JPS5810455B2

JPS5810455B2 - 圧延用アルミニウム合金

Info

Publication number: JPS5810455B2
Application number: JP54150942A
Authority: JP
Inventors: 健大谷; 修渡辺; 雅司坂口
Original assignee: Showa Keikinzoku KK
Current assignee: Showa Keikinzoku KK
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1983-02-25
Also published as: US4377425A; JPS5672148A; DE3043702A1; DE3043702C2

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、鋳塊内部にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が晶
出する圧延用アルミニウム合金に関する。

この明細書において「％」は「重量％」を示すものとす
る。

周知の如く、ＪＩＳ１０００系アルミニウム合金やＪＩ
Ｓ５０００系のアルミニウム合金等、Ｆｅを約０．２％
程度以上含有するアルミニウム合金またはＦｅ０．０３
％〜０．０７％程度、Ａ１９９．９％以上の比較的高純
度アルミニウムにおいては、圧延後陽極酸化処理した場
合にしばしばゝ加工バンド“と称される陽極酸化模様が
発生することがある。

このような陽極酸化模様は、鋳塊内部の所謂樅の水晶組
織に起因するものであることが知られている。

この樅の水晶組織とは、鋳塊の断面をエツチングして陽
極酸化処理を施した場合に黒色または暗灰色を呈するマ
クロ組織であり、連続鋳造による鋳塊の縦断面マクロ組
織が図面に示すように樅の木の全体形状に類似している
ことから１樅の木”晶組織と称されているものである。

そしてこの樅の水晶組織が発生した鋳塊を圧延して樅の
水晶組織の内部領域囚と外部領域（Ｂ）とが圧延材の表
面に交互に表われた場合に圧延材表面を陽極酸化処理す
れば、表面に表われた上部内部領域（５）が黒色または
暗灰色となる反面、上記外部領域（Ｂ）の部分が比較的
明かるい灰色となって表面に模様が発生し、前述の陽極
酸化模様となる。

このような陽極酸化模様が発生した場合には、外観不良
による欠陥製品としてスクラップ化せざるを得ないこと
が多く、したがって陽極酸化模様の発生は材料歩留りを
低下させる問題があり、またアルミニウム系材料では一
般に再溶製する場合の酸化ロスが著しく大きいから、前
述のように不良品が発生した場合にこれを再溶製しても
材料損失が著しく大きくなる問題がある。

さらに圧延後の陽極酸化処理による陽極酸化模様の発生
を未然に防止するためには、予め鋳塊の全数検査を行う
ことが望ましいが、このためには著しい手間と時間を必
要とする。

このような事情から、陽極酸化模様を生じさせないため
の方策、換言すれば陽極酸化模様を生じさせるような樅
の水晶組織を鋳塊に発生させないようにするための方策
が従来から強く要望されている。

樅の水晶組織が鋳塊に発生する原因については、従来か
ら数多くの研究がなされでいるが、諸説が提唱されてお
り未だこの現象は充分に解明されているとはいい難いが
、現在では、鋳塊内部の場所によって異なる性質のＡｌ
−Ｆｅ系金属間化合物が晶出するためであると考えられ
ている。

すなわち、樅の水晶組織の内部領域（Ａ）ではＡｌ６Ｆ
ｅが晶出し、この晶出物は陽極酸化処理液の硫酸によっ
てエツチングされずに陽極酸化皮膜が黒色をなし、−力
積の水晶組織の外部領域（Ｂ）ではＡｌ３Ｆｅ＋Ａ１ｍ
Ｆｅが晶出し、この晶出物は硫酸によってエツチングさ
れるため陽極酸化皮膜中に残留せず、このため陽極酸化
皮膜が灰色を呈すると考えられている。

このようなＡＡ−Ｆｅ系金属間化合物の生成は、溶湯の
凝固速度によって支配され、凝固速度の小さい場合には
ＡＪ３Ｆｅが晶出し、凝固速度がやや大きい場合にはＡ
７６Ｆｅが晶出し、凝固速度が最も大きい場合にＡ７ｍ
Ｆｅが晶出することが実験的に確認されている。

このため、連続鋳造時における冷却条件を変えることに
よって樅の水晶組織の外部領域（Ｂ）の幅、すなつち鋳
塊の表面から樅の水晶組織の内部境界位置までの距離（
１）（図面参照）を制御することができると考えられ、
従来から、冷却速度を遅くして、上記距離＜１）を小さ
くすることが試みられている。

しかしながら冷却条件は樅の水晶組織の面から一元的に
決定されず、塑性加工用鋳塊として必要な冶金的な金属
組織を形成させるには自ら限界値が存在し、かつ連鋳塊
の生産性にも強い影響を与えるため、冷却速度の巾広い
調整は至難であって結局かかる方法のみでは樅の水晶組
織によるトラブルを解消するに至っておらない。

