(57)【要約】【課題】アルミ合金クラッド材を熱間圧延により製造する場合に、積層構造や積層材質が異なる場合でも、積層界面での圧着を促進し、剥離が防止できる簡便なパススケジュールの決定方法を提供することである。  【解決手段】アルミクラッド圧延のパススケジュールを、剥離を生じない界面接合強度（臨界最大せん断応力τ(limit）)を圧延実績データに基づいて界面での累積ひずみ（トータルひずみ）を用いて定式化し、このτ(limit）を圧延パス毎に予め算出し、一方、圧延パス毎に界面に作用する最大せん断応力τを数値解析により予測し、前記τがτ(limit）を超えないようにパス毎の圧下量を決定するようにしたのである。この方法によれば、剥離を生じない界面接合強度以下の範囲で各パスでの適正圧下量（圧下率）を簡便に求めることができ、必要以上の軽圧下パスをなくすることができ、圧延能率の向上に寄与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材を積層して熱間圧延により界面を接合するアルミクラッド圧延のパススケジュールの決定方法であって、剥離を生じない界面接合強度の指標となる臨界最大せん断応力τ(limit)を予め算出し、熱間圧延のパス毎に前記界面に作用する最大せん断応力τを数値解析により予測し、この予測した最大せん断応力τが前記臨界最大せん断応力τ(limit)を超えないようにパス毎の圧下量を決定することを特徴とするアルミクラッド圧延のパススケジュール決定方法。
【請求項２】
前記剥離を生じない臨界最大せん断応力τ(limit)を界面での累積ひずみεを用いて定式化し、この定式を用いて前記臨界最大せん断応力τ(limit)を予め算出することを特徴とする請求項１に記載のアルミクラッド圧延のパススケジュール決定方法。
【請求項３】
前記剥離を生じない臨界最大せん断応力τ(limit)を界面での累積ひずみεの一次式τ(limit)＝ａ×ε＋ｂで定式化し、係数ａおよび定数ｂを、材質別に圧延温度に対応させて決定することを特徴とする請求項１または２に記載のアルミクラッド圧延のパススケジュール決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車の熱交換器等に使用されるアルミニウム合金製ブレージングシートなどのアルミニウム合金クラッド材の製造方法に係り、具体的には、圧延工程で、界面に剥離が生じないパススケジュールの決定方法に関する。    
【背景技術】
【０００２】
自動車等の熱交換器分野で、従来の銅製のブレージングシートのようにろう付けに鉛を使用せずに済む環境上の問題や軽量化の観点から、アルミニウム合金製ブレージングシートが使用されるようになっている。このアルミ合金製ブレージングシートは、通常、芯材として、一般的なＡｌ−Ｚｎ系合金の３００３合金が使用され、水接触側にＡｌ−Ｍｎ系合金などのＺｎを含有する合金からなる犠牲陽極材が、また、水接触側の反対の面にろう材としてＡｌ−Ｓｉ系合金などを用いた３層構造のものが知られている。この３層構造のブレージングシートは、一般に、前記芯材の両側に犠牲陽極材とろう材とをそれぞれ重ねて加熱した後に、熱間圧延を施し、さらに冷間圧延を施して製造される。  
【０００３】
従来、前記熱間圧延では、犠牲用陽極材とろう材とをそれぞれ芯材に圧着させるために１パスあたりの圧下量を増加させると、クラッド（積層）界面（以下、界面と記す）でのせん断変形により剥離が発生する。このため、圧着を行ないながら剥離が発生しないように、通常、とくに圧延工程の前段側で、軽い圧下を繰り返すパススケジュールが採用されている。また、特許文献１では、軽圧下が圧着不良問題に有効であることから、圧延開始前の板厚の６０％以上の板厚での圧下率を１．０％以上５．０％以下と、後段側に比べて軽圧下とする製造方法が開示されている。  
