JPH11323456A

JPH11323456A - アルミニウム合金鋳塊の製造方法

Info

Publication number: JPH11323456A
Application number: JP12597998A
Authority: JP
Inventors: Kenji Osumi; 研治大隅; Yutaka Nagakura; 豊永倉; Takehiko Eto; 武比古江藤; Iwao Hiramoto; 五輪男平本; Joji Masuda; 穣司益田; Shinichi Manabe; 伸一真鍋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】 Al溶湯にMgを添加してMgを含む合金系のAl合
金鋳塊を製造するに際し、添加するMgの歩留りを向上さ
せることを可能としたAl合金鋳塊の製造方法を提供す
る。【解決手段】 Al 溶湯に添加するMgを、Mg合金とする
とともに、最大の厚み部分が20mm以下の細片とすること
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム (以
下、単にAlと言う) の溶湯にマグネシウム (以下、単に
Mgと言う) を添加してMgを含む合金系のAl合金鋳塊を製
造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】JIS 3000系、5000系、7000系などのMgを
含む合金系のAl合金は、周知の通り、強度、耐食性、成
形性や被削性などの優れた特性から、飲料缶等の包装
用、自動車などの輸送機用、建築物などの構造材用、機
械部品用、電気・電子製品分野などで広く使用されてい
る。

【０００３】このMgを含む合金系のAl合金の鋳塊を製造
する場合、これも周知の通り、溶解炉において、Al原料
(Al地金やAl合金スクラップ) を溶解したAl溶湯に、Mg
の地金やMgを含むAl合金スクラップを添加し、更に他の
合金成分なども必要により添加して、前記JIS 規格に見
合った合金成分範囲に成分調整を行い、更にAl溶湯を脱
ガスや脱介在物などの精錬処理を行った後に鋳造してAl
合金鋳塊とする。

【０００４】この際、前記Al溶湯添加用のMgの地金 (純
Mg) やMgを多く含むAl合金スクラップは、これまで最大
厚み部分が200mm 以上の塊状乃至インゴット状のもの、
あるいは薄物を塊状乃至インゴット状にしたものが使用
されている。これは、溶湯添加用のMgの地金やMgを多く
含むAl合金スクラップの厚みが薄い、例えば薄片のよう
な形状であると、活性なMgやAlの特性上、700 ℃を越え
るAl溶湯上に添加した場合、Al溶湯とMgとの密度差によ
りAl溶湯表面にMgが浮上し、大気などの溶解炉雰囲気と
接触する。そして、この高温雰囲気により、Mgが加熱、
燃焼 (酸化) および揮散して、実際にAl溶湯内に含有さ
れるMgやMgを多く含むAl合金スクラップ量が少なくな
り、溶湯添加用のMgの地金やMgを含むAl合金スクラップ
の添加歩留りが著しく低下するという技術常識があった
ためである。

【０００５】しかし、前記塊状乃至インゴット状の溶湯
添加用のMgの地金やMgを含むAl合金スクラップ (以下、
単にMg地金と言う) の場合、実際のAl溶湯においては、
Al溶湯に添加されたMg地金は、すぐにはAl溶湯中に沈降
乃至溶解せず、一定時間Al溶湯表面に部分的に浮上して
存在している。これは、Mg地金のAl溶湯との比重差が小
さく、特に純Mgなどは純Alよりも比重が軽いことによ
る。

【０００６】そして、このAl溶湯表面に浮上して存在し
ている間に、Mg地金は、Al溶湯中に浸漬している部分か
ら溶解して、時間の経過とともに、最終的にはAl溶湯中
に全て溶解する。しかし、Mg地金がAl溶湯表面に浮上し
て存在している間に、この浮上部分から、溶解炉内の高
温雰囲気により、燃焼 (酸化) および揮散して消失する
ロス分が多くなり、Mg地金の添加歩留りが著しく低下す
ることが避けられない。

