JP2007517986A - 高伝導性フィンストック合金、製造方法及び得られた製品 - Google Patents

Abstract

高伝導性フィンストック合金は、ろう付けアルミニウム熱交換器に用いられる。フィンストックを構成するアルミニウム合金は、Ｓｉ約０.７〜１.２％、Ｆｅ約１.９〜２.４％、Ｍｎ約０.６〜１.０％、Ｍｇ約０.５％以下、Ｚｎ約２.５％以下、Ｔｉ約０.１０％以下、Ｉｎ約０.０５％以下を含有し、残部Ａｌ及び許容不純物である。前記アルミニウム合金からフィンストックを製造する方法は、合金を、約３００℃／秒を越える平均冷却速度で厚さ約２〜１０ｍｍのストリップに連続鋳造することを含んでいる。次に、約３００〜４５０℃の温度で中間の１又は複数回の部分焼鈍を行ない、複数パスによる冷間圧延をストリップに施す。また、前記フィンストックから作られたフィンストックを開示する。さらに、前記フィンストックから作られた冷却フィンを有するろう付けアルミニウム熱交換器を開示する。
【選択図】 図１

Description

＜発明の分野＞
本発明は、アルミニウム合金フィン材料に関し、より具体的には、ろう付け熱交換器用アルミニウム合金フィンストックであって、ろう付け後の強度、熱伝導率及び自己腐食抵抗性について所定の特性を有するアルミニウム合金フィンストックに関する。本発明はまた、フィンストックから作られたフィン及び該フィンストックを用いたろう付け熱交換器に関する。本発明はさらにまた、フィンストックを製造する方法に関する。

＜背景情報＞
例えば図１に示すように、ろう付けされたアルミニウム合金の自動車用ラジエータ(2)などの熱交換器は、一般的に、複数の平らな流体輸送管(6)の間に、複数の冷却フィン(4)が配備されている。流体輸送管(6)の端部は、ヘッダープレート(8)及びタンク(10)に対して開口している(図１では、管(6)の一端、１枚のヘッダープレート(8)及び１つのタンク(10)が示されている)。冷却液(coolant)は、タンク(10)から、流体輸送管(6)を通り、別のタンク(図示せず)へと循環して流れる。冷却フィン(4)は、流体輸送管(6)の熱を伝導によって放出させるもので、これにより、流体輸送管の中の流体が冷却される。冷却された流体は、ラジエータを一構成部品とする閉ループ回路の中を再循環される。

ろう付け熱交換器用のフィン材料又はフィンストックは、一般的には、例えばＡＡ３００３又はＡＡ３００３＋Ｚｎ等の３ＸＸＸ系アルミニウム合金から作られる。しかしながら、これらの合金をろう付けすると、Ｍｎが固溶体の中に高レベルで取り込まれるため、熱伝導性(電気伝導率として測定)がかなり低くなる不都合がある。このため、熱交換器の製造者は、例えば流体輸送管(6)及び冷却フィン(4)を薄肉化することにより、熱交換器部品の重量減少努力を絶えず強いられている。冷却ファン(4)の熱伝導性は、熱交換器の効率に直接影響する。流体輸送管(6)の中の流体を冷却するために、冷却フィン(4)は、流体輸送管(6)からの熱を効率的な伝導によって放出する必要がある。

したがって、熱交換器部品の効率及び寿命に制約を受ける場合、冷却フィン(4)を薄肉化するには、熱伝導率を適度に向上させる必要があるが、この際、ろう付け後強度及び自己腐食抵抗性を少なくとも有効レベルに維持せねばならない。
例えば自動車産業における熱交換器に関して、アルミニウムフィンストックの合金成分及び製造方法を変えることにより、サイズ及び重量に対して益々厳しくなる要求に応える幾つかの試みが提案されている。

米国特許第６１６５２９１号(Jin et al.)は、所望の腐食電位及び高伝導性を有するアルミニウムフィン合金を製造するプロセスを開示している。フィン合金の組成は、Ｍｎの最大含有量を０.６％に限定している。
米国特許第６６２０２６５号(Kawahara et al.)は、合金中のＦｅの最大含有量を０.２％に限定したろう付け用アルミニウム合金フィン材料を製造する方法を開示している。

それゆえ、ろう付け後の強度、熱伝導性及び自己腐食抵抗性について所望の性能を有し、軽量で薄肉化されたアルミニウム合金フィンストック、及び該フィンストックを製造する方法に対する要請がある。
ろう付け熱交換器用アルミニウム合金フィンストック及びろう付け熱交換器用フィンストックの製造方法の分野では、改良の余地が存在する。

＜発明の要旨＞
このように、本発明の目的は、ろう付け後の強度、熱伝導性及び自己腐食抵抗性について所望の性質を有するアルミニウム合金フィンストック(aluminum alloy finstock)を提供することである。これらの性質を有することにより、例えば、自動車の熱交換器におけるラジエータ等のフィンに使用した場合、熱交換器の性能又は耐用年数に悪影響を及ぼすことなく、フィンの薄肉化(down-gauging)を可能とするものである。

本発明のさらなる目的は、前記品質を有するフィンストックを製造する方法を提供することである。
本発明の他の目的は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＺｎを含有するフィンストックの熱伝導性を改良すると共に、ろう付け後の強度、熱伝導性及び自己腐食抵抗性について十分な特性を具備させることである。

