JPH0289542A - アルミニウム−リチウム系合金の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアルミニウム−リチウム系合金の連続鋳造法に
関するものであって、凝固直前の溶湯の表面に気体を接
触させる鋳造方式の改良法であり、特に好ましくは気体
圧を印加して実施する竪型式ホットトップ鋳造法もしく
は水平式連続鋳造法などの改良された鋳造方法に関する
。

［従来の技術］ アルミニウム−リチウム系合金は、その密度が小さ（、
強度および弾性率が高く、そして破壊靭性に優れでいる
ことから、近年航空機用の構造材料を中心として１重量
当りの強度のより高い合金組成を求める開発が活発であ
る。

アルミニウム−リチウム系合金は、通常連続鋳込によっ
て得たシートスラブやビレットを圧延あるいは押出しに
よって圧延板や押出し形材とし、この状態で、あるいは
更に塑性加工を加えてｆ１１用される。これらのシート
スラブやビレットなどの連続ｔＳ造鋳塊は、主としてダ
イレクトチル鋳造法（ＤＣ鋳造法）によって得ている。

特に最近では、鋳造製品の品質が向上しており、コスト
ダウンを計るためにも圧延や押出などの工程を省略した
小径断面の鋳塊を直接鋳造や圧延加工下桟などに利用す
ることが望まれてきた。

ところが、アルミニウム−リチウム系合金溶湯は、活性
であるため不活性ガスによる雰囲気溶解、雰囲気鋳造を
採用するのが一般的である。特に、合金中のリチウムの
含有量が増加すると、アルミニウム合金溶湯は鋳造操作
において冷却媒体として通常よく用いられている水とも
著しく反応し、爆発の恐れもあり、危険であってＦＦ１
重な注意を要求される。

そのため、特開昭６０−２５０８６０号では、モールド
内に導かれる金属溶湯の湯面上方の空間を密閉された空
間となし、その空間に不活性ガスを充満させて溶湯面と
空気との接触を回避する方法が開示され、活性な溶湯表
面に形成される酸化物の生成を抑制することによって良
好な連続鋳塊を得るものとしている。

更に、特開昭６０−１２７０５９号では、鋳造操作にお
ける冷却媒体として、特にエチレングリコールを７５％
以上含んだ有機冷却剤を利用する方法が開示されており
、鋳造中に凝固殻を破って溶湯が流出する、いわゆるブ
レークアウトが起こっでも溶融金属が水と直接接触して
激しく爆発するのを防止しようとしている。

又、特開昭６０−１８０６５６号では、半連続垂直直接
冷却方法において鋳造機のピント内から鋳造中に冷却水
を連続的に汲み出して、ビット内に水が溜らないように
し、ブレークアウトしたアルミニウム−リチウム合金の
溶湯が水と接触して膿しく爆発するのを防止するとして
いる。

そして、特開昭６２−１０４６５２号は外皮にノチウム
を含まないアルミニウム合金、内側にリチウムを含むア
ルミニウム−リチウム合金を連続的に鋳造するクラッド
鋳造法を開示していて、アルミニウム−リチウム合金が
実質的にＤＣ鋳造における冷却水との接触を断ち、水と
リチウムとの爆発的反応を防止するとしている。

一方、これとは別により改溌された金属のＤＣ鋳造法と
して、特公昭５４−４２８４７号には気体加圧式ホット
トップ鋳造法が開示されている。

又、特開昭６１−７１１５７号では、水平連続鋳造法に
おけるモールド内の溶湯の冷却のアンバランス及びモー
ルド内壁の潤滑界面の不均一性を解消して、鋳塊組織の
均質化、鋳肌欠陥やブレークアウトを排除して、良品質
の鋳塊を安定にｉ＃造する方法として、筒状モールドと
、金属溶湯流出口を設けた耐火物製板体のモールド内周
面へ張り出した部位とで形成された部位の、モールドの
軸芯より下方の隅部に気体を導入して気体圧を印加した
空間を形成せしめ、金属溶湯と前記筒状モールド内周面
との水平方向の接触位置を下流端側に偏移せしめて、冷
却量を制限する方法が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の金属溶湯表面を覆う密閉空間に不活性ガ
スを充満させる方法では、空気との接触を防ぎ酸化物の
生成は抑制できても、多量の潤滑油を必要とし、それで
も長時間の操業では鋳肌は荒れて鋳造の安定化は不充分
である。

