(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１ｗｔ％以上３ｗｔ％以下のＮｉおよび１．７ｗｔ％以上３．２ｗｔ％以下のＦｅを含有した過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金を、溶湯温度を６８０℃以上７８０℃以下として、幅１ｍｍあたり７ｋＮ以上の荷重をかけて、厚さ２ｍｍ以上４．５ｍｍ以下に連続鋳造圧延することを特徴とする厚さ１００μｍ以下のアルミニウム合金薄板製造用の連続鋳造圧延コイルの製造方法。
【請求項２】
溶湯温度を合金の液相線温度より４０℃以上かつ９０℃以下の温度範囲だけ高くすることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金薄板製造用の連続鋳造圧延コイルの製造方法。
【請求項３】
過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金を、１．２ｗｔ％以下のＳｉ、３．０ｗｔ％以下のＣｏ、０．３ｗｔ％以下のＺｒ、０．３ｗｔ％以下のＴｉ、６ｗｔ％以下のＺｎ、０．３ｗｔ％以下のＩｎ、０．３ｗｔ％以下のＳｎ、１ｗｔ％以下のＣｕ、１．３ｗｔ％以下のＭｎ、１ｗｔ％以下のＭｇのうち１種または２種以上および不可避的不純物を含有した過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金とすることを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウム合金薄板製造用の連続鋳造圧延コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延性に優れた過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金連続鋳造圧延コイルの製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、１００μｍ以下の厚さまで冷間圧延可能な過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金連続鋳造圧延コイルを得るための製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金にＦｅ成分を添加すると、強度や耐熱性が向上することからアルミニウム合金箔やアルミニウム合金フィン材にＦｅ成分を添加することはよく行われている。そしてさらに、Ｆｅと同時にＮｉを添加すると熱伝導性を低下させることなく強度を向上させることが可能なため、ＮｉとＦｅを同時に添加することがフィン材ではしばしば行われる。
アルミニウム合金中でのＮｉおよびＦｅの固溶量は少ないために、ＤＣ（ダイキャスト）鋳造を行うと鋳造時にＦｅを含有する粗大な金属間化合物が生じ、成形性等に悪影響を及ぼす。そのため、冷却速度を上げて、鋳造時に生じる金属間化合物を微細化させる製造方法として、１０ｍｍ程度より薄い板をアルミニウム合金溶湯から直接製造する連続鋳造圧延法が行われている。
連続鋳造圧延法では鋳造時の冷却速度が速いために、１ｗｔ％（以下、ｗｔ％を単に％という）以上のＦｅとＮｉを添加したアルミニウム合金でも金属間化合物を微細化することが可能であり、得られた合金の強度は高いためにフィン材の薄肉化に適しており、また、耐熱性が高いために箔圧延時に加工発熱で軟化しにくく箔圧延性が向上したものとなっている。
しかし、特性をさらに向上させるために、さらにＦｅおよびＮｉを添加し、過共晶のＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金とした場合は、連続鋳造コイルから１００μｍ以下に極薄に圧延するとピンホールが発生したり、さらにひどいものでは厚み１００μｍに至る前に圧延中に破断してしまい圧延ができないこともある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金から連続鋳造して得たコイルを、さらに冷間圧延によって厚さ１００μｍ以下に極めて薄肉化することができ、ピンホールなどの欠陥の発生を防止しうる、過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金連続鋳造圧延コイルの製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、箔やフィン材として使用可能な厚さである１００μｍ以下に圧延可能な過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金コイルを製造するための、連続鋳造圧延方法についてなされたものである。
すなわち本発明は、
（１）０．１％以上３％以下のＮｉおよび１．７％以上３．２％以下のＦｅを含有した過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金を、溶湯温度を６８０℃以上７８０℃以下として、幅１ｍｍあたり７ｋＮ以上の荷重をかけて、厚さ２ｍｍ以上４．５ｍｍ以下に連続鋳造圧延することを特徴とする厚さ１００μｍ以下のアルミニウム合金薄板製造用の連続鋳造圧延コイルの製造方法、
（２）溶湯温度を合金の液相線温度より４０℃以上かつ９０℃以下の温度範囲だけ高くすることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金薄板製造用の連続鋳造圧延コイルの製造方法、及び
