JP2004003038A

JP2004003038A - 熱伝導性および強度に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法

Info

Publication number: JP2004003038A
Application number: JP2003290345A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Mima; 美馬　啓一; Ryosuke Shimao; 島尾　良介; Kyohei Taguchi; 田口　教平; Ichizo Tsukuda; 佃　市三; Kazuo Kimura; 木村　数男
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】優れた熱伝導性と強度とを兼ね備えたアルミニウム合金を少ない工程で製造する。
【解決手段】Ｓｉ：０．２〜０．８wt％、Ｍｇ：０．３〜０．９wt％、Ｆｅ：０．３５wt％以下およびＣｕ：０．２０wt％以下を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳塊を均質化処理し、熱間粗圧延および熱間仕上げ圧延した後に冷間圧延する合金板の製造方法であって、前記熱間粗圧延の任意のパスにおいて、パス前の材料温度を３５０〜４４０℃とするとともに、前記冷間圧延の圧下率を３０％以上とする。
【選択図】なし

Description

この発明は、熱伝導性および強度に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法に関する。

熱交換器用部品、金属ベースプリント基板、切削加工材など、強度が要求されるアルミニウム材として、一般にＪＩＳ５０５２合金が用いられている。しかし、ＪＩＳ５０５２合金は、純アルミニウムに比べると熱伝導性が３０％以上低いという欠点がある。一方、熱伝導性の良い純アルミニウムは著しく強度が低い上に、切削性に劣り切削加工後のバリ取りが不可欠であり、仕上がり表面の外観も悪いという欠点がある。

また、高強度のアルミニウム材料としてＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金も用いられており、ＭｇＳｉを微細かつ均一に析出させて強度向上を図っている。ＭｇＳｉの微細析出物は熱処理により得られ、通常冷間圧延後に焼入れ、焼もどし処理を施すことにより強度向上とじん性回復を図っている。一般的な圧延工程における加熱では、ＭｇおよびＳｉが単独で析出して微細かつ均一なＭｇＳｉが得られず強度向上を果たすことができないからである。

なお、特許文献１には、熱間圧延条件を規定したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板材の製造方法が開示されているが、この技術は、冷間圧延後の溶体化処理を短時間で行うために熱間圧延における粗大析出を抑制するものであって、圧延工程中にＭｇＳｉの微細析出を促すものではない。
特開平６−２７２００１号公報

このように、現状では冷間圧延後に別途熱処理を行うことで工程が増し、コストアップになっている。また、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のような熱処理型合金で０．１mmレベルの薄板を製造する場合、板厚１mm以下で連続焼鈍炉で溶体化処理するのが一般的であるため、冷間加工度を高くできないために高強度を得にくいという問題点もあった。

この発明は、上述した技術背景に鑑み、優れた熱伝導性と強度とを兼ね備えたアルミニウム合金を少ない工程で製造する方法を目的とする。

この発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法は、前記目的を達成するために、Ｓｉ：０．２〜０．８wt％、Ｍｇ：０．３〜０．９wt％、Ｆｅ：０．３５wt％以下およびＣｕ：０．２０wt％以下を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳塊を均質化処理し、熱間粗圧延および熱間仕上げ圧延した後に冷間圧延する合金板の製造方法であって、前記熱間粗圧延の任意のいずれかのパス工程において、パス前の材料温度を３５０〜４４０℃、パス上がり温度を２５０〜３４０℃とし、前記冷間圧延の圧下率を３０％以上とすることを特徴とする。

　また、パス前の材料温度を３５０〜４４０℃、パス上がり温度を２５０〜３４０℃としたパスにおける上がり板厚を１０mm以下とする。

また、前記冷間圧延後、１８０℃以下で最終焼鈍を行うことが好ましい。

この発明の方法が対象とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、その組成を、Ｓｉ：０．２〜０．８wt％、Ｍｇ：０．３〜０．９wt％、Ｆｅ：０．３５wt％以下およびＣｕ：０．２０wt％以下を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるため、熱伝導性に優れている。そして、このＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳塊を均質化処理し、熱間粗圧延および熱間仕上げ圧延した後に冷間圧延する合金板の製造方法であって、前記熱間粗圧延の任意のパス工程において、パス前の材料温度を３５０〜４４０℃、パス上がり温度を２５０〜３４０℃とし、前記冷間圧延の圧下率を３０％以上とするから、熱間粗圧延の間に溶体化処理−焼入れしたのと同等の効果が得られ、かつ高い圧下率での冷間加工によって高い強度が得られる。従って、圧延以外の別工程で熱処理することなしに、高い熱伝導性と強度とを兼ね備えた合金板を製造することができ、大幅なコストダウンを達成できる。また、この発明の方法により製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、切削性が良好であるから、この合金板を切削加工した場合にバリ取り等の後加工が不要となり、この点でもコストダウンを図ることができる。

また、この発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法において、冷間加工後に１８０℃以下で最終焼鈍することにより、さらに合金板の強度を向上させるとともに、伸びも向上させ、かつ機械的諸性質を安定させることができる。

この発明の方法において、対象とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金組成について、各元素の添加意義および含有量の限定理由は次のとおりである。

ＭｇおよびＳｉは強度の発現に必要な元素である。Ｍｇ含有量が０．３wt％未満、あるいはＳｉ含有量が０．２wt％未満では十分な強度を得ることができない。一方、Ｍｇ含有量が０．９wt％、Ｓｉ含有量が０．８wt％を超えると、熱間圧延での圧延負荷が高くなって生産性が低下するとともに、耳割れが大きくなって途中工程でトリミングが必要となる。Ｍｇ含有量の好ましい下限値は０．３５wt％、上限値は０．５５wt％である。また、Ｓｉ含有量の好ましい下限値は０．３２wt％、上限値は０．６０wt％である。

ＦｅおよびＣｕは、多量に含有すると耐食性が低下して合金板としての実用性に欠けるため、含有量をＦｅ：０．３５wt％以下、Ｃｕ：０．２０wt％以下に規制する必要がある。好ましいＦｅ含有量は０．２５wt％以下、好ましいＣｕ含有量は０．１０wt％以下である。

また、前記範囲の合金組成により、純アルミニウムと同等の優れた熱伝導性を有する。

この発明の方法では、均質化処理後に所定の条件で圧延することによりＭｇ₂Ｓｉを微細かつ均一に析出させ、溶体化処理および焼入れしたと同等の効果を得らている。

均質化処理条件は特に限定されず、常法に従って５００℃以上で２時間以上行うことが好ましい。

熱間粗圧延では、任意のパス工程において所定の温度条件で圧延する間の温度降下により焼入れと同等の効果を得る。従って、パス前の材料温度は，溶体化処理に準じてＭｇおよびＳｉが固溶された状態を保持しうる温度が必要であり、３５０〜４４０℃とする。３５０℃未満ではこの時点でＭｇ₂Ｓｉが粗大析出物となり、その後の焼入れ効果が得られない。また、温度が低いためにその後のパスの圧延性が著しく悪くなるとともに、パス上がり温度が低くなり過ぎて表面品質が低下する。一方、４４０℃を超えるとパス上がりで材料温度が十分低下せず焼入れの効果が不足する。パス前温度の好ましい下限値は３８０℃であり、好ましい上限値は４２０℃である。また、焼入れ効果を得るために、パス間の冷却速度は５０℃／min 以上が好ましく、パス上がり温度は２５０〜３４０℃が好ましい。なお、パス上がり温度を上記温度範囲内とするためには、熱間粗圧延上がりで、直ちに高圧シャワー水冷等の強制冷却を行っても良い。また、パス圧延速度は、５０ｍ／min 以上が好ましい。さらに、このパス間に焼入れと同等の冷却効果を得るために、上がり板厚が１０mm以下となるようにする必要がある。１０mmを超えると水冷工程を加えても上述した焼入れに十分な温度にまで冷却することが困難なためである。好ましい板厚は８mm以下である。

なお、熱間粗圧延は通常１０パス以上を行うが、焼入れ効果を得るための上記条件でのパスはどの段階で行っても良い。しかし、パス上がり板厚を１０mm以下とするため、最終パスに行うことが多くなる。次いで、最終パスの前のパスが多くなる。但し、最終パス以外で行う場合、その後のパスの圧延条件は、材料温度２５０〜３４０℃で行う必要がある。２５０℃未満では圧延の負荷が大きくなって圧延がしにくくなるとともに、温度が低くなるとＡｌと水分が反応して表面が腐食する等変質するためである。

熱間粗圧延後に行う熱間仕上げ圧延は、前段の粗圧延により溶体化−焼入れ処理がなされているため、仕上がり温度や圧延速度などの条件は特に限定されない。常法に従い最終製品の板厚に応じて圧延を行う。

冷間圧延では、加工硬化により所定の強度を得るために圧下率３０％以上とする必要がある。圧下率を３０％以上とすることにより、ＪＩＳ５０５２合金に匹敵する２００Ｎ／mm²以上の強度を得ることができる。好ましい圧下率は５０％以上である。

さらに、要すれば冷間圧延した合金板を１８０℃以下で最終焼鈍する。低温での熱処理を行うことにより、時効硬化させてさらに強度を向上させるとともに、伸びも向上させることができる。また機械的諸性質を安定させる効果もある。特に好ましい焼鈍温度は１３０〜１５０℃である。

この発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法によれば、所定の条件で熱間粗圧延を行うことにより、溶体化処理および焼入れしたと同等の効果が得られ、かつ高い圧下率での冷間加工によってさらに高い強度が得られる。また、もとよりＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は熱伝導性は良く、本発明により高い熱電導性と強度とを兼ね備えた合金板を製造することができる。

次に、この発明の具体的実施例について詳述する。

後掲の表１に示す各組成の合金連鋳スラブについて、面削後５８０℃×１０時間の均質化処理し、熱間粗圧延および熱間仕上げ圧延した後冷間圧延して合金板を製作した。熱間粗圧延は、最終パスの圧延条件を規定するものとし、最終パス前、即ち最終パス開始時の材料温度を表１に示す温度に設定し、圧延速度８０ｍ／min で行い、熱間粗圧延の最終パス上がりの板厚を表１に示す厚さとした。そして、熱間粗圧延を行った材料は、さらに熱間仕上げ圧延を行ってコイルに巻き取った。次に、巻き取った材料を表１に示す圧下率で冷間圧延した。冷間圧延後、実施例２，４，１１および比較例７，９についてはさらに表１に示す条件で最終焼鈍を行った。また、比較例１，２，３では、通常の処理により、それぞれＡ１１００Ｐ−Ｈ２４材、Ａ５０５２Ｐ−Ｈ３８材，Ａ５０５２Ｐ−Ｈ３４材を製造した。

得られた各合金板について、引張強さ、熱伝導度を測定するとともに切削性について評価した。引張強さはＪＩＳ５号試験片により常法により測定し、熱伝導度は２５℃でレーザーフラッシュ法により測定した。また、切削性は次に示す基準で相対的に評価した。但し、実施例１０，１１については、最終板厚が０．１mmであり、このような薄板あるいは箔では通常切削加工せずに使用するため、あえて切削性を評価しなかった。

○：優れている（バリ発生なし）
△：良好（若干バリ発生あり）
×：劣る（バリ発生大）

表１の結果より、この発明の条件で熱間粗圧延および冷間圧延することにより、純アルミニウムに匹敵する高い熱伝導性と、ＪＩＳ５０５２合金に匹敵する高い強度とを兼ね備えたアルミニウム合金板を得られることを確認できた。また、切削性も良好であった。さらに最終焼鈍を加えることにより強度を向上させることができた。

　本発明は、強度が要求されるアルミニウム材として、熱交換器用部品、金属ベースプリント基板、切削加工材などに利用可能である。

Claims

Ｓｉ：０．２〜０．８wt％、Ｍｇ：０．３〜０．９wt％、Ｆｅ：０．３５wt％以下およびＣｕ：０．２０wt％以下を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳塊を均質化処理し、熱間粗圧延および熱間仕上げ圧延した後に冷間圧延する合金板の製造方法であって、
前記熱間粗圧延の任意のいずれかのパス工程において、パス前の材料温度を３５０〜４４０℃、パス上がり温度を２５０〜３４０℃とし、前記冷間圧延の圧下率を３０％以上とすることを特徴とする熱伝導性および強度に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法。
　パス前の材料温度を３５０〜４４０℃、パス上がり温度を２５０〜３４０℃としたパスにおける上がり板厚を１０mm以下とする請求項１に記載の熱伝導性および強度に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法。
冷間圧延後、１８０℃以下で最終焼鈍を行う請求項１または２に記載の熱伝導性および強度に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法。