JP4257736B2 - 延性に優れたアルミニウム連続鋳造圧延板 - Google Patents

Description

この発明は、ドロ−フィン材などのように高い伸び加工性が要求される用途に好適なアルミニウム連続鋳造圧延板の製造方法に関するものである。

熱交換器に用いられるプレートフィンでは、チューブが挿通されるカラー部をドロー成形やドローレス成形によって形成している（例えば特許文献１）。このような成形、特に張出し加工や紋り加工における成形性を確保して成形中の材料の破断を防止するためには、材料として高い伸びが不可欠である。ただし、調質をＯ材にしてしまうと伸びは得られるが、再結晶粒界を起点としたカラー割れが発生するため、一般に調質にはＨ２２が使用されている。例えば、ＤＣ鋳造などによって得られるＪＩＳ Ａ１０５０や１２００等の純アルミニウム系の材料では、Ｈ２２などの軟質処理を行うことによって適度な伸び（２５％以上）加工性を得ることができ、上記したドロー成形によるカラー部の形成を良好に行うことができる。
また、最近では、生産性の向上や組織の微細化を意図して連続鋳造圧延によりアルミニウム材を製造することが行われており、上記したプレートフィンなどへの採用も考慮されている。
特開平５−２３０５７９号公報

しかし、上記１０５０や１２００で示される組成を有する連続鋳造圧延材では、Ｈ２２処理によっても伸びは最大でも２０％程度であり、２５％以上の伸びを必要とするプレートフィンのカラー成形には不適当であり、高い伸びが必要とされる成形加工では連続鋳造圧延材の使用は不可能であるとされている。
このため、本願発明者等は、連続鋳造圧延材の伸び・エリクセン値改善の検討を行ったところ、合金成分であるＦｅの均一な析出と、組織の制御によって伸びを大きく改善できることを確認し、本発明を完成するに至ったものである。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、連続鋳造圧延材であっても、プレートフィンなど、高い伸び加工性を要求される用途に使用可能なアルミニウム連続鋳造圧延材を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の高い伸び加工性を有するアルミニウム連続鋳造圧延板の製造方法は、純アルミニウムからなる連続鋳造圧延材に、３０〜７０％の圧下率で冷間圧延し、さらに、５００℃〜６４０℃の高温析出処理後に冷間圧延を行った後、仕上げ焼鈍を行うことにより、引張強さが１００〜１３０ＭＰａ、かつ導電率が５８％ＩＡＣＳ以上であるアルミニウム連続鋳造圧延板を得ることを特徴とする。

本発明では、上記のように純アルミニウムからなる材料が使用される。純アルミニウム材料として純度９９．０％以上のものを示すことができる。また、純アルミニウムの不可避不純物としては、ＳｉやＦｅを示すことができ、Ｓｉ含有量としては０．２％以下、Ｆｅ含有量としては１．０％以下を例示することができる。

すなわち、本発明によれば、純アルミニウムからなる連続鋳造圧延材で引張強さが１００〜１３０ＭＰａであって高い導電率を有することから優れた伸び特性を有しており、伸び加工に際しても固溶硬化が小さく、また再結晶粒界を起点とする割れの発生を招くことなく大きな伸び加工を行うことが可能になる。特にプレートフィン材のようにチューブが挿通されるカラー部をドロー成形やドローレス成形によって形成するものでは局部的に大きな曲げ応力が付与されることになるが、カラー割れもなく、良好にカラー部を形成することができる。したがって、本発明のアルミニウム材は、ドローフィン材に好適のものである。ただし、本発明のアルミニウム材の用途がこれに限定されるものではなく、高い伸び特性が要求される種々の用途材として用いることができる。

本発明では、引張強さが１００〜１３０ＭＰａであることによって、高い強度と成形性が得られている。１００ＭＰａ未満では強度が不十分であり、フィンとしての強度が不十分であり、１３０ＭＰａを超えると強度が高すぎるため、成形性が劣ってしまう。

本発明では導電率が５８％ＩＡＣＳ以上であることによって高い伸び加工性が得られている。ここで、導電率が５８％ＩＡＣＳ未満であると、伸び加工性が不足し、上記プレートフィン材などで良好なドロー成形やドローレス成形が困難になる。

なお、本発明のアルミニウム連続鋳造圧延板の製造方法では、前記仕上げ焼鈍の加熱温度としては、２２０〜３００℃を例示することができる。

以上説明したように、本発明のアルミニウム連続鋳造圧延板の製造方法によれば、純アルミニウムで引張強さが１００〜１３０ＭＰａで、かつ導電率が５８％ＩＡＣＳ以上で伸びが２５％以上のアルミニウム連続鋳造圧延板が得られ、高い伸び特性を有し、局部的な加工においても割れの発生を招くことなく高い加工率で加工を行うことができ、ＤＣ鋳造品と同レベルで従来の連続鋳造圧延材では得られなかった２５％以上の高い伸び・エリクセン値を得ることができる。したがって、プレートフィンのドロー加工のように高い伸び成形性を必要とされる用途材においても良好に成形加工を行うことが可能となる。
そして、本発明の製造法により得られるアルミニウム連続鋳造圧延板は、高い伸び特性が要求される熱交換器のフィンなどに使用することができる。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
純アルミニウム系の材料を用意し、適宜の方法により溶解し、連続鋳造圧延に供する。連続鋳造圧延の際しては、双ロール法などの適宜の方法によって鋳造、圧延の一連の工程を連続して行う。該工程においては、好適には７０℃／秒以上の冷却速度で連続鋳造圧延する。
連続鋳造圧延は、鋳造から熱間圧延に至る工程を独立して行う必要がなく、これら工程を連続して行うことを可能にするものである。本発明では、連続鋳造圧延は、双ロール法、ベルト法等の公知の方法により行うことができ、本発明としては特定の方法に限定されるものではない。ただし、連続鋳造圧延に際し、７０℃／秒以上の冷却速度で連続鋳造圧延材を得るのが望ましい。これは、７０℃／秒未満の冷却速度であると、Ｆｅが固溶せず晶出してしまうため、その後に圧下後高温析出処理を行ってもＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が析出しないため、上記冷却速度が望ましい。

得られた連続鋳造圧延材は、ライン上にて、または他施設において冷間圧延に供する。
冷間圧延では、高温析出処理を挟むものとし、高温析出処理に至るまでに、合計で３０〜７０％の圧下率で冷間圧延を行う。この際のパス数は特に限定されない。
圧下率が３０％未満であると、析出に必要な歪が得られず、その後の高温析出処理時に効率良くＦｅを析出させることが難しく、このため、Ｈ２２に調整したときに十分な伸びを得ることができない。したがって圧下率としては３０％以上が必要である。一方、７０％を越える圧下率で圧下を行うと高温析出処理後に冷間圧延を行っても、高温析出処理から最終板厚までの圧下量が少なすぎるため、Ｈ２２に調整した際に十分な伸びが得られない。したがって高温析出処理前の冷間圧延圧下率を３０〜７０％に限定する。さらに、実操業のことを考えると３０％未満の圧下率では高温析出処理時間を２４ｈｒ超行わないと十分な伸びが得られないため、好ましくは４０％以上の圧下率で冷間圧延を行う。また、上記上限を定めた理由と同様の理由により上限として６０％が適当である。

連続鋳造圧延後、上記のように３０〜７０％の圧下率で冷間圧延したあとに、５００℃〜６４０℃の高温析出処理を行うことにより、Ｆｅの析出物が均一に析出し、最終冷間圧延後にＨ２２に調整すると２５％以上の、従来に得られなかった高い伸びを得ることができる。高温析出処理は連続鋳造圧延材では従来得られなかった高い伸びを得るには不可欠である。
その理由を以下に説明する。冷却速度の速い連続鋳造法では冷却速度の遅いＤＣ鋳造法と比較するとＦｅが過飽和かつ不均一に固溶している。このような状態で冷間圧延を行ってもＨ２２に調整した際に十分な伸びを得ることができない。しかし、ある程度の圧下率で冷間圧延したあとに、高温でＦｅの析出処理を行うとＦｅが均一に析出し、導電率が高くなり、従来にない高い伸びを得ることができることとなる。

上記の高温析出処理の温度としては５００℃以上の温度が必要であり、５００℃未満ではＦｅの析出が十分になされない。なお、Ｆｅを短時間で均一に析出させるためには、より高い温度が好ましいが、６４０℃を越えると局部的なブリスターが発生し、製品として外観を損ねるため、高温析出処理温度としては５００〜６４０℃が適当である。さらに、実操業のことを考えると５００℃未満の熱処理では熱処理時間を２４ｈｒ超行わないと十分な伸びが得られない。また、６４０℃超の熱処理では熱処理炉が短期間で傷んでしまう。これらの理由で高温析出処理の下限温度は、５５０℃が好ましく、上限温度は６３０℃が好ましい。また、熱処理時間としては保持時間として少なくとも１時間は行わないと十分な伸びを得ることができないので、１時間以上が望ましい。また、熱処理の保持時間は長時間行えばより確実にＦｅの析出を促進させることができるが、２４時間を越える保持を行っても生産性の観点から不利である。したがって、高温析出処理の熱処理時間としては１〜２４時間が適当であり、さらに好ましくは２〜１０時間が適当である。

上記高温析出処理を行った後は、さらに冷間圧延を行って所望の最終厚さにする。この冷間圧延後半での圧下率は、本発明としては特に限定されない。ただし、冷間圧延後半での圧下量が不十分であると材料の伸びが十分に大きくならないため、冷間圧延後半での圧下率は、９０％以上とするのが望ましい。

上記冷間圧延後、仕上げの焼鈍を行うことによって材料が軟質化されて高い伸び（２５％以上）を示す。このときの焼鈍温度を調整することで軟質度を調整することができる。この仕上げ焼鈍の加熱温度としては２２０〜３００℃が好ましい。２２０℃未満では焼鈍効果が十分に得られず、３００℃を越えると、再結晶し、これがカラー割れの起点となるため、上記範囲が好適なものとして示される。

次に、上記工程により得られたアルミニウム材１をプレートフィンとするために、カラー部５を形成する工程を図２に基づいて説明する。
アルミニウム材１の所望の箇所にカラー部用に張り出し加工を行い、該張り出し部分１ａをさらに数次の絞り加工を行うドロー加工を行う。この絞りが行われた張り出し部分１ｂに孔２を開けるピアス加工を行ってカラー粗部３を形成する。このカラー粗部３にはさらにフレア加工を行って所望のカラー部５を形成する。このカラー部５の形成に際しては割れの発生などはなく、良好に成形加工を行うことができる。

このような成形を経て得られるプレートフィン１０は、図３に示すように、カラー部５の高さによって間隔を規制するようにして多数を積層し、前記孔２にチューブ２０を挿通して固定されている。なお、チューブ２０の固定に際しては、チューブ２０を、孔２の内径よりも多少外径が小さい形状にしておき、積層したプレートフィン１０の孔２内にチューブ２０を挿入した状態で、チューブ２０をプラグ（図示しない）などで拡径してチューブ２０の外周部をカラー部５に押付けることでプレートフィン１０とチューブ２０との固定を行っている。

Ｓｉ：０．１％、Ｆｅ：０．７％を含有し、残部がＡｌおよび他の不可避不純物よりなる純アルミニウム材を、表１に示す冷却速度によって双ロール法の連続鋳造圧延によって製造した。各連続鋳造圧延材の板厚は表１に示した。
上記純アルミニウム連続鋳造圧延材を、表１に示す圧下率で析出処理前の冷間圧延を行い、次いで、表１に示す温度、時間で高温析出処理を行い、その後、０．１ｍｍの最終板厚まで冷間圧延した後、仕上げ焼鈍（２５０℃、６時間加熱）により調質を行った供試材を作製した。なお、比較のため、上記析出前の冷間圧延、高温析出処理を行うことなく最終板厚とし、上記仕上げ焼鈍を行った供試材を作製した。
上記各供試材について、引張強度と伸びを測定し、その結果を表１に示した。

その後、上記各供試材に対し、ドロー加工法によりフィン径９．４０ｍｍ、フィンピッチ（カラー部高さ）１．８〜３．０ｍｍの条件でフィンプレス加工を行い、成形性評価を行った。成形性評価は各フィンピッチにおいて成形したフィンを観察し、カラー部に亀裂または破断を生じずに良好に成形できたものを○、材料に少しでも亀裂または破断が生じたものを×とした。

表１より明らかなように本発明例はドロー加工方法においては所定の強度を得ながらも、高い伸びを有し、高い成形性が得られている。
一方、本発明範囲外の製造方法を採用した比較例は、成形性が悪くドロー加工法に適したものではなかった。

本発明の連続鋳造圧延板を製造する工程図である。 同じく本発明の連続鋳造圧延板を用いたプレートフィン製造を説明する工程図である。 同じくプレートフィンおよびチューブを示す図である。

符号の説明

１ アルミニウム材
２ 孔
５ カラー部
１０ プレートフィン

Claims (1)

1. 純アルミニウムからなる連続鋳造圧延材に、３０〜７０％の圧下率で冷間圧延し、さらに、５００℃〜６４０℃の高温析出処理後に冷間圧延を行った後、仕上げ焼鈍を行うことにより、引張強さが１００〜１３０ＭＰａ、かつ導電率が５８％ＩＡＣＳ以上であるアルミニウム連続鋳造圧延板を得ることを特徴とする延性に優れたアルミニウム連続鋳造圧延板の製造方法。

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