(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィンストック合金から、アルミニウム合金板フィンストック材料を製造する方法であって、
当該方法は、合金を連続的にストリップ鋳造して、鋳造したままのストリップを形成し、鋳造したままのストリップを圧延して、中間厚みの合金板物品を形成し、中間厚みの合金板物品を焼鈍し、得られた中間厚みの合金板物品を冷間圧延して、最終厚みのフィンストック合金板材料を形成することを含んでなり、
当該方法は、次の成分：1.2〜2.4重量％のFe、0.5〜1.1重量％のSi、0.3〜0.6重量％のMn、0.1〜1.0重量％のZn、0.05重量％未満の各不可避的元素（合計して0.15重量％またはそれ以下）、および残部アルミニウムを含んでなる合金について実施し、
連続ストリップ鋳造工程は、合金を少なくとも300℃/秒の速度で冷却しながら実施し、
得られたフィンストック材料は、595℃を超える温度でロウ付けした後に、49.0％IACSを超える伝導率を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
合金が0.005〜0.040重量％のTiを更に含む請求項1記載の方法。
【請求項３】
当該方法は、次の成分を含んでなる合金について実施する請求項1記載の方法：1.3〜1.8重量％のFe、0.5〜1.0重量％のSi、0.3〜0.6重量％のMn、0〜0.7重量％のZn、0.005〜0.020重量％のTi、0.05重量％未満の各不可避的元素（合計して0.15重量％またはそれ以下）、および残部アルミニウム。
【請求項４】
鋳造の間、合金を、少なくとも500℃/秒の速度で冷却する請求項1、2または3記載の方法。
【請求項５】
鋳造したままのストリップの厚みは、3〜10 mmである請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ストリップの中間厚みへの圧延工程は、熱間圧延とその後の冷間圧延との組合せによって行う請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ストリップの中間厚みへの圧延工程は、冷間圧延単独によって行う請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
合金を、二本ロール鋳造法によって鋳造する請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
中間厚みの合金板を、最終厚みに、少なくとも45％の厚み減少率で冷間圧延する請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
中間厚みの合金板を、最終厚みに、少なくとも60％の厚み減少率で冷間圧延する請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
フィンストック材料は、595℃を超える温度でロウ付けした後に、49.8％IACSを超える伝導率および127 MPaを超える極限引張強度を有する請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
請求項1〜11のいずれかに記載の方法によって製造されたことを特徴とするフィンストック材料。
【請求項１３】
当該フィンストック材料の厚みは、60μm±10％である請求項12記載のフィンストック材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、熱交換器のフィン製造に使用される改善アルミニウム合金製品を製造する方法、およびこのようにして製造されたフィンストック（finstock）材料であって目的に適した腐食電位および好ましくは高い熱伝導率を有するフィンストック材料に関する。
【０００２】
（従来の技術）