本発明のさらに他の目的は、連続鋳造プロセスにおいて、例えば溶融金属温度、鋳造速度、鋳造厚さ(cast gauge)、冷却速度、及び鋳造機の供給チップ位置等の鋳造パラメータの選択及び制御を注意深く行ない、粗大金属間化合物又は中心線偏析(center-line segregation)の形態をした金属間化合物のクラスターの生成を実質的に回避することにより、前記の改良されたアルミニウム合金フィンストックを製造する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、前記した所望の製品品質を得るために、圧延工程での減少率と鋳造後の焼鈍工程について特定の組合せ条件を用いることである。
本発明のさらなる目的は、前記のフィンストックから作られたフィンを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、前記のフィンストックから作られたフィンを有するろう付けアルミニウム熱交換器を提供することである。

本発明は、これらの要請及び他の要請に応えるもので、とりわけ、軽量で、ろう付け後の強度、熱伝導性及び自己腐食抵抗性について所望の特性を有するアルミニウム合金フィンストックを提供することである。本発明はまた、連続鋳造プロセスにおいて、例えば溶融金属温度、冷却速度、鋳造速度、鋳造厚さ、及び鋳造機の供給チップ位置等の鋳造パラメータの選択及び制御を注意深く行なうことにより前記フィンストックを製造し、次に、鋳造されたストリップを、冷間圧延による減少率と焼鈍工程について特定の組合せ条件によって処理する新規な方法を提供することである。

この明細書で用いられるパーセント(％)は、特に指定しない限り、全て重量パーセントである。この明細書で用いられる「約〜以下(up to about)」という語は、当該成分の含有量がゼロ重量パーセントの場合を含むものである。例えばＩｎ約０.０５％以下とは、Ｉｎを全く含有しない合金を含んでもよい。

本発明の一実施例として、フィンストックを構成するアルミニウム合金は、望ましくは、Ｓｉ約０.７〜１.２％(より望ましくはＳｉ約０.８〜１.１％)、Ｆｅ約１.９〜２.４％(より望ましくはＦｅ約２.０〜２.２％)、Ｍｎ約０.６〜１.０％(より望ましくはＭｎ約０.６〜０.８％)、Ｍｇ約０.５％以下(より望ましくはＭｇ約０.２％以下)、Ｚｎ約２.５％以下(より望ましくはＺｎ約１.５％以下)、Ｔｉ約０.１０％以下(より望ましくはＴｉ約０.０５％以下)、Ｉｎ約０.０５％以下(より望ましくはＩｎ約０.０３％以下)を含有し、残部がＡｌ及び許容不純物である。

不可避の成分又は許容される不純物は、望ましくは、Ｃｕ約０.２％以下(より望ましくはＣｕ約０.０５％以下)、Ｚｒ約０.２％以下(より望ましくはＺｒ約０.０５％以下)、Ｃｒ約０.０５％以下、Ｎｉ約０.３％以下(より望ましくはＮｉ約０.０５％以下)であり、これらの合計量は約０.４％以下であり、より望ましくは約０.１０％以下である。

前記のフィンストックは、ろう付け後の電気伝導率は、望ましくは約４８％ＩＡＣＳより大きく、より望ましくは約５０％ＩＡＣＳより大きい。また、ろう付け後の最大引張強度(ＵＴＳ)は、望ましくは約１２０Ｍｐａより大きく、より望ましくは約１３０ＭＰａより大きい。

本発明の他の実施例として、熱交換器用フィン、例えば自動車用のろう付けアルミニウムラジエータは、アルミニウム合金フィンストックから形成され、該アルミニウム合金フィンストックは、望ましくは、Ｓｉ約０.７〜１.２％(より望ましくはＳｉ約０.８〜１.１％)、Ｆｅ約１.９〜２.４％(より望ましくはＦｅ約２.０〜２.２％)、Ｍｎ約０.６〜１.０％(より望ましくはＭｎ約０.６〜０.８％)、Ｍｇ約０.５％以下(より望ましくはＭｇ約０.２％以下)、Ｚｎ約２.５％以下(より望ましくはＺｎ約１.５％以下)、Ｔｉ約０.１０％以下(より望ましくはＴｉ約０.０５％以下)、Ｉｎ約０.０５％以下(より望ましくはＩｎ約０.０３％以下)を含有し、残部Ａｌ及び許容不純物である。

前記フィンにおける不可避の成分又は許容される不純物は、望ましくは、Ｃｕ約０.２％以下(より望ましくはＣｕ約０.０５％以下)、Ｚｒ約０.２％以下(より望ましくはＺｒ約０.０５％以下)、Ｃｒ約０.０５％以下、Ｎｉ約０.３％以下(より望ましくはＮｉ約０.０５％以下)であり、これらの合計量は約０.４％以下であり、より望ましくは約０.１０％以下である。