一方、上記樅の水晶組織の内部領域（Ａ）の晶出物に１
６Ｆｅは準安定相であって熱的に不安定であり、６２０
℃において４時間以上加熱すれば安定相であるＡｌ３Ｆ
ｅに変態することが知られている。

したがってこの熱処理を行うことによって樅の水晶組織
を消滅させることができるが、鋳塊内部のすべてのＡ７
６Ｆｅ相を完全に変態させるためには実際にはきわめて
長時間を要するから、実際の製造現場でこの方法を採用
すれば生産性が著しく低下すると共に、設備コストも上
昇するから、実操業では採用困難であった。

また、図示していないが、連続鋳造によって得られるこ
の種の鋳塊の表面には、厚さ数ｍｍ以内の粗大セル層が
存在することは不可避であり、かかる層は圧延板の特性
を劣化するため圧延前に予め専ら面前により除かれる。

この発明において対象とする鋳塊内部組織及び結晶粒は
かかる鋳塊表面の粗大セル層を除外していることはいう
までもない。

以上のように、従来は樅の水晶組織の問題を完全に解決
することはできなかったのが実情である。

そこでこの発明の発明者等が樅の水晶組織の発生につい
て研究を重ねたところ、樅の水晶組織の発生が鋳塊表面
の粗大セル層の下層の結晶粒度と密接に関連しているこ
と、ならびに、適量のカルシウムを添加することによっ
て樅の水晶組織の外部領域を著しく拡大しうるとともに
内部領域と外部領域の色相のコントラストを小さくしう
ろことを発見してこの発明を完成した。

この発明は、圧延後陽極酸化処理を施した場合に陽極酸
化模様の発生しない圧延用アルミニウム合金を提供する
ことを目的とする。

この発明の圧延用のアルミニウム合金は、鉄０．０３〜
２．５％、ならびにケイ素１．０％以下、マグネシウム
５．５％以下、銅０．５％以下、マンガン１．０％以下
およびクロム０．３５％以下のうちの１種または２種以
上を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物から
なり、かつ鋳塊内部にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が晶出
するアルミニウム合金に、カルシウム０．０００５〜０
．０５％、チタン０．０００５〜０．１％およびホウ素
０．０００１〜０．０２％を含有せしめてなることを特
徴とするものである。

この発明は前述のように樅の水晶組織による陽極酸化模
様の問題を解決することを主目的とするものであるから
、対象合金は圧延用アルミニウム合金であってかつ鋳塊
に樅の水晶組織が発生するおそれがある組成のもの、す
なわち鋳塊内部にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を晶出する
圧延用アルミニウム合金であり、このような合金として
は、通常Ｆｅを０．２％以上含有するアルミニウム合金
として例えばＪＩＳ規格の１０００番系および５０００
番系のアルミニウム合金が存在する。

またＦｅを０．０３〜０．０７％程度含有するＡ１９９
．９％以上の比較的高純度のアルミニウムもこの対象と
なる。

結局、この発明の対象合金は、鉄０．０３〜２．５％、
ならびにケイ素１．０％以下、マグネシウム５．５％以
下、銅０．５％以下、マンガン１．０％以下およびクロ
ム０．３５％以下のうちの１種または２種以上を含有し
、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、かつ
鋳塊内部にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が晶出する圧延用
アルミニウム合金である。

上記において、鉄の含有量が０．０３％未満であると、
圧延後陽極酸化処理を施した場合、上記ゝ加エバンド”
と称される陽極酸化模様は事実上発生せず、２．５％を
越えるとたとえばＡｌ３ＦｅのようなＡｌ−Ｆｅ系金属
間化合物の大きい一次結晶が晶出して、圧延加工性が劣
化したり、あるいは圧延製品の耐食性を損うことになる
ために陽極酸化処理を施す圧延製品を得る合金としては
不適当となる。

したがって、対象合金における鉄の含有量は０．０３〜
２．５％とする。

鉄以外のケイ素、マグネシウム、銅、マンガンおよびク
ロムの含有量は、陽極酸化処理を施す圧延製品の用途に
合わせて、圧延性および深絞り性などの加工性、強度、
耐食性、表面光輝度、陽極酸化皮膜の色調などを考慮し
て上記範囲内で決められる。

カルシウムは、これを上記アルミニウム合金中に含有せ
しめることにより、樅の氷晶組織の外部領域（Ｂ）（図
面参照）を著しく大きくしうるとともに、樅の氷晶組織
の内部領域囚と外部領域（Ｂ）との色相のコントラスト
を小さくしうる性質を有する。

外部領域が大きくなると、樅の氷晶が消失するか、ある
いは存在していたとしても圧延により表面に露出しない
ので、圧延後陽極酸化処理を施したとしても、陽極酸化
模様は現われない。