アルミニウム合金は、長年、自動車ラジエーターやコンデンサーや蒸発器などの熱交換器フィンの製造に採用されている。伝統的なラジエーターフィン合金は、ロウ付け処理の間にロウ付け適性および良好な垂れ耐性を示すと共に、ロウ付け処理後に高い強度が得られるように、設計されている。この目的に使用される合金は、通常、高いレベルでマンガンを含んでいる。この合金の例は、アルミニウム合金AA 3003である。この合金を用いると、良好なロウ付け性能が得られるが、熱伝導率は、比較的低い。低い熱伝導率は、これまで、フィンストック材料の厚みが著しく大きいため、重大な問題ではなかった。フィンストック材料は、適切な厚みであれば、多量の熱量を伝達することができる。しかしながら、車両重量を軽量化するには、より薄いフィンストック材料が必要であり、これは、熱伝導率改善の必要性を強調することとなる。明白なことであるが、より薄い厚みの材料は、より薄くなるにつれて、熱の流動を阻害する傾向を示す。
【０００３】
また、熱交換器は、良好な防食性能を有するように設計され、これは、しばしば、フィンを、熱交換器の残部よりもより小さい腐食電位（より大きい陰性電位）を有する材料からを製造すること（したがって、フィンを防食性にすること）によって達成することができ、したがって、フィン材料は、適切な腐食電位に調整しなければならない。
【０００４】
これまで、合金の腐食電位および熱伝導率は、合金の化学組成の変化によって変えていた。例えば、本願の発明者は、これまでに、特殊なアルミニウム合金が、フィンストック材料の使用に特に適していることを見出した〔本件出願人による、PCT出願WO 00/05426（国際公開2000年2月3日）に開示〕。この合金は、Fe、Si、Mnおよび一般にZnおよび所望によりTiを、特定の含有量範囲で含んでいる。しかしながら、この種の合金製のフィンを用いて製造した熱交換器についての腐食電位の改善および熱伝導率の改善は、これらの合金および関連する合金を、現在の自動車産業における厳格な要件に適合させるのにより有用にさせるようである。
【０００５】
（発明が解決しようとする技術的課題）
本発明の目的は、化学的手段（すなわち、合金成分の改良による化学的手段）に代えて、または当該化学的手段に加え、物理的手段（すなわち、フィンストック製造の間の物理的手段）によってアルミニウム合金フィンストックの特性を改良することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、同じ化学的組成または類似の化学的組成を有する合金と比較して、より小さい腐食電位（より大きい陰性電位）を有するアルミニウム合金フィンストック材料を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、アルミニウム合金中の亜鉛含有量が少なくかつ所望の腐食電位を有するアルミニウム合金フィンストック材料を提供することである。
【０００８】
さらに、本発明の別の目的は、他の所望の特性、例えば高い強度およびロウ付け適性を保持しつつ、腐食電位を減少させ（より陰性にさせ）そして／またはフィンストック合金の熱伝導率を増加させることである。
【０００９】
（発明の開示）
本発明は、フィンストック合金を鋳造して、鋳造したままのストリップを形成すると、得られる合金生成物（即ち、フィンストック合金板材料）の腐食電位および／または熱伝導率に対し、影響を与えることができるという、予期せぬ知見に基づくものである。特に本発明によれば、連続鋳造工程の間に通常の合金冷却速度を実質的に増加させる方法（例えば、二本ロール鋳造法）によって、アルミニウムフィンストック合金を鋳造すると、従来技術において所定のレベルの合金成分について観察されていたものに比し、合金の腐食電位をより低くでき（より陰性電位にすることができ）、そして／または合金の熱伝導率をより高くできることが、判明した。
【００１０】
したがって、本発明の一態様によれば、フィンストック合金から、アルミニウム合金板フィンストック材料を製造する方法であって、
当該方法は、溶融合金を連続的にストリップ鋳造して、鋳造したままの連続ストリップを形成し、鋳造したままのストリップを圧延して、中間厚みの合金板物品を形成し、中間厚みの合金板物品を焼鈍し（以下、中間焼鈍という。）、得られた中間厚みの合金板物品を冷間圧延して、最終厚みのフィンストック合金板材料を形成することを含んでなり、
連続鋳造工程の間、合金を、少なくとも300℃/秒、好ましくは少なくとも500℃/秒の平均冷却速度に付することを特徴とする方法を提供する。
