JPS586774B2 - 圧延用アルミニウム合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、圧延用アルミニウム合金に関するものであ
り、より詳しくは鋳塊内部に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に関するものである
。

周知の如く、ＪＩＳＩＯＯＯ系アルミニウム合金ヤＪＩ
Ｓ５０００系のアルミニウム合金等、Ｆｅを約０．２重
量％程度以上含有するアルミニウム合金またはＦｅ０．
０７％〜０．０３％程度、Ａｌ９９．９％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“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木晶組
織に起因するものであることが知られている。

すなわちこの樅の木晶組織とは、鋳塊の断面をエッチン
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
の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“樅の木”晶組織と称されているも
のである。

そしてこの樅の木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Ａ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
、表面に表われた前記内部領域Ａが黒色または暗灰色と
なる反面、前記外部領域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
の木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。

樅の木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ているが、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ゝ難いが
、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、樅の木晶組織の内部領域ではＡｌ６Ｆｅ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ッ
チングされずに陽極酸化皮膜中に残留して陽極酸化皮膜
が黒色をなし、一方樅の木晶組織の外部領域ではＡｌ３
Ｆｅ＋ＡｌｍＦｅが