特許 6792476 アルミニウム合金板材およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6792476

(24)【登録日】2020年11月10日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】アルミニウム合金板材およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 21/00 20060101AFI20201116BHJP

   C22F 1/04 20060101ALI20201116BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20201116BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20201116BHJP

【ＦＩ】

   C22C21/00 J

   C22F1/04 C

   F28F21/08 A

   !C22F1/00 604

   !C22F1/00 623

   !C22F1/00 630A

   !C22F1/00 630C

   !C22F1/00 640A

   !C22F1/00 651A

   !C22F1/00 682

   !C22F1/00 683

   !C22F1/00 685Z

   !C22F1/00 686A

   !C22F1/00 691B

   !C22F1/00 691C

   !C22F1/00 694A

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-23844(P2017-23844)

(22)【出願日】2017年2月13日

(65)【公開番号】特開2017-145504(P2017-145504A)

(43)【公開日】2017年8月24日

【審査請求日】2020年2月4日

(31)【優先権主張番号】特願2016-29010(P2016-29010)

(32)【優先日】2016年2月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002093

【氏名又は名称】住友化学株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】594001041

【氏名又は名称】株式会社片木アルミニューム製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(72)【発明者】

【氏名】片木 威

(72)【発明者】

【氏名】中島 義徳

(72)【発明者】

【氏名】平木 伸幸

(72)【発明者】

【氏名】久保 雄輝

(72)【発明者】

【氏名】星河 浩介

【審査官】 鈴木 毅

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−１２８６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９１８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１５９３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２５０６１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ２１／００

Ｃ２２Ｃ ２１／０６

Ｃ２２Ｆ １／０４

Ｃ２２Ｆ １／００

Ｆ２８Ｆ ２１／０８

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｍｎの含有量が０．１質量％以上２．０質量％以下であり、
Ｍｇの含有量が質量基準でＭｎ含有量の１／１６倍以上１．６質量％以下であり、
残部がＡｌおよび不可避不純物元素からなり、
ＭｎおよびＭｇの合計含有量が０．６質量％以上であり、
前記不可避不純物元素の合計含有量が０．０４質量％以下であるアルミニウム合金板材。

【請求項2】

前記不可避不純物元素の合計含有量が０．０２質量％以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金板材。

【請求項3】

Ｆｅの含有量が０．０２５質量％以下であり、
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＺｎおよびＧａの合計含有量が０．０２質量％以下である、請求項１または２に記載のアルミニウム合金板材。

【請求項4】

Ｆｅの含有量が０．００３質量％以下であり、
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＺｎおよびＧａの合計含有量が０．０１５質量％以下である、請求項３に記載のアルミニウム合金板材。

【請求項5】

Ｍｇが母材中に全量固溶していると仮定して、板材の導電率から算出される母材中へのＭｎの固溶率が４０％以下である、請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金板材。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金板材からなる熱交換器用フィン材。

【請求項7】

Ｍｎの含有量が０．１質量％以上２．０質量％以下であり、Ｍｇの含有量が質量基準でＭｎ含有量の１／１６倍以上１．６質量％以下であり、残部がＡｌおよび不可避不純物元素からなり、ＭｎおよびＭｇの合計含有量が０．６質量％以上であり、前記不可避不純物元素の合計含有量が０．０４質量％以下であるアルミニウム合金圧延用素材を作製する工程と、
前記アルミニウム合金圧延用素材を圧延する圧延工程と、
前記圧延工程後に、２００℃以上４５０℃以下の温度で１時間以上保持する最終焼鈍工程と、
を含む、アルミニウム合金板材の製造方法。

【請求項8】

前記不可避不純物元素の合計含有量が０．０２質量％以下である、請求項７に記載のアルミニウム合金板材の製造方法。

【請求項9】

前記圧延工程の途中に、５００℃以上にて５時間以上保持する中間焼鈍工程を備える、請求項７または８に記載のアルミニウム合金板材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐食性に優れたアルミニウム合金板材、特に熱交換器フィン材として好適なアルミニウム合金板材およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

産業用熱交換器のフィンには、伝導性に優れるＣｕやＡｌ合金が多く使われている。フィン材には伝導性の他に、耐食性、強度、成形性などの特性が要求されている。これまで、上記特性を向上させるための種々の方法が検討されてきている。例えば、強度、耐食性、伝導性を向上させる方法として、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎの量および質量比を制御する方法が提案されている（特許文献１）。また、板材の成形性を向上させる方法として、板材中の金属間化合物の分布密度を制御する方法が提案されている（特許文献２）。ここでいう伝導性は、熱伝導性および電気伝導性の両方を意味する。金属の場合、熱伝導度が高い素材は電気伝導度も高いことが一般的に知られている。

【0003】

しかしながら、熱交換器、とりわけ産業用熱交換器は厳しい腐食環境下で使用されることがあり、従来のフィン材では耐食性が不十分である場合がある。フィン材の寿命が短いため、フィン材の交換頻度が高くなる、または耐腐食性向上のためのコーティングが必要となる、などのコストアップにつながっている。

【0004】

特許文献３には、アルミニウムにＭｎとＭｇを所定量配合し、さらにＣｒとＴｉを少量配合したアルミニウム合金から、厚みが５０〜２００μｍ（０．０５〜０．２ｍｍ）で電気比抵抗値が６．０μΩｃｍ以上の箔を製造する技術が開示されている。この文献に記載の技術により、高耐食性かつ低伝導性であり、電磁調理器による加熱調理が可能な食品包装体に適するアルミニウム合金箔が得られると提案されている。なお、この文献の実施例では、Ｓｉの含有量が０．０３質量％、Ｆｅの含有量が０．０５質量％のアルミニウム合金が用いられており、Ｍｎの配合量は、最低でも２．０質量％となっている。