【００１１】
好ましくは、連続鋳造工程は、所望の範囲内に入る冷却速度を形成するような二本ロール鋳造法によって実施される。
【００１２】
本発明は、また本発明の方法によって生産される、アルミニウム合金フィンストック材料に関する。
【００１３】
本発明に係る合金は、以下の一般組成（重量％）を有する合金である。
Fe  1.2〜2.4重量％
Si  0.5〜1.1重量％
Mn  0.3〜0.6重量％
Zn  0〜1.0重量％
Ti（所望による成分）  0.005〜0.040重量％
不可避的元素  各元素0.05重量％未満、合計量≦0.15重量％
Al  残部
【００１４】
より好ましくは、本発明の合金は、以下の組成（重量％）を有する。
Fe  1.3〜1.8重量
Si  0.5〜1.0重量％
Mn  0.3〜0.6重量
Zn  0〜0.7重量
Ti（所望による成分）  0.005〜0.020重量％
不可避的元素  各元素0.05重量％未満、合計量≦0.15重量％
Al  残部
【００１５】
好ましくは、ロウ付け後の良好な強度（高い極限引張強度（UTS））のフィンストック合金板材料を得るには、焼鈍後の中間厚みストリップについての冷間圧延は、中間厚み合金板が、少なくとも45％、好ましくは少なくとも60％の厚み減少率で、好ましくは100μmまたはそれ以下、より好ましくは80μmまたはそれ以下、最も好ましくは60μm±10％の最終厚みとなるような程度で実施する。
【００１６】
本発明は、フィン材料を用いた熱交換器用として良好な腐食保護が得られるようなフィンストック材料であって、従来技術で可能であったものよりもより薄いフィンを用いたロウ接熱交換器を製造するのに適したフィンストック材料を提供する。これは、熱交換器への使用を可能にするような、充分なフィン強度および熱伝導率を保持しつつ、達成することができる。
【００１７】
本発明に従い、この合金から形成したストリップ生成物は、約127 MPaを超えるロウ付け後の極限引張強度（UTS）、好ましくは約130 MPaを超える当該極限引張強度、49.0％IACSを超えるロウ付け後の伝導率、より好ましくは49.8％IACSを超える当該伝導率、最も好ましくは50.0％IACSを超える当該伝導率および595℃を超えるロウ付け温度、好ましくは600℃を超えるロウ付け温度を有する。
【００１８】
このストリップ特性は、シミュレーションしたロウ付け条件下に、次のようにして測定する。
【００１９】
ロウ付け後の極限引張強度（UTS）は、ロウ付け条件をシミュレーションした、次のような方法に従い、測定する。圧延したままの厚みの最終処理済みフィンストック（例えば、厚み0.06 mmに圧延した後のフィンストック）を、570℃に予熱した炉に入れ、次いで約12分で600℃に加熱し、600℃で3分間保持し（均熱し）、50℃/分で400℃に冷却し、次いで室温まで空冷した。次いで、この材料に対して引張強度試験を行った。
【００２０】
ロウ付け後の熱伝導率は、導電率（これは、熱伝導率と直接的に対応し、また測定するのがより容易である。）として、ロウ付け条件をシミュレーションした極限引張強度（UTS）試験用として処理した試料について、JIS-H0505記載の導電率試験法を用い、測定する。導電率は、国際焼鈍銅標準（International Annealed Copper Standard）の割合として表示した（％IACS）。
【００２１】
腐食電位は、極限引張強度（UTS）試験用として処理した試料について、ASTM G3-89記載の試験法に従い、Ag/AgCl/飽和KCl参照電極を用い、測定する。
【００２２】
（図面の説明）
図1は、本発明の方法の好ましい態様における工程を示したフローチャートである。
【００２３】
（発明を実施するための最良の形態）
前記したように、本発明は、フィンストック合金を鋳造する条件、特に鋳造工程の間の冷却速度が、フィンストック生成物の特定の物性、特にフィンストック生成物の腐食電位および熱伝導率に対し、影響を与えることができるという、予期せぬ知見に基づくものである。したがって、本発明は、他の所望の特性（例えば、ロウ付け適性およびロウ付け後の強度）に実質的に悪影響を与えずに、所定のフィンストック合金の上記特性を改善するのに用いることができるが、本発明は、有利には、以下に説明するように、焼鈍処理後に特定の圧延工程を用いて高い強度を確保することができる。