【０００７】例えば、塊状のMg地金の場合、前記燃焼
(酸化) および揮散により失われるMgは、添加した元のM
g地金量の10wt% 以上にも及ぶ。したがって、Mgを含む
合金系のAl合金の溶解量 (生産量) や溶解回数が増すほ
ど、この失われるMg量は膨大な量となり、Al合金の製造
コストを上昇させる結果となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このため、Mg地金が、
Al溶湯表面に浮上して存在している時間をできるだけ短
縮すべく、従来からこれらMg地金を、作業者が治具等
で、Al溶湯内に押し込むなどの作業を行っていた。

【０００９】しかし、一端Al溶湯内に押し込まれたMg地
金が、Al溶湯表面に再浮上することが避けられず、Al溶
湯中に全て溶解するまで、繰り返してこの作業を行う煩
雑さがある。しかも、添加したMg地金の全てを同時に押
し込むのには限界があり、前記歩留りの低下は避けがた
い。また、この作業自体が危険や多くの労苦を伴うもの
となっている。

【００１０】これらの点を改善する為に、Mg地金を溶融
しやすくするため、Al溶湯温度を上げることも考えられ
るが、Al溶湯温度を上げた場合、Al溶湯表面の不純物を
含むスラグ (滓) が再溶融することになり、精錬された
Al溶湯を汚染することになり、現実的ではない。また、
Mg地金をAl溶湯内に押し込むことを溶解設備や機械によ
り行うことも考えられるが、これもAl溶解工程乃至作業
自体を阻害することにつながり、また設備の改善に多大
の経費を必要とするなど、やはり現実的な方法ではな
い。

【００１１】したがって、前記燃焼 (酸化) および揮散
により失われる溶湯添加用のMg地金の添加歩留りの低下
は、Alの溶解鋳造工程乃至技術分野においては、避けが
たいものとされていたのが実情である。

【００１２】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、Al溶湯にMgを添加してMgを
含む合金系のAl合金鋳塊を製造するに際し、添加するMg
の歩留りを向上させることを可能としたAl合金鋳塊の製
造方法を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明Al合金鋳塊の製造方法の要旨は、Al原料を溶
解した溶湯に合金元素としてMgを添加し、Mgを含む合金
系のAl合金鋳塊を製造するに際し、添加するMgを、Mg合
金とするとともに、最大の厚み部分が20mm以下の細片と
し、Al溶湯に添加するMgの歩留りを向上させることであ
る。

【００１４】本発明者は、溶湯添加用のMg地金について
改めて検討した結果、このMgをMg合金化するとともに細
片化乃至薄片化して厚さを薄くすれば、溶湯に添加され
たMg合金細片が決して前記従来の技術常識のように、Al
溶湯表面で瞬時に燃焼 (酸化) および揮散することはな
く、むしろ逆に、瞬時にAl溶湯に溶解し、Alと合金化し
やすくなることを知見した。

【００１５】そして、この溶湯添加用のMgの、Al溶湯に
溶解する挙動は、純Mgよりも、MgをAl、Znの1 種または
2 種との合金とするなど、Mg合金を合金化した場合に顕
著となることを知見した。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明における各要件の意義につ
いて、以下に説明する。

【００１７】本発明において、溶湯添加用のMgを薄い細
片形状とすることにより、Al溶湯表面で瞬時に燃焼( 酸
化) および揮散しない理由は、以下の通りと考えられ
る。即ち、実際の溶解炉内において、薄い細片形状のMg
においては、高温のAl溶湯によるMgの加熱溶解の反応の
方が、溶解炉内の高温雰囲気によるMgの加熱、燃焼( 酸
化) および揮散の反応よりも早く生じるためであると考
えられる。したがって、このメカニズムからは、溶解炉
内の高温雰囲気によるMgの加熱、燃焼( 酸化) および揮
散の反応が始まる前に、高温のAl溶湯によるMgの加熱溶
解を終了させれば、溶湯添加用のMgの燃焼および揮散は
生じないことになる。

