JP4759499B2 - 組み立てスラブの圧延におけるせん断とクロップロスを減ずる方法 - Google Patents

Description

本発明は、組み立て金属スラブの圧延に関し、特に、組み立てスラブの圧延においてせん断とクロップロスを最小にすることによってスラブ圧延歩留まり及び圧延機効率を増加する方法に関する。この材料歩留まりと圧延機効率の好ましい増加は、スラブの片方又は両方のエッジにおいて形成されたスラブの新規幾何学的形状によって達成される。スラブの幾何学的形状は、機械加工によって又は鋳造中に形成される。本発明は、アルミ圧延製品の製造に最も有益に利用される。

JP59027701 JP61262456 WO01/94050

広く使われているアルミプレート、シート及び箔製品の製造方法は、業界においてスラブの「バット」と呼ばれる一番下のリーディング端部を含む、垂直な半連続鋳造スラブに初期に影響を与える。バットは、鋳型の開口底に存在する可動底ブロック又はスタータブロック上で液状金属が固まる際に形成される。鋳型の開口端部で、底ブロックによって予め占められた位置において固まった金属スラブが流出するにしたがい、底ブロックは連続して下方に、鋳型から離れるように移動する。鋳型の側壁、及び鋳型から流出する凝固したスラブの側壁は、凝固率を上昇するために水を噴霧される。この鋳造技術は直接冷却、又は「DC」鋳造と称される。

そしてスラブは、鋳放し（as-cast）表面欠陥を取り除くために表面除去され、第二以降のスラブをはり合わせるのに先立ってスラブの端から端まで均一な化学的性質（uniform chemistry）を備えるために炉の中で加熱して更に均質化されてもよい。第二スラブは一般的にコアに溶接したものとは異なる組成のアルミ合金製、しばしばブレーズ材料（braze material）、又は腐食現象を改良することを目的としたクラッディングからなる。

このように処理されたスラブを、シート、プレート、箔等の有用な最終製品に加工するために、スラブはエッジにおいて好ましくは互いに溶接され、その後に所望の圧延温度まで加熱し、スラブをはり合わせるために、熱間圧延機において多数の熱間圧延パスを受けて、次いで冷間圧延を受けて、それによってクラッド材料という結果になる。コアスラブは、スラブコアの何れかの側面に又は同一の側面に配置され且つしばしば高い珪素含有量を有するブレーズ材料のような、コアよりも軟らかい金属で更なる幾つかのスラブへ組み立てられてもよい。クラッドを形成するスラブはまた、圧延ストリップの耐食性を改良する目的でアルミ合金から作られてもよい。

生成材料は熱交換ストリップ、又は例えばフィンや管材料としてのプレートとして、並びに蒸発器及び管寄せプレートのために有用である。

有限の幅、厚み、長さを有するスラブ上に存在する自由表面は、熱間圧延中、長さ及び幅寸法に不均一圧延変形を発生する。この不均一変形によって、その中心区分においてスラブの伸長を発生し、それによってそのエッジにおいて長手方向に「舌」状態を延在する表面盛り上がり、特に、通常、側面又はエッジロールを使用することなく可逆圧延機で粗く仕上げられたアルミニウムスラブにおいて、表面盛り上がりを発生する。舌状態の形成は、しかしながら、エッジロールを備えた圧延機でさえも、アルミニウムの圧延においては珍しいことではない。熱交換ストリップ用スラブのようなクラッド材料を圧延する場合、クラッドはしばしばコアより軟らかく、それによって、より容易に変形し、不均一変形の問題はより深刻となる。スラブに働く圧力は、ロールの弾性変形のために、圧延方向に対して平行に走るエッジにおいて高くなる。これによってスラブのエッジに近接して不均一なクラッドを形成し、せん断ロスを増大させる。

特許文献１の中で、スチール製スラブ側面のエッジは、欠陥を小さくしてトリミング縁を減少させるために、連続的な起伏を有する。この手段はクラッドスラブに対して有効であるとは示されていない。

前記の不均一変形現象は、スラブの長さ方向において同様に深刻であり、業界において「折り込み（fold over）」、「重なり（overlap）」又は「ワニ皮割れ（alligatoring）」と称される他の状態を引き起こす。スラブ端部での課題となる状態は、圧延が続くにしたがって悪化し、更なる圧延を続けるために、最終的にはクロップシャー（crop shear）によって除去されなければならない。

