(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造法を用いて、連続鋳造機のノズル側からアルミニウム合金薄板皮材をアルミニウム合金芯材溶湯表面に供給して芯材溶湯と薄板皮材を接合させ、その後冷間圧延、焼鈍を施すクラッド材の製造方法において、芯材溶湯中の水素ガス量が０．２０ｃｃ／１００ｇＡｌ以下であることを特徴とするろう付け性良好なアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【請求項２】
鋳造ノズル先端からロール接触する間のクラッド材芯材溶湯表面を不活性ガスにより保護する請求項１記載のろう付け性良好なアルミニウム合金クラッド材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はろう付け用アルミニウム合金クラッド材の製造法に関したものである。詳しくは上記クラッド材の芯材を液相状態で、皮材を固相状態で接触させることによって、芯材溶湯の凝固とともに両材を接合した、良好なろう付け性を有するクラッド材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金芯材とアルミニウム合金皮材（ろう材）のクラッド材は、ろう付け機能と熱交換器構造部材機能を有した機能分離アルミニウム合金として熱交換器材料に用いられていることは広く知られている。
このようなクラッド材は通常、芯材を皮材ともに固相状態で接合して製造される。
具体的には、芯材は表面を切削加工した厚さ３００〜５００ｍｍの鋳塊、皮材は鋳塊を圧延した１０〜１００ｍｍ厚さの板材を用いて、両材料を重ねあわせて仮止めして、４００〜５３０℃に加熱し、熱間圧延を施してクラッド接合を行うのが一般的である。
最終的に厚さ数ｍｍまで圧延する熱間圧延において、クラッド材長手方向端部および幅方向端部はクラッド率（皮材の厚みと芯材厚みの比）が所定の範囲内に収まっていないことから切り捨てられる。
その後、冷間圧延を行ない所定の厚みまで圧延される。冷間圧延の際、展伸性の乏しい皮材は、変形拘束の小さい幅方向端部においてクラッキングを誘発させる。この現象は耳割れと呼ばれるもので、この耳割れの深さ分のクラッド材はトリミング処理により切り捨てられる。
なお、所定の厚みまで繰り返される冷間圧延による加工硬化で延性が低下するため、場合によっては３００〜４００℃の中間焼鈍処理が施される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような鋳塊芯材と板材皮材を熱間圧延により接合するクラッド材製造法は、クラッド率許容範囲外の部分を切り捨てたり、耳割れ部分を切り捨てたりするため歩留まりは一般に４０〜６０％と低い。
また熱間圧延前の仮止めや表面処理等のクラッド化前処理工程により製造コストが高くなる問題を抱えている。
そこで連続鋳造法を利用し溶湯芯材に薄板皮材を接合させるクラッド材製造方法（Ｓ５６−９１９７０、Ｈ８−５０９２６５）や、芯材溶湯を連続鋳造後、直ちに皮材とのクラッド圧延を開始する製造方法（Ｈ８−５０９２６５、Ｈ１１−２２６６９９）が考案された。
しかしこれらは、生産効率は優れるものの、皮材と芯材のクラッド界面の密着性が不充分なために接着不良部分を多く生じ、ろう付け性能が不十分であった。
すなわち、皮材−芯材界面に接着していない部分があると焼鈍時にその界面部分が剥離して空間を生じ、目視外観的に板表面が膨れるフクレ欠陥が生じる。中間焼鈍時にフクレ欠陥が生じると、その後の圧延でフクレ欠陥部分の皮材が剥離してろう付け機能を損なうという問題がある。
また、製品に成形する時にフクレ欠陥部分の皮材が剥離して、ろう付け機能を損なったり、あるいは剥離したろう材片により製品を疵付けたり、金型との間に挟まり熱交換器材を所定形状に成形をすることができなかったりするという問題もある。
また、ろう材が剥離しなかった場合でも、フクレ欠陥部分は溶けたろう材とクラッド芯材のぬれ性が悪いため、ろう付け不良になる場合がある。
【０００４】
本発明は、上記の問題を解決するために、連続鋳造法を利用して溶湯芯材に薄板皮材を接合させ、生産効率に優れるとともにクラッド界面密着性に優れ、ろう付け性に優れるクラッド材を製造することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者は上記問題を解決するために鋭意研究の結果、本発明に至った。