【0005】

しかし、特許文献３に開示されているアルミニウム合金箔は、電気比抵抗値が高い、すなわち伝導性が低いことを特徴としているので、高伝導性が必要とされる熱交換器フィン材には適さない。

【0006】

非特許文献１および非特許文献２には、アルミニウムの電気抵抗に及ぼす添加元素の影響を表す数値が記載されており、後でこれらの数値を使うので、ここに引用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第５５７８７０２号公報

【特許文献2】特開２０１４−２２４３２３号公報

【特許文献3】特許第５４１３７３４号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】三木正博，高尾順三，“アルミニウムの電気抵抗”，住友化学 技術誌，住友化学工業株式会社，1975年，特1975−Ｉ，p.41-52

【非特許文献2】「アルミニウム材料の基礎と工業技術」，社団法人日本アルミニウム協会，平成２２年１０月２５日第１版第４刷，p.344

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記実状を背景としてなされたものであり、その目的は、優れた強度および伝導性を有しながら、かつ耐食性に優れるアルミニウム合金板材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の態様１は、Ｍｎの含有量が０．１質量％以上２．０質量％以下であり、Ｍｇの含有量が質量基準でＭｎ含有量の１／１６倍以上１．６質量％以下であり、残部がＡｌおよび不可避不純物元素からなり、ＭｎおよびＭｇの合計含有量が０．６質量％以上であり、前記不可避不純物元素の合計含有量が０．０４質量％以下であるアルミニウム合金板材である。

【0011】

本発明の態様２は、前記不可避不純物元素の合計含有量が０．０２質量％以下である、態様１に記載のアルミニウム合金板材である。

【0012】

本発明の態様３は、Ｆｅの含有量が０．０２５質量％以下であり、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＺｎおよびＧａの合計含有量が０．０２質量％以下である、態様１または２に記載のアルミニウム合金板材である。

【0013】

本発明の態様４は、Ｆｅの含有量が０．００３質量％以下であり、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＺｎおよびＧａの合計含有量が０．０１５質量％以下である、態様３に記載のアルミニウム合金板材である。

【0014】

本発明の態様５は、Ｍｇが母材中に全量固溶していると仮定して、板材の導電率から算出される母材中へのＭｎの固溶率が４０％以下である、態様１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金板材である。

【0015】

本発明の態様６は、態様１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金板材からなる熱交換器用フィン材である。

【0016】

本発明の態様７は、Ｍｎの含有量が０．１質量％以上２．０質量％以下であり、Ｍｇの含有量が質量基準でＭｎ含有量の１／１６倍以上１．６質量％以下であり、残部がＡｌおよび不可避不純物元素からなり、ＭｎおよびＭｇの合計含有量が０．６質量％以上であり、前記不可避不純物元素の合計含有量が０．０４質量％以下であるアルミニウム合金圧延用素材を作製する工程と、前記アルミニウム合金圧延用素材を圧延する圧延工程と、前記圧延工程後に、２００℃以上４５０℃以下の温度で１時間以上保持する最終焼鈍工程と、を含む、アルミニウム合金板材の製造方法である。

【0017】

本発明の態様８は、前記不可避不純物元素の合計含有量が０．０２質量％以下である、態様７に記載のアルミニウム合金板材の製造方法である。

【0018】

本発明の態様９は、前記圧延工程の途中に、５００℃以上にて５時間以上保持する中間焼鈍工程を備える、態様７または８に記載のアルミニウム合金板材の製造方法である。

【発明の効果】

【0019】

本発明のアルミニウム合金板材は、優れた強度および伝導性を有しながら、かつ耐食性に優れている。このようなアルミニウム合金板材から、良好な性質を備えた熱交換器用フィン材を提供することができる。
また、本発明の製造方法によれば、優れた強度および伝導性を有しながら、かつ耐食性に優れたアルミニウム合金板材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、アルミニウム合金におけるＭｎ含有量とＭｇ含有量の関係を表す図である。

【図2】図２は、アルミニウム中の添加元素Ｘの原子％と質量％の関係を表す式である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

従来の熱交換器フィン材として用いられるアルミニウム合金板材は、９９質量％程度の純度のアルミニウムを原料とした合金であり、Ｆｅ等の不可避不純物元素をある程度含有している。本発明者らは、このような不可避不純物元素である特にＦｅが、母材であるＡｌその他合金元素と金属間化合物を形成して腐食の起点となり、得られるアルミニウム合金板材の耐食性を低下させていることに着眼した。
そして、高純度アルミニウムを原料としてアルミニウム合金板材を製造することで、Ｆｅ等の不可避不純物元素の含有量を十分に低減し、さらに、合金元素としてＭｎおよびＭｇを所定の量で含有させることにより、高純度アルミニウムが有する高い耐食性を維持しながら、優れた強度および伝導性を有するアルミニウム合金板材が得られることを見出した。
すなわち、熱交換器フィン材に必要とされる強度および伝導性を有しながら、さらには十分に優れた耐食性を有するアルミニウム合金板材を得るためには、単に原料として用いるアルミニウムの純度を高めて、腐食の起点となる不可避不純物元素の含有量を低減するだけでは不十分であり、高純度アルミニウムを原料とし、その上で合金元素としてＭｎおよびＭｇを所定の量で含有させることによって、不可避不純物元素の含有量を十分に低減し、かつ腐食の起点となる金属間化合物の生成を十分に抑制し高純度アルミニウムが有する高い耐食性を維持できることを、本発明者らは見出した。
ここで用いる高純度アルミニウムは、純度が９９．９９質量％以上の高純度アルミニウム（純度を示す質量パーセント表記における先頭から連続する９の数の後にナインの頭文字であるＮを付して「４Ｎ−Ａｌ」と記載し、「フォーナインアルミ」と呼ぶこともある。通常、この表現は９が３個以上の場合に用いられる。）であるのが好ましい。