本発明の他の実施例として、ろう付けアルミニウム熱交換器は、冷却液を収容するように構成された少なくとも１つのタンクと、少なくとも１つのタンクに連結され、複数の孔を有するヘッダープレートと、各々がヘッダープレートの複数の孔の１つからほぼ垂直に延び、前記ヘッダープレートを通る冷却液が流れるように構成された複数の略平行な流体輸送管と、複数の流体輸送管の間にて複数の流体輸送管と熱伝達可能に配備され、前記流体輸送管の中を循環する冷却液を冷却するために、伝導によって熱を放出できる構造を有する複数のフィンと、を具えている。前記複数のフィンは、アルミニウム合金フィンストックから形成され、該アルミニウム合金フィンストックは、望ましくは、Ｓｉ約０.７〜１.２％(より望ましくはＳｉ約０.８〜１.１％)、Ｆｅ約１.９〜２.４％(より望ましくはＦｅ約２.０〜２.２％)、Ｍｎ約０.６〜１.０％(より望ましくはＭｎ約０.６〜０.８％)、Ｍｇ約０.５％以下(より望ましくはＭｇ約０.２％以下)、Ｚｎ約２.５％以下(より望ましくはＺｎ約１.５％以下)、Ｔｉ約０.１０％以下(より望ましくはＴｉ約０.０５％以下)、Ｉｎ約０.０５％以下(より望ましくはＩｎ約０.０３％以下)を含有し、残部Ａｌ及び許容不純物である。

本発明の他の実施例として、合金からアルミニウム合金フィンストックを製造する方法であって、前記合金は、望ましくは、Ｓｉ約０.７〜１.２％(より望ましくはＳｉ約０.８〜１.１％)、Ｆｅ約１.９〜２.４％(より望ましくはＦｅ約２.０〜２.２％)、Ｍｎ約０.６〜１.０％(より望ましくはＭｎ約０.６〜０.８％)、Ｍｇ約０.５％以下(より望ましくはＭｇ約０.２％以下)、Ｚｎ約２.５％以下(より望ましくはＺｎ約１.５％以下)、Ｔｉ約０.１０％以下(より望ましくはＴｉ約０.０５％以下)、Ｉｎ約０.０５％以下(より望ましくはＩｎ約０.０３％以下)を含有し、残部Ａｌ及び許容不純物であり、該方法は、溶湯金属の移送及び供給システムにおける温度が、溶湯金属が鋳造機チップ(caster tip)から出て行く前に金属間化合物が核形成をせず、また、粗大共晶の中心線偏析を生じない温度となるように、前記合金を、平均冷却速度約３００℃／秒以上の制御された連続ストリップ鋳造することにより、厚さ約２〜１０ｍｍ(より望ましくは約５〜９ｍｍ)のストリップに鋳造する工程、前記ストリップを、少なくとも１回のパスで、第１の中間焼鈍ゲージ約１〜４ｍｍまで冷間圧延する工程、冷間圧延されたストリップに対し、約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間、より好ましくは約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間、第１の中間焼鈍を施す工程、第１の中間焼鈍されたストリップを、最終の中間焼鈍ゲージ約０.０５〜０.２ｍｍまで冷間圧延する工程、冷間圧延されたストリップに対し、約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間、より好ましくは約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間、最終の中間焼鈍を施す工程、及び、最終の中間焼鈍されたストリップを、約１５〜５０％、より望ましくは約１５〜３５％の好適な減少率にて、最終ゲージまで冷間圧延する工程、を含んでいる。

本発明の製造方法は、第１の中間焼鈍を行なったストリップをさらに冷間圧延した後、最終の中間焼鈍ゲージに冷間圧延する前に、少なくとも１回、追加の中間焼鈍を行なう工程をさらに含むこともできる。例えば、ストリップは、第１の中間焼鈍を約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間、より望ましくは約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間行なった後、約７０％以上減少させる冷間圧延で第２の中間焼鈍ゲージまで冷間圧延して、次に、再び約７０％以上減少させる冷間圧延で最終の中間焼鈍ゲージまで冷間圧延し、約３００〜４５０℃の温度、より望ましくは約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間、最終の中間焼鈍を行ない、次に最終ゲージまで冷間圧延するものである。

最終ゲージ材料に対し、所望により、バックアニール(back-anneal)として知られる最終の部分焼鈍を施すこともできる。このバックアニールを行なう目的の１つは、フィンストックの加工性(workability)を向上させることである。選択的に行われる最終のバックアニールは、コイルを、望ましくは約１５０〜２４０℃の温度で約１〜１２時間加熱することが好ましい。

本発明の完全な理解は、添付の図面を参照した以下の望ましい実施例の説明によって得られるであろう。

＜望ましい実施例の説明＞
本発明の製造方法に基づいて製造されたフィンストック、並びにそれによって得られる熱交換器フィン及びろう付け熱交換器等の製品は、ろう付け後強度、熱伝導率及び自己腐食抵抗性に関して、ろう付けアルミニウム熱交換器に現在使用されているフィンストック材料と比べて、より好ましい特性を示すことを見出したものである。

ろう付けアルミニウム熱交換器として、例えば図１に示す自動車ラジエータ(2)がある。自動車メーカーは、製造する車の重量低減を行なう必要性から、このラジエータに対しても、大きさ及び重量に対する要望は益々厳しくなっている。熱交換器の重量を低減する最も一般的な方法は、薄肉化を含む構成部品のサイズの低減、ひいては、熱交換器の冷却フィン(4)の重量を低減することである。しかしながら、フィン(4)の薄肉化は、熱伝達能力の低下を招き、熱交換器の効率低下を招くことが知られている。従って、熱交換器の効率及び寿命の低下を招くことなく、フィン(4)の薄肉化を行なうには、ろう付け後強度及び自己腐食抵抗性を十分なレベルに維持しつつ、熱伝導率を適当に高める必要がある。