【００２４】
従来技術では、フィンストック合金板材料は、冷却速度が比較的低い直冷（direct chill）鋳造法を含め、いくつかの方法を用いて製造されてきた。
【００２５】
しかしながら、高い冷却速度は、ある種の連続鋳造工程の間に達成することができる。例えば、厚み3〜10 mmの連続ストリップ鋳造ために、合金を、二本ロールキャスターによって、鋳造する場合、二本ロールキャスターは、通常、300〜3,000℃/秒の冷却速度が必要となり、著しく低い腐食電位および／または著しく高い熱伝導率を得るには、このような高い冷却速度で本発明の合金を鋳造することが有利であることが、判明した。二本ロール鋳造は、かかる高い冷却速度を達成するのに、最も頻繁に用いられているが、これらの要件に適合する連続ストリップキャスターであれば、いずれの形態も採用することができる。
【００２６】
鋳造工程の間における著しく急速な冷却速度がフィンストック合金の腐食電位および熱伝導率に対して影響を与える理由は、正確にはわからない。腐食電位の変化は、特に顕著であって、非常に驚くべきことである。フィンストック材料の腐食電位は、通常、合金中の亜鉛（Zn）含有量と関連しており、亜鉛の濃度が高ければ、より陰性の腐食電位値となる。しかしながら、本発明によれば、改善された低い腐食電位は、いずれの亜鉛濃度でも得ることができ、たとえ、亜鉛が何ら存在しなくとも、改善がみられる。したがって、当初の腐食電位を維持しながら、この作用を用いて、合金中の亜鉛含有量を低下させることができる。別法として、合金中の亜鉛含有量を同量または増量状態に維持して、腐食電位を、亜鉛含有量単独の増加に起因しうるよりもより大きい量でもって、より陰性電位にさせることができる。
【００２７】
また、熱伝導率に対する二本ロール鋳造の作用は、特にフィンストック合金のアルミニウムマトリックス中の溶質含有量が増加するにつれてかかる熱伝導率は、通常減少するという、事実からみれば、驚くべきことである。例えば、二本ロール鋳造について前記したような、鋳造の間の急速冷却は、より過飽和の溶液の形成によって、金属マトリックス中の溶液含有量を増加させるようである。したがって、熱伝導率は、減少することが期待されうる一方、反対の事例の場合もみられた。
【００２８】
これらの利点にも拘らず、鋳造工程の間に、本発明に従い採用したより迅速な冷却速度は、ある種の合金において、例えば二本ベルト鋳造法のようなゆっくりとした冷却速度を伴う方法によって製造されるフィンストック材料について一般的な粒径よりもより大きい粒径を有するフィンストック材料を製造する傾向を示す。より大きい粒径の粒子が合金中に残存する場合には、ロウ付け後のフィンストック材料の強度は、同等の二本ベルト鋳造品の強度よりも小さくなりうる。したがって、本発明に従い製造した、鋳造したままのストリップは、好ましくは、中間焼鈍により粒径を減少させた後、冷間加工（冷間ロール処理）に付す。好ましくは、中間焼鈍後の中間厚み（これは、好ましくは、厚み範囲100〜600μmである。）は、最終の厚みに、少なくとも45％、より好ましくは少なくとも60％、最も好ましくは少なくとも80％（例えば、80〜90％）範囲の量だけ、厚み減少させる。従来技術のフィンストック材料は、通常、厚み80〜100μmを有しているが、現在では、より薄い厚み（例えば、60μm±10％）のフィンストック合金が望まれている。圧延処理の間に必要な厚み減少は、中間焼鈍および所望の最終厚み後に必要な程度の冷間圧延によって達成することができる。例えば、冷間圧延減少率90％で最終厚み60μmのフィンストック材料を製造するには、中間焼鈍後の中間厚みストリップは、約600μmの厚みを有する必要があり、このため、中間焼鈍前の圧延は、鋳造したままのストリップ厚み（通常、6〜8 mm）から、この程度の減少率を達成するように実施される。
【００２９】