【0022】

以下、本発明に係るアルミニウム合金板材およびその製造方法を実現するための形態について説明する。まず、このアルミニウム合金を構成する各成分および板材について説明し、その後、製造方法の説明に移っていくこととする。

【0023】

１．アルミニウム合金板材の組成
以下に、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金板材の組成について説明する。
（１）Ｍｎ
Ｍｎは、アルミニウム合金の耐食性を大きく低下させることなく強度を向上させる元素である。そこでＭｎ含有量は、０．１質量％以上とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．３質量％以上、さらに好ましくは０．４質量％以上である。但し、Ｍｎ含有量が多過ぎると、金属間化合物が増大し、これらが腐食の起点となり、腐食が進行しやすくなる。また、伝導性も低下する。以上の観点から、Ｍｎ含有量は２．０質量％以下とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは１．８質量以下％、さらに好ましくは１．５質量％以下である。

【0024】

（２）Ｍｇ
Ｍｇは、アルミニウム合金の耐食性を大きく低下させることなく強度を向上させる元素である。Ｍｎに対してＭｇを一定割合以上含有させることで、腐食の起点となるＭｎを含む金属間化合物の生成を抑制でき、アルミニウム合金の耐食性の低下を抑えることができる。Ｍｇ含有量（質量％）／Ｍｎ含有量（質量％）≧１／１６の関係を満たすようにＭｇを含有すれば、このような効果を得ることができる。一方、Ｍｇ含有量が多過ぎると、母材の腐食が進行しやすくなり、また伝導性も低下する。そこでＭｇ含有量は、質量基準でＭｎ含有量の１／１６倍以上１．６質量％以下とする。Ｍｇ含有量は、好ましくは１．２質量％以下、さらに好ましくは０．８質量％以下である。

【0025】

また、ＭｎおよびＭｇの合計含有量を所定値以上とすることで、熱交換器フィン材として必要な強度が得られる。そこで、ＭｎおよびＭｇの合計含有量は０．６質量％以上とする。熱交換器フィン材に必要とされる成形性を確保する観点から、ＭｎおよびＭｇの合計含有量は２．５質量％以下であることが好ましく、２．０質量％以下であることがより好ましい。

【0026】

図１は、上述した、本発明の板材を構成するアルミニウム合金におけるＭｎ含有量とＭｇ含有量の関係を表している。また図１には、後述する実施例および比較例の組成を表している。図中の太線で囲まれる範囲が、上述したアルミニウム合金の組成を意味する。これらの太い直線５本は、以下の各式（ａ）〜（ｅ）における境界、すなわち左辺と右辺がイコールで結ばれる直線である。
Ｍｎ含有量（質量％）≧０．１ （ａ）
Ｍｇ含有量（質量％）≦１．６ （ｂ）
Ｍｎ含有量（質量％）≦２．０ （ｃ）
Ｍｇ含有量（質量％）／Ｍｎ含有量（質量％）≧１／１６ （ｄ）
Ｍｎ含有量（質量％）＋Ｍｇ含有量（質量％）≧０．６ （ｅ）

【0027】

（３）Ａｌ
アルミニウム合金板材の成分は前記の他、残部がＡｌおよび不可避不純物元素からなるものである。不可避不純物元素は合計で０．０４質量％までの含有が許容され、０．０３質量％以下が好ましく、０．０２質量％以下がより好ましく、０．０１５質量％以下がさらに好ましく、０．０１質量％以下がよりさらに好ましい。不可避不純物元素の含有量をこのような範囲にすることにより、腐食の起点となる金属間化合物の生成を抑制することができ、アルミニウム合金板材の耐食性を向上させることができる。

【0028】

９９質量％程度の純度のアルミニウムを原料として製造したアルミニウム合金板材は、通常、１質量％程度の不可避不純物元素を含有しており、このような高い含有量の不可避不純物元素が、腐食発生の起点となり、アルミニウム合金板材の耐食性を低下させる。
本発明に係るアルミニウム合金板材は、Ｆｅ等の不可避不純物元素の量を低く抑えるため、本発明の板材を構成するアルミニウム合金は通常、純度が９９．９９質量％以上の高純度アルミニウム（４Ｎ−Ａｌ）を原料とし、これに合金元素であるマンガンとマグネシウムを加えて作製される。このような高純度アルミニウムを原料とすることにより、Ｆｅを含む不可避不純物元素の含有量を０．０４質量％以下、好ましくは０．０３質量％以下、より好ましくは０．０２質量％以下、さらに好ましくは０．０１５質量％以下、よりさらに好ましくは０．０１質量％以下まで低減することができる。
市販の高純度アルミニウム（４Ｎ−Ａｌ）を原料とし、これに合金元素であるマンガンとマグネシウムを加えて、本発明に係るアルミニウム合金板材を作製すると、不可避不純物元素の含有量が０．０２質量％以下のアルミニウム合金板材が得られる。
さらに高い純度、例えば、９９．９９９質量％以上の高純度アルミニウム（同じく「５Ｎ−Ａｌ」と記載し、「ファイブナインアルミ」と呼ぶこともある）を原料とすることにより、得られるアルミニウム合金板材に含まれる不可避不純物元素の量をさらに低減することができ、耐食性をより高めることができる。