（３）過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金を、１．２％以下のＳｉ、３．０％以下のＣｏ、０．３％以下のＺｒ、０．３％以下のＴｉ、６％以下のＺｎ、０．３％以下のＩｎ、０．３％以下のＳｎ、１％以下のＣｕ、１．３％以下のＭｎ、１％以下のＭｇのうち１種または２種以上および不可避的不純物を含有した過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金とすることを特徴とする（１）または（２）項記載のアルミニウム合金薄板製造用の連続鋳造圧延コイルの製造方法
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法について以下に説明する。
本発明は過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金を対象とする。該合金から、通常のＤＣ鋳造法や従来の連続鋳造圧延では、特性が優れた薄板を製造できないためである。
ここで、Ｎｉ含有量を０．１％以上３％以下、Ｆｅを１．７％以上３．２％以下としたのは、ＦｅとＮｉのアルミニウム中での状態は似ており、ＮｉによりＡｌ−Ｎｉの過共晶、ＦｅによりＡｌ−Ｆｅの過共晶、両者によりＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉの過共晶となる場合があり、工業的には両者を添加する場合にはＦｅを多く添加することがほとんどのためである。
Ｆｅが１．７％未満の場合、従来からの連続鋳造圧延条件でコイルの製造ができるためである。また、Ｎｉが３ｗｔ％またはＦｅが３．２％を越えると鋳造時に合金が共晶温度まで過冷しきれなくなり、本発明方法を用いても、１００μｍ以下の薄板まで圧延できる板が得られなくなることがあるので、Ｆｅの上限を３．２％とする。過共晶となるＦｅ量の下限は一緒に添加される他の元素により若干変化するが、工業的に溶湯を製造する際にはばらつきがあるために、１．７％以上の場合に本発明の方法が有効となる。
以上の過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金には、最終的に得られる薄板の用途などに応じて種々の元素を本発明の目的の効果を損なわない範囲で含有してもよい。例えば、１．２％以下のＳｉ、３．０％以下のＣｏ、０．３％以下のＺｒ、０．３％以下のＴｉ、６％以下のＺｎ、０．３％以下のＩｎ、０．３％以下のＳｎ、１％以下のＣｕ、１．３％以下のＭｎ、１％以下のＭｇのうち１種または２種以上および不可避的不純物を含有してもよい。これらの元素は主として合金を箔としたりフィン材とする際に特性上重要な働きを示すものである。上記範囲内であれば、本発明の製造方法を適用可能であるが、後述する金属間化合物の生成を減らすことと、合金の鋳造時の割れ性を抑える上で、それぞれ０．７％以下のＳｉ、２．０％以下のＣｏ、０．２％以下のＺｒ、０．２％以下のＴｉ、２％以下のＺｎ、０．１％以下のＩｎ、０．１％以下のＳｎ、０．５％以下のＣｕ、０．６％以下のＭｎ、０．３％以下のＭｇにすることが好ましい。
【０００６】
本発明では、上記合金溶湯を溶湯温度を６８０℃以上７８０℃以下として、幅（横幅）１ｍｍあたり７ｋＮ以上の荷重をかけて、厚さ２ｍｍ以上４．５ｍｍ以下に連続鋳造圧延する。
本発明で用いる過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金の場合、従来、連続鋳造圧延した際に初晶としてＡｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系等のＦｅやＮｉを含有する金属間化合物を晶出し、この金属間化合物の集合状態によって連続鋳造圧延以降の冷間圧延の際に割れ等が生じるのである。ちなみにＤＣ鋳造を行う製造工程では、ＤＣ鋳造時の冷却速度は連続鋳造圧延より小さいために、連続鋳造圧延とは比較にならない大きさの金属間化合物が生じ、圧延時にピンホールや割れが起こる。
ここで、溶湯温度が６８０℃未満の場合、合金の固相線温度に溶湯温度が近いために、連続鋳造圧延時の凝固状態が、ロール表面の微妙な温度ばらつき等の微妙な条件変化により簡単に変化し、コイル内での材料の特性に変化を与えていることが推定される。また、７８０℃を越えると、連続鋳造圧延機の冷却能力が不足して、板厚方向の中心部にＦｅやＮｉを含有する金属間化合物が生じ、ピンホールや割れの原因となる上、エネルギー的にも無駄である。なお、ここで溶湯温度とは鋳造機のヘッドボックスの温度と定義する。ヘッドボックスとはノズルに溶湯を供給する直前に設けられ、湯を安定して供給するために湯をプールしておく部分である。
【０００７】
以上の理由で溶湯温度を６８０℃以上７８０℃以下とするが、さらに、溶湯温度を合金の液相線温度より４０℃以上かつ９０℃以下の温度範囲だけ高くすることが本発明では推奨される。
溶湯温度と液相線温度との温度差が４０℃未満の場合、連続鋳造圧延の溶湯をロール間に供給するノズル部分で冷却されてＦｅやＮｉを含有する金属間化合物が生じ、それがときどきロール間の溶湯に流れ込んでそのまま板材中に入り、ピンホールや割れの原因となるためである。また、液相線より９０℃を越える溶湯温度の場合、合金溶湯を共晶温度まで過冷却することができず、過共晶のＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系金属間化合物が冷却の最初に粗大に生じ、これが、ピンホールや割れの原因となるためである。
このような温度の過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金溶湯を幅１ｍｍあたり７ｋＮ以上の荷重下に、厚さ２ｍｍ以上４．５ｍｍ以下に連続鋳造圧延する。
【０００８】