重なりが金属において内部はり合わせ亀裂を生じることは（また）周知であり、内部はり合わせ亀裂は圧延中に拡大し、せん断によって除外しなければ異常プレートまた異常シート製品という結果をもたらすであろう。

クラッド材料の使用も、組み立て材料における混合構成を理由に、スクラップの再利用をより難しくする。

スラブ圧延せん断とクロップロスを減少させるべく、圧延において歩留まりを増加させる傾きロールを施すことによってスラブエッジを変形させてスラブ端部を先細りにすることによる、過去の試験的実行が特許文献２において試みられた。クラッドは変形させたコア上に施され、スラブエッジにおいてより厚いクラッドを形成し、それによってエッジにおいても十分な厚みに被覆（クラッディング）することを確実なものにする。しかしながら被覆の不均一にともなう問題は残るであろう。

特許文献３は、クロップロスを減少させるためにスラブ端部において断面減少を有するアルミニウムスラブを開示する。圧延中の不均一な被覆の変形に関する問題は評価されていない。

本発明は、アルミ圧延製品用組み立て構造のエッジでの、熱間圧延機クロップ（crop）とせん断ロスを減少させるための方法と特殊な幾何学的形状のスラブを備えることによって従来技術の短所を克服し、特にアルミ製品の熱間圧延における圧延機生産性と金属歩留まりの大幅な改良をする。

本発明は、スラブの圧延方向に対して平行に走る長手方向エッジにおいて形成され、特殊な形状を有するコアスラブをもたらす方法及び製品を明示する。本発明によってもたらされ特殊に形成されたスラブによって、スラブ圧延中に不均一なクラッド厚みの発生を最小化して、それによってせん断とクロップロスを減じて、機械生産性と金属回収率を増加する。

最初に、本発明は、コアスラブと当該コアスラブと平行関係に配置された少なくとも１つの第二スラブとを備えて構成される、圧延工程のために配置された組み立て構造物にして、上記コアスラブが第一と第二の端部を有し、その間に長手方向エッジが圧延方向に対して平行に走り、少なくとも長手方向エッジの一方においてコアスラブの厚み方向の断面が減少する、組み立て構造物をもたらす。

第二に、本発明はまた、上記スラブを適切な厚さ（gauge）に熱間圧延及び冷間圧延することによって上記組み立て構造物からアルミストリップを製造する方法、並びにそのように製造されたストリップをもたらす。

第三に、本発明は、
(a)少なくとも一つのスラブエッジにおいて、スラブの厚み方向における断面減少をコアスラブにもたらすステップ、
(b)少なくとも一つの第二スラブを設けるステップ、
(c)任意にスラブを表面除去するステップ、
(d)スラブを組み立てるステップ、
(e)前記スラブに複数の圧延パスを実施し、前記スラブをはり合わせて、その厚みを減じて前記スラブを引き延ばして、それによって平坦なクラッド厚みを有する金属ストリップを得るステップ、
によって、スラブ圧延でのせん断とクロップロスを減ずる方法を、もたらす。

本ストリップは熱交換用途に使用されてもよい。

断面領域での減少は、好ましくは機械加工により成されるが、他の方法、例えばスラブを鋳造する間に特殊形状を作成するというのは除外されない。

本発明は、直ちに、さらに詳細に記述される。以下の参照は添付図に対して作成されたものである。

図１(a)は従来の形状のクラッドスラブを圧延した場合に発生する問題を例示する。ロールによって摩擦力が加わることによって表面材料の流れが制限される間、コア（１）の中心部において材料が押し出されて、エッジに舌形状を呈する。コアがクラッドを施される場合、クラッド（２）はコアよりも軟らかいために、より容易に変形し、それによってエッジ周辺においてクラッドの「反転」を体験する。スラブエッジにおいてクラッド／コア比は不均一となり、エッジがトリミングされる必要があるような材料ロスという結果となる。

