JP3849092B2

JP3849092B2 - アルミニウム合金クラッド材の製造方法

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Inventors: 和利久保田; 俊樹村松
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Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2006-11-22
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ブレージングシートとして知られる熱交換器構造部材向けのろう付け用クラッド材で代表されるアルミニウム合金クラッド材を製造する方法に関し、より詳しくは連続鋳造法を利用してアルミニウム合金クラッド材を製造する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の片面もしくは両面にＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドしてなるクラッド材、すなわちいわゆるブレージングシートは、ろう付け機能と熱交換器構造部材機能とを有する材料として、従来から広くアルミニウム合金製熱交換器に使用されている。このようなクラッド材の製造方法としては、従来は一般に芯材および皮材を固相状態において熱間圧延により高温下で加圧して接合する方法が適用されている。
【０００３】
具体的には、芯材として表面を切削加工した厚さ３００〜５００ｍｍ程度の芯材用鋳塊と、厚さ１０〜１００ｍｍ程度の皮材用圧延板材とを重ね合わせ、仮止めして４００〜５００℃に加熱し、適切な制御条件下で熱間圧延して両者を接合し、厚さ数ｍｍ程度のクラッド板とする。そしてクラッド率が所要の範囲内に収まっていない長手方向端部および幅方向端部を切捨て、また幅方向端部に生じるラミネーション部分も同様にトリミングして切捨てる。その後、クラッド板に対してさらに冷間圧延を行なって所要の厚さに仕上げる。この冷間圧延においては、皮材の展伸性が乏しい場合、変形拘束の小さい幅方向端部にクラッキングが発生することがあり、このようなクラッキングは通常エッジ割れと称されるが、このエッジ割れ部分もトリミングによって切捨てるのが一般的である。なお、冷間圧延は所要の厚みまで減厚するために複数回繰返されることが多く、この場合加工硬化によって延性が低下してその後の冷間圧延が困難となることがあり、そこで中間的に３００〜４００℃での焼鈍を行なうこともある。
【０００４】
上述のように鋳塊からなる芯材と圧延板からなる皮材とを熱間圧延によって接合する従来の一般的なクラッド材製造方法では、クラッド率許容範囲外の部分や、エッジ割れ部分を大量に切捨てる必要があり、そのため製造歩留まりが著しく低く、通常は４０〜６０％程度に過ぎないから、高コスト化せざるを得ない。さらに前述のような従来の一般的な方法では、熱間圧延前の仮止めが必要であるほか、クラッド化の前に表面処理等の前処理を必要とすることが多く、そのため工程的にも複雑とならざるを得ず、このことも高コスト化の原因となっている。
【０００５】
そこで最近では、連続鋳造法を利用してクラッド材を製造する方法が提案されている。これは固相状態の皮材用板材を連続的に供給しつつその皮材用板材の表面に芯材用合金の溶湯を連続的に接触させ、その状態で芯材用溶湯を連続的に凝固させ、これにより芯材と皮材とが接合したクラッド材を得るものであり、例えば特開昭５６−９１９７０号公報あるいは特表平８−５０９２６５号公報等に示されている。例えば前者の特開昭５６−９１９７０号公報記載の技術は、回転する一対の冷却ロールで形成される鋳造空間へ、少なくとも一方のロールに沿って皮材としてのアルミニウム合金ろう材の帯状板を供給しつつ、芯材用のアルミニウム合金溶湯を連続的に供給し、鋳造空間から、皮材と前記溶湯が凝固した芯材とが一体化した状態、すなわちクラッド化された状態で連続的に引出すものであり、また後者の特表平８−５０９２６５号公報にもほぼ同様な技術が開示されている。
【０００６】