【特許文献１】特開平９−１８４０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前述のように、とくに圧延工程の前段側で軽圧下を繰り返すことにより、前記芯材への前記両表層材の圧着の促進と剥離の防止は可能であるが、軽圧下を繰り返すことは、所要の板厚に減少させるまでに多くのパス回数を要し、著しい生産性の低下が発生する。一方、アルミ合金のクラッド材は３層に限らず、２層構造のものもあれば、４層、５層構造のものと多様な構造があり、かつ各層の材質、すなわち変形抵抗も多彩である。このため、特許文献１に開示された圧下率、とくに圧延工程の前段側での圧下率を後段側での圧下率よりも軽圧下率にするだけでは、クラッド構造や各層の変形抵抗が異なる場合に、必ずしも、圧着不良問題等が発生しない最適な圧下率、すなわちパススケジュールとは言い難く、また、各層構造や層材質毎に圧着する圧延条件、とくに圧下率をパス毎に決定することは極めて多大な労力を要し、実質上不可能である。  
【０００５】
そこで、この発明の課題は、アルミ合金クラッド材を熱間圧延により製造する場合に、層構造や層材質が異なる場合でも、層界面での圧着の促進と剥離が防止できる各パスでの適正圧下量（圧下率）を簡便に算出できるアルミ合金クラッド材のパススケジュールの決定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【０００７】
請求項１に係るアルミクラッド圧延のパススケジュール決定方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材を積層して熱間圧延により界面を接合するアルミクラッド圧延のパススケジュールの決定方法であって、剥離を生じない界面接合強度の指標となる臨界最大せん断応力τ(limit)を予め算出し、熱間圧延のパス毎に前記界面に作用する最大せん断応力τを数値解析により予測し、この予測した最大せん断応力τが前記臨界最大せん断応力τ(limit)を超えないようにパス毎の圧下量を決定することを特徴とする。
【０００８】
このようにすれば、各パスでの界面での最大せん断応力τが剥離を生じない界面接合強度以下、すなわち臨界最大せん断応力τ(limit)以下の範囲で、各パスでの圧下率を大きくとることが可能となり、必要以上に圧下率を小さくした軽圧下パスをなくすることができ、圧延能率の向上に寄与する。また、材質や積層数が異なるクラッド材を圧延する場合にも、少ない試圧延で効率的に圧下パススケジュールを決定することができる。ここで、臨界最大せん断応力τ(limit)とは、界面に引張り応力が作用している領域での、界面剥離に至らない限界の最大せん断応力を意味するもので、圧延実績データに基づいた解析により、予め算出することができる。また、最大せん断応力τは、界面と垂直方向に界面を引き剥がすように引張り応力が作用している領域での、この界面に作用する最大せん断応力を意味し、通常は各パス出側で作用するせん断応力が最大せん断応力τとなる。
【０００９】
請求項２に係るアルミクラッド圧延のパススケジュール決定方法は、前記剥離を生じない臨界最大せん断応力τ(limit)を界面での累積ひずみεを用いて定式化し、この定式を用いて前記臨界最大せん断応力τ(limit)を予め算出することを特徴とする。
【００１０】
一般に、板材の圧着による接合は、接合面での被接合板の新生面同士が接触することにより行なわれるため、接合強度（剥離応力）は、被接合板の新生面の面積で決まる。熱間圧延による圧着の場合、新生面の面積は、圧延開始時からの接合界面での累積ひずみεによって決まるため、圧延実績から、累積ひずみεと剥離を生じない界面接合強度の指標となる臨界最大せん断応力τ(limit)との関係を見出して定式化することが可能である。ここで、累積ひずみεは、厳密に定義すると、界面に累積した真ひずみであるが、便宜的に、第１パスからのトータルひずみεt、すなわちクラッド材（積層材）全体を１枚の板材とみたときの第１パスからの累計した圧下率（トータル圧下率）を用いることができる。
【００１１】
請求項３に係るアルミクラッド圧延のパススケジュール決定方法は、前記剥離を生じない臨界最大せん断応力τ(limit)を界面での累積ひずみεの一次式τ(limit)＝ａ×ε＋ｂで定式化し、係数ａおよび定数ｂを、材質別に圧延温度に対応させて決定することを特徴とする。
【００１２】