【0029】

なお、本発明の板材を構成するアルミニウム合金は、上述のとおりＡｌ、ＭｎおよびＭｇの三成分を必須とし、他の元素は基本的に不可避不純物元素となるが、それらの不可避不純物元素を意識的に加えた場合であっても、特許請求の範囲の規定を満たせば、そのようなアルミニウム合金を除外するものでないことはいうまでもない。

【0030】

本発明に係るアルミニウム合金板材は、このように、高純度アルミニウムを原料とすることにより、不可避不純物元素の合計含有量を低減し、耐食性を高めることができる。アルミニウム合金板材中の特にＦｅの含有量が多いと、Ａｌ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物が生成しやすく、これらの金属間化合物が耐食性に悪影響を及ぼすことが一般的に知られている。そのため、従来のアルミニウム合金板材に含まれる主な不可避不純物元素であるＦｅの含有量を低減することが好ましい。後述するように、Ｆｅの含有量を低減することにより、アルミニウム合金板材の耐食性をさらに高めることができる。

【0031】

（４）Ｆｅ
主な不可避不純物元素であるＦｅの含有量は、０．０２５質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましく、０．０１５質量％以下であることがさらに好ましく、０．００３質量％以下であることがよりさらに好ましい。このような範囲であれば、ＡｌとＦｅとを含む金属間化合物（Ａｌ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系など）の生成をより抑制することができ、アルミニウム合金板材における腐食の進行をさらに抑制することができる。したがってＦｅ含有量は、０．０２５質量％以下とするのが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましく、０．０１５質量％以下であることがさらに好ましく、０．００３質量％以下であることがよりさらに好ましい。市販の高純度アルミニウム（４Ｎ−Ａｌ）を原料とし、これに合金元素であるマンガンとマグネシウムを加えて、本発明に係るアルミニウム合金を作製すると、Ｆｅの含有量が０．００３質量％以下のアルミニウム合金板材が得られる。アルミニウム合金におけるＦｅ含有量の下限値はゼロであるが、アルミニウムの精製効率との関係で、工業的な最高純度のアルミニウムを原料として用いた場合であっても、少なくとも０．１質量ｐｐｍ程度は含まれている。
なお、あまり純度の高くないアルミニウムを原料として製造した従来のアルミニウム合金板材は、通常、０．７質量％程度のＦｅを含有している。

【0032】

（５）その他の不可避不純物元素
上述のとおり、Ｆｅの含有量を０．０２５質量％以下としたうえで、他の不可避不純物元素であるＳｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＺｎおよびＧａの合計含有量を０．０２質量％以下、さらには０．０１５質量％以下、さらには０．０１質量％以下、特に０．００５質量％以下とするのが好ましい。
市販の高純度アルミニウム（４Ｎ−Ａｌ）を原料とし、これに合金元素であるマンガンとマグネシウムを加えて、本発明に係るアルミニウム合金を作製すると、Ｆｅを除く不可避不純物元素であるＳｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＺｎおよびＧａの合計含有量が０．０１５質量％以下のアルミニウム合金板材が得られる。
Ｓｉは、アルミニウム中のＦｅに次ぐ主な不可避不純物元素であるが、上記したＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系のような金属間化合物の生成をより抑制する観点からは、その含有量を０．０１５質量％以下とするのが好ましく、０．０１質量％以下とするのがより好ましく、さらには０．００５質量％以下とするのがより好ましい。

【0033】

アルミニウム合金板材中に含有されるＭｎ、Ｍｇおよび不可避不純物元素の量の定量は、例えば、グロー放電質量分析（ＧＤＭＳ）、固体発光分光分析あるいはＩＣＰ発光分光分析などによって行うことができる。

【0034】

２．母材中へのＭｎの固溶率
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金板材は、圧延および熱処理の条件を適切に選択し、母材であるアルミニウム中へのＭｎの固溶状態、およびＡｌ−Ｍｎ等の金属間化合物の析出状態を制御することで、上述した優れた耐食性および強度に加え、伝導性をより向上させることができ、さらには成形性についても向上させることができる。

【0035】

具体的には、上述した組成を満足するアルミニウム合金板材について、Ｍｇが母材中に全量固溶していると仮定して算出される、母材中へのＭｎ固溶率が４０％以下であることが好ましい。このような範囲であれば、アルミニウム合金板材の伝導性および成形性をより向上させることができる。

【0036】

アルミニウム中へのＭｎ固溶率を４０％以下にすることにより、アルミニウム合金板材の伝導性および成形性をより向上できるメカニズムは以下のとおりである。

【0037】

アルミニウム合金板材中のＭｎは、母材であるアルミニウム中に固溶した状態と、金属間化合物として析出した状態と、の両方の状態で存在している。金属間化合物としての析出物が多いほど、後述する最終焼鈍工程を行った際に結晶粒がより微細化し、その結果、得られるアルミニウム合金板材は、高い強度を維持しながら、さらにはより向上した伝導性および成形性を有することができる。Ｍｇが母材中に全量固溶していると仮定して、後述する計算式（１）〜（３）を用いて算出されるＭｎの母材中への固溶率が４０％以下であれば、最終焼鈍工程後の結晶粒微細化の効果が得られやすく、上述した高い強度を維持しながら、伝導性および成形性をより向上させることができる。Ｍｎの母材中への固溶率は、３０％以下であればより好ましい。