このような連続鋳造法を利用したクラッド材製造方法では、前述のような熱間圧延によって固相状態の芯材、皮材を接合する方法と比較して、高い生産性を確保することができるとともに、歩留りも良好となると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の連続鋳造法を利用してクラッド材を製造する方法では、皮材と芯材との界面における密着性が必ずしも充分ではないという問題があった。このように芯材と皮材との界面の密着性が不充分であれば、クラッド後の圧延中途の焼鈍等の熱処理時において芯材と皮材との界面部分が剥離して空隙が生じ、その空隙の存在により板表面が膨れるいわゆるフクレ欠陥が生じるおそれがある。そしてこのようなフクレ欠陥が圧延中途の中間焼鈍で生じれば、その後の圧延においてフクレ欠陥部分の皮材が剥離してしまい、例えば皮材としてろう材を用いている場合、ろう付け機能が損なわれてしまう。また製品板に対して複雑な成形加工や苛酷な成形加工を行なう場合には、フクレ部分で皮材が剥離し、前記同様な問題が生じることがある。さらにフクレ部分での皮材の剥離によって製品を傷付けたり、熱交換器等の製品形状を正しく保てなくなったりしてしまうこともある。そしてまた皮材としてろう材を用いた場合において、仮にフクレ欠陥部分から皮材の剥離に至らなかった場合でも、そのフクレ部分はろう付け加熱を行なった際に、溶融したろう材と芯材との濡れ性が悪いためろう付け不良が生じてしまうおそれがある。
【０００８】
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、熱交換器構造部材用のブレージングシートで代表されるアルミニウム合金製クラッド材を、連続鋳造法を利用して製造するにあたり、芯材と皮材との密着性が優れていて、前述のような問題が生じるおそれが少ないクラッド材を得る方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述のような課題を解決するため、本発明者等が鋭意実験・検討を重ねた結果、連続鋳造法によってクラッド材を製造するにあたって、固相の皮材に芯材溶湯が接したときに、両者の接触界面側の皮材の表面層を適切な深さだけ一旦溶融させ、その後に再凝固させることによって、皮材と芯材との界面の密着性に優れたクラッド材が得られることを見出し、さらにはそのために必要な条件を見出し、この発明をなすに至った。
【００１０】
具体的には、請求項１の発明は、固相状態の皮材用アルミニウム合金の板材と芯材用アルミニウム合金の溶湯とを、皮材用板材の表面に芯材用溶湯が連続的に接するように連続鋳造空間へ連続的に供給して、芯材用溶湯を連続的に凝固させ、これにより芯材の片面もしくは両面に皮材が接合されたクラッド材を連続的に製造するにあたり、皮材用板材の表面に芯材用溶湯が接した際に、皮材用板材のアルミニウム合金を、芯材用溶湯からの熱によりその芯材側の表面から１０〜５００μｍの深さにわたって溶融させ、続いてその溶融した表面層を再凝固させることを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、この発明で対象とするアルミニウム合金クラッド板の用途や芯材および皮材に用いるアルミニウム合金の成分組成は、基本的には特に限定されるものではないが、特にアルミニウム合金製熱交換器のフィンやチューブ等として、熱交換器構造部材兼ろう付け材として用いられるクラッド材（ブレージングシート）の製造についてこの発明は有効であり、その場合の態様を規定したのが請求項２、請求項３である。
【００１２】
すなわち、請求項２の発明は、請求項１に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法において、皮材としてＡｌ−Ｓｉ系合金からなるアルミニウムろう合金を用いて、芯材の片面もしくは両面にアルミニウムろう合金をクラッドした熱交換器構造部材用のクラッド材を得ることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに請求項３の発明は、請求項２に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法において、芯材として０．３〜２．５ｍａｓｓ％のＭｎを含有するＡｌ−Ｍｎ系合金を用い、皮材として４．０〜１３．０ｍａｓｓ％のＳｉおよび０〜１．６ｍａｓｓ％のＭｇを含有するＡｌ−Ｓｉ系合金を用いることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに前述の請求項１で規定する方法を実施するにあたっての芯材用溶湯の温度条件を規定したのが請求項４である。