すなわち本発明は、連続鋳造法を用いて、連続鋳造機のノズル側からアルミニウム合金薄板皮材をアルミニウム合金芯材溶湯表面に供給して芯材溶湯と薄板皮材を接合させ、その後冷間圧延、焼鈍を施すクラッド材の製造方法において、芯材溶湯中の水素ガス量が０．２０ｃｃ／１００ｇＡｌ以下であることを特徴とするろう付け性良好なアルミニウム合金クラッド材の製造方法である。
また鋳造ノズル先端からロール接触する間のクラッド材芯材溶湯表面を不活性ガスにより保護するろう付け性良好なアルミニウム合金クラッド材の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
製造プロセスについて説明する。
【０００７】
本発明方法ではろう付け機能を有する薄板皮材と熱交換器構造部材機能を有した溶湯芯材を、連続鋳造機を用いて、溶湯芯材の連続鋳造と兼ねて接合し、クラッド材とする。
溶湯芯材は水冷ロールとの直接接触や送入される固相皮材を介しての間接接触により抜熱されて、凝固して板材となると同時に皮材との接合が行われる。
【０００８】
連続鋳造は双ロールキャスター型、ベルトキャスター型、ブロックキャスター型等どの型の機体を使用してもかまわないが、薄板のクラッド材を製造して後工程の圧延コスト低減を狙う点では双ロールキャスター型の使用が好ましい。
【０００９】
発明者らは、フクレや剥離などのクラッド界面の密着性の低下は芯材溶湯中の水素ガスであり、これを規制することで密着性を向上させ得ることを見出して本発明に至った。
すなわち、水素以外の気体分子はアルミニウム溶湯と接触しても酸化物・窒化物などを形成して溶湯表面の垢となり、内部には侵入しない。
これに対して水素は、高温のアルミニウム溶湯表面に水素分子が接すると原子に解離し、ついで活性吸着し、その原子状のままアルミニウム溶湯内部にまで拡散する。この、水素が拡散した芯材溶湯が凝固する際に、溶解度以上の水素が放出されて、芯材表面すなわちクラッド界面に水素ガスが集積して、皮材−芯材界面に接着していない部分を生じさせ、前述したようなフクレ欠陥やろう材の剥離を生じさせるのである。
そこで本発明では、溶融芯材と固相の皮材を合わせて連続鋳造機を用いてクラッドする方法において、芯材溶湯中の水素ガス量を０．２０ｃｃ／１００ｇＡｌ以下に規制することとした。
これにより、溶湯に吸収されている水素が凝固の際に、芯材表面すなわちクラッド界面に放出されてクラッド界面密着性を低下させることを防止でき、フクレやろう材剥離などの問題を解決することができ、ろう付け性を向上させることができる。
【００１０】
脱水素ガスの方法は、一般的に塩素ガス、アルゴンガス、窒素ガスを溶湯中に吹き込む方法が挙げられるが、作業環境や鋳造設備の腐食防止の点からアルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガスの吹き込みがより好ましい。
【００１１】
さらに、芯材溶湯は、鋳造ノズル先端から水冷ロールまたは挿入皮材と接触する間に表面が外気にさらされ、この間に外気から水分を吸収して芯材溶湯の水素ガス量が増加することに着目した。これを防止するために、アルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガスをノズルと水冷ロールまたは挿入皮材の間に吹き込み充満させることとしたのが本第二発明である。
これら不活性ガスの吹き込みは、芯材溶湯表面の酸化を防止してクラッド界面に酸化皮膜が生成することを抑制して、界面密着性向上にも寄与する。
【００１２】
皮材を鋳造方向に安定して送り出すためにガイドや張力を付与することが望ましい。ガイドは双ロール法の場合はロールにカラーを付与する方法、ロールにグルーブを彫る方法、あるいは両者を併せた方法などが考えられる。
張力は２〜５ＭＰａ程度与えることが望ましい。送入される皮材はロールにより常に冷却され、芯材溶湯と接触しても完全に溶解しないため上記低張力の負荷により破断することはない。
【００１３】
芯材溶湯と皮材の合金組成については一般に熱交換器に使用されている合金を用いることができる。一般には、溶湯芯材のＭｎは熱交換器構造材料として十分な強度を付与するため０．３〜２．５％の添加する。挿入皮材に添加されるＳｉは十分なろう付け性能を有するために４．０〜１３．０％の添加する。その他に真空ろう付け等のフラックスレスろう付けを行なう場合、酸化皮膜の破壊作用を有するＭｇを皮材に０．７〜１．６％添加する。
【００１４】
鋳造後は冷間圧延により目標の板厚まで圧下する。冷間圧延により加工硬化し延性が低下するため３００〜４００℃の中間焼鈍処理を施しても良い。
【００１５】
【実施例】
本発明の実施例について説明する。
皮材としてはＤＣ鋳造により鋳造したアルミニウム合金ＡＡ４１０４相当成分のものを４８０℃で厚さ５０ｍｍから２ｍｍまで熱間圧延したのち、冷間圧延で厚さ１．１ｍｍ、幅５００ｍｍに仕上げた。芯材溶湯としてはＡｌ−１％Ｍｎアルミニウム合金を用いた。
この芯材を、ロール直径４００ｍｍの双ロールキャスター機を用いて、ロールに沿って２ＭＰａの張力を付与して片側の注湯ノズルとロールの隙間に供給して、片面クラッド材を製造した。
鋳造条件は、溶湯芯材温度は７２０℃、鋳造速度は０．７ｍ／分、セットバック（溶湯と水冷ロールまたは溶湯と皮材が接触する長さ）は２５ｍｍとした。
溶湯中の水素ガス含有量については、本発明例としてアルゴンガスの吹き込みにより脱ガス処理した場合（水素ガス量０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ）と比較例として脱ガス処理なしの場合（水素ガス量０．２５ｃｃ／１００ｇＡｌ）とを準備した。
さらに、脱ガス処理有り・無しの両方について、ノズル先端部にアルゴンガスを充填したものも実施した。アルゴンガスの送入はノズル後方から圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２  、流量３．５Ｌ／ｍｉｎで行なった。
上記条件に基づき、本発明の実施例では厚さ８ｍｍ、（皮材厚さ０．９４ｍｍ）、全幅５３０ｍｍ（クラッド部幅５０２）のクラッド材を得た。
【００１６】
得られたクラッド材を厚さ０．５ｍｍまで冷間圧延して４００℃の焼鈍を施し、この焼鈍により界面剥離して膨れた部分の個数でボイド発生の有無を判断した。
またろう付け性は、クラッド材を０．１３ｍｍ厚さまで冷間圧延を行なった後、コルゲートフィンを成形し、そのフィンとチューブ材とを熱交換器に組み立て、真空炉で６００℃×５ｍｉｎの保持を行う条件でろう付けして、その接着性を評価した。
製造条件とボイド発生量、ろう付け性の関係を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表に示すように本発明例１、２のクラッド材は、ボイドの発生がわずかにあるものの実用的に問題のあるレベルではなく、ろう付け性能は極めて良好な結果を得ることができた。
特に本発明例２のノズル先端の不活性ガスによる保護は、クラッド界面のボイド発生抑制効果があることを示している。
これに対して、比較例１、２はボイドの発生が多く、また皮材と芯材の接着が不良で満足なろう付け性能が得られなかった。
なお、比較例２にあるように、溶湯中の水素ガス量が多い場合は、ノズル先端部を不活性ガスで保護してもクラッド界面で発生するボイドの数を満足できる値まで減少させることができないことを示している。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば芯材溶湯を０．２０ｃｃ／１００ｍｇＡｌ以下にすること、さらに加えて鋳造ノズル先端からロール接触する間に芯材溶湯表面を不活性ガスにより保護してクラッド鋳造することにより、芯材−皮材界面のボイド発生を抑制しクラッド界面密着性を向上させ、良好なろう付け性能を得ることにより熱交換器材料に適するアルミニウム合金を提供することができる。
なお、実施例では片面クラッドの場合を示したが両面クラッド材においても本発明法はもちろん有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における装置の概要である。
【符号の説明】
１       ：皮材
２ａ,２ｂ：ガイド
３ａ,３ｂ：水冷ロール
４       ：鋳造樋
５       ：スパウト
６       ：タンディッシュ
７       ：ノズル
８       ：不活性ガス供給ノズル
９       ：芯材溶湯
【図１】
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