図２にしたがってスラブエッジにおいてカットアウトが機械加工される場合、不均一クラッド（図１(b)参照）形成を最小化するようにスラブは変形し、それによってスクラップ量が減少する。カットアウトはいずれの形状も有することが可能だが、好ましくはU形、V形又は多角形である。カットアウトはスラブの中心部に位置しても良く、又は厚み方向へ、すなわちスラブ面に対して垂直方向へスラブの中心部からずれても良く、第二スラブの硬さに関してコアスラブの硬さにコアの変形耐性が順応する。第二スラブの変形がそれによって、より均一になる。

好ましくはカットアウトがスラブ厚みの少なくとも１／３に渡って延在し、更に好ましくはカットアウトがスラブ厚みの少なくとも１／２に渡って延在する。これによると、前記コアスラブの断面は少なくとも１／３又は少なくとも１／２、それぞれ減じることになる。エッジのカットアウト、又はテーパ形状はテーパスラブ端と結合してもよく、それによってコアは、圧延方向に垂直なスラブ端の少なくとも一方においてコアスラブの厚み方向で減少する断面を有することになる。しかしながら例えば溶接によって、第二又は第三スラブをコアスラブに付加するためには、カットアウトが好ましい。

コアエッジ中へのカットアウトの深さは、好ましくは厚み方向における幅よりも深くなければならない。最も好ましくは、深さは厚み方向における幅の少なくとも１．５倍なければならない。

スラブエッジは代替として、又はカットアウトとの組み合わせにおいて、図３に示すテーパ形状を有してもよい。この修正形状はまた、不均一クラッド厚み、及び結果的に総スクラップ量に関する問題を減ずる。第二又は第三のスラブは圧延中にコアの変形に従いコアスラブを被覆する材料を備えるために、コアスラブのエッジ（３）に延在しなければならない。この相対的配置形態は、スラブがロールに対してすべるのを防ぎ、それによってより均一なコア／クラッド厚み比をもたらす。

図４において、本発明に係る組み立て構造へロール「R」によって加わる力が示されており、カーブAは従来技術に係るスラブにかかる力、及びカーブBは多角形（P）形状のカットアウトを有するスラブにかかる力を示す。認識され得るように、加わる力の変動は、コア断面が減じた場合にロールの弾性変形がより小さいことにより、カーブBにおいてより小さくなっている。生成クラッドは、それによってストリップの幅にわたってより均一な厚みであり、エッジのトリミング（ばり取り）によるロスはより少なくなる。

厚みの減少は前述のカットアウト、又は表面テーパの単一又は組み合わせのいずれであってもよい。コア断面の減少はエッジ（使用されるならば、及び末端）におけるコアの変形耐性を減少させ、それによってクラッドエッジ（及び末端）におけるクラッドの変形が減少されて、より均一なクラッド厚みにつながる。

コアスラブとクラッド材料はいずれの金属でもよいが、主にアルミ合金である。

圧延ストリップは、熱交換ストリップや、例えば、フィン、管又は、管寄せ板、蒸発器板用の板として使われ得る。

本発明は、前記のように圧延においてアルミ製品の歩留まりを改善するために材料流れを制御することによってせん断とクロップロスを減少させるという問題を解決する。

アルミ合金コアスラブはDC法によって鋳造され、鋳放し表面欠陥を除去するために表面除去された。多角形（P）のカットアウトが図４に従ってスラブのエッジにおいて機械加工され、スラブ端の表面は図３にしたがってテーパ形状に機械加工された。それから、アルミニウムブレーズ合金からなる矩形をした（表面除去された）第二スラブは、エッジにおいてコアスラブに溶接された。スラブは仕上がり寸法に熱間圧延及び、冷間圧延された。生成ストリップの部片はカットオフされ、樹脂にはめこんで研磨され、及びストリップの断面は光学顕微鏡で検査された。ストリップ幅にわたるクラッド厚み変動は、２％より小さく、欠陥を有する末端部は非常に小さかった。生成ストリップは巻きつけられ、細長く切られて複数のストリップにされ、更なる加工処理のために熱交換器製造業者へ出荷された。

公表した技術に係る幾つかの圧延溶接後の、圧延方向に垂直なクラッドスラブエッジの断面図である。 本発明に係る幾つかの圧延溶接後の、圧延方向に垂直なクラッドスラブエッジの断面図である。 圧延前の圧延方向に垂直なクラッドスラブエッジの断面図である。スラブは本発明の一実施形態に係る修正形状を有する。 圧延前のクラッドスラブエッジの断面図である。スラブは本発明の一実施形態に係る修正形状を有する。 エッジ中心部においてカットアウトを有する、及び、有しないスラブ上にロールによって加えられた圧力図である。