【００１５】
すなわち、請求項４の発明は、請求項１に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法において、芯材用アルミニウム合金の液相線温度をＴ℃とし、皮材用板材の表面に芯材用溶湯を接触させる際の芯材用溶湯の温度を、［Ｔ＋５０］℃〜［Ｔ＋７０］℃の範囲内に制御することを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項１の方法を実施するにあたって、連続鋳造空間における最適な抜熱条件を、連続鋳造空間の出口側における皮材表面温度条件として規定したのが請求項５である。
【００１７】
すなわち請求項５の発明は、請求項１に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法において、前記連続鋳造空間の出口において、皮材における芯材に対して反対側の表面の温度が３００〜３３０℃の範囲内となるように制御することを特徴とするものである。
【００１８】
そしてまた、これらの方法によって得られたクラッド材を規定したのが請求項６、請求項７である。
【００１９】
すなわち、請求項６の発明のアルミニウム合金クラッド材は、請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の方法により製造されたクラッド材であって、皮材における芯材との接触界面から１０〜５００μｍの深さの領域が溶融再凝固層となっていることを特徴とするものである。
【００２０】
また請求項７の発明のアルミニウム合金クラッド材は、請求項６に記載のアルミニウム合金クラッド材において、芯材中に実質的に皮材成分の混入がないことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
この発明の方法においては、連続鋳造法を適用してアルミニウム合金芯材とアルミニウム合金皮材とを接合して、アルミニウム合金クラッド材を得る。すなわち、固相状態の皮材用アルミニウム合金の板材と芯材用アルミニウム合金の溶湯とを、芯材用アルミニウム合金の溶湯が皮材用アルミニウム合金の板材の表面に連続的に接触するように連続鋳造空間内へ供給して、その芯材用溶湯を皮材用板材の表面に接した状態で連続的に凝固させ、これにより芯材の片面もしくは両面に皮材が接合されたクラッド材を得る。
【００２２】
ここで、連続鋳造空間を形成するための連続鋳造型としては、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、任意のものを使用することができるが、薄肉のクラッド材を製造して後工程の圧延コスト低減を図るためには、双ロールキャスター型を用いることが望ましい。双ロールキャスター型を用いた連続鋳造法、すなわちいわゆる双ロール法によってクラッド材を製造する場合の状況の一例を図１に示す。
【００２３】
図１において、固相状態の皮材用板材１は、走行ガイド３を経て、内部から水等の冷媒により冷却されている一対の冷却ロール５Ａ，５Ｂのうちの一方の冷却ロール５Ａに向けて連続的に供給され、さらに巻掛け用湾曲面ガイド７を介して冷却ロール５Ａに巻掛けられて、一対の冷却ロール５Ａ，５Ｂの間の空間（前述の連続鋳造空間）９に至る。一方、芯材用溶湯１１は、鋳造樋１３からスパウト１５を経てタンディッシュ１７に連続的に注入され、このタンディッシュ１７からノズル１９を経て一対の冷却ロール５Ａ，５Ｂの間の空間、すなわち連続鋳造空間９に、皮材用板材１の表面に接するように連続的に供給される。そしてこの芯材用溶湯１１は、一方の冷却ロール５Ａから皮材用板材１を介して間接的に冷却されると同時に他方の冷却ロール５Ｂによって直接的に冷却され、皮材用板材１に接触した状態で急速凝固し、皮材用板材１に接合された固相となる。すなわち、皮材と芯材とが接合されたクラッド材２１が得られ、このクラッド材２１が連続的に引出されて、アンコイラ（巻取機）２３に連続的に巻取られる。なお皮材用板材１を冷却ロール５Ａ，５Ｂ間の鋳造空間９に円滑に送り込み、かつ接合後のクラッド材２１を円滑に引出すためには、アンコイラにより張力を付与したり、また冷却ロール外周部にガイド部を形成したりすることが望ましい。この場合の張力としては、２〜５ＭＰａ程度の低張力が適当であり、また冷却ロールにガイド部を形成する方法としては、ロール外周面に溝を形成する方法や、ロール外周面の縁部にカラーを設ける方法などがある。
【００２４】
ここで、この発明の方法では、冷却ロール５Ａ，５Ｂによって規定される連続鋳造空間９にノズル１９から芯材用溶湯１１が供給されて、その芯材用溶湯１１が皮材用板材１の表面に接触した際に、芯材用溶湯１１からの侵入熱によって皮材用板材１の表面層領域を溶融させ、その後に再凝固させる。このときの状態を図２に模式的に示す。図２において、皮材用板材１の断面におけるドットを付した部分１Ａが皮材溶融部分（溶融した表面層領域）であり、また芯材用溶湯１１の凝固した部分に斜線を付して符号１１Ａで示す。
【００２５】
図２に示しているように、芯材用溶湯１１が、固相状態の皮材用板材１の表面に接触すれば、その芯材用溶湯１１の表面は、皮材用板材１の側からの抜熱によって冷却されて凝固を開始し、凝固殻の生成が開始される。一方皮材用板材１の表面層領域１Ａは、芯材用溶湯１１からの熱によって一旦は温度上昇して溶融を開始し、深さｄまで溶融した後、冷却ロール５Ａ，５Ｂからの抜熱により、再び冷却されて、再凝固する。
【００２６】
このように皮材用板材の表面層領域を一旦溶融させることによって、芯材合金と皮材合金との密着性が優れたクラッド板を得ることができる。これは、本発明者等の実験によって確認されているが、その理由は次のように考えられる。すなわち、固相の皮材用板材に芯材用溶湯が接してその芯材用溶湯が表面から凝固を開始して凝固殻を生成するにあたっては、芯材合金の凝固収縮や、皮材用板材表面に対する芯材用溶湯の濡れ性の悪さなどに起因して、生成された芯材凝固殻の表面と皮材用板材の表面との間に空隙が形成されやすいが、皮材用板材の表面層が一旦溶融することによって、その皮材合金の溶融相が流動して界面の空隙を埋め、これにより界面の空隙が消滅されて、芯材と皮材との密着性が良好となると考えられる。
【００２７】
ここで、皮材用板材の表面層領域における溶融深さｄは、表面から１０μｍ以上、５００μｍ以下の範囲内とする。溶融深さｄが１０μｍ未満では、芯材との界面に生じた空隙を溶融した皮材合金で埋めることが困難となり、そのためクラッド材として優れた密着性が得られなくなる。一方溶融深さｄが５００μｍを越える場合、皮材の全厚みが薄ければ、連続鋳造時のクラッド材引出しのための張力によって皮材が破断してしまうおそれがあり、また皮材の溶融した表面層領域が再凝固していないまま連続鋳造空間から外部へ出てしまって、皮材表面に凹凸が生じるなど、表面性状が悪くなるおそれがある。ここで、溶融深さｄが５００μｍ未満である場合には、クラッド材引出しのための張力が前述のように２〜５ＭＰａ程度の低張力であれば、皮材の破断が生じるおそれは少ない。これは、アンコイラの側から加わる張力が、皮材用板材と冷却ロールとの間の摩擦によって低減されるため、実際に冷却ロール間において表面層領域が溶融した皮材に加わる張力は、２〜５ＭＰａよりもさらに一層小さくなるからである。
【００２８】
なお前述のように皮材用板材の表面層領域を溶融させた場合、皮材用合金の成分が芯材用溶湯中に拡散して芯材合金に混入することが懸念される。特に熱交換器構造部材の用途において皮材としてＡｌ−Ｓｉ系のろう合金を用いている場合、皮材合金中のＳｉが芯材中に混入すれば、ろう付け加熱時におけるＳｉのエロージョンにより芯材の強度低下が激しくなるから、皮材から芯材へのＳｉの混入を防止することが強く望まれる。しかるにこの発明の方法の場合、適切な温度制御を行なうことによって、既に述べたように芯材用溶湯が皮材用板材に接した際には、芯材用溶湯は直ちに凝固を開始して凝固殻が生成され、この凝固殻が溶融した皮材中の合金成分、特にＳｉの芯材中への拡散の障壁となり、Ｓｉ等の皮材合金成分の芯材中への拡散、混入を防止することができる。
【００２９】
ここで、皮材用合金としてＡｌ−Ｓｉ系のろう合金を用いている場合、そのＡｌ−Ｓｉ系合金は共晶合金であって、完全溶融温度が液相線温度よりも相当に高いのが通常であるから、固相状態から温度上昇して液相線温度を越えて溶融を開始しても、直ちに完全な液相状態とはならず、液相と固相との混相状態となるのが通常である。すなわちこの場合は、前述のように連続鋳造空間において芯材に接して温度上昇した皮材の表面層領域は、溶融を開始しても直ちには完全な液相とはならず、液相と固相との混相状態となり、このような混相状態では芯材に接しても芯材へのＳｉ等の皮材合金成分の拡散は生じにくく、このことも前述のように皮材表面層領域の溶融による芯材への皮材合金成分の混入が生じにくい理由となっている。なおここでは皮材用合金としてＡｌ−Ｓｉ基のろう材合金を用いている場合について説明したが、その他の共晶合金を用いている場合でも同様な現象が生じることが多い。
【００３０】
上述のように皮材用板材の表面層領域を溶融させて芯材と接合するにあたって、安定したクラッド界面を得、また皮材合金成分の芯材中への混入をより一層確実に防止するためには、皮材用板材に芯材用溶湯が接する際の芯材用溶湯の温度を、その芯材合金の液相線温度Ｔ℃に対し、［Ｔ＋５０］℃以上、［Ｔ＋７０］℃以下とすることが好ましい。芯材用溶湯の温度が［Ｔ＋５０］℃より低い場合には、芯材用溶湯の流動性が低いために皮材との接触界面が周期的に波打ち、安定したクラッド率を達成できなくなるばかりでなく、界面に空隙が生じて密着性が低下するおそれがある。一方芯材用溶湯の温度が［Ｔ＋７０］℃よりも高くなれば、芯材用溶湯が皮材用板材の表面に接触してもその凝固が直ちには開始されず、そのため凝固殻による障壁が存在しない状態で芯材用溶湯が皮材の溶融した表面層領域に直接的に接触してしまって、Ｓｉで代表される皮材合金成分が芯材中に拡散、混入してしまうおそれがある。したがって芯材用溶湯温度が、［Ｔ＋５０］℃以上、［Ｔ＋７０］℃以下となるように制御することが好ましい。
【００３１】
さらに、皮材用板材の表面層領域を前述のように溶融させ、かつ安定して良好な製品外観を有するクラッド材を得るためには、連続鋳造空間の出口における皮材表面温度を、３００〜３３０℃の範囲内となるように制御することが望ましい。すなわち、前述のような双ロールキャスター型を用いた連続鋳造の場合、冷却ロールの出口での鋳造直後のクラッド材における皮材表面温度が３００〜３３０℃の範囲内となるように制御することが好ましい。これは次のような理由による。
【００３２】
すなわち、連続鋳造空間の出口における皮材表面温度は、連続鋳造空間を規定する冷却ロール等の連続鋳造型（冷却部材）による抜熱の程度に依存し、その皮材表面温度が低いほど抜熱が強いことを意味する。そして連続鋳造空間の出口での皮材表面温度が３００℃よりも低い場合は、抜熱が強過ぎるため連続鋳造空間内において皮材用板材の表面層領域を１０μｍ以上の深さで確実に溶融させることが困難となるおそれがある。一方、連続鋳造空間の出口での皮材表面温度が３３０℃を越える高温の場合、皮材の溶融した表面層領域が、再凝固せずにそのまま連続鋳造空間から外部へ出てしまって、皮材表面に凹凸が生じるなど、表面性状が悪くなって製造外観を損なうおそれがある。したがってこれらの不都合の発生を防止するためには、連続鋳造空間出口における皮材表面温度が３００〜３３０℃の範囲内となるように、連続鋳造空間における抜熱を制御することが好ましい。
【００３３】
上述のように連続鋳造空間における抜熱を制御するための具体的手段としては、鋳造速度（クラッド材引抜き速度）、連続鋳造空間を規定する鋳型（例えば双ロール法における冷却ロール）の材質の選定、冷却媒体量の調整、冷却媒体の選定、鋳型表面コーティング材の選定、鋳型表面コーティング材の塗布量の調整などが挙げられ、これらを相互の関連のもとに、適切に調整、選定すれば良い。なお鋳型表面コーティング材としては、黒鉛、ＢＮ（ボロンナイトライド）等が挙げられる。
【００３４】
なおここで、前述のような芯材溶湯温度および連続鋳造空間出口における皮材表面温度の好ましい範囲は、いずれもＡｌ−Ｓｉ基のろう合金を皮材として用いて、クラッド材として熱交換器用構造部材（ブレージングシート）を得る場合に最も有効であるが、その他の場合にも適用し得ることはもちろんである。
【００３５】
さらに、この発明の方法で使用する芯材、皮材の成分組成は、基本的には特に限定されるものではないが、熱交換器におけるフィン材やチューブ材等の構造部材として用いるいわゆるブレージングシートを製造する場合、芯材としてはＭｎを０．３〜２．５％含有するＡｌ−Ｍｎ系合金を用いることが望ましく、また皮材（ろう合金）としては、Ｓｉ４．０〜１３．０％を含有しかつ０〜１．６％のＭｇを含有するＡｌ−Ｓｉ系合金を用いることが望ましい。その理由は次の通りである。
【００３６】
すなわち、先ず芯材の合金については、強度向上に寄与するＭｎを添加したＡｌ−Ｍｎ系合金を用いるが、Ｍｎ量が０．３％未満では熱交換器構造部材として必要な強度を得ることが困難となり、一方Ｍｎ量が２．５％を越えれば、巨大晶出物を生成して逆に強度を損ない、また耐食性が低下して熱交換器材料として好ましくなくなるから、芯材のＡｌ−Ｍｎ系合金のＭｎ量は０．３〜２．５％の範囲内とした。
【００３７】
次に皮材として用いるＡｌ−Ｓｉ系のろう合金としては、充分なろう付け性を確保するために４．０％以上のＳｉが必要であり、一方Ｓｉ量が１３．０％を越えれば、共晶点濃度を越えて液相温度が急激に上昇するため、ろう付け加熱時における溶融ろうの流動性の低下を招いて、ろう付け性を低下させてしまうから、皮材のＡｌ−Ｓｉ系ろう合金のＳｉ量は４．０〜１３．０％の範囲内とした。またフラックスを使用してろう付けを行なう場合は、皮材ろう合金にＭｇを添加する必要はないが、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は、酸化皮膜を積極的に破壊するたにＭｇを皮材ろう合金に添加しておくことが好ましい。この場合Ｍｇ量が１．６％を越えれば、それ以上は酸化膜破壊効果は向上せず、Ｍｇが蒸発して真空炉等の炉内を汚染させるだけであるから、皮材ろう合金にＭｇを添加する場合のＭｇ量は１．６％以下とした。
【００３８】
なお前述のように熱交換器用構造部材として用いるブレージングシートを対象とする場合、芯材合金、皮材合金ともに、強度、耐食性、ろう付け性に悪影響を与えない範囲内であれば、前記のＭｎ、Ｓｉ、Ｍｇ以外の元素を含有していても良いことはもちろんてある。
【００３９】
前述のようにして双ロール法で代表される連続鋳造法を適用して製造されたクラッド材は、これをそのまま製品板として使用することも可能であるが、通常は必要に応じて冷間圧延や焼鈍等の熱処理を施して製品板とするのが通常であり、特に熱交換器構造部材としてのブレージングシートとする場合は、フィン等の製品の厚みまで冷間圧延し、必要に応じて最終焼鈍を施すのが通常である。またこのようにクラッド板に対して冷間圧延を施せば、クラッド板の長さ方向端部や幅方向端部におけるクラッド界面の密着性を補助的に向上させる効果を得ることができる。すなわち、クラッド材の長さ方向端部や幅方向端部はクラッド界面の密着性にやや劣るのが通常であるが、冷間圧延による大きな歪みによって生じた芯材と皮材の新生面同士を圧着させることにより、前述のような部位の密着性を向上させて、製品歩留りを向上させることができる。冷間圧延によるこのような効果を得るためには、クラッド材に対する初期の圧延において３０％以上の圧下を加えることが望ましい。
【００４０】
なおこの発明の方法は、芯材の片面に皮材をクラッドする場合のみならず、芯材の両面に皮材をクラッドする場合にも適用し得ることはもちろんである。双ロール法を適用して両面クラッド材を製造する場合は、図１の例において下側の冷却ロール５Ｂの側にも、上側の冷却ロール５Ａの側と同様に別の皮材用板材を連続的に供給すれば良い。
【００４１】
【実施例】
以下に連続鋳造機として冷却ロール径が４００ｍｍの水冷式双ロールキャスター機を用いて片面クラッド材を製造した実施例を示す。
【００４２】
皮材用合金としては、Ｓｉ１０％、Ｆｅ０．４％、Ｍｇ１．４％を含有し、残部が実質的にＡｌよりなるろう合金を用い、ＤＣ鋳造によって得た鋳塊を４８０℃において７０ｍｍから２ｍｍまで熱間圧延した後、冷間圧延により厚さ１．１ｍｍの板に仕上げて、皮材用板材とした。一方芯材溶湯の合金としては、Ｍｎ１．０％を含有し、残部が実質的にＡｌよりなる液相線温度が約６６０℃のＡｌ−Ｍｎ系合金を用いた。
【００４３】
これらの皮材用板材と芯材用溶湯を用いて、図１に示すような要領で双ロール式連続鋳造機によりクラッド材を製造した。すなわち、常温（２５℃）の皮材用板材１を、冷却ロール５Ａ，５Ｂの出口側から冷却ロール５Ａに沿って２ＰＭａの張力を付しながら、注湯ノズル１９と冷却ロール５Ａとの間の隙間（連続鋳造空間９）に連続的に供給し、同時に前記芯材用溶湯１１を注湯ノズル１９から冷却ロール５Ａ，５Ｂ間の連続鋳造空間９に連続的に供給した。なお冷却ロール５Ａ，５Ｂの間隔は、７．５ｍｍとし、セットバック（芯材用溶湯と冷却ロール５Ｂとが接する長さ）を２５ｍｍとした。鋳造速度（引抜き速度）および芯材用溶湯温度を種々変化させて、全厚み８ｍｍ、皮材厚み０．９４ｍｍのクラッド材を得た。具体的な鋳造速度、芯材用溶湯温度と、冷却ロール５Ａ，５Ｂの出口における皮材表面温度を表１に示す。また皮材のクラッド界面からの溶融深さ（溶融・再凝固した表面層領域の深さ）を調べたので、その結果も表１中に併せて示す。
【００４４】
さらに、各クラッド材を、厚さ０．２５ｍｍまで冷間圧延した後、４００℃で２時間焼鈍して、熱交換器用ブレージングシートとした。得られたブレージングシートについて、皮材中の成分、特にＳｉがクラッド界面において芯材中に実質的に混入しているか否かについて調べ、またクラッド界面における密着性を評価するため、目視によって表面のフクレの有無を調べた。これらの結果を表１中に併せて示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１に示すように、芯材用溶湯の温度が請求項４で規定する条件を満たし、かつ冷却ロール出口における皮材表面温度が請求項５の条件で規定する条件を満たす本発明例のクラッド材では、皮材の溶融−再凝固層の深さが２００μｍで、請求項１で規定する条件を満たしている。そしてこのような本発明例のクラッド材では、フクレの発生がなく、クラッド界面の密着性が優れており、かつ皮材成分の芯材への混入も実質的にないことが確認された。このような本発明例のクラッド材におけるクラッド界面近傍の断面組織写真を図３に示す。
【００４７】
一方、比較例１は、芯材用溶湯の温度が低く、また冷却ロール出口における皮材表面温度も低かった例であるが、この場合は皮材との界面側の芯材表面層における芯材の溶融は認められなかった。そしてこの比較例１では、芯材への皮材合金成分の混入は実質的に認められなかったものの、フクレ観察では、多数の大きなフクレが発生していて、クラッド界面の密着性が劣ることが確認された。なおこの比較例１では、クラッド界面の形状も不安定で、クラッド率が安定していないことが確認された。
【００４８】
また比較例２は、芯材用溶湯の温度が高く、皮材の全厚みにわたって溶融してしまった例であり、この場合フクレ観察によるクラッド界面密着性は良好であったが、皮材成分、特にＳｉが芯材へ混入していることが確認された。この場合のクラッド界面近傍の断面組織写真を図４に示す。図４において、芯材中に皮材からのＳｉの拡散によるＡｌ−Ｓｉ共晶組織が生成されていることが判る。
【００４９】
さらに比較例３は、鋳造速度が低いため、冷却ロール出口における皮材表面温度が低過ぎた例であり、この場合皮材側の芯材表面層の溶融は認められなかった。そしてフクレ観察評価のための試験片を圧延している際に皮材の剥離が生じる部分があり、クラッド界面の密着性に劣ることが判明した。
【００５０】
そしてまた比較例４は鋳造速度が高いために冷却ロール出口側における皮材表面温度が高過ぎた例であり、この場合芯材側の皮材表面層の溶融深さが深過ぎ、皮材成分が芯材中に深く混入している部分があることが確認された。なおこの場合、冷却ロールから出た後に皮材が凝固した箇所があることが確認された。
【００５１】
【発明の効果】
前述の実施例からも明らかなように、この発明の方法によれば、生産性が高くかつ歩留りも高い連続鋳造法を適用してクラッド材を製造するにあたり、固相の皮材に芯材溶湯が接したときに、両者の接触界面側の皮材の表面を適切な深さだけ溶融させることによって、皮材と芯材との接合界面の密着性に優れたアルミニウム合金クラッド材を得ることができる。またこの発明の方法によるクラッド材は、芯材への皮材成分の混入も少ないため、例えば皮材としてＡｌ−Ｓｉ系ろう合金を用いて熱交換器用構造部材（ブレージングシート）を製造する場合も、ほぼ完全に機能分離を達成したクラッド材、すなわち芯材の強度分担機能と皮材のろう付け機能とが明確に分離されたクラッド材を得ることができ、ろう付け加熱時における芯材のエロージョンが少ないクラッド材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法を、片面クラッド材の製造のために双ロールキャスター法により実施している状況の一例を示す略解図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す略解図である。
【図３】実施例における本発明例によって得られたクラッド材のクラッド界面近傍の断面組織写真である。
【図４】比較例２によって得られたクラッド材のクラッド界面近傍の断面組織写真である。
【符号の説明】
１皮材用板材
１Ａ溶融した表面層領域
５Ａ，５Ｂ冷却ロール
９連続鋳造空間
１１芯材用溶湯
２１クラッド材

Claims

固相状態の皮材用アルミニウム合金の板材と芯材用アルミニウム合金の溶湯とを、皮材用板材の表面に芯材用溶湯が連続的に接するように連続鋳造空間へ連続的に供給して、芯材用溶湯を連続的に凝固させ、これにより芯材の片面もしくは両面に皮材が接合されたクラッド材を連続的に製造するにあたり、
皮材用板材の表面に芯材用溶湯が接した際に、皮材用板材のアルミニウム合金を、芯材用溶湯からの熱によりその芯材側の表面から１０〜５００μｍの深さにわたって溶融させ、続いてその溶融した表面層を再凝固させることを特徴とする、アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
請求項１に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法において、
皮材としてＡｌ−Ｓｉ系合金からなるアルミニウムろう合金を用いて、芯材の片面もしくは両面にアルミニウムろう合金をクラッドした熱交換器構造部材用のクラッド材を得ることを特徴とする、アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
請求項２に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法において、
芯材として０．３〜２．５ｍａｓｓ％のＭｎを含有するＡｌ−Ｍｎ系合金を用い、皮材として４．０〜１３．０ｍａｓｓ％のＳｉおよび０〜１．６ｍａｓｓ％のＭｇを含有するＡｌ−Ｓｉ系合金を用いることを特徴とする、アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
請求項１に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法において、
芯材用アルミニウム合金の液相線温度をＴ℃とし、
皮材用板材の表面に芯材用溶湯を接触させる際の芯材用溶湯の温度を、［Ｔ＋５０］℃〜［Ｔ＋７０］℃の範囲内に制御すること特徴とする、アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
請求項１に記載のアルミニウム合金クラッド材の製造方法において、
前記連続鋳造空間の出口において、皮材における芯材に対して反対側の表面の温度が３００〜３３０℃の範囲内となるように制御することを特徴とする、アルミニウム合金クラッド材の製造方法。
請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の方法により製造されたクラッド材であって、皮材における芯材との接触界面から１０〜５００μｍの深さの領域が溶融再凝固層となっていることを特徴とする、アルミニウム合金クラッド材。
請求項６に記載のアルミニウム合金クラッド材において、
芯材中に実質的に皮材成分の混入がないことを特徴とする、アルミニウム合金クラッド材。