本発明は、フィンストックの合金組成を慎重に選択し、鋳造方法、鋳造パラメータ及びその後の加工プロセスを含む製造方法を制御することにより、所望のすぐれたろう付け後特性を有するフィンストックを製造できることを見出したものである。図１に示されるように、冷却フィン(4)と、前記フィンストックから作られた複数の冷却フィン(4)を用いたろう付けアルミニウム熱交換器(2)は、前記のものと同様、所望の特性を有している。

図１に示されるように、本発明のろう付けアルミニウム熱交換器(2)は、複数の流体輸送管(6)を含んでいる。流体輸送管(6)の両端は、ヘッダープレート(8)及びタンク(10)に対して開口している(図１では、管(6)の一方の端部、１枚のヘッダープレート(8)及び１つのタンク(10)が示されている)。冷却液は、タンク(10)から、流体輸送管(6)を通って別のタンク(図示せず)へと循環される。複数の冷却フィン(4)は、後で例示するフィンストックから作られており、図示の如く、流体輸送管(6)の間に配備され、熱を外方に移動させることにより、熱交換が行われ、管内の流体は冷却される。

フィンストック合金の組成は、望ましくは、Ｓｉ約０.７〜１.２％(より望ましくはＳｉ約０.８〜１.１％)、Ｆｅ約１.９〜２.４％(より望ましくはＦｅ約２.０〜２.２％)、Ｍｎ約０.６〜１.０％(より望ましくはＭｎ約０.６〜０.８％)、Ｍｇ約０.５％以下(より望ましくはＭｇ約０.２％以下)、Ｚｎ約２.５％以下(より望ましくはＺｎ約１.５％以下)、Ｔｉ約０.１０％以下(より望ましくはＴｉ約０.０５％以下)、Ｉｎ約０.０５％以下(より望ましくはＩｎ約０.０３％以下)を含有し、残部Ａｌ及び許容不純物からなるものを示すことができる。

フィンストック中に不可避的に含まれる成分又は許容される不純物は、望ましくは、Ｃｕ約０.２％以下(より望ましくはＣｕ約０.０５％以下)、Ｚｒ約０.２％以下(より望ましくはＺｒ約０.０５％以下)、Ｃｒ約０.０５％以下、Ｎｉ約０.３％以下(より望ましくはＮｉ約０.０５％以下)であり、これらの合計量は約０.４％以下であり、より望ましくは約０.１０％以下である。

例示したフィンストック中の前記合金成分の各々について、それを含有する目的及び含有量の限定理由を以下に説明する。

Ｓｉは、粒子及び固溶体の両方を強化する。Ｓｉ含有量が不足する場合、例えば約０.７％より少ないと強化効果が少ない。一方、Ｓｉ含有量が多すぎる場合、例えば約１.２％を越えると、熱伝導性が低下し、溶融温度の低下を招くため、ろう付け工程中、熱交換器に悪影響を及ぼす。

合金に含まれるＦｅは、鋳造時、比較的小さな金属間化合物の粒子を形成して、粒子の強化に寄与する。Ｆｅが約１.９％より少ないと、この強化効果を十分に享受することはできず、一方、約２.４％を越えると、大きな一次金属間化合物の粒子を形成し、合金を所定の最終ゲージまで冷間圧延する能力を阻害する。Ｆｅは、アルミニウム中での溶解性は極めて低いから、伝導性に及ぼす影響は比較的小さい。ろう付け後の強度確保と製造の容易性確保のバランスという点では、約２.０〜２.２％の範囲が好ましい。

Ｍｎは、フィンストックの固溶体強化及び粒子強化に寄与する。しかしながら、固溶体中のＭｎは、伝導性に悪影響を及ぼすことはよく知られている。これに対し、本発明では、例示したフィンストックのようにＦｅ及びＳｉの含有量が多い合金は、Ｍｎ含有量が約０.６〜１.０％のとき、伝導性に実質的な悪影響を及ぼすことなく、強化及び自己腐食抵抗性に有効であることを見出したものである。伝導性と他の製品特性とのバランスという点では、Ｍｎの範囲は、約０.６〜０.８％が好ましい。

Ｍｇは、冷却フィンのろう付け後強度を向上させる。このため、含有させることが好ましく、最大０.５％まで許容される。しかしながら、例えばオクラホマ、カトゥーサ、ノース・スキアトゥック・ロード５０１０のソルベー・フルオライド・インコーポレイテッド(Solvay Fluorides Incorporated)が製造したＮＯＣＯＬＯＫ(登録商標)等の公知のＣＡＢろう付けフラックスによるろう付け性能を損なうため、このろう付け性に対する悪影響を避けるために、Ｍｇ含有量は、低い方が望ましく、約０.２％未満が望ましい。

Ｚｎは、フィンストックの腐食電位に影響を及ぼす。Ｚｎは、フィンストックの腐食電位を低くすることにより、フィンを犠牲アノードとして機能させる効果があり、それによって、ろう付けされる熱交換器の管の腐食防止に寄与する。Ｚｎは、検出可能な比較的少量で、強度及び熱伝導性に影響を及ぼす。このため、管のカソード保護に必要な最少量のＺｎが加えられる。一般的に、その量は、約０.３％以上である。一方、Ｚｎの含有量が約１.５％を越えると、伝導性及び自己腐食速度に影響を及ぼす。しかしながら、伝導性及び自己腐食抵抗性を犠牲にできる場合は、Ｚｎの含有量を増やし、例えば約２.５％以下までの含有が好ましいこともある。