【００１８】このため、本発明において、添加するMgの
形状は、最大の厚み部分が20mm以下の細片とする必要が
ある。最大の厚み部分が20mm以下の薄いほど、前記溶解
炉内の高温雰囲気による溶湯添加用のMgの加熱、燃焼
(酸化) および揮散の反応が始まる前に、高温のAl溶湯
によるMgの加熱溶解を終了させれることが可能である。
本発明で言う細片の形状に特に制約はなく、最大の厚み
部分が20mm以下であれば、定形乃至不定形の、薄板状、
棒状、枠状、不定形形状など適宜の形状の細片が選択さ
れる。また、溶湯添加用のMgとしては、Mg地金やMgを含
むAl合金スクラップ、Mg合金スクラップなどが適宜選択
される。

【００１９】しかし、本発明者らが検討した結果、これ
ら種々の形状の細片の内、他の部分が十分薄くても、最
大の厚み部分が20mmを越える部分を有する細片の場合に
は、この最大の厚み部分のAl溶湯への沈降乃至溶解が遅
れる結果、溶湯添加用のMg細片が、Al溶湯表面に浮上し
て存在している時間が長くなり、この浮上部分が燃焼
(酸化) および揮散して、溶湯添加用のMgの添加歩留り
が著しく低下することが避けられない。

【００２０】また、この添加するMg細片のAl溶湯への溶
解促進は、純Mgよりも、Mgを合金化することにより一層
促進される。添加するMgが純Mgであれば、例え前記添加
するMgの細片化により、添加するMgのAl溶湯への溶解速
度が早まったとしても、元々活性なMgの溶解炉内の高温
雰囲気による加熱、燃焼( 酸化) および揮散の反応は、
避けがたい。これに対し、本発明のように Mg を合金化
することにより、活性なMgの活量を低下させて、溶解炉
内の高温雰囲気によるMgの加熱、燃焼( 酸化)および揮
散の反応をより抑制することが可能となる。

【００２１】この添加するMgの合金化の際には、鋳塊と
して得たい、JIS 3000系、5000系、7000系などのMgを含
む合金系のAl合金の成分を規格の範囲から外れないよう
にすることが好ましい。この点、添加するMgをAl、Znの
1 種または2 種との合金とするのが好ましい。AlはAl合
金のマトリックスとなるため何ら問題を生じない。ま
た、ZnはJIS 3000系、5000系などのAl合金において、不
純物として0.10乃至0.25% までの含有が許容されるとと
ともに、7000系などAl合金においては、合金添加元素と
して、0.8 〜6.7%程度が含有される。

【００２２】したがって、Al、Znは添加許容量とMgの活
量を下げる添加効果との兼ね合いから、Mgの合金化にと
って最も好ましい元素と言え、添加するMgをAl、Znの1
種または2 種との合金とすれば、Al合金の成分を規格の
範囲から外れることなく、所望のMgをAl中に含有される
ことが可能である。この点、鋳物用のMg合金として、JI
S 規格のMC1(AZ63A)、MC2(AZ91C)、MC3(AZ92A)、MC6(ZK
51A)、MC7(ZK61A)、MC8(EZ33A)などには、Al、Znの実質
量が各々含まれており、これらのJIS 規格のMg合金を添
加用Mgとしても良い。

【００２３】このAl、Zn以外にも、鋳塊として得たいMg
を含む合金系のAl合金の許容量に応じて、Si、Fe、Cu、
Mn、Cr、V 、Ti、B 、Zrなど、通常のAl合金に合金元素
乃至不純物として含まれる元素を、1 種または2 種以上
Mgの合金化元素として選択可能である。しかし、これら
の元素は鋳塊として得たいMgを含む合金系のAl合金では
規制すべき不純物である場合が多く、Mgとの合金化量乃
至Al溶湯への添加量が多量になると、鋳塊として得たい
Mgを含む合金系のAl合金の成分が規格範囲から外れる可
能性が高くなる。