鋳造のトラブルによってブレークアウト時の溶湯爆発防
止のために、冷却媒体にエチレングリコールを主体とし
た冷却液を使う方法は、設備の大幅な手直しを必要とす
るばかりでなく、運転条件の管理に手間がかかること、
また鋳肌の改良も効果はさ程期待できない。

ビット内の冷却水を常時排出して、ブレークアウト時の
安全を計る方法は、安全対策としてはともかく鋳造設備
の改造、運転条件の厳密な管理を要求されるなど他に問
題が発生する。

クラッド鋳造法による方法は、鋳造法が複雑であって、
鋳造自体が不安定であり、重に外皮の皮むき工程を途中
に入れなければならず、大幅なコストアップとなる。

一方、アルミニウム又はアルミニウム合金の連続鋳造法
として、鋳塊組織の均一性、鋳肌の良好性、操業の安定
性に優れた気体加圧方式による連続鋳造法の一つである
気体加圧ホットトップ鋳造法にアルミニウム−リチウム
系合金を適用したところ、加圧用気体にアルゴンや、窒
素などの不活性ガスを用いても、鋳肌は溶湯が鋳型壁に
焼き付いて生じる焼付肌となり、リチウムを含まないア
ルミニウム又はその合金に比較して気体加圧が効果的に
作用していないことが確認された。

又、同イに気体圧を付与して実施する水平連続鋳造法に
あっても、鋳肌は焼付が激しく、更に鋳肌に円周上に口
割れが生じたり、その口割れ部から溶湯が流出するなど
のトラブルが発生し、従来法による金属の気体加圧連続
鋳造法をアルミニウム−リチウム系合金に適用するには
、安全性と鋳造性を兼備λた技術の開発が必要であった
。

［課題を解決するための手段］ アルミニウム−リチウム系合金の連続鋳造において、上
述した問題点を解決すべく本発明者等は鋭意研究を重ね
た結果、気体加圧ホットトップ鋳造法のみならず、通気
性を具備した黒鉛リングから気体と潤滑油をモールド内
の金属溶湯面に供給して連続鋳造を行なう方法やモール
ドの内側に断熱性スリーブを設置してモールド壁とスリ
ーブとモールド内溶湯上面とで密閉空間を形成し、該密
閉空間に加圧気体を導入して連続鋳造を行なう方法や、
一対の冷却ロールの間隙に溶湯を供給して連続的に凝固
、圧延して薄板を得る連続圧延鋳造法において、ロール
とノズルと溶湯とで形成される空隙に気体を導入して鋳
造性、鋳肌の改善を行なう方法等鋳造性、鋳肌の改良を
目的として凝固直前のアルミニウム−リチウム系合金の
溶湯表面に気体を付与する鋳造方式において、凝固直前
の７８湯の表面に接触させる気体が酸素１〜１５容量％
含有する気体であった場合に鋳造の安定性と鋳肌の改善
に効果があることが判かった。

特にモールド内周面に潤滑剤が供給され、かつモールド
内金属溶渇の周面に気体圧を印加する金属の連続鋳造法
において、酸素１〜１５容量％を含有する気体によって
気体圧が印加される連続鋳造方法が有効であることを見
出し７、本発明を完成した。

すなわち５本発明に係る方法をモールド内金属溶湯の周
面に気体圧が印加される連続鋳造法によって図面に基づ
いて説明する。

第１図は、気体加圧式ホットトップ鋳造法の−実施態様
を示し、潤滑油は間隙８から、？１′＋！Ｉ滑油環状通
路１０を通って、鋳型内壁面に供給される。

加圧用気体は、気体環状通路７を通して、溶融金属受槽
２がモールドｌの上面との接触面番こわずかに形成され
る隙間から、溶湯面に向けて放出される。導入された気
体によって溶融金属受槽２とモールド１の内壁面とで形
成された隅部に気体加圧空間を形成する。これによって
溶湯がモールドと接触する接触点の位置を下げ、平滑な
る鋳肌を得ろことができる。

第２図は、気体圧印加の水平式連続鋳造法であって、潤
滑油は給油管２５ｂを通ってモールド内面に達し、気体
導入管２５ａを経で、モールド内に導入され、気体圧印
棚空間２６を形成する。

これによって、金属溶湯とモールド内周面との水平方向
の接触位置を下流端側に偏移せしめＣ１冷却量を制限で
き、鋳塊の凝固のアンバランスを解決して良好な品質の
鋳塊を得ることができる。