連続鋳造工程において、平均冷却速度は、一般に鋳造したままのストリップの厚みにわたって平均した冷却速度を意味する。特定の金属試料が鋳造の間に付される、冷却速度は、平均デンドライト間セルスペーシングから、測定することができる〔例えば、次の文献を参照されたし：R.E. Spear et. al.; the Transactions of the American Foundrymen's Society, Proceedings of the Sixty- Seventh Annual Meeting, 1963, Vol. 71, 発行者：the American Foundrymen's Society, Des Plaines, Illinois, USA, 1964, p.209 - 215〕。ストリップの厚みにわたって各地点からとった試料を測定することによって、平均値を得ることができる。鋳造を、二本ロール鋳造法によって行なう場合、所定の程度の熱間圧延は、鋳造工程の間に行ない、デンドライト構造は、やや圧縮された構造または変形した構造となりうる。デンドライトアームスペーシング法は、このような環境下に用いることができるが、一般に２つの理由から必要ではない。第１に、通常、二本ロールキャスターによる鋳造は、300℃/秒を超える速度での冷却を引起すものと、仮定することができる。第２に、二本ロール鋳造法は、キャスターの出口においてその表面から内部までの温度が大きく異ならない、鋳造したままのストリップを形成する。したがって、表面温度を、ストリップの平均温度として採用することができる。
【００３０】
本発明の中間体として製造される、鋳造したままの連続ストリップ（厚み10 mmまたはそれ以下）は、一般に、冷間圧延単独で、厚みを減少させることができる。しかしながら、有利には、ある種の熱間圧延を用いて、ストリップの厚みを減少させることができ、鋳造したままの状態（3〜10 mmの厚み）から中間焼鈍工程前の中間厚み（100〜600μmの厚み）の減少を、冷間圧延単独または所望により熱間圧延工程と冷間圧延工程との組み合わせによって、達成することができる。しかしながら、直冷鋳造インゴットとは異なり、熱間圧延工程は、予め、いずれの均質化工程をも使用しないし、必要ではない。熱間圧延工程は、採用する場合、好ましくは、ストリップの厚みを3.0 mm未満に減少させることができる。
【００３１】
合金成分は、前記したとおりである。種々の元素を導入した場合に得られる特性について、以下に説明する。
【００３２】
合金中の鉄は、鋳造工程の間に金属間粒子を形成し、これは、比較的小さく、粒子の強化に貢献する。1.2重量％未満の鉄含有量では、一般に、所望の数の強化粒子を形成するのに不充分である一方、2.4重量％を超える鉄含有量では、大きい一次金属間相粒子を形成し、これは、所望の非常に薄いフィンストック厚みへの圧延処理を妨害しうる。これら粒子形成の開始は、まさに、鋳造工程の使用条件に依存し、したがって、好ましくは、鉄を1.8重量％未満の量で使用して、最も広く可能な処理条件下に、良好な最終生成物を確保する。
【００３３】
合金中、0.5〜1.1重量％範囲のケイ素は、粒子および固溶体の両者の強化に貢献する。一般に、0.5重量％未満のケイ素であれば、この強化目的に不充分である一方、1.1重量％を超えるケイ素であれば、伝導率が低下しうる。より重要なこととして、高いケイ素含有量では、合金溶融温度は、材料をロウ付けできないほどの温度に低下してしまう。最適な強化を得るには、0.8重量％を超えるケイ素が特に好ましい。
【００３４】
マンガンは、0.3〜0.6重量％の範囲で存在する場合、固溶体の強化に著しく貢献し、また、材料の粒子強化にある程度貢献する。0.3重量％未満であれば、マンガン量は、かかる目的に不充分である。0.6重量％を超えれば、固溶体中のマンガンの存在は、伝導率に対し著しく悪影響を与える。
【００３５】
鉄、ケイ素およびマンガンのバランスは、最終材料において、所望の強度、ロウ付け性能および伝導率の達成に対して貢献する。
【００３６】
任意ではあるが、1.0重量％までの量で存在することができる亜鉛含有量では、フィン材料は、より低い腐食電位（より陰性の腐食電位）となる。しかしながら、本発明の方法は、腐食電位を低下させうるので、この腐食電位を低下させながら、亜鉛量を、減少または排除でき、また同量に維持することもできる。多数の用途について、少なくとも約0.1重量％の亜鉛を、合金中に存在させるべきである。約1.0重量％を超える量では、商業的に有用な腐食電位が、全く得られない。