フィンストックにおけるＩｎは、Ｚｎと同様、フィンストックの腐食電位を下げる作用を有し、犠牲アノードの効果をもたらす。Ｉｎは、Ｚｎと共に又はＺｎの代わりとして使用されることにより、Ｚｎと同じ作用を発揮することができる。しかしながら、コスト面及びスクラップ再利用の点で、Ｉｎは、Ｚｎに劣る。Ｉｎを使用する場合、Ｉｎの最大含有量は、約０.０５％未満とすべきであり、Ｉｎ含有量を約０.０３％未満に維持することが最も有利である。

Ｔｉは、鋳造工程にて結晶粒微細化添加剤として使用され、鋳造工程における中心線偏析の生成を抑制する作用を有する。しかしながら、固溶体中のＴｉは、伝導性に悪影響を及ぼす。それゆえ、結晶粒の微細化に必要最少限の量が使用される。この量は、望ましくは約０.１０％未満、より望ましくは０.０５％未満である。

Ｃｕは、フィン材料のろう付け後強度を高めるが、フィンの腐食電位及びフィンの自己腐食特性に悪影響を及ぼす虞れがある。このため、強度向上のために最大約０.２％以下のＣｕを添加することができるが、Ｃｕ含有量は、約０.０５％以下のレベルに維持することが望ましい。

Ｚｒは、ろう付け後の結晶粒のサイズ及び形状を制御するために添加することができる。このため、本発明のフィンストック合金では、約０.２％以下のＺｒを含有させる。しかしながら、これらの合金では、結晶粒組織の制御は比較的容易に行われることがわかった。それゆえ、Ｚｒは、必ずしも必要ではないが、含有量は約０.０５％未満が望ましい。

Ｃｒは少量の添加で強度を向上させる。しかしながら、Ｃｒは、伝導性を低下させることが知られている。それゆえ、Ｃｒ含有量は、望ましくは約０.０５％未満とする。

Ｎｉは、伝導性に有意の悪影響を与えることなく、強度を向上させる。しかしながら、一方では、Ｎｉは、フィンの自己腐食抵抗性に悪影響を与えることが知られている。特定の場合には、約０.３％以下のＮｉの含有は許容されるが、一般的には、含有量は約０.０５％未満とすべきである。

本発明は、合金組成そのものを慎重に選択するだけでなく、示した合金組成からフィンストックの製造に有用な再圧延(re-roll)を行なうのに適した連続鋳造パラメータを正確に選択するものである。そのようなパラメータとして、例えば、溶融金属温度、冷却速度、鋳造速度、鋳造厚さ及び鋳造機供給チップの位置が挙げられる。鋳造では、例えば、Ｆｅ含有一次金属間化合物等の粗大金属間化合物や中心線偏析形態の共晶析出物の重帯域(heavy bands)を有しない合金ストリップを製造する必要がある。

米国特許第６６２０２６５号に記載されているように、示された合金組成を有する鋳造ストックは、例えば一次Ｆｅ含有粒子の存在により、冷間圧延中にストリップ割れ等を生ずる不都合があるものと思われる。さらに、米国特許第６６２０２６５号のフィンストックは、ろう付け熱サイクル中に著しいだれ(droop)を生じ、自己腐食抵抗性が悪く、ろう付け中に溶融を生ずることを示している。しかしながら、鋳造条件を慎重に選択し制御することにより、また、本発明の製造方法を使用することにより、前記問題を解消することができ、とりわけ、ろう付け後強度、熱伝導性及び自己腐食抵抗性にすぐれるフィンストックの製造できることを見出したものである。

図２に示されるように、フィンストックは、本発明の製造方法によって作製される。本発明の方法は、合金をストリップに連続鋳造する第１工程(11)を含んでいる。ストリップの鋳造は、双ロール(twin-roll)による鋳造が好ましい。双ロール鋳造は、公知の適当な双ロール鋳造機を使用して行なうことができ、鋳造条件及び鋳造ロールの離型剤を適当に選択することにより、凝固過程で、必要最小限の冷却速度が得られる。望ましい冷却速度は、約３００℃／秒以上である。図示の如く、この双ロール鋳造されたストリップについて、複数パスの冷間圧延(例えば、工程(12)、選択的に行われる工程(13A)、工程(14)及び工程(16)を参照)行ない、１又は複数回の中間的部分焼鈍(例えば、工程(13)、選択的に行われる工程(13B)及び工程(15)を参照)、及び選択的に行われる最終の部分焼鈍(工程(16A)を参照)を行なうことにより、フィンストックが得られる。

図２に示される製造方法では、合金を、望ましくは厚さ約２〜１０ｍｍ、より望ましくは約５〜９ｍｍのストリップ(11)として鋳造するステップから開始する。ストリップは、炉から鋳造機までの溶融金属温度が注意深く制御されながら、連続的に鋳造される。簡略化のために、炉と鋳造機の図示は省略している。

合金の具体的な組成によっては、炉から鋳造機までの溶融金属温度を制御することにより、溶融金属の最低温度が約６９５℃〜７５０℃の範囲に維持する必要がある。図示したストリップの鋳造工程(11)は、粗大な一次Ｆｅ含有金属間化合物の生成又は共晶析出物の重帯域が実質的に生じないように行われる。溶質富化液(solute-rich liquid)の偏析がストリップの中央面近傍まで生ずるように半溶融金属を変形させることなく合金を凝固させるための最低条件として、例えばゲージ、速度及びチップ位置等の鋳造条件を制御する必要がある。

図２を参照すると、図示の製造プロセスの次の工程は、鋳造されたストリップを、１又は複数回のパスにて、第１の中間焼鈍ゲージまで冷間圧延する工程(12)を含んでいる。このゲージの厚さは、約１〜４ｍｍが望ましい。次の工程は、第１の中間焼鈍を行なう工程(13)である。第１の中間焼鈍は、望ましくは約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間、より望ましくは約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間行われる。

一実施例において、ストリップは、次に、数回のパスで、最終の中間焼鈍ゲージ、望ましくは約０.０５〜０.２ｍｍまで冷間圧延(14)される。次に、最終の中間焼鈍(15)が行われる。最終の中間焼鈍は、先の中間焼鈍と同様、望ましくは約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間、より望ましくは約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間行われる。最後に、合金ストリップは、最終ゲージまで冷間圧延(16)される。最終の冷間圧延ステップでの減少率は、望ましくは約１５〜５０％、より望ましくは約１５〜３５％である。図示の如く、最終ゲージまで冷間圧延(16)した後、所望により、最終の部分焼鈍(16A)を行なうことができる。この最終の部分焼鈍(16A)では、約１５０〜２４０℃の温度で約１〜１２時間、製品の加熱を行なう。

製造方法の他の実施例として、ストリップを連続鋳造する工程(11)、第１の中間焼鈍ゲージに冷間圧延する工程(12)、第１の中間焼鈍工程(13)、最終の中間焼鈍ゲージまで冷間圧延する工程(14)に加えて、必要に応じて、ストリップについて、中間焼鈍ゲージまで少なくとも１回冷間圧延を行なう工程(13A)及び少なくとも１回の中間焼鈍工程(13B)の追加工程を実施することもできる。追加工程を実施する場合、これらの工程は、第１の中間焼鈍工程(13)の後で、ストリップを最終の中間焼鈍ゲージまで冷間圧延する工程(14)の前に行なう。このような追加の工程の望ましい実施例として、ストリップを第２の中間焼鈍ゲージまで冷間圧延する工程(13A)では、第１の中間焼鈍ステップ(13)の後の好ましい減少率は約７０％以上であり、第２の中間焼鈍(13B)の工程は、望ましくは約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間、より望ましくは約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間である。第２の中間焼鈍の後に行われる最終の中間焼鈍ゲージまでの冷間圧延(14)は、減少率は約７０％以上であることが好ましい。

以下の実施例では、本発明に基づいて製造されたフィンストックのろう付け後強度、熱伝導性及び耐食性を、従来のフィンストックと比較して示しており、これらを参照することにより、本発明の予期せぬ利点が理解されるであろう。なお、実施例は、例示であって、限定するものではない。

３種類の合金を、工業用双ロール鋳造機で鋳造した。鋳造条件は、粗大な金属間化合物又は中心線偏析形態の金属間化合物のクラスターの生成が最少となるように注意深く制御した。これらの生成は薄肉(light gauges)製品の製造に悪影響を及ぼすからである。鋳造チップ入口での溶融金属の温度は、鋳造が行われる間、約７００℃以上に維持した。鋳造された合金は、厚さ約７ｍｍ、幅約１０７０ｍｍのシート状であり、シートへは、約７６０ｍｍ／分の速度で鋳造した。

３種類の合金のそれぞれの組成を、表１に重量パーセントで示している。

鋳造された３種類の各シートは、次に、下記の製造プロセスにより、工業用のアルミニウムシートミルで０.０５ｍｍゲージのフィンストックに加工した。
１）数回のパスで、約７ｍｍから１.８ｍｍに冷間圧延する
２）約３６０℃で約３時間焼鈍する
３）数回のパス、約１.８ｍｍから０.０６２ｍｍに冷間圧延する
４）約３６０℃で約５時間焼鈍する
５）０.０５ｍｍまで冷間圧延する

次に、これらの材料に対して、異なる２種類の熱サイクルでろう付けを行なった。第１の熱サイクルは、従来のろう付けサイクルである(サイクルＡと称する)。サイクルＡは、約５９０℃より高温での均熱は約４−１／４分間で、最高加熱温度は約５９５℃、約５００℃以下の温度での冷却速度は約７０℃／分である。第２の熱サイクルは、ろう付けサイクルが短い(サイクルＢと称する)。サイクルＢは、約５９０℃より高温での均熱は約３分間で、最高加熱温度は約５９８℃、約５００℃以下の温度での冷却速度は約１９０℃／分である。

３種類の材料について、これら２種類の熱サイクルでろう付けを行なった後、ろう付け後の引張強度、電気伝導率及び耐食性を測定した。引張強度のデータは、ＡＳＴＭ Ｅ３４５に準拠したＢ型試料を用いて、試料の軸方向を測定した。電気伝導率は、当該分野で一般的に使用されている電位降下法を使用して求めた電気抵抗値から計算した。腐食電位の測定は、ＡＳＴＭ Ｇ６９に準拠して行なった。自己腐食性の測定は、ＡＳＴＭ Ｂ１１７の中性塩噴霧キャビネットの中で１週間曝露した後の重量損失を測定することにより行なった。これら各試験の結果を、表２に示している。

これら材料のろう付け後電気伝導率は、実施したろう付けサイクルに依存していることが認められる。すなわち、ろう付け温度からの冷却速度が固溶体の中に維持される元素の量に影響を及ぼしており、冷却速度が速いほど、より多くの溶質が取り込まれ、電気伝導率が低下している。このデータに示されるとおり、本発明に係るフィンストック及び製造方法は、従来のフィンストック材料、例えばＡＡ３００３＋１.４Ｚｎ型フィンストックと比べて、改善をもたらしている。例えば代表的なＡＡ３００３＋１.４Ｚｎ型フィンストックの場合、熱サイクルＡでのろう付け後の特性は、ＵＴＳ約１２８ＭＰａ、ＹＳ約５２ＭＰａであるが、電気伝導率は約４０％ＩＡＣＳにすぎない。代表的な３００３＋１.４Ｚｎ合金の自己腐食速度は、本発明の合金とほぼ同じであるが、３００３＋１.４Ｚｎフィンの溶液電位は、約−７６０ｍＶである。さらに、本発明の合金は結晶粒径が大きく、ろう付け工程でのフィンのだれ抵抗性に対して望ましい。

このように、前記の実験結果より、本発明の製造方法及び該方法によって得られたフィンストックは、ろう付け熱交換器のフィン製造において、従来の３００３＋Ｚｎフィンストックと比べて、ろう付け後強度、熱伝導率及び自己腐食抵抗性に関してすぐれた特性を有することは明白である。

発明の具体的実施例を詳細に説明したが、当該分野の専門家であれば、これら開示の全体を参照することにより、上記説明に加え、それらの詳細に対して種々の修正及び変更を加えられることは認識し得るであろう。それゆえ、開示した具体的な構成は単なる例示であって、発明の範囲を限定するものではない。発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価物によって規定される。

ろう付け熱交換器の一部を示す斜視図である。 本発明によるフィンストック製造プロセスの工程を説明するフローチャートである。

Claims (28)

1. Ｓｉ約０.７〜１.２％、Ｆｅ約１.９〜２.４％、Ｍｎ約０.６〜１.０％、Ｍｇ約０.５％以下、Ｚｎ約２.５％以下、Ｔｉ約０.１０％以下、Ｉｎ約０.０５％以下を含有し、残部Ａｌ及び許容不純物であるアルミニウム合金からなるフィンストック。
2. 許容不純物は、Ｃｕ約０.２％以下、Ｚｒ約０.２％以下、Ｃｒ約０.０５％以下及びＮｉ約０.３％以下のうちの少なくとも１種であり、合計量は約０.４％以下である請求項１のフィンストック。
3. 許容不純物は、Ｃｕ約０.０５％以下、Ｚｒ約０.０５％以下、Ｃｒ約０.０５％以下及びＮｉ約０.０５％以下であり、合計量は約０.１０％以下である請求項２のフィンストック。
4. アルミニウム合金は、Ｓｉ約０.８〜１.１％、Ｆｅ約２.０〜２.２％、Ｍｎ約０.６〜０.８％、Ｚｎ約１.５％以下、Ｍｇ約０.２％以下、Ｔｉ約０.０５％以下及びＩｎ約０.０３％以下を含んでいる請求項２のフィンストック。
5. 許容不純物は、Ｃｕ約０.０５％以下、Ｚｒ約０.０５％以下、Ｃｒ約０.０５％以下及びＮｉ約０.０５％以下であり、合計量は約０.１０％以下である請求項４のフィンストック。
6. ろう付け後の電気伝導率は約４８％ＩＡＣＳより大きい請求項１のフィンストック。
7. ろう付け後の電気伝導率は約５０％ＩＡＣＳより大きい請求項６のフィンストック。
8. ろう付け後の最大引張強度(ＵＴＳ)は約１２０Ｍｐａより大きい請求項６のフィンストック。
9. ろう付け後の最大引張強度(ＵＴＳ)は約１３０Ｍｐａより大きい請求項８のフィンストック。
10. Ｓｉ約０.７〜１.２％、Ｆｅ約１.９〜２.４％、Ｍｎ約０.６〜１.０％、Ｍｇ約０.５％以下、Ｚｎ約２.５％以下、Ｔｉ約０.１０％以下、Ｉｎ約０.０５％以下を含有し、残部Ａｌ及び許容不純物であるアルミニウム合金からなる熱交換器用フィン。
11. 許容不純物は、Ｃｕ約０.２％以下、Ｚｒ約０.２％以下、Ｃｒ約０.０５％以下及びＮｉ約０.３％以下のうちの少なくとも１種であり、合計量は約０.４％以下である請求項１０のフィン。
12. 許容不純物は、Ｃｕ約０.０５％以下、Ｚｒ約０.０５％以下、Ｃｒ約０.０５％以下及びＮｉ約０.０５％以下を含有し、合計量は約０.１０％以下である請求項１１のフィン。
13. アルミニウム合金は、Ｓｉ約０.８〜１.１％、Ｆｅ約２.０〜２.２％、Ｍｎ約０.６〜０.８％、Ｚｎ約１.５％以下、Ｍｇ約０.２％以下、Ｔｉ約０.０５％以下及びＩｎ約０.０３％以下を含んでいる請求項１１のフィン。
14. 冷却液を収容するように構成された少なくとも１つのタンクと、
    少なくとも１つのタンクに連結され、複数の孔を有するヘッダープレートと、
    各々がヘッダープレートの複数の孔の１つからほぼ垂直に延び、前記ヘッダープレートを通る冷却液が流れるように構成された複数の略平行な流体輸送管と、
    複数の流体輸送管の間にて複数の流体輸送管と熱伝達可能に配備され、前記流体輸送管の中を循環する冷却液を冷却するために、伝導によって熱を放出できるように構成された複数のフィンと、を具えており、
    前記複数のフィンは、Ｓｉ約０.７〜１.２％、Ｆｅ約１.９〜２.４％、Ｍｎ約０.６〜１.０％、Ｍｇ約０.５％以下、Ｚｎ約２.５％以下、Ｔｉ約０.１０％以下、Ｉｎ約０.０５％以下を含有し、残部Ａｌ及び許容不純物であるアルミニウム合金フィンストックからなる、ろう付けされたアルミニウム熱交換器。
15. 許容不純物は、Ｃｕ約０.２％以下、Ｚｒ約０.２％以下、Ｃｒ約０.０５％以下及びＮｉ約０.３％以下のうちの少なくとも１種であり、合計量は約０.４％以下である請求項１４の熱交換器。
16. 許容不純物は、Ｃｕ約０.０５％以下、Ｚｒ約０.０５％以下、Ｃｒ約０.０５％以下及びＮｉ約０.０５％以下の少なくとも１種であり、合計量は約０.１０％以下である請求項１５の熱交換器。
17. アルミニウム合金は、Ｓｉ約０.８〜１.１％、Ｆｅ約２.０〜２.２％、Ｍｎ約０.６〜０.８％、Ｚｎ約１.５％以下、Ｍｇ約０.２％以下、Ｔｉ約０.０５％以下、Ｉｎ約０.０３％以下を含有する請求項１５の熱交換器。
18. Ｓｉ約０.７〜１.２％、Ｆｅ約１.９〜２.４％、Ｍｎ約０.６〜１.０％、Ｍｇ約０.５％以下、Ｚｎ約２.５％以下、Ｔｉ約０.１０％以下、Ｉｎ約０.０５％以下を含み、残部Ａｌ及び許容不純物である合金からアルミニウム合金フィンストックを製造する方法であって、
    金属移送システムと鋳造機を準備する工程であって、該鋳造機は前記合金をストリップ鋳造する鋳造機チップを有しており、
    金属の移送システムにおける温度が、鋳造機チップから出て行く前に金属間化合物が核形成をせず、粗大共晶の中心線偏析を生じない温度となるように、前記合金を、平均冷却速度が約３００℃／秒以上に制御された連続ストリップ鋳造により、厚さ約２〜１０ｍｍのストリップに鋳造する工程、
    前記ストリップを、少なくとも１回のパスで、第１の中間焼鈍ゲージ約１〜４ｍｍまで冷間圧延する工程、
    前記工程で冷間圧延されたストリップに対し、約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間、第１の中間焼鈍を施す工程、
    第１の中間焼鈍されたストリップを、最終の中間焼鈍ゲージ約０.０５〜０.２ｍｍまで冷間圧延する工程、
    前記工程で冷間圧延されたストリップに対し、約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間、最終の中間焼鈍を施す工程、及び
    最終の中間焼鈍されたストリップを、約１５〜５０％の減少率で、最終ゲージまで冷間圧延する工程、を含んでいる方法。
19. 最終ゲージの部分焼鈍を行なう工程をさらに含んでおり、該工程は、約１５０〜２４０℃の温度で約１〜１２時間行われる請求項１８の方法。
20. 第１の中間焼鈍工程の後で約７０％以上の減少率で冷間圧延した後、ストリップを最終の中間焼鈍ゲージまで冷間圧延する工程の前に、少なくとも１回の追加の中間焼鈍を施す工程をさらに含んでおり、前記追加の中間焼鈍を施す工程は、約３００〜４５０℃の温度で約１〜１０時間行われる請求項１８の方法。
21. 少なくとも１回の追加の中間焼鈍を施す工程は、約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間行われる請求項２０の方法。
22. 追加の中間焼鈍工程におけるストリップのゲージは、７０％以上の減少率で行なうその後の冷間圧延で最終の中間ゲージにするのに十分なものである請求項２１の方法。
23. 合金をストリップ鋳造する工程で鋳造されたストリップの厚さは、約５〜９ｍｍである請求項１８の方法。
24. 第１の中間焼鈍を施す工程と、第２の中間焼鈍を施す工程は、約３３０〜４００℃の温度で約１〜６時間行われる請求項１８の方法。
25. ストリップを最終ゲージまで冷間圧延する工程は、圧延による減少率が約１５〜３５％である請求項１８の方法。
26. フィンストック合金に含まれる許容不純物は、Ｃｕ約０.２％以下、Ｚｒ約０.２％以下、Ｃｒ約０.０５％以下及びＮｉ約０.３％以下のうちの少なくとも１種であり、合計量は約０.４％以下である請求項１８の方法。
27. フィンストックは、Ｓｉ約０.８〜１.１％、Ｆｅ約２.０〜２.２％、Ｍｎ約０.６〜０.８％、Ｚｎ約１.５％以下、Ｍｇ約０.２％以下、Ｔｉ約０.０５％以下、Ｉｎ約０.０３％以下、残部Ａｌ及び許容不純物である合金から製造される請求項２６の方法。
28. 許容不純物は、Ｃｕ約０.０５％以下、Ｚｒ約０.０５％以下、Ｃｒ約０.０５％以下、Ｎｉ約０.０５％以下であり、合計量は、約０.１０％以下である請求項２７の方法。

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