このような気体圧を印加して実施する鋳造方法にあって
、加圧用気体に酸素を少量含んだ気体を用いたところ、
意外にも鋳造が安定し、それによって得られた鋳塊の鋳
肌が格段に改善されることを見出した。

本発明で対采とするアルミニウム−リチウム系合金とは
リチウムを約０．５％〜５％含み、その他マグネシウム
および／または銅、亜鉛、ジルコニウム等の機械的特性
を改善するために添加される元素を主要成分として含む
こともあるアルミニウム合金を指す。

また、加圧用気体中の酸素濃度は１〜１５容量％であり
、これ以外は窒素、アルゴン、炭酸ガス、ヘリウム等の
不活性・不燃性ガスであればそれらの混合ガスであって
も良く、又空気にこれら不活性ガスを加太で酸素濃度を
調整したものであっても良い。

この場合、酸素ガス含有量が１５容漬％を越えると、ア
ルミニウム−リチウム合金を激しく酸化して鋳造不能と
なることがある。また、１％未満の場合には、酸素ガス
の存在効果が稀釈され、鋳ｊ口が不安定となり鋳肌も不
活性ガス弔独のものとあまり差がなくなる。臨界性はな
いが、１％位から効果が出て（る。

［作　用］ 以上のように、アルミニウム−リチウム合金溶湯を気体
加圧を印加した状態で連続的に鋳造するに際し、アルゴ
ン、窒素、炭酸ガス、ヘリウムなどの不活性ガスに１〜
１５％の範囲で酸素ガスを含有することによって、ｉＪ
Ｐ造が安定し、鋳肌が安定したのは加圧気体として不活
性ガスだけで鋳造する場合は、モールド内周面に暴露し
ている温湯表面に酸化皮膜は存在せず、溶湯そのものが
露出しているためにモールド内周壁に接触すると。

モールドと焼き付き易く、潤滑油を多く供給してもこの
焼き付きを解消することは出来ない、これはアルミニウ
ムークチ９１１合金溶湯の特性と思われる。この際、不
活性ガスに代えて加圧気体として本発明の規定する酸素
含有気体を使うと、鋳型内周面に暴露している温湯表面
に酸化皮膜が形成され、これが溶湯とモールドとの焼付
を防止する役割を果たすものと考えている。しかも、リ
チウムは酸素と反応して二酸化リチウムの微粉末を形成
するので、この二酸化リチウム粉によっても、この焼付
を防止する助けになっていると推定している。

［実施例］ 以下１本発明を実施例によって更に詳細に説明する。

（実施例Ｉ） 第１図に示した気体加圧式ホットトップ連続鋳造装置に
おいて、加圧用気体の種類と酸素ガスとの混合比を変え
て鋳造を行なった。得られた結果を第１表に示す、この
時の鋳造条件は以下の通りであった。

ａ）合金種 （ＡＡ２０９０合金） Ｃｕ　−２，７ｗｔ％、　Ｌ　　ｉ　　−２，２ｗｔ％
Ｚ　ｒ　−０，１２ｗＬ％、残　ＡＲ ００ｍｍ １５０ｍｍ／ｍ１ｎ ４０Ｉ２／ｍｉｎ ヒマシ油 ２ｃｃ／ｍｉｎ ビレット直径 鋳造速度 冷却水量 潤滑油種 潤滑油量 ｇ）鋳造温度　　　　　　６９０℃ ｈ）気体流Ｎ　　　　　　　Ｉｆｆ／ｍ１ｎ（比較例１
） このとき、比較のための鋳造試験も実施した。

（以下余白） 第１表 （注り （注２） ○ニアルミニウム−リチウム合金以外の一般のアルミニ
ウム含金の鋳造性とほぼ同等 △：ｉＪ肌が悪く、種々条件調整をしても長時間の鋳造
は出来ず、良好な鋳肌の鋳造品は得られない。

×：ヘッダー内で溶湯が燃焼して、鋳造不能Ａ：鋳造容
易であり、操文可能 Ｂ：ｉ＃造極めて困難 Ｃ・鋳造不能 以上の結果から、気体加圧式ホットトップ連続鋳造法に
おいて、不活性ガスと酸素ガスとの混合使用が極めて効
果的であることが明らかである。

（実施例２） 第２図に示した気体圧印加の水平式連続鋳造装置におい
て、加圧用気体の種類とＭ素ガスとの混合比を変えて鋳
造を行なった。（１られた結果を第２表に示す。この時
の鋳造条件は以下の通りであった。