また、内部領域と外部領域との色相のコントラストが小
さくなると、陽極酸化模様が現われたとしても、この模
様が目立たなくなる。

ところが、カルシウムの含有量が０．０００５％未満、
あるいは０．０５％を越えると、上記の効果は得られな
い。

したがって、カルシウムの含有量を０．０００５〜０．
０５％の範囲内で選ぶべきであるが、特に０．００１〜
０．０１％の範囲が好ましい。

また、カルシウムの添加方法は任意であり、たとえば、
アルミニウム合金溶湯にカルシウム単体を直接添加して
も良く、あるいは母合金として添加しても良い。

チタンおよびホウ素は、これらを上記合金に添加含有せ
しめることにより、鋳塊表面の粗大セル層の下層の結晶
粒度を小さくする性質を有する。

この結晶粒度が小さくなって１５０μｍ以下となると、
上記のカルシウムを含有せしめることにより生じる効果
が一層高まる。

チタンの含有量が０．０００５％未満、ならびにホウ素
の含有量がｏ、ｏｏｏｉ％未満であれば上記結晶粒度を
１５０μｍ以下にすることが困難であり、チタンの含有
量が０．１％、ホウ素の含有量が０．０２％をそれぞれ
越えると、コストアップにつながるとともに、結晶粒の
微細化効果も飽和し、しかも合金の陽極酸化性をも阻害
する。

したがって、チタンの含有量は０．０００５〜０．１％
、ホウ素の含有量は０．０００１〜０．０２％とするべ
きである。

また、チタンおよびホウ素の添加は、たとえばＡｌ−Ｔ
ｉ−Ｂ母合金をワイヤ状にし、溶湯が炉から流れ出て鋳
造されるまでの過程において連続的に行うことが好まし
く、たとえば鋳造樋に連続的に添加する。

この発明の圧延用アルミニウム合金は、これを圧延した
後に陽極酸化処理を施しても陽極酸化模様は現われず、
仮に現われたとしてもほとんど目立たないものとなるの
で、外観不良による欠陥製品の発生率がきわめて低くな
り、材料歩留りが著しく向上するとともに不良品を再溶
製する場合の酸化ロスによる材料損失の問題解消され、
さらに不良品発生率がきわめて低くなることに起因して
鋳塊の全数検査の手間を省くことも可能となる。

次にこの発明の実施例を比較例とともに示す。

ＪＩＳ１０５０，１１００および５００５アルミニウム
合金の溶湯にカルシウムを添加するとともに、種々の方
法でＡｌ−Ｔｉ−Ｂ母合金またはＡｌ−Ｔｉ母合金を添
加して、これを連続鋳造によって鋳造して、厚さ４００
ｍｒ、幅９００ｍｒ、長さ２０００ｍｍの圧延用スラグ
を得た。

鋳造条件は、出湯温度７２０℃、鋳造速度７５ｍｍ／ｍ
ｉｎである。

なお上記母合金添加後は、脱ガスのため塩素吹込み処理
を行った。

得られた圧延用スラブを底部から１０００ｍｍの位置で
切断して横断面試料を切出し、この試料に１５％Ｈ２Ｓ
Ｏ４浴で陽極酸化電解処理を施した。

この後、樅の氷晶組織の発生の有無を観察するとともに
、これが発生している場合には、試料のスラブ表面から
樅の水晶組織境界までの距離（１）（図面参照）を測定
した。

さらに、スラブ表面から５０ｍｍ内側の位置の結晶粒度
を切断法により測定した。

なお、上記距離（７）と結晶粒度の測定箇所は、スラブ
圧延面に相当する幅９００ｍｍの上、下面にそれぞれ等
間隔に５ケ所、計１０ケ所とした。

また結晶粒度は、上記試料を１．８％ＢＨＦ４で電解し
てエツチングし、これを偏光顕微鏡下において測定した
。

その結果を下表に示す。上表から明らかなように、カル
シウムを０．０００５〜０．０５％の範囲内で含有する
とともに、鋳塊表面の粗大セル層の下層の結晶粒度が１
５０μｍ以下であるアルミニウム合金には、樅の水晶組
織は発生しないのに対し、そうでないアルミニウム合金
は樅の水晶組織を発生し、そのときの表面から樅の水晶
組織境界までの距離も小さい。

【図面の簡単な説明】

図面は従来の圧延用アルミニウム合金鋳塊の断面に現わ
れる樅の水晶組織を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１鉄０．０３〜２．５％、ならびにケイ素１．０％以
下、マグネシウム５．５％以下、銅０．５％以下、マン
ガン１．０％以下およびクロム０．３５％以下のうちの
１種または２種以下を含有し、残部アルミニウムおよび
不可避不純物からなり、かつ鋳塊内部にＡｌ−Ｆｅ系金
属間化合物が晶出するアルミニウム合金に、カルシウム
０．０００５〜０，０５％、チタン０．０００５〜０．
１％およびホウ素０．０００１〜０．０２％を含有せし
めてなることを特徴とする圧延用アルミニウム合金。