連続鋳造圧延の厚さは厚いほど、連続鋳造圧延時に生じる表面等の欠陥が少なく、トラブルが生じにくいために、工業的には５ｍｍ〜１０ｍｍ程度が一般に用いられている。本発明の課題としている過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金の場合、厚さが大きい場合みかけ上欠陥がなく正常なコイルが製造できるが、冷間圧延の工程で割れやピンホールが発生する。これは、過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金の場合、初晶としてＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ系等のＦｅを含有する金属間化合物を晶出することがあるが、連続鋳造圧延の厚さが大きいと合金全体が過冷却されて凝固せずに、板の厚さ方向中央部に金属間化合物が偏析するが、この金属間化合物の集合状態によって、冷間圧延工程で割れやピンホールが発生しやすくなることが原因していると考えられる。連続鋳造時の厚さが４．５ｍｍを越えると、過冷却が不十分で上記金属間化合物の偏析が発生しやすくなるのである。また、厚さ２ｍｍ未満では連続鋳造圧延時点で割れや板厚変動が発生し、後の冷間圧延に供するコイルを製造できない。
【０００９】
このような板厚の連続鋳造圧延コイルを製造するに当たり、幅１ｍｍあたり７ｋＮ以上の荷重をかける条件で製造することが必要である。
従来の連続鋳造圧延での荷重は３ｋＮ／ｍｍ程度であるが、これを越える荷重をかける理由は以下の通りである。従来法において圧延荷重が７ｋＮ／ｍｍ未満の場合、凝固の界面１、２は図１（Ａ）に模式的に示したようにロールの中心軸（鋳造品の中心）に近い位置で凝固が完了する形になる。対して本発明の条件ではロールの中心軸から遠い位置で凝固が完了する。さらに、図１（Ａ）の凝固界面は断面方向から模式的に示したものであるが、それを上方向から見た板幅方向での凝固界面は図１（Ｂ）の１、２に示したように波打った形となっている。この波の大きさは圧延荷重が小さいほど大きい。そして、この圧延荷重が小さすぎると、すなわち７ｋＮ／ｍｍ未満では、このように波打っている中で、ロール中心軸に近い位置で凝固が完了する界面部分では未凝固の液相にＮｉおよびＦｅが濃化されやすくなり、濃化したＮｉおよびＦｅにより局部的にＮｉおよびＦｅ成分が多い組成となったことにより、過冷却が生じにくくなり、過共晶ＮｉおよびＦｅを原因とする金属間化合物を密に発生すると考えられる。この金属間化合物の集合が冷間圧延時に割れやピンホールの原因となる。
以上より、本発明では幅１ｍｍあたり７ｋＮ以上の荷重をかけて連続鋳造圧延するものとするが、その上限は連続鋳造圧延装置の設備によって定まる限界までとする。
【００１０】
ここで、連続鋳造圧延法とはハンター法、３Ｃ法等で知られるアルミニウム合金の鋳造圧延方法であり、直接圧延と呼ばれることもある。
本発明で製造した連続鋳造圧延コイルは、冷間圧延により１００μｍ以下の薄板とするためのものである。１００μｍ以下に圧延する際に生じる問題を解決した発明であるから、当然、１００μｍを越える厚さの材料として圧延することは可能であるが、本発明の製造条件で得られる金属組織が特性上必要でない限りは、わざわざ本発明の条件で製造したコイルを使用する必要は通常はない。本発明の製造条件は連続鋳造圧延法で特殊な圧延荷重条件で薄い板を製造するものであり、生産性が低下する（高荷重のため幅広板ができにくい等が原因）ことがあるためである。
なお、本発明条件で製造したコイルを冷間圧延するにあたり、冷間圧延工程の途中や前後に焼鈍を行っても構わない。
【００１１】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
表１に示す組成の各アルミニウム合金Ｎｏ．Ａ、Ｂ、Ｃより、表２の連続鋳造圧延条件により各板厚のコイルを作製した。合金の液相線温度を併せて表２に示す。使用した連続鋳造圧延装置のロール径は６１８ｍｍで、製造したコイルの幅は８００ｍｍである。得られたコイルに３６０℃にて２時間の焼鈍後、冷間圧延、焼鈍、冷間圧延の工程により厚さ０．０６ｍｍのフィン材用コイルを製造し、得られたコイルを１６ｍｍの幅にスリッター加工した。冷間圧延のパススケジュールは６ｍｍ→２．４ｍｍ→１ｍｍ→０．５ｍｍ→０．３ｍｍ→０．１８ｍｍ→０．１１ｍｍ→０．０６ｍｍであり、それぞれ最初の連続鋳造圧延コイルの板厚により最初の圧延パスの板厚が異なる。
冷間圧延の状況およびスリッター加工の状況を表３に示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
【表２】
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【００１４】
【表３】
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【００１５】
表３の結果より、本発明を用いたものでは０．０６ｍｍまで圧延加工可能であったが、条件が異なる比較例では途中で圧延できないか、スリッター時に破断が生じた。なお、ここで比較例５は従来一般のアルミニウム合金（過共晶でない合金）の連続鋳造圧延で用いられる条件である。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明では過共晶Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金の圧延薄板が製造可能となり、工業上で顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続鋳造圧延での凝固状態を示す模式図である。図１（Ｂ）は図１（Ａ）を上方向から見た際の模式図である。
【符号の説明】
１  凝固界面１（荷重が小さい場合）
２  凝固界面２（荷重が大きい場合）
３  連続鋳造圧延ロール表面
４  ロール中心軸
【図１】
0003981495.tif 000005