【００３７】
チタンは、TiB2として合金中に存在する場合、鋳造工程の間に粒子リファイナーとして作用する。0.04重量％を超える量で存在すれば、チタンは、伝導率に対し、悪影響を与える傾向を示す。
【００３８】
合金中の不可避的元素について、各元素は、0.05重量％未満とすべきで、また合計量は、0.15重量％未満とすべきである。特に、マグネシウムは、0.10重量％未満の量、好ましくは0.05重量％未満の量で存在させる必要があり、これにより、Nocolok（登録商標）プロセスによるロウ付け適性を確保すべきである。銅は、0.05重量％未満の量に維持しなければならない。なぜなら、銅は、マグネシウムの伝導率に対する作用と同様の作用を示し、また孔食を引起しうるからである。
【００３９】
本発明に従う、代表的な（好ましい）鋳造プロセス、圧延プロセスおよび熱処理プロセスを、最終のロウ付けプロセスも含め、本明細書に添付の図面の図1に示す。この図面は、第１工程1を示し、この第１工程では、二本ロール鋳造によって厚み3〜10 mmの鋳造したままの連続ストリップを形成し、この工程では、300〜3,000℃/秒の速度範囲での冷却を伴う。第２工程では、鋳造したままのストリップを圧延（熱間圧延および／または冷間圧延）して、中間厚み100〜600μmを形成する。第３工程では、中間厚みのストリップを、温度範囲350〜450℃で1〜4時間、中間焼鈍する。第４工程では、中間焼鈍ストリップを、最終厚みのフィンストック合金板材料に、好ましくは厚み50〜70μmへの少なくとも45％の厚み減少率（より好ましくは、45〜90％の厚み減少率）で冷間圧延する。第５工程は、熱交換器（例えば、自動車用ラジエーター）製造の間に実施されるロウ付け工程であって、この工程の間に、フィンストック合金板材料を冷却管に付設する。通常、この最終工程は、図面中当該工程の周囲の輪郭を異なる形態によって示すように、ラジエーター製造業者によって実施される。
【００４０】
鋳造工程は、種々の市販の二本ロールキャスターによって実施することができる。かかるキャスターは、例えば、PechineyまたはFata-Hunterによって製造されている。次に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００４１】
（実施例）
以下の表１に示した組成を有する合金について、鋳造実験を行った。
【表１】
：合金組成（重量％）
0005105389.tif 000002
【００４２】
合金を、実験室スケールの二本ロールキャスターによって鋳造した。鋳造実験において、ストリップ試料を、4つの異なる速度で製造した。試料の表示および鋳造パラメーターを、以下の表２に示す。平均冷却速度（鋳造したままのストリップ厚みにわたる平均値としての速度）は、930℃/秒である。
【００４３】
【表２】
0005105389.tif 000003
【００４４】
また、同じ化学組成（公称組成は、同じ。）を有する合金を、実験室スケールベルトキャスターによって鋳造した。実際の化学組成（重量％）は、Fe＝1.41、Mn＝0.39、Si＝0.83およびZn＝0.51である。鋳造したままのストリップの平均冷却速度は、53℃/秒である。
【００４５】
二本ロール鋳造試料および二本ベルト鋳造試料を、同じ方法によって鋳造後に、処理した。すなわち、これらの試料を、0.109 mmに冷間圧延し、400℃で2時間中間焼鈍し、次いで最終厚み0.06 mmに冷間圧延した。最終厚みのフィンストックを、標準ロウ付け試験加熱サイクルに付し、次いで伝導率および腐食電位について試験した。結果を、以下の表３にまとめた。
【００４６】
【表３】
0005105389.tif 000004
【００４７】
以上の結果が示すように、二本ロール鋳造材料は、二本ベルト鋳造材料よりもより高い伝導率およびより低い腐食電位を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法の好ましい態様における工程を示したフローチャート
【図１】
0005105389.tif 000005