【００２４】したがって、添加するMgに対するAl、Znな
どの合金化元素の添加量は、鋳塊として得たいMgを含む
合金系のAl合金の成分規格範囲から決まる添加許容量
と、Mgの活量を下げる添加効果との兼ね合いから決定さ
れることが好ましい。これら合金化元素の添加量は当然
添加元素の種類によっても異なる。しかし、本発明者ら
が検討したところでは、前記添加許容量とMgの活量を下
げる添加効果との兼ね合いから、Alの場合はMgに対し0.
1 〜12.0wt% 、Znの場合はMgに対し0.1 〜7.0wt% 、ま
た前記その他の元素の場合はMgに対し0.1 〜1.0wt % と
するのが好ましい。これらの下限値未満となると、添加
するMgの活量が純Mgと大差なくなり、溶解炉内の高温雰
囲気による加熱、燃焼( 酸化) および揮散の反応が促進
される可能性が高くなる。また、これらの上限値を越え
ると、添加するMgの量によっては、鋳塊として得たいAl
合金の成分が規格範囲から外れる可能性が高くなる。

【００２５】更に、添加するMg細片表面が、有機物によ
り被覆されている場合乃至有機物皮膜が設けられた場
合、この有機物皮膜が溶解炉内の高温雰囲気により分解
乃至燃焼して、Mg細片表面を被覆( カバー) して、短時
間ではあるが、添加するMg細片の溶解炉内の高温雰囲気
による加熱、燃焼( 酸化) および揮散の反応を抑制す
る。このため、シリコンオイルなどの潤滑油や鉱物油あ
るいは植物油、更には合成樹脂皮膜乃至合成樹脂フィル
ムなどの公知乃至汎用の有機物をMg細片表面に被覆乃至
皮膜として設けることが好ましい。

【００２６】添加するMg細片のAl溶湯への添加方法は、
通常の合金元素の添加方法が適宜採用可能である。

【００２７】

【実施例】次に、本発明方法の実施例を説明する。Al地
金(Al 純度99.7%)をAl原料として、誘導溶解炉にて721
〜734 ℃の温度で溶解し、合金元素を添加してJIS 505
6、3004Al合金の成分組成に調整し、その後塩化カリウ
ムを主成分とするフラックスを窒素ガスキャリアにより
吹き込むとともに窒素ガスによるバブリングを行い、水
素、酸素などの脱ガスあるいは脱介在物処理を行い、DC
鋳造 (半連続鋳造) してAl合金鋳塊を溶製した。

【００２８】そして、前記合金元素を添加して成分組成
に調整する際に、Al合金溶湯に添加するMgの条件を表1
に示すように種々変えて、前記各々の合金のJIS 成分規
格内に入るように成分調整した。個々のMgの条件につい
て、各々5 チャージずつ溶解を行い、添加Mgの歩留り
(Mgロス量) の平均値を求めた。また、鋳造されたAl合
金の成分分析を行い、各チャージとも成分規格内のもの
が得られた場合を○、各チャージの内成分規格の上限に
近いものが出た場合を△として評価した。これらの結果
も表1 に示す。

【００２９】表1 の内の発明例No.3、4 、6 はJIS 規格
のAZ91A Mg合金のスクラップ、発明例No.2はJIS 規格の
MS4 Mg合金のスクラップを、本発明の厚みの規定を満た
すスクラップはそのまま細片として、厚いスクラップは
破砕乃至裁断して細片化して使用した。それ以外の発明
例乃至比較例の細片は、各々所定の細片として溶製した
Mg合金を使用した。そして、比較例No.10 、11は従来の
添加用Mg地金を使用した。また、発明例No.4、6 は、添
加するMg細片表面に有機物としてシリコンオイルを被覆
した。