符号の説明

１ コア
２ クラッド
３ エッジ

Claims (21)

1. コアスラブと当該コアスラブと平行関係に配置された少なくとも１つの第二スラブとを備えて構成される、圧延工程のために配置された組み立て構造物にして、上記コアスラブは第一と第二の端部を有し、その間に長手方向エッジが圧延方向に対して平行に走り、少なくとも長手方向エッジの一方においてコアスラブの厚み方向の断面が減少し、上記少なくとも一つの第二スラブが上記コアスラブよりも柔らかい金属で作られた、組み立て構造物。
2. 前記断面減少がエッジ中央部で少なくとも一つのカットアウトによってもたらされる、請求項１に記載の組み立て構造物。
3. 前記断面減少は少なくとも一つのカットアウトによってもたらされ、そのカットアウトは厚み方向においてスラブの中央部からずれている、請求項１に記載の組み立て構造物。
4. 減少した断面は、コアスラブの上表面及び／又は下表面がエッジ方向にテーパ形状を備える、請求項１〜２のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
5. 断面のトータル減少が少なくともスラブ厚みの１／３である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
6. 断面のトータル減少が少なくともスラブ厚みの１／２である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
7. カットアウトの切り取り深さが、コアスラブの厚み方向におけるカットアウトの幅より大きく、幅の１．５倍より大きい、請求項１〜６のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
8. カットアウトが、Ｕ形、Ｖ形、及び多角形形状のうちの一つを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
9. 少なくとも一つの第二スラブがコアスラブのエッジ（３）に延在する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
10. コアスラブがアルミ合金によって作成された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
11. 少なくとも一つの第二スラブがコアスラブ合金とは異なるアルミ合金である、請求項１０に記載の組み立て構造物。
12. 少なくとも一つの第二スラブがブレーズ材料で作成された、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
13. 少なくとも一つの第二スラブが矩形断面を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
14. 圧延方向に対し垂直であるスラブ端部の少なくとも一方におけるコアスラブの厚み方向においてコア断面が減少する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組み立て構造物。
15. (a)〜(e)のステップ、
    (a)厚み方向における断面減少を有するコアスラブを設け、
    (b)少なくとも一つの第二スラブを設け、
    (c)任意にスラブを表面除去して、
    (d)請求項１〜１４のいずれか一項に記載の組み立て構造物を形成するために、コアスラブと、少なくとも１つの第二スラブを組み立て、
    (e)適正厚さに到達するまで、前記長手方向において組み立て構造物を熱間圧延、及び冷間圧延する、
    を備えて構成される、クラッドストリップの製造方法。
16. 請求項１５に記載の方法によって製造されたストリップであって、ストリップの幅に渡って均一な厚みのクラッドを有する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の組み立て構造体で作られた、アルミニウムストリップであることを特徴とする、ストリップ。
17. 請求項１６に記載のストリップから製造された熱交換器。
18. 請求項１〜１４のいずれか一項に特定された組み立て構造物の圧延におけるせん断及びクロップロスを減ずる方法であり、
    (a)少なくとも一つのスラブエッジにおいて、スラブの厚み方向における断面減少をコアスラブにもたらすステップ、
    (b)少なくとも一つの第二スラブを設けるステップ、
    (c)任意にスラブを表面除去するステップ、
    (d)スラブを組み立てるステップ、
    (e)前記スラブに複数の圧延パスを実施し、前記スラブをはり合わせて、その厚みを減じて前記スラブを引き延ばして、それによって平坦なクラッド厚みを有する金属ストリップを得るステップ、
    を備えて構成される方法。
19. 二つのスラブがステップb)でもたらされ、及びスラブを圧延する前にコアスラブの各側面においてスラブが組み立てられる、請求項１８に記載の方法。
20. コアスラブの断面の、前記の減少を達成するためにコアスラブの前記エッジを機械加工するステップを備えて構成される、請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 前記コアスラブの鋳造において、コアスラブの断面の前記減少を実行するステップを備えて構成される、請求項１８又は１９に記載の方法。

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