【0038】

また、圧延および熱処理の条件を適切に選択し、母材であるアルミニウム中へのＭｎの固溶状態、およびＡｌ−Ｍｎ等の化合物としての析出状態を制御することで、アルミニウム合金板材の結晶粒を微細にすることができ、平均結晶粒径を小さくすることができる。アルミニウムの合金板材の、平均結晶粒径は約１００μｍ以下であることが好ましい。平均結晶粒径がこのような範囲であれば、アルミニウム合金板材の伝導性および成形性をより向上させることができる。なお、平均結晶粒径は、合金板の断面をフッ酸によりエッチングして測定した、圧延方向に対して垂直方向の結晶粒長さと圧延方向に対して平行方向の結晶粒長さとの平均値をいう。

【0039】

ＭｇがＡｌに固溶しやすいことは状態図などから一般に知られている。例えばＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ三元状態図から、Ｍｎ量が本発明で規定する２質量％までの場合、約２質量％までのＭｇがＡｌ中に固溶することが判る。そのため、本発明で規定するＭｇ量の上限１．６質量％までであれば、Ｍｇが母材中に全量固溶しているとする上記仮定は、妥当なものと考えられる。

【0040】

・母材中へのＭｎ固溶率の算出方法
Ｍｇが母材中に全量固溶していると仮定したときの、板材の導電率から母材中へのＭｎの固溶率を求める方法について説明する。導電率の単位の一つとして、「％ＩＡＣＳ」があり、本明細書ではこの単位を採用する。ＩＡＣＳは、International Annealed Copper Standardの略で、国際的に採択された焼鈍標準軟銅（体積抵抗率＝１．７２４１×１０^-2μΩｍ）の導電率を１００％ＩＡＣＳとしている。導電率は電気抵抗値の逆数に比例するので、例えば５０％ＩＡＣＳであれば、その体積抵抗率（以下、「電気抵抗値」または単に「抵抗値」とも呼ぶ）は、１．７２４１×１０^-2μΩｍ×１００／５０＝３．４４８２×１０^-2μΩｍ＝３．４４８２×１０^-8Ωｍのように換算できる。また上記のとおり、導電率１００％ＩＡＣＳは電気抵抗値１．７２４１×１０^-2μΩｍ＝１．７２４１×１０^-8Ωｍに相当するが、ここでは有効数字を３桁とし、導電率１００％ＩＡＣＳは電気抵抗値１．７２×１０^-8Ωｍに相当するものとして、計算式を示す。

【0041】

まず、アルミニウムへのＭｎおよびＭｇ添加による電気抵抗値増加分を、下式（１）により算出する。次に、得られる電気抵抗値増加分のうち、Ｍｎ添加による増加分（「Ｍｎ抵抗寄与分」とする）を、下式（２）により算出する。最後に、添加したＭｎの母材への固溶率（「Ｍｎ固溶率」とする）を、下式（３）により算出する。例えば、４Ｎ−ＡｌにＭｎを１．２質量％、Ｍｇを０．１質量％添加して作製したアルミニウム合金板材の導電率が４０％ＩＡＣＳである場合、Ｍｎ固溶率は４０．５％となる。

【0042】

【数1】

【0043】

上記式（１）〜（３）のそれぞれの意味と、そこに現れる数値の算出根拠を説明する。

【0044】

式（１）は、ＡｌにＭｎおよびＭｇを添加したことによる電気抵抗値の増加量を意味する。右辺第１項の「１．７２×１０^-8×１００／（合金板材の導電率（％ＩＡＣＳ））」は測定された合金板材の導電率（％ＩＡＣＳ）を電気抵抗値（Ωｍ）に換算する式であり、同第２項の「２．６４×１０^-8」は純アルミニウム（４Ｎ−Ａｌ）の電気抵抗値（Ωｍ）を実測した値である。

【0045】

式（２）は、添加されたＭｎおよびＭｇのうち、Ｍｎによる電気抵抗値の増加量を意味し、式（１）で算出される全体の電気抵抗値増加分から、以下に説明するＭｇによる抵抗値増加分を差し引いた値となる。右辺第２項は、上記のとおりＭｇによる抵抗値増加分を意味し、そこに現れる「Ｍｇの比抵抗寄与係数」＝５．５×１０^-9Ωｍ／質量％は以下のように算出した。先掲した非特許文献１（住友化学 技術誌，特1975−Ｉ）の第４９頁第２表には、アルミニウム中のＭｇの固溶量１原子パーセントあたりの比抵抗寄与が０．５×１０^-6Ωｃｍ／原子％である旨記載されている。アルミニウム中の添加元素Ｘの原子％と質量％の関係は図２に示すとおりで、添加元素ＸがＭｇの場合、図２の計算１に示すとおり、Ｍｇ１原子％＝０．９０１９質量％の関係にある。そこで、上記した固溶Ｍｇの比抵抗寄与０．５×１０^-6Ωｃｍ／原子％を「Ωｍ／質量％」に換算して、
０．５×１０^-6Ωｃｍ／原子％＝０．５×１０^-6Ω×１０^-2ｍ／０．９０１９質量％
＝５．５×１０^-9Ωｍ／質量％
を得た。これが、上記式（２）の右辺第２項に現れるＭｇの比抵抗寄与係数である。