【００３０】なお、添加Mgの歩留り (Mgロス量) は、Al
合金中に残留して合金化した( 歩留まった)Mg 重量を、
Al溶湯への添加Mg重量により除して百分率化する(100%
をかける) 方法にて計算した。

【００３１】表1 から明らかな通り、添加するMgをAl、
Zn等により合金化するとともに、最大の厚み部分が20mm
以下の細片とした発明例No.1〜7 は、添加Mgのロス量が
2.4%以下と著しく少なく、また、鋳造されたAl合金は、
JIS 5056、3004 Al 合金の成分規格内に入っている。こ
れに対し、添加するMgを純Mgとした比較例No.9、添加す
るMgの最大の厚み部分が30mm、100mm 、200mm と、本発
明の規定の上限を上回る比較例No.10 、11、12は、JIS
5056、3004Al合金の成分規格内に入っているものの、添
加Mgのロス量がいずれも4.2%、4.5%、10.0% 、14.5% と
多く、本発明に比して著しく劣っている。したがって、
本発明の、添加するMg細片の最大の厚み部分が20mm以下
という臨界的な意義が裏付けられる。

【００３２】この発明例の中でも、添加するMg細片の最
大の厚み部分が5.0mm 以下のより薄い発明例No.3、4 、
5 、6 、7 、8 の方が、最大の厚み部分が20.0mmや10.0
mmと比較的厚い発明例No.1、2 よりも、添加Mgのロス量
がより少ない。したがって、最大の厚み部分が20mm以下
の薄いほど、前記溶解炉内の高温雰囲気によるMgの加
熱、燃焼( 酸化) および揮散の反応が始まる前に、高温
のAl溶湯によるMgの加熱溶解を終了させれることが可能
であるという本発明のメカニズムが裏付けられる。更
に、添加するMg細片にシリコンオイルを被覆した発明例
No.4、6 は、有機物を被覆せずに他の条件を発明例No.4
と同じとした発明例No.5よりも添加Mgのロス量が少な
い。したがって、添加するMg細片に有機物を被覆する本
発明の好ましい態様の優位性が裏付けられる。

【００３３】また、添加MgのZnの合金化量が比較的多い
発明例No.5は、鋳造されたAl合金のZnの量が5056規格の
上限近くのものが出ており (△の評価) 、添加MgをFe、
Mnにより合金化した発明例No.7、8 も鋳造されたAl合金
のFe、Mnが5056規格の上限近くであり (△の評価) 、い
ずれも添加Mgのロス量が少ない効果は十分有るものの、
再現性よく鋳造されるAl合金の規格に入れることが、難
しくなっている。したがって、添加するMgに対するAl、
Znなどの合金元素添加量の好ましい範囲の意義と、Mgを
合金化するに際しての他の合金元素添加量を、鋳造する
Al合金の規格からの許容量とMgの活量を下げる添加効果
との兼ね合いから決定すべきことが裏付けられる。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、Al溶湯にMgを添加して
Mgを含む合金系のAl合金鋳塊を製造するに際し、添加す
るMgの歩留りを向上させることを可能とするAl合金鋳塊
の製造方法を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平本五輪男山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者益田穣司山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者真鍋伸一大阪府大阪市中央区備後町４丁目１番３号株式会社神戸製鋼所大阪支社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム原料を溶解した溶湯にマグ
ネシウムを添加し、マグネシウムを含む合金系のアルミ
ニウム合金鋳塊を製造するに際し、添加するマグネシウ
ムを、マグネシウム合金とするとともに、最大の厚み部
分が20mm以下の細片とすることを特徴とするアルミニウ
ム合金鋳塊の製造方法。
【請求項２】前記添加されるマグネシウム合金をアル
ミニウム、亜鉛の1種以上を含む合金とする請求項１に
記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項３】前記添加されるマグネシウム合金細片表
面が有機物により被覆されている請求項１または２に記
載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。