ａ）合金種 （Ｘ２０２０合金） Ｃｕ　−４，５ｗｔ％、　　Ｌ　　ｉ　　−１，１ｗｔ
％Ｍ　ｎ　−ｎ、５ｗｔ％、　　Ｃｄ　−０，２ｗｔ％
残　　Ａ氾 ７ｍｍ ２５０ｍｍ／ｍ１ｎ ２０４２／ｍｉｎ ヒマシ油 ５ｃｃ／ｍ１ｎ ６９０℃ ０．２．９／ｍｉｎ ビレット直径 引抜速度 冷却水量 潤滑油種 潤滑油量 鋳ｔｉ温度 気体流量 （比較例２） 空気、不活性ガスｍ体等を用いて、上記鋳造条件のもと
て鋳造を行なった。結果を第２表に併記する。

（以下余白） 第２表 （注） 鋳造性及び総合評価の基準は第１表と同じ（以下余白） 以上の結果から、気体圧を印加して実施する水平式連続
鋳造装置においても規定した少量の酸素ガスを含有する
気体を圧力印加気体として使用することが極めて効果的
であることが明らかである。

（実施例３） 第２図に示した水平式連続鋳造装置において、加圧用気
体に酸素分圧が、８％のアルゴン混合ガスを用いてＡＲ
−３％Ｉ−ｉ合金を連続鋳造した。

この時のｉ＃造条件は以下の通りであった。

ａ）合金種　　　　　　　ＡＱ−３％Ｌｉ合金ｂ）ビレ
ット直径　　　　５０ｍｍ Ｃ）引抜速度　　　　　　３５０ｍｍ／ｍ１ｎｄ）冷却
水Ｈｔ　　　　　　　２０１２　／　ｍ　ｉ　ｎｅ）潤
滑油種　　　　　　ヒマシ油 ｆ　）　ｊ寿造渦度　　　　　　　　　　　　　　６９
００ｇ）気体流量０．　１８１２／ｍ　ｉ　ｎこのとき
潤滑油量を調整して鋳肌に潤滑油不足がもとで生ずる引
吊り欠陥（縦筋状引掻き欠陥）が現われる限界の潤滑油
供給量を求めたところ。

その値は１．３ｃｃ／ｍｉｎであり、この条件で８時間
経過しても特に問題は起きなかった。

（比較例３） 実施例３の中で、加圧用気体にアルゴン単体ガスを用い
た以外はすべて同一鋳造条件で鋳造を行ない、潤滑油量
の最小限度を求めたところ、その値は３．４ｃｃ／ｍｉ
ｎであった。しかし、１時間経過した付近から肌荒れが
目立ち、２時間で鋳造方向と平行な縦筋状の欠陥が太き
（なって鋳造不能となった。

［効　果］ 以上のように、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを加
圧用ガスに利用することで、鋳造の安定性と鋳肌の改善
が計られかつ、潤滑油の供給量を削減することが出来た
。この概念は、上記実施例に限定されるものではなく、
通気性を具備した黒鉛リングから気体と潤滑油をモール
ド内の金属溶湯面に供給して連続鋳造を行なう方法やモ
ールドの内…りに断熱性スリーブを設置してモールド壁
とスリーブとモールド内溶湯上面とで密閉空間を形成し
、該密閉空間に加圧気体を導入して連続鋳造を行なう方
法や、一対の冷却ロールの間隙に溶湯を供給して連続的
に凝固、圧延して薄板を得る連続圧延鋳造法において、
ロールとノズルと溶湯とで形成される空隙に気体を導入
して鋳造性、鋳肌の改善を行なう方法等鋳造性、鋳肌の
改良を目的として凝固直前のアルミニウム−リチウム系
合金の１ｆＨＪ４表面に気体を付与する如何なる鋳造方
式に対しても適用が可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は気体加圧式ホットトップ鋳造法の装置断面図、
第２図は気体圧印加式水平連続鋳造法の装置断面図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）凝固直前の溶湯の表面に気体を接触させる鋳造方
   式によるアルミニウム−リチウム系合金の連続鋳造にお
   いて、該気体が酸素１〜１５容量％を含有する気体であ
   ることを特徴とするアルミニウム−リチウム系合金の連
   続鋳造法。
2. （２）モールド内周面に潤滑剤が供給され、かつモール
   ド内金属溶湯の周面に気体圧が印加されるアルミニウム
   −リチウム系合金の連続鋳造法において、前記圧力印加
   気体が酸素１〜１５容量％を含有する気体であることを
   特徴とするアルミニウム−リチウム系合金の連続鋳造方
   法。