前記接合強度は、前記累積ひずみεが増加するに伴って上昇するため、圧延実績に基づいて、剥離を生じない界面接合強度、すなわち臨界最大せん断応力τ(limit)と累積ひずみεとを一次式で定式化しておけば、任意のパスで、剥離を生じない臨界最大せん断応力τ(limit)を簡便に求めることができる。接合界面でのせん断応力は、被接合板材（積層板材）の材質および圧延温度、すなわち接合温度により大きく異なるため、係数ａおよび定数ｂを、材質および圧延温度毎に決定しておくことにより、臨界最大せん断応力τ(limit)を実用的に精度よく算出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明では、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材を積層して熱間圧延により界面を接合するアルミクラッド圧延のパススケジュールの決定にあたり、圧延実績に基づいて、剥離を生じない界面接合強度として、臨界最大せん断応力τ(limit)を、例えば、累積ひずみεの一次式として定式化して、この臨界最大せん断応力τ(limit)を算出し、熱間圧延のパス毎に接合界面に作用する最大せん断応力τを数値解析により予測し、この予測した最大せん断応力τが臨界最大せん断応力τ(limit)を超えないようにパス毎の圧下率を決定するようにしたので、各パスでの界面での最大せん断応力τが、剥離を生じない臨界最大せん断応力τ(limit)以下の範囲で、各パスでの圧下率を大きくとることが可能となる。それにより、必要以上に圧下率を小さくした軽圧下パスを省くことができ、圧延能率の向上に寄与する。また、材質や積層数が異なるクラッド材を圧延する場合にも、少ない試圧延で効率的に圧下パススケジュールを決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１および図２に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、実施形態のアルミクラッド圧延のパススケジュール決定の流れを示したものである。まず、クラッド構造（積層板の材質、板厚および積層数）および各パスでの圧下量（各パス出側の板厚）、すなわちパススケジュールを仮定し、各パスでの圧延温度を設定する（Ｓ１０）。この仮定パススケジュールとして、現行のパススケジュールを用いることができる。各パスでの圧延温度は、基本的には、実測温度で検証した温度計算式により算出した計算温度を用いる。また、実機圧延で１パス毎に計測した実測温度を用いることもできる。次に、この仮定したパススケジュールから、各パス、例えば、第ｉパス（ｉ＝１〜ｎ、ｎ：最終パス）での圧下量を設定する。そして、第２パス以降のパス入側のクラッド比は、前パス出側のクラッド比を用いる（Ｓ２０）。次に、仮定したパススケジュールから、前パス、すなわち第（ｉ−１）パスまでの累積ひずみε、すなわち第１パスからのトータルひずみεt（トータル圧下率）を算出し、圧延実績に基づいて定式化した、臨界最大せん断応力τ(limit)＝ａ×εt＋ｂから、接合界面の剥離を生じない臨界最大せん断応力τ(limit)を計算する（Ｓ３０）。次に、第ｉパスでの圧下量から、当該パスで積層ごとに接合界面に作用する最大せん断応力τを、例えば、有限要素法等の数値解析手段により計算する（Ｓ４０）。前記最大せん断応力τは、数値解析手段として有限要素法を用いる場合、各クラッド板の界面を形成する最表面の要素に作用するせん断応力の中で最大のものであり、具体的には、前記最表面の要素のノード（節点）に作用する界面の接線方向の力（せん断力）とこの要素の長さからせん断応力として算出することができる。
【００１６】
当該第ｉパスで作用する最大せん断応力τが前記臨界最大せん断応力τ(limit)よりも大きい場合（τ＞τ(limit)）には、当該パスでの圧下量を減少させて圧下率を下げ、逆に、最大せん断応力τが臨界最大せん断応力τ(limit)よりも小さい場合（τ＜τ(limit)）には、当該パスでの圧下量を増加させて圧下率を上げる。このように当該パスでの圧下量（圧下率）を増減させて計算を繰り返し、τ≦τ(limit)を満足する最大の圧下量（圧下率）が、当該第ｉパスで、界面での剥離を生じない最大の圧下量（圧下率）となり、当該第ｉパスについての計算が終了する。同様にして、最終の第ｎパスまでの、剥離を生じない最大圧下量（圧下率）を求めることができる。なお、図１では、τ≦τ(limit)を満足する最大の圧下量（圧下率）の場合の最大せん断応力τを、条件分岐項Ｓ５０でτ＝τ(limit)と記載した。  
【００１７】
前記の界面剥離を生じない接合強度を求める式、臨界最大せん断応力τ(limit)＝ａ×εt＋ｂにおける係数ａおよび定数ｂは、例えば、材質毎に、すなわち圧着接合する板材の組合せ毎に、および圧延温度、すなわち圧延温度範囲（例えば、５０℃間隔）毎に、既存の界面剥離を生じていない、粗圧延から仕上げ圧延にかけての、前段側および後段側の各パスでの圧延実績（圧下量）から、有限要素法などの数値解析手段により界面での最大せん断応力τを算出し、そのときの累積ひずみε（トータルひずみεｔ）とから、各パスについて得られた複数の（ε，τ）データを一次回帰して求めることができる。なお、パス間の温度低下が比較的少ない粗圧延での通常の圧延温度は、５５０〜４５０℃程度であり、圧延材表面の局部過冷等を考慮すれば、６００〜３００℃の温度域で、係数ａおよび定数ｂをデータベースとして所有しておくことが望ましい。また、累積ひずみεは、前述のように、クラッド材（積層材）全体を１枚の板材とみたときの第１パスからの圧下ひずみを累計したトータルひずみεｔで求めることができる。
【００１８】
図２は、Ａ層（ろう材）として4000系合金を、Ｂ層（芯材）として3000系合金を、Ｃ層（犠牲陽極材）として7000系合金を用いた、初期板厚６００ｍｍの３層クラッド材（クラッド比A:B:C=0.12:0.70:0.18）について、従来のパス（圧下量）スケジュールと、改善パス（圧下量）スケジュールを模式的に示したものである。この改善パス（圧下量）スケジュールは、第１パスから４パスでの圧下量は従来のパススケジュール通りとし、第５パス目以降について、クラッド材界面での最大せん断応力τが、剥離を生じない臨界最大せん断応力τ(limit)を超えないようにして求めた上限の圧下量を採用したパス（圧下量）スケジュールである。この改善パススケジュールの各パスでの圧下量は、板材温度を５２０℃、ロール直径を１０００ｍｍとして、各パスに対応する実機のロール径を用いて、弾塑性有限要素法を用い、圧下量（圧下率）を変化させて、それぞれの圧下量（圧下率）でのＡ層−Ｂ層およびＢ層−Ｃ層界面の最大せん断応力τを求め、材質（Ａ層−Ｂ層、Ｂ層−Ｃ層の組合わせ）および板材温度に対応して、予め求めておいた係数ａおよび定数ｂと、累積ひずみε（トータルひずみεｔ）とから前記の式τ(limit)＝ａ×εｔ＋ｂで求めた臨界最大せん断応力τ(limit）を超えない、上限の最大せん断応力τに対応する圧下量である。図２から、従来パススケジュールでは、界面の剥離を防止するために、前段側の各パスがすべて一律に軽圧下パスであるのに対し、改善パススケジュールでは、前段側パスの、改善対象とした最初の５パス目以降から、各パスでの界面での最大せん断応力τが圧延実績に基づいて算出した臨界最大せん断応力τ(limit)以下であるため、界面の剥離を生じずに圧下量を漸次増加させることが可能となる。それによって、圧下率が小さい軽圧下パス数を減少させることができ、所要のクラッド板厚に仕上げるパス回数が少なくて済み、圧延能率が向上する。
【００１９】
前記３層のアルミクラッド材の芯材（Ｂ層）、陽極犠牲材（Ａ層）、ろう材（Ｃ層）としては、必ずしも、前記合金に限定するものではない。また、アルミ金属と、例えば、ステンレス鋼やチタン金属などの異種金属のクラッド材に対しても、図１に流れを示した上述のパススケジュールの決定方法は適用可能である。また、積層数も３層に限らず、例えば、４層、５層と多くなっても、前述のようにして、界面での最大せん断応力τが、臨界最大せん断応力τ(limit)を超えない圧下量を求めることにより、必要以上に圧下率を小さくした軽圧下パスを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態のパススケジュールの決定方法の流れを示す説明図である。
【図２】従来および改善パススケジュールの圧下量を模式的に比較した説明図である。
【図１】
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【図２】
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