【0046】

式（３）は、式（２）で算出されるＭｎ抵抗寄与分、すなわち、実際の合金板材においてＭｎが寄与している電気抵抗値増加量を分子とし、そのＭｎがアルミニウム中で全量固溶していると仮定したときの電気抵抗値増加量を分母とする割合を、％単位とするために１００倍したものである。Ｍｎがアルミニウム中で全量固溶していると仮定したときの電気抵抗値増加量（分母）よりも、実際の合金板材においてＭｎが寄与している電気抵抗値増加量（分子）が小さいのは、実際の合金板材においてはＭｎが固溶しないで析出していることに起因するので、この割合をＭｎ固溶率とみなした。実際の合金板材においてＭｎが寄与している電気抵抗値増加量（分子）が分母と等しければ、Ｍｎ固溶率は１００％となる。

【0047】

式（３）に現れる「Ｍｎの固溶状態での比抵抗寄与係数」＝３．３×１０^-8Ωｍ／質量％は以下のように算出した。先に挙げた非特許文献１（住友化学 技術誌，特1975−Ｉ）の第４９頁第２表には、アルミニウム中のＭｎの固溶量１原子パーセントあたりの比抵抗寄与が６．７×１０^-6Ωｃｍ／原子％である旨記載されている。そして、図２の計算２に示すとおり、Ｍｎ１原子％＝２．０１５４質量％の関係にあるので、上記した固溶Ｍｎの比抵抗寄与６．７×１０^-6Ωｃｍ／原子％を「Ωｍ／質量％」単位に換算して、
６．７×１０^-6Ωｃｍ／原子％＝６．７×１０^-6Ω×１０^-2ｍ／２．０１５４質量％
＝３．３×１０^-8Ωｍ／質量％
を得た。これが、上記式（３）に現れるＭｎの固溶状態での比抵抗寄与係数である。

【0048】

先掲した非特許文献２（「アルミニウム材料の基礎と工業技術」）の第３４４頁表２５には、アルミニウムの電気抵抗におよぼすＭｎの析出状態での平均比抵抗増加が０．３４μΩｃｍ／質量％（＝３．４×１０^-9Ωｍ／質量％）と記載されており、上述した固溶状態での比抵抗寄与係数３．３×１０^-8Ωｍ／質量％に比べて１桁小さくなっている。したがって、Ｍｎによる電気抵抗値増加量は、実質的に固溶状態のＭｎによってもたらされ、析出状態のＭｎによる影響は無視できるとみなして、上の計算を行った。

【0049】

以上、導電率から算出される母材中へのＭｎの固溶率について説明したが、式（１）に示すとおり、導電率を電気抵抗値（電気比抵抗値ともいう）に換算してから算出しているので、「電気比抵抗値から算出される母材中へのＭｎの固溶率」といっても、意味は同じになる。

【0050】

３．アルミニウム合金板材の板厚
アルミニウム合金板材の板厚は０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。板厚がこのような範囲にあれば、熱交換器用のフィン材などとして適用することができる。板厚が小さいほど、板材自体の重量減少および、熱交換器をはじめとして適用される各種製品サイズの縮小に寄与するため、板厚は２ｍｍ以下、さらには１ｍｍ以下であるのが好ましい。また、板厚が０．１ｍｍ以上であれば強度を保つことができるが、必要に応じて０．２ｍｍ以上、さらに０．２５ｍｍ以上とすることもできる。

【0051】

４．アルミニウム合金板材の製造方法
本発明に係るアルミニウム合金板材の製造方法は、以下に述べる圧延素材作製工程、圧延工程および最終焼鈍工程を含み、上記圧延工程の途中で中間焼鈍工程を施すことが好ましい。以下、これらの各工程について説明する。

【0052】

（圧延素材作製工程）
圧延素材作製工程は、アルミニウム合金を溶解、鋳造してアルミニウム合金鋳塊を作製する工程である。圧延素材作製工程では、上述した化学成分を有するアルミニウム合金を溶解した溶湯から、所定形状の鋳塊を作製する。アルミニウム合金を溶解、鋳造する方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いればよい。また、圧延素材に熱処理を施す工程（均質化熱処理工程）が含まれていてもよい。
ここで、アルミニウム合金の原料として、純度が９９．９９質量％以上の高純度アルミニウムを用いることが好ましい。このような高純度アルミニウムを得る方法は特に限定されないが、例えば文献「高純度アルミニウム」（麻草春海他、住友化学技術誌、住友化学工業株式会社、1988年、1988−II、P.69−86）に記載されている、三層電解法および偏析法のいずれかにより得ることが好ましい。このような方法であれば、４Ｎ−Ａｌ等の高純度アルミニウムを安定して得ることができ、最終的に得られるアルミニウム合金板材を効率的に製造することができる。
また、上述した化学成分を有するアルミニウム合金を準備するにあたり、不可避不純物元素の量が規定値を超えない限りにおいて、マンガン源としてアルミニウム−マンガン母合金を用いたり、マグネシウム源としてアルミニウム−マグネシウム母合金を用いたりすることもできる。

【0053】

（圧延工程）
圧延工程は、前記圧延素材に圧延加工率９０％以上の圧延を施す工程である。ここでいう圧延加工率は、圧延素材の厚さ（つまり、圧延前の厚さ）から圧延により得られた最終板材の厚さを差し引いた値（つまり、圧延により減少した厚さ）を、圧延素材の厚さで除した値の百分率であって、次式：
圧延加工率（％）＝［（圧延前の厚さ−圧延後の厚さ）／圧延前の厚さ］×１００
により算出される。例えば、厚さ１０ｍｍの圧延素材を圧延して厚さ１ｍｍの板材とすれば、圧延加工率は９０％となる。

【0054】

圧延素材に圧延加工を複数回行って最終板厚とすることが好ましい。圧延加工率を９０％以上とすることで、最終焼鈍後の再結晶粒粗大化を抑制でき、成形性悪化の抑制につながる。したがって圧延加工率は９０％以上が望ましい。なお、圧延加工率は高いほど好ましいため、上限は特に設けない。また、圧延時の温度については特に指定しない。

【0055】

圧延方法は、冷間圧延、熱間圧延のどちらでもよい。熱間圧延と冷間圧延を組み合わせることもでき、例えば、複数回行われる圧延加工のうち、初期は熱間圧延とし、後半を冷間圧延とするような形態をとることもできる。

【0056】

（中間焼鈍工程）
中間焼鈍工程は、前記圧延工程の途中で５００℃以上にて５時間以上保持する工程である。本発明に係るアルミニウム合金板材の製造方法は、圧延工程の途中でこのような中間焼鈍工程を行うことにより、金属間化合物の状態で析出するＭｎ量が多くなり、最終焼鈍後の再結晶粒を微細化することができる。その結果、強度および耐食性に加えて、伝導性により優れ、さらに成形性にも優れたアルミニウム合金板材を得ることができる。中間焼鈍の温度を５００℃以上とすることで、最終焼鈍後の再結晶粒を微細化することができる。また、焼鈍時間を５時間以上とすることで、最終焼鈍後の再結晶粒を微細化することができる。したがって中間焼鈍工程は５００℃以上にて５時間以上保持することが望ましい。中間焼鈍の温度は、アルミニウム合金が溶融しない温度であればよいが、コスト上の観点から６００℃以下とすることが好ましい。中間焼鈍の時間は、長くしても特性上の問題は生じないが、コスト上の観点から２０時間程度までで十分である。

【0057】

中間焼鈍工程後の圧延加工率が６０％以上であると、最終焼鈍後の再結晶粒粗大化を抑制しやすい。したがって中間焼鈍工程後の圧延加工率は６０％以上が好ましく、８０％以上であるとより好ましい。ここでいう中間焼鈍工程後の圧延加工率は、中間焼鈍が終わった後、圧延加工を再開するときの板材の厚さからその後の圧延により得られる最終板材の厚さを差し引いた値を、圧延再開時の板材の厚さで除した値の百分率、つまり、中間焼鈍後の圧延加工による厚さの減少割合を意味する。

【0058】

圧延素材から中間焼鈍に入るまでの圧延加工率、すなわち、中間焼鈍に入るまでの圧延による厚さの減少割合は、中間焼鈍を施すことによる効果を有効に発現させる観点から、２０％以上、さらには３０％以上とするのが好ましい。

【0059】

また、このような中間焼鈍を施すことにより、その後の再圧延工程および最終焼鈍工程を経て得られるアルミニウム合金板材の結晶粒径を、平均で約５０μｍと小さくすることができる。これにより、耐食性および強度に加え、伝導性により優れ、成形性に優れたアルミニウム合金板材を得ることができる。

【0060】

（最終焼鈍工程）
最終焼鈍工程は、前記圧延工程後に、２００℃以上４５０℃以下の温度で１時間以上１０時間以下保持する仕上げ焼鈍を施す工程である。最終焼鈍温度を２００℃以上とすることで、十分な組織の回復効果が得られ、強度、伝導性、成形性および耐食性の良好なアルミニウム合金板材が得られる。一方、その温度を４５０℃以下とすることで、焼鈍時の再結晶粒粗大化を抑制でき、強度、伝導性、成形性および耐食性の良好なアルミニウム合金板材が得られる。したがって焼鈍温度は２００℃以上４５０℃以下が好ましい。また、焼鈍時間を１時間以上とすることで、十分な組織の回復効果が得られ、成形性の良好なアルミニウム合金板材が得られる。焼鈍時間は長くしても特性上の問題は生じないが、コスト上の観点から１０時間程度までで充分である。したがって焼鈍時間は１時間以上１０時間以下が望ましい。

【0061】

このようにして得られたアルミニウム合金板材は、強度、伝導性および耐食性に優れており、腐食性の高い流体に接する部分の構造体などの種々の用途に用いることができる。本発明に係るアルミニウム合金板材は、とりわけ、熱交換器用フィン材として好適に用いることができる。

【0062】

（フィン材の成形）
本発明に係るアルミニウム合金板材をフィン材とする場合の成形方法を説明する。上述した工程を経て得られるアルミニウム合金板材をプレス成型すれば、熱交換器用フィン材が作製できる。アルミニウム合金板材をプレス成型する前に、アルミニウム合金板材の少なくとも一面を樹脂などでコーティングする工程を備えていてもよい。

【実施例】

【0063】

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例により何ら制限されるものではない。

【0064】

（実施例１〜１１、比較例１〜９）
表１に示す組成（固体発光分光分析による測定）のアルミニウム合金を、溶解、鋳造して鋳塊とした。得られた鋳塊に、４３０℃にて５時間保持した後５８０℃にて４時間保持する均質化熱処理を施し、その後に面削を施して、表１の「圧延素材」の欄に示す板厚を有する圧延素材とした。この圧延素材に冷間圧延を施し、板厚０．５ｍｍの冷間圧延板とした。一部の実施例および比較例においては、表１の「中間焼鈍時」の欄に示す板厚で一旦冷間圧延を中断し、得られた中間圧延材に５６０℃にて１１時間保持する中間焼鈍を施した。全ての圧延が終わった後の冷間圧延板に、表１の「最終焼鈍」の欄に示す温度にて７時間保持する最終焼鈍を施して試験用板材とし、評価に供した。不可避不純物元素の合計含有量が０．０４質量％以下である実施例１〜１１および比較例４〜９のサンプルについてのＭｇ含有量およびＭｎ含有量の関係は、図１に示すとおりである。図１において、黒丸は実施例、Ｘ字は比較例をそれぞれ示している。また、黒丸およびＸ字に付した符号は、実施例および比較例の番号を表している。

【0065】

（耐食性）
上記で作製した合金板材について、耐食性の指標として、浸食速度を次のように測定した。まず、酢酸にてｐＨ３に調整した３０℃の３．５質量％ＮａＣｌ水溶液に７２時間浸漬した。試験後、腐食生成物を除去した後の腐食減量を測定し、その値から全面均一腐食を仮定して浸食速度を求めた。以上の評価において、浸食速度が０．１ｍｍ／年以下のものは良好（○）、０．１ｍｍ／年を超えるものは不良（×）とし、結果を表２にまとめた。

【0066】

（伝導性）
上記で作製した合金板材について、伝導性の指標として、導電率を温度２９３Ｋ（２０℃）において測定した。測定結果について、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上のものは良好（○）、３５％ＩＡＣＳ未満のものは不良（×）とし、結果を表２にまとめた。また、それぞれの導電率から先の式（１）〜（３）に従って、Ｍｇが母材中に全量固溶していると仮定したときのＭｎの母材中への固溶率（以下、単に「Ｍｎ固溶率」と表示する）を算出し、その値も表２に示した。比較例４は、表１に示すとおりＭｎ含有量がゼロで、先の式（３）における分母がゼロになるので、Ｍｎ固溶率は算出していない。

【0067】

（強度）
上記で作製した合金板材について、強度の指標として、マイクロビッカース硬度計を用いてビッカース硬度（ＨＶ０．０５）を測定した。ビッカース硬度は、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９「ビッカース硬さ試験−試験方法」に従って測定される値であって、正四角錐のダイヤモンド圧子を試験片の表面に押し込み、その試験力を解除した後、表面に残ったくぼみの対角線長さから算出される。この規格では、試験力によって硬さ記号を変えることが定められており、ここでは、試験力０．０５ｋｇｆ（＝０．４９０３Ｎ）のときのマイクロビッカース硬さＨＶ０．０５を採用した。測定結果について、ビッカース硬度が２５以上のものは良好（○）、２５未満のものは不良（×）とし、結果を表２にまとめた。

【0068】

【表1】

【0069】

【表2】

【0070】

表２から明らかなように、不可避不純物元素の合計含有量および、Ｍｎ含有量とＭｇ含有量との関係が本発明の規定を満たす実施例１〜１１のアルミニウム合金板材は、いずれも耐食性、伝導性および強度に優れる素材であった。

【0071】

実施例１および２は、中間焼鈍を行っておらず、かつＭｎ量も０．４質量％と少ないので、Ｍｎ固溶率が大きくなっていた。この組成で中間焼鈍を施せば、最終的に得られる板材のＭｎ固溶率が小さくなって、結晶粒も微細化され、成形性や伝導性が向上するものと考えられる。実施例３も中間焼鈍を行っていないが、この例ではＭｎ量が１．５質量％と多くなっているので、Ｍｎ固溶率も相応に小さくなっていた。この組成で中間焼鈍を施せば、最終的に得られる板材のＭｎ固溶率が一層小さくなって、結晶粒も微細化され、成形性や伝導性も一層向上するものと考えられる。

【0072】

成形性を評価する指標の一つとして、ＪＩＳ Ｚ２２４７：２００６「エリクセン試験方法」に従って測定されるエリクセン値がある。圧延加工の途中で中間焼鈍を行った実施例４〜１１の板材は、高いエリクセン値を与え、成形性に優れたものとなった。

【0073】

比較例１の合金板材は、伝導性および強度が良好であったが、耐食性が低下した。これは、不可避不純物元素の合計含有量が０．０４質量％を超えており、また、Ｍｇ含有量がＭｎ含有量の１／１６倍未満であったためである。
比較例２の合金板材は、Ｍｎ含有量とＭｇ含有量の関係が本発明の規定を満たしていたが、耐食性が低下した。これは、不可避不純物元素の合計含有量が０．０４質量％を超えたためである。
比較例３は、Ｍｎ含有量とＭｇ含有量の関係が本発明の規定を満たしていたが、耐食性および伝導性が低下した。これは、不可避不純物元素の合計含有量が０．０４質量％を超え、さらにＭｎの固溶率が４０％を超えたためである。
比較例４および５の合金板材は、耐食性および伝導性が良好であったが、強度が低下した。これは、ＭｎおよびＭｇの合計含有量が０．６質量％未満であったためである。
比較例６の合金板材は、耐食性および強度が良好であったが、伝導性が低下した。これは、Ｍｇ含有量が過剰であったためである。
比較例７〜９の合金板材はいずれも、伝導性および強度が良好であったが、耐食性が低下した。これは、Ｍｇ含有量がＭｎ含有量の１／１６倍未満であったためである。

【図1】

【図2】