JP2008500453A

JP2008500453A - アルミニウム合金ろう付けシートの製造方法およびアルミニウム合金ろう付けシート

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Publication number: JP2008500453A
Application number: JP2007513822A
Authority: JP
Inventors: スコット、ウィリアム、ハラー; フーフェンヨブ、アントニウス、ファン、デール; クラウス、ビーレッゲ; アヒム、ビュルガー; サンパト、デシカン
Original assignee: コラス・アルミニウム・バルツプロドウクテ・ゲーエムベーハー; コラス・エル・ピー
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: WO2005118899A1; MXPA06013571A; EP1753885B1; CN1973056A; HUE032303T2; EP1753885A1; CN1973056B; EP1753885B2; CA2565978C; KR20070058383A; KR101216246B1; JP5326123B2; CA2565978A1

Abstract

本発明は、ろう付けシートにおけるコア合金として使用した時の液体被膜移行耐性が改良されているＡｌ−Ｍｎ合金シートの製造方法であって、（重量％で）０．５＜Ｍｎ≦１．７、０．０６＜Ｃｕ≦１．５、Ｓｉ≦１．３、Ｍｇ≦０．２５、Ｔｉ＜０．２、Ｚｎ≦２．０、Ｆｅ≦０．５、０．０５＜Ｚｒ≦０．２５および０．０５＜Ｃｒ≦０．２５からなる元素群の少なくとも一種の元素、他の元素それぞれ＜０．０５および合計＜０．２０を含んでなり、残りがＡｌである組成を有するインゴットを鋳造する工程、均質化および予備加熱する工程、熱間圧延する工程、冷間圧延（必要な場合、中間の焼きなましを包含する）する工程を含んでなり、該均質化を、少なくとも４５０℃の温度で、少なくとも１時間行い、続いて少なくとも２０℃／ｈの速度で空気冷却し、該予備加熱を、少なくとも４００℃の温度で、少なくとも０．５時間行う、方法に関する。

Description

発明の分野

本発明は、ろう付けシート材料におけるコア合金として使用した時の液体被膜移行耐性が改良されている、Ａｌ−Ｍｎ合金シートの製造方法に関する。本発明は、該方法により製造されたＡｌ−Ｍｎ合金シートおよび該合金シートの使用に関する。

ろう付け用途では、「液体被膜移行」またはＬＦＭと呼ばれる現象により、ろう付けされた製品、例えば蒸発装置、ラジエータ、ヒーターコア、等の全体的な性能の低下が引き起こされることが知られている。文献中では、用語「ＬＦＭ」は、「コア熔解」または「コア浸透」または「コア浸食」とも呼ばれている。本明細書では、用語「ＬＦＭ」は、これら全ての専門用語を指すものとする。ＬＦＭを引き起こす正確な機構は、これまで十分には理解されていないが、ろう付けシートのコア合金に、特定量の転位が存在することにより、ＬＦＭの深刻さが増すと思われる。ある材料のＬＦＭに対する感度は、完全に焼きなまし（Ｏ−焼戻し）およびひずみ硬化、および／または応力除去焼戻し（例えばＨ１４、Ｈ２４、等）の両方で、同じ材料の軟および弱冷間加工された条件と比較して、相対的に低いことが知られている。用語「弱冷間加工」は、典型的には熱交換機、例えば蒸発装置、の構成部品、またはオイルクーラーコアプレート、折り曲げ管、等、の製造に適用される工業的製法、例えば打ち抜き、ロール成形または張力レベリング、により引き起こされる変形を意味する。コア合金およびＡｌ−Ｓｉクラッド合金からなるろう付けシートを変形させて製品を形成し、続いてろう付けサイクルにかける場合、少量の変形が、ろう付けシート中にＬＦＭを誘発するのに十分であると思われる。ＬＦＭがコア合金の中に過度に進行すると、ろう付け性、強度および耐食性が低下する。再結晶化を遅延させる合金化元素、例えばクロム、ジルコニウムおよびバナジウム、がＬＦＭに対する感受性を高めることが知られている。マンガン分散質も、再結晶化を遅延させ、従って、ＬＦＭに対する感受性を高めることが分かっている。マンガン分散質の量および大きさは、ろう付けシートの加工経路によって異なる。

ろう付け用途には、ろう付けシート製品のコア合金は、強度と成型性の良好な組合せを必要とする。明らかに、ＬＦＭに対する感受性は、十分な耐食性およびろう付け性を確保するために、十分に低い必要がある。高い強度は、ケイ素、マンガン、クロム、ジルコニウムまたはバナジウムのような元素と合金化することにより、得ることができる。しかし、これらの合金化元素は、ＬＦＭに対する感受性も高くする。非Ｏ−焼戻し、例えばＨ１４焼戻しまたはＨ２４−焼戻しも、ＬＦＭに対する感受性を下げるのに提案されている。しかし、これらの焼戻しは、ＬＦＭを効果的に下げるが、ろう付けシート製品の成型性を犠牲にすることが多い。他の代替処理、例えば軽度の冷間変形、例えば張力レベリング、または非再結晶化された表面層の使用、は、大量生産で制御するのが困難であり、従って、再現性および／または成型性を損なうことがある。

本発明の目的は、ろう付けシートにおけるコア合金として使用した時の液体被膜移行耐性が改良されており、合金の良好な強度／成型性の組合せが、ＬＦＭに対する十分に低い感受性および十分な耐食性と組み合わされている、Ａｌ−Ｍｎ合金シートを提供することである。

制御し易く、再現性のある製品が得られる該Ａｌ−Ｍｎ合金シートを提供することも本発明の目的である。

折り曲げ管、蒸発装置またはオイルクーラーコアプレート、フィン材料、等、における液体被膜移行耐性が改良されており、合金の良好な強度／成型性の組合せが、ＬＦＭに対する十分に低い感受性、良好なろう付け性および十分な耐食性と組み合わされている、Ａｌ−Ｍｎ合金シートを提供することも本発明の目的である。

本発明により、これらの目的の一つ以上は、ろう付けシートにおけるコア合金として使用した時の液体被膜移行耐性が改良されているＡｌ−Ｍｎ合金シートの製造方法であって、
・（重量％で）
０．５＜Ｍｎ≦１．７、好ましくは０．６〜１．７、
０．０６＜Ｃｕ≦１．５、好ましくは０．２〜１．５、
Ｓｉ≦１．３、好ましくはＳｉ≦０．８、より好ましくはＳｉ≦０．３、
Ｍｇ≦０．２５、
Ｔｉ＜０．２、
Ｚｎ≦２．０、
Ｆｅ≦０．５、
０．０５＜Ｚｒ≦０．２５および０．０５＜Ｃｒ≦０．２５からなる元素群の少なくとも一種の元素
他の元素それぞれ＜０．０５および合計＜０．２０
を含んでなり、残りがＡｌである組成物を鋳造する工程、
・均質化および予備加熱する工程、
・熱間圧延する工程、
・冷間圧延（必要な場合、中間の焼きなましを包含する）する工程
を含んでなり、該均質化を、少なくとも４５０℃の温度で、少なくとも１時間行い、続いて少なくとも２０℃／ｈの速度で空気冷却し、該予備加熱を、少なくとも４００℃の温度で、少なくとも０．５時間行う、方法により達成される。

鋳造は、通常の製造技術、例えばＤＣ鋳造または連続鋳造、を使用して行う。

本発明の方法により、ろう付けシートにおけるコア合金として使用した時に、良好な強度／成型性の組合せを、ＬＦＭに対する十分に低い感受性および十分な耐食性と組み合わせた、Ａｌ−Ｍｎ合金を製造することができる。本発明者らは、驚くべきことに、クロムは、クロムの、合金の再結晶を遅延させる効果のために、ＬＦＭに対する感受性に悪影響を及ぼすとされているが、本合金の化学組成および処理パラメータ、特に均質化および予備加熱工程、の組合せにより、ＬＦＭに対する十分に低い感受性を備え、従って、十分な耐食性を有する製品が得られることを見出した。組成と処理条件の組合せにより合金中に形成されるＣｒ含有および／またはＺｒ含有析出物が、ＬＦＭに対する感受性を下げるのである。また、クロムが合金を強化し、合金の再結晶化が、十分な成型性をもたらす。本発明者らは、Ｖと合金化することにより、あるいはＶとＣｒおよび／またはＺｒの組合せと合金化しても、同様の結果が得られることを見出した。

本発明の一実施態様では、Ｃｒおよび／またはＺｒ含有量は少なくとも０．０８％である。本発明者らは、少なくとも０．０８％のクロム含有量あるいは少なくとも０．０８％のジルコニウム含有量またはそれらの組合せを、上記の処理条件と組み合わせた場合、より高い強度を、十分なＬＦＭ耐性との組合せで得られることを見出した。

本発明の一実施態様では、マグネシウムの最大含有量は０．１％、好ましくはマグネシウムの最大含有量は０．０５％である。マグネシウム含有量は、制御された雰囲気におけるろう付けの際に使用するフラックスに対するマグネシウムの有害な影響を回避するために、できるだけ低くすべきである。本発明の一実施態様では、銅含有量は０．７〜１．２％である。

本発明の一実施態様では、マンガン含有量は０．７〜１．４％である。マンガン含有量が１．４％を超えると、加工がより困難になり、０．７％未満では、合金の強度が不十分になる。本発明の一実施態様では、亜鉛の最大含有量は、ある種の用途でコア合金が過度に陽極性になるのを阻止するために、好ましくは０．４％である。本発明の一実施態様では、鉄含有量は、工業的鋳造作業の際に好ましくない大きな鉄含有金属間化合物の形成を阻止するために、好ましくは０．３５％未満である。

本発明の一実施態様では、均質化を、温度約５３０℃〜６２０℃、好ましくは５３０〜５９５℃で、好ましくは１〜２５時間、より好ましくは１０〜１６時間行い、予備加熱を温度約４００℃〜５３０℃、好ましくは４２０〜５１０℃で、好ましくは１〜２５時間、より好ましくは１〜１０時間行う。本発明の合金では、強度、成型性、ＬＦＭに対する感受性および耐食性間の最良の折衷点は、均質化の温度と時間、および予備加熱の温度と時間を、特定の限度内で選択した時に得られること、および特に重要な折衷点は、上記の好ましい温度および時間により、合金を処理した時に得られると思われる。

当業者には公知のように、焼きなましの時間および温度は、通常は独立して選択しない。ほとんどの関連する冶金学的過程は熱的に活性化され、高温と短時間の組合せが、低温と長時間の組合せと同じ結果になる。

本発明の処理も、Ａｌ−Ｍｎ合金の実質的に完全な再結晶化を促進するのに十分な焼きなまし温度−焼きなまし時間の組合せで冷間圧延した後に、再結晶化焼きなましを含んでなる。この条件で、最高の成型性が達成される。

本発明の一実施態様では、Ａｌ−Ｍｎ合金の最大ケイ素含有量は０．３重量％である。本発明の好ましい実施態様では、Ａｌ−Ｍｎ合金の最大ケイ素含有量は０．１５重量％である。ケイ素は、ＬＦＭに対する感受性を増大させることが分かっている。従って、ケイ素含有量は、できるだけ低く選択すべきである。しかし、本発明者らは、０．３％までの、好ましくは０．１５％までのケイ素含有量を使用した時に、ＬＦＭに対する感受性と強度の十分な組合せが得られることを見出した。

本発明の一実施態様では、Ｃｒ≦０．１８％、好ましくは少なくとも０．０６％、より好ましくは０．０８％＜Ｃｒ≦０．１５％、さらに好ましくは０．０８％＜Ｃｒ≦０．１２％である。Ｃｒレベルが０．１８％を超えると、大きな金属間化合物が形成される結果、Ａｌ−Ｍｎ合金の鋳造が非常に困難になる。Ｃｒ含有量が０．１５％未満または０．１２未満であるＡｌ−Ｍｎ合金の鋳造は問題を引き起こさない。少なくとも０．０８％のＣｒを添加することにより、その、ＬＦＭに対する感受性への影響と、上記の処理条件の組合せにより、ＬＦＭに対する感受性と強度の十分な組合せが得られる。組成と処理条件の組合せにより合金中に形成される析出物は、ＬＦＭに対する感受性を低減させる。本発明の一実施態様で、本方法は、Ａｌ−Ｍｎ合金を、少なくとも片側で、所望によりＺｎ２．０％までを含んでなるＡＡ−４０００シリーズまたはＡｌ−Ｓｉろう付け合金でクラッド加工することを含んでなる。クラッド加工は、例えばロールボンディングまたは他のいずれかの、公知の技術、例えばスプレークラッド加工または鋳造クラッド加工、により行うことができる。

本発明は、上記の方法で製造された、ろう付け前の伸長が少なくとも１８％、好ましくは少なくとも１９％、より好ましくは少なくとも２１％である、および／またはろう付け前のｎ−値が少なくとも０．２７０である、および／またはろう付け後の引張強度が少なくとも１４０ＭＰａ、好ましくは少なくとも１５０ＭＰａであるシートであって。伸長は、ゲージ長さ８０ｍｍにわたって測定し、Ａ８０とも呼ばれる。

本発明の一実施態様では、ろう付け後の試験片をＡＳＴＭＧ８５Ａ３により試験した時に、孔が開くまでの時間に関して測定し、日数で表す、孔が生じないＳＷＡＡＴ寿命が少なくとも１５日間、好ましくは少なくとも２０日間である。ＬＦＭに対する低い感受性は、ろう付け後に形成された熱交換機部品における改良された耐食性に反映されている。

本発明の一実施態様では、上記のシートを、折り曲げ管における非ろう付けライナーあるいは水側ライナー合金、例えばＺｎを０．５〜５．０％、好ましくは０．５〜２．５％の範囲内で含む、ＡＡ７０７２、ＡＡ１１４５またはＡＡ３００５またはＡｌ−Ｍｎ型合金、を備えた、または備えていないろう付けシートにおけるコアとして、もしくは類似の条件下で使用する用途に使用する。強度、成型性、ＬＦＭ感受性および耐食性に関する必要条件は、シートの、例えば折り曲げ管を使用する熱交換機用ろう付けシートのコアとしての用途に特に重要である。

上記の方法により製造されたシート材料は、管−フィン型熱交換機、例えばラジエータ、ヒーターコアおよびコンデンサー、の部品の製造において、あるいはプレート−フィン型熱交換機、例えば蒸発装置またはオイルクーラーコアプレートまたはラジエータまたはヒーターコアのタンク、の部品の製造において、フィン原材料をろう付けする際の、ろう付けシートのコア合金として使用するのに特に好適である。

ここで、本発明の具体的な実施態様を、下記の非限定的な例により説明する。

表１本発明により製造した合金の例

合金ＣｕＦｅＳｉＭｎＭｇＴｉＣｒＺｒ
１（基準） 0.76 0.18 0.10 1.14 0.03 0.13 <0.01 <0.01
２ 0.80 0.21 0.09 1.15 0.05 0.13 0.05 0.05
３ 0.78 0.21 0.09 1.20 0.03 0.13 0.11 <0.01
４ 0.78 0.20 0.08 1.16 0.02 0.12 0.15 <0.01
５ 0.72 0.20 0.07 1.21 0.01 0.14 0.08 <0.01
６ 0.76 0.15 0.08 1.19 0.01 0.12 0.06 <0.01
標準 0.5- <0.5 <0.3 0.65- <0.02 0.08- - -
0.7 1.0 0.10
他の元素は各＜０．０５で、合計＜０．２０、残りがＡｌである。

これらの合金（合金１−４）を、様々な温度で様々な時間、均質化処理にかけた。続いて、これらの合金の両側を、ＡＡ４０４５で、各片側で厚さの１０％にクラッド加工し、続いて熱間圧延前の予備加熱を様々な温度で様々な時間行い、６．５ｍｍに熱間圧延し、続いて中間焼きなましを３５０℃で３時間行い、２．３ｍｍに第一冷間圧延し、再度中間焼きなましを３５０℃で３時間行い、最終ゲージ０．５ｍｍに第二冷間圧延した。合金は、再結晶化焼きなまし処理にかけ、実質的に完全な再結晶化を促進した。ＬＦＭ挙動を試験するために、材料を２〜１０％伸長した。最も深い浸透を示した伸長レベルを、表２のＬＦＭデータに使用した。

合金５および６の両側を、ＡＡ４０４５で、各片側で厚さの１０％にクラッド加工し、続いて熱間圧延前の予備加熱を行い、続いて、中間焼きなましを行わずに、３．５ｍｍに熱間圧延し、０．４１ｍｍに冷間圧延した。冷間圧延後、材料を再結晶化焼きなまし処理にかけ、実質的に完全な再結晶化を促進した。ＬＦＭ挙動を上記のように試験した。結果を表２に示す。「標準」と呼ばれる合金は、ＬＦＭが問題となる用途に使用する合金である。表２中、
・「＋／−」は、コア合金厚さの５０および６０％浸透を意味する。
・「＋」は、コア合金厚さの３０および５０％浸透を意味する。
・「＋＋」は、コア合金厚さの＜３０％浸透を意味する。

伸長は、通常、大きなバラツキを示すので、成型性の別の指針としてｎ−値を使用することができる。少なくとも０．２７０のｎ−値は、少なくとも１４０ＭＰａの最小強度条件に関して良好な成型性を示唆する。ＬＦＭが問題となる用途に使用する標準的な合金と比較して、本発明の合金、例えば表２における合金２−６、は、ＬＦＭ性能は等しいが、ろう付け後の引張特性が著しく高い。

表２本発明により製造した合金の例（２−４、５）および基準合金（１）（ｎ．ｄ．＝測定せず）

合金均質化予備加熱ろう付け前ろう付け後 SWAAT試験片 LFM
℃／ｈ ℃／ｈ A80 n-値 0.2PS UTS 孔発生まで耐性
％ MPa MPa の日数＊
１ 610/8 430/24 17.4 0.264 60 133 26 +/-
２ 610/8 430/24 21.2 0.276 69 152 38 +
３ 610/8 490/24 19.4 0.296 63 155 >40 +
３ 610/8 490/2 19.4 0.286 66 152 >40 +
３ 610/24 430/24 21.7 0.285 61 153 >40 +
３ 580/12 430/5 19.5 0.300 68 156 37 +
３ 580/12 490/2 22.2 0.304 62 152 35 ++
３ 550/12 490/24 18.6 0.307 66 157 22 +
３ 550/12 490/2 24.5 0.300 65 159 29 ++
４ 610/8 430/24 21.1 0.277 70 153 33 ++
５ 610/10 430/1 24.0 0.282 61 155 24 ++
６ 610/10 430/1 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. ++
標準 n.d. n.d. 50 130 n.d. ++

本発明の方法を使用して製造することができるもう一種の特別な合金は、重量％で、下記の組成範囲を有する。
・Ｓｉ０．８〜１．０、典型的には約０．９
・Ｆｅ０．２５〜０．４、典型的には約０．３５
・Ｃｕ０．２５〜０．４５、典型的には約０．４０
・Ｍｎ０．５５〜０．９、典型的には約０．８５
・Ｍｇ０．１〜０．２２、典型的には約０．１５
・Ｚｎ０．０６〜０．１０、典型的には約０．０８
・Ｃｒ０．０６〜０．１０、典型的には約０．０８
・Ｚｒ０．０６〜０．１０、典型的には約０．０８
・残りがアルミニウムおよび不可避な不純物
この合金は、とりわけ、チューブプレート、サイドサポートおよびヘッダータングステンに使用できる。

無論、本発明は、上記の実施態様および例に限定されるものではなく、説明および請求項の範囲内に入る全ての実施態様を包含する。

Claims

ろう付けシートにおけるコア合金として使用した時の液体被膜移行耐性が改良されているＡｌ−Ｍｎ合金シートの製造方法であって、
・（重量％で）
０．５＜Ｍｎ≦１．７、
０．０６＜Ｃｕ≦１．５、
Ｓｉ≦１．３、
Ｍｇ≦０．２５、
Ｔｉ＜０．２、
Ｚｎ≦２．０、
Ｆｅ≦０．５、
０．０５＜Ｚｒ≦０．２５および０．０５＜Ｃｒ≦０．２５からなる元素群の少なくとも一種の元素
他の元素それぞれ＜０．０５および合計＜０．２０
を含んでなり、残りがＡｌである組成物を鋳造し、
・均質化および予備加熱し、
・熱間圧延し、
・冷間圧延（必要な場合、中間の焼きなましを包含する）する
工程を含んでなり、前記均質化を、少なくとも４５０℃の温度で、少なくとも１時間行い、続いて少なくとも２０℃／ｈの速度で空気冷却し、前記予備加熱を、少なくとも４００℃の温度で、少なくとも０．５時間行う、方法。
前記均質化を、温度約５３０℃〜６２０℃で、１〜２５時間行い、前記予備加熱を温度約４００℃〜５３０℃で、１〜２５時間行う、請求項１に記載の方法。
Ｓｉ≦０．８％、好ましくはＳｉ≦０．３％、より好ましくはＳｉ≦０．１５％である、請求項１または２に記載の方法。
Ｍｎが０．７〜１．４％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
Ｃｒ≦０．１８、好ましくは０．０８＜Ｃｒ≦０．１５、より好ましくは０．０８＜Ｃｒ≦０．１２である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
好ましくはＭｇ≦０．１５％、より好ましくはＭｇ≦０．０５％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
好ましくはＺｎ≦０．４％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
前記Ａｌ−Ｍｎ合金を、少なくとも片側で、所望によりＺｎ２．０％までを含んでなるＡｌ−Ｓｉろう付け合金でクラッド加工することをさらに含んでなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記Ａｌ−Ｍｎ合金を、少なくとも片側で、所望によりＺｎ２．０％までを含んでなり、非ろう付けライナー合金、例えばＺｎを０．５〜５．０％、好ましくは０．５〜２．５％の範囲内で含む、ＡＡ７０７２またはＡＡ１１４５またはＡＡ３００５またはＡｌ−Ｍｎ型合金、を有するＡｌ−Ｓｉろう付け合金でクラッド加工することをさらに含んでなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
ろう付け前の伸長が少なくとも１８％、好ましくは１９％である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
ろう付け後の引張強度が少なくとも１４０ＭＰａ、好ましくは少なくとも１５０ＭＰａである、請求項１０に記載の方法。
ろう付け前のｎ−値が少なくとも０．２７０である、請求項１０または１１に記載の方法。
ろう付け後の試験片をＡＳＴＭＧ８５Ａ３により試験した時に、孔が生じないＳＷＡＡＴ寿命が少なくとも１５日間である、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
請求項１〜９のいずれか一項により製造されたシートまたは請求項１０〜１３のいずれか一項により製造されたシートの、管−フィン型熱交換機、例えばラジエータ、ヒーターコアおよびコンデンサー、の部品の製造を意図するろう付けシートのコア合金としての使用。
請求項１〜９のいずれか一項により製造されたシートまたは請求項１０〜１３のいずれか一項により製造されたシートの、プレート−フィン型熱交換機、例えば蒸発装置またはオイルクーラーコアプレートまたはラジエータまたはヒーターコアのタンク、の部品の製造を意図するろう付けシートのコア合金としての使用。
請求項１〜９のいずれか一項により製造されたシートまたは請求項１０〜１３のいずれか一項により製造されたシートの、熱交換機用部品の製造を意図するフィン原材料をろう付けする際のコア合金としての使用。