．８質量％である。好ましいＶ含有量は０．１〜１質量％である。好ましいＳｃ含有量は０．０４〜０．４質量％である。Ｚｒ、Ｖ、Ｓｃは少なくとも１種が添加されていれば良く、任意の２種または３元素が全て添加されていても良い。
上述したアルミニウムまたはアルミニウム合金により製造されたクラッド材は、要すればさらに冷間圧延して所要厚さに形成することができる。また、熱間クラッド後または冷間圧延後の熱処理も任意に行うことができる。
本発明の製造方法によって製造されたクラッド材は、芯材の急速凝固によって耐高温軟化特性に優れたものとなる。さらに、加工時の破断が起こりにくいので、クラッド後の加工性が良好なクラッド材となる。特に、芯材の結晶組織においてデンドライト二次アームスペーシング（ＤＡＳ）の平均間隔が０．１〜１０μｍとなされたクラッド材は優れた耐高温軟化特性を有する。特に好ましいデンドライト二次アームスペーシングの平均間隔は０．１〜８μｍである。また、所定組成の皮材によってろう付機能およびまたは防食機能が付与されたクラッド材は、例えば高温環境で用いられる熱交換器の流体流路、チューブ、放熱フィン等の構成部材のろう付用材料として好適に用いられる。特に優れた高温強度を要求されるＣＯ2を冷媒に用いる熱交換器の構成部材材料として有用である。
本発明のクラッド材の製造装置は、図１に例示した構成の製造装置(1)に限定するものではなく、同等の機能を有する装置構成を適宜採用することができる。
なお、本発明の製造装置における冷却ロールは図示例の製造装置(1)における冷却ロール(2a)(2b)に対応し、同様に溶融金属供給部は前記ノズル(3)およびこのノズル(3)に前段に配置される図外の溶融金属調製部に対応し、皮材供給部は前記抑えロール(4a)(4b)および図外の皮材コイルあるいはさらに皮材の張力を調節するためのテンションロール等に対応する。
本発明は、ここに記述する実施例に発明の範囲を限定するものではない。
図１に示すとともに、上記に説明したクラッド材の製造装置(1)を用いて本発明の三層クラッド材(12)を作製した。
下記の各実施例１〜３において、芯材および皮材を構成する合金として後掲の表１に示す化学組成のアルミニウム合金を用いた。
Figure 2005254329
〔実施例１〕
本実施例１は、熱間クラッド条件による皮材の安定性、芯材の組織に関する実施例である。
皮材(10a)(10b)として、表１の合金No.（ａ），（ｃ），（ｆ），（ｊ）を半連続鋳造法により作製した鋳塊を熱間圧延し、３７０℃×４ｈの中間焼鈍を施した後、冷間圧延と必要に応じて中間焼鈍を施し、厚さ（ｔ1）が０．２０mm厚の材料を得た。
表２の発明品１〜１０および比較品１１〜１９，２１については、前記クラッド材の製造装置(1)を用いて芯材(11)の両面に皮材(10a)(10b)が圧着された三層構造の熱間クラッド材(12)を作製した。
即ち、表２に示す記号の皮材(10a)(10b)をセットし、冷却ロール(2a)(2b)の周面に皮材(10a)(10b)を接触させながら回転させた状態で、上方から表２に示す芯材組成（ｂ），（ｄ），（ｅ），（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｋ）の金属溶湯（Ｍ）を注いだ。このとき、熱間クラッド後の芯材(11)の目標厚さを４．０mmとした。また、前記皮材(10a)(10b)の冷却ロール(2a)(2b)への接触開始点（Ｐ1）から溶融金属（Ｍ）との合流点（Ｐ2）までの接触距離（Ｌ1）を、発明品１〜１０は皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）の１００倍または１５０倍とし、比較品１１〜１９、２１は皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）の５０倍または８０倍とした。また、溶融金属（Ｍ）の注湯温度は、芯材(11)の組成によって異なるが、皮材(10a)(10b)の溶解を防止するため、おおむね凝固開始温度より５〜３０℃高くなるように設定した。また、冷却ロール(2a)(2b)の周速は３０ｍ／ｍｉｎとした。
このようにして作製した三層構造の熱間クラッド材(12)について、皮材切断および皮材溶融率を下記の基準で評価するとともに、芯材の平均デンドライト二次アームスペーシング（ＤＡＳ）を測定した。これらの結果を表２に示す。
（皮材切断）
１００ｍの三層クラッド材(12)を作製する間に切断のあったものを“あり”、切断のなかったものを”なし”とした。皮材切断”なし”を良品と評価した。
（皮材溶融率）
皮材溶融率とは、熱間クラッド板の断面の組織観察から五点サンプリングし、皮材の溶融部位の最大値を五点平均し、皮材の元厚さで割った値を１００分率で表記した。但し、圧延による皮材の減面率はないものとして算出した。皮材溶融率が５％以下のものを良品と評価した。
（平均ＤＡＳ）
デンドライト主軸に平行な任意の長さＬを、その中に存在する二次アームの数Ｎで除した値を五点測定し、その平均値とした。平均ＤＡＳが１０μｍ以下の場合を良品と評価した。
次いで、前記各熱間クラッド材(12)を厚さ１１０μｍに冷間圧延した後、６００℃×１０ｍｉｎの熱処理を施した。この熱処理は、ろう付を想定した加熱処理である。さらに発明品６および比較品１６については１７０℃×５ｈの熱処理を施し、発明品９および比較品１９については１２０℃×３ｈの熱処理を施した。これらの熱処理は芯材の強度向上を目的とする後時効処理である。
上記冷間圧延および熱処理後のクラッド材について、常温における引張強度、および１８０℃×１０ｈ保持後の引張強度を測定した。これらの結果を表２に示す。
一方、表２の比較品２０については、表１の（ｂ）の組成を芯材とし、（ｆ）の組成を皮材として、まず半連続鋳造法にて作製した鋳塊を面削後に前加熱〜熱間圧延し、２０ｍｍの厚さとした皮材と、鋳塊表面を面削後、４００ｍｍとした芯材とを総厚５mmに熱間圧延した。さらにこの厚さ５mmの熱間圧延板を１１０μｍまで冷間圧延し６００℃×１０ｍｉｎの熱処理を施した。
前記熱間圧延板に対して皮材切断、皮材溶融率、芯材平均ＤＡＳを評価した。皮材切断および皮材溶融率は上述の発明品と同じ方法で評価し、芯材平均ＤＡＳは芯材となる組成（ｂ）の鋳塊（４００ｍｍ厚さ）の中央部のものである。また、厚さ１１０mmの冷間圧延板について、常温および１８０℃×１０ｈ保持後の引張強度を測定した。これらの結果を表２に示す。
Figure 2005254329
表２の結果より、本発明の方法により製造した各発明品は、皮材が切断されることなく、また皮材の溶融も極めて少なく、安定して製造されたことを確認した。また、製造されたクラッド材は、平均ＤＡＳが１０μｍ以下であって、高温強度に優れていることを確認した。
〔実施例２〕
本実施例２は、皮材組成、皮材によるろう付性および耐食性の評価に関する実施例である。
皮材(10a)(10b)として、表１の合金No.（ｍ）〜（ｒ）を半連続鋳造法により作製した鋳塊を熱間圧延し、３７０℃×４ｈの中間焼鈍を施した後、冷間圧延と必要に応じて中間焼鈍を施し、厚さ（ｔ1）０．３５mmの材料を得た。
表３の発明品２２〜２９について、芯材となる溶融金属（Ｍ）として表１の組成（ｌ）の合金を用い、実施例１に準じて前記クラッド材の製造装置(1)を用いて芯材(11)の両面に皮材(10a)(10b)が圧着された三層構造の熱間クラッド材(12)を作製した。作製に際し、熱間クラッド後の芯材(11)の目標厚さを５．０mmとした。また、前記皮材(10a)(10b)の冷却ロール(2a)(2b)への接触開始点（Ｐ1）から溶融金属（Ｍ）との合流点（Ｐ2）までの接触距離（Ｌ1）を皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）の２００倍とした。その他の条件は実施例１と同じとした。
次いで、前記各熱間クラッド材(12)を厚さ１１０μｍに冷間圧延した後、６００℃×１０ｍｉｎの熱処理を施した。
上記冷間圧延および熱処理後のクラッド材について、常温における引張強度、１８０℃×１０ｈ保持後の引張強度、皮材切断、皮材溶融率、平均ＤＡＳの熱間クラッド材品質を測定または評価した。これらの結果を表３に示す。
また、冷間圧延した三層クラッド材(12)に対して下記の方法によりろう付性および耐食性を評価した。
（ろう付性）
皮材として（ｍ）（ｎ）（ｏ）を用いた発明品２２，２４，２５，２８，２９については、表１の組成（ｓ）なるアルミニウム合金を用いて厚さ８０μｍのシートに圧延し、図２に示すフィン(20)に加工した。また、皮材として（ｐ）（ｑ）（ｒ）を用いた発明品２３，２６，２７については、表１の組成（ｎ）（ｓ）（ｎ）からなる三層構成のクラッド材（５μｍ／７０μｍ／５μｍ、総厚８０μｍ）を作製し、同様に図２に示すフィン(20)に加工した。前記フィン(20)は、いずれも、フィン厚さ（Ｆｔ）：８０μｍ、フィンピッチ（Ｆｐ）：２．０mm、フィン高さ（Ｆｈ）：８mmである。
そして、図２に示すように、前記三層クラッド材(12)の両面にフィン(20)(20)を組み付け、フラックスを塗布して６００℃×１０ｍｉｎ加熱してろう付試験を実施した。
これらのろう付品について接合率およびエロージョンについて調べた。接合率の評価基準は、フィン(20)を切断してフィンの脱落している長さを測定し、｛１−（フィン脱落部長さ）／（フィン接合部総長さ）｝×１００が８０％以上を○、８０％未満を×とした。またエロージョンの評価基準は、エロージョン深さ２０μｍ以下を○、２０μｍを超えるものを×とした。
（耐食性）
ろう付試験に供した三層クラッド材(12)とフィン(20)とのろう付品に対し、ＡＳＴＭ−Ｇ８５−Ａ３に規定されたＳＷＡＡＴ試験（Synthetic sea Water Acetic Acid salt spray Test）を実施し、穴あきおよびフィン剥がれ性について調べた。試験条件は、ＡＳＴＭ Ｄ１１４１による人工海水に酢酸を添加してｐＨ３に調製した腐食試験液を用い、腐食試験液を０．５時間噴霧−湿潤１．５時間を１サイクルとし、このサイクルを９６０時間実施するものとした。
穴あきの評価基準は、９６０時間後に前記クラッド材(12)に貫通孔の認められないものを○、貫通孔の認められるものを×とした。また、フィン剥がれ性の評価基準は、腐食試験後の試料のフィンを切断して接合率と同等の評価を実施し、８０％以上を○、８０％未満をを×とした。
Figure 2005254329
表３の結果より、皮材材料として所定組成のアルミニウム合金を用いることにより、特に優れたろう付性および耐食性が得られることを確認した。また、いずれのクラッド材についても、皮材切断、皮材溶融率、芯材平均ＤＡＳが良好であった。
〔実施例３〕
本実施例３は、芯材組成による強度評価に関する実施例である。
皮材(10a)(10b)として、表１の合金No.（ｔ）を半連続鋳造法により作製した鋳塊を熱間圧延し、３７０℃×４ｈの中間焼鈍を施した後、冷間圧延と必要に応じて中間焼鈍を施し、厚さ（Ｔ1）０．２５mmの材料を得た。
表４の発明品３０〜３５について、芯材となる溶融金属（Ｍ）として表１の組成（ｕ）〜（ｚ）の合金を用い、実施例１に準じて前記クラッド材の製造装置(1)を用いて芯材(11)の両面に皮材(10a)(10b)が圧着された三層構造の熱間クラッド材(12)を作製した。作製に際し、熱間クラッド後の芯材(11)の目標厚さを５．０mmとした。また、前記皮材(10a)(10b)の冷却ロール(2a)(2b)への接触開始点（Ｐ1）から溶融金属（Ｍ）との合流点（Ｐ2）までの接触距離（Ｌ1）を皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）の２００倍とした。その他の条件は実施例１と同じとした。
次いで、前記各熱間クラッド材(12)を厚さ１１０μｍに冷間圧延した後、６００℃×１０ｍｉｎの熱処理を施した。
上記冷間圧延および熱処理後のクラッド材について、常温における引張強度、１８０℃×１０ｈ保持後の引張強度、熱間クラッド材品質、ろう付性、耐食性について測定または評価した。これらの結果を表４に示す。
Figure 2005254329
表４の結果より、芯材材料として所定組成のアルミニウム合金を用いることにより、優れた高温強度が得られることを確認した。また、いずれのクラッド材も皮材切断、皮材溶融率、芯材平均ＤＡＳ、ろう付性、耐食性が良好であった。
〔加工性〕
表２、３，４に示したクラッド材の中から表５に示すものについて、ロール成形にてフィン(20)形状に成形したときの成形性に基づいて加工性を評価した。評価基準は、良好な形状に成形できたものを◎、フィンの形状寸法にばらつきが発生したがフィン形状に成形できたものを○、フィンに加工したときに破断が発生し加工できなかったものを×とした。評価結果を表５に示す。
Figure 2005254329
表５の結果より、発明品のクラッド材は比較品よりも加工性が優れていることを確認した。また、表２〜４において顕著に優れた引張強度やろう付性を示さなかった発明品についても、加工性が比較品よりも優れていることを確認した。
なお、上述の実施例１〜３では前記冷却ロール(2a)(2b)において皮材(10a)(10b)が芯材(11)クラッドされる間に皮材(10a)(10b)の厚さ（ｔ1）に変化がないものを示したが、本発明はこのような態様に限定されない。冷却ロール(2a)(2b)を通過する間に芯材とともに若干の圧延を受け、クラッドによって皮材の厚さが減少する場合も本発明に含まれる。
本発明によって製造されたクラッド材は、芯材の両面に芯材とは異なる組成の皮材をクラッドしたものであり、例えば皮材としてろう材や耐腐食性材料をクラッドすることによりこれらの特性が付与された金属材料の製造に利用することができる。
本発明のクラッド材の製造方法を実施する装置構成を示す模式図である。 ろう付試験に用いたろう付品の斜視図である。
符号の説明
1…クラッド材の製造装置
2a,2b…冷却ロール
3…ノズル（溶融金属供給部）
4a,4b…抑えロール（皮材供給部）
10a,10b…皮材
11…芯材
12…クラッド材（熱間クラッド材、三層クラッド材）
20…フィン
Ｍ…溶融金属

Claims (15)

  1. 一対の冷却ロール間の間隙に溶融金属を連続的に供給して芯材を鋳造するとともに、該冷却ロールの周面上に皮材を連続的に供給して冷却ロールと溶融金属とを遮断し、熱間で芯材の両面に皮材をクラッドするに際し、
    前記皮材を前記冷却ロールの周面に接触させながら供給し、かつ前記皮材が冷却ロールに接触し始める接触開始点（Ｐ1）から皮材が溶融金属に合流する合流点（Ｐ2）までの接触距離（Ｌ1）を、皮材の厚さ（ｔ1）の１００倍以上の長さとすることを特徴とするクラッド材の製造方法。
  2. 前記芯材および皮材はアルミニウムまたはその合金からなる請求項１に記載のクラッド材の製造方法。
  3. 前記皮材の厚さ（ｔ1）が２０〜４００μmである請求項１または２に記載のクラッド材の製造方法。
  4. 少なくとも片面の皮材はＡｌ−Ｓｉ系合金からなる請求項２または３に記載のクラッド材の製造方法。
  5. 前記Ａｌ-Ｓｉ系合金は、５〜１５質量％のＳｉ、０．０５〜０．６質量％のＦｅ、０．０１〜０．６質量％のＣｕ、０．０１〜０．８質量％のＭｎ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１〜０．２質量％のＴｉを含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる請求項４に記載のクラッド材の製造方法。
  6. 少なくとも片面の皮材はＡｌ−Ｚｎ系合金からなる請求項２または３に記載のクラッド材の製造方法。
  7. 前記Ａｌ−Ｚｎ系合金は、０．０５〜０．６質量％のＳｉ、０．０５〜０．６質量％のＦｅ、０．０１〜０．６質量％のＣｕ、０．０１〜０．８質量％のＭｎ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１質量％〜０．２質量％のＴｉ、０．３５〜８．５質量％のＺｎを含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる請求項６に記載のクラッド材の製造方法。
  8. 前記芯材の熱間クラッド後における厚さ（ｔ2）が０．５〜８ｍｍである請求項１〜７のいずれか１項に記載のクラッド材の製造方法。
  9. 芯材となる溶融金属は、０．０５〜１．５質量％のＳｉ、０．０５〜２質量％のＦｅ、０．０５〜０．８質量％のＣｕ、０．１５〜２．８質量％のＭｎを含有し、さらに０．０３〜０．７質量％のＣｒ、０．０１〜０．２質量％のＭｇ、０．０１〜０．３質量％のＴｉ、０．０１〜１．５質量％のＺｎのうちから少なくとも一種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる請求項２〜８のいずれか１項に記載のクラッド材の製造方法。
  10. 前記溶融金属の組成において、さらに０．１５〜１．５質量％のＺｒ、０．０３〜１．５質量％のＶ、０．０２〜０．５質量％のＳｃのうちから少なくとも一種以上を含有する請求項９に記載のクラッド材の製造方法。
  11. 前記熱間クラッド後に冷間圧延を行う請求項１〜１０のいずれか１項に記載のクラッド材の製造方法。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法で製造されたことを特徴とするクラッド材。
  13. 前記芯材において、熱間クラッドによって形成されるデンドライト二次アームスペーシングの平均間隔が０．１μｍ〜１０μｍである請求項１２に記載のクラッド材。
  14. 前記クラッド材は熱交換器構成部材材料である請求項１２または１３に記載のクラッド材。
  15. 隙間を隔てて配置され、この隙間を通過する間に溶融金属を連続鋳造する一対の冷却ロール、
    前記一対の冷却ロール間に間隙に芯材となる溶融金属を供給する溶融金属供給部、
    前記冷却ロールの周面上に皮材を供給するとともに、皮材が溶融金属と合流する前に冷却ロールの周面に接触させる皮材供給部とを備え、
    前記溶融金属および皮材を前記冷却ロールに連続的に供給しながら冷却ロールを回転させることにより、芯材の両面に皮材を連続的にクラッドすることを特徴とするクラッド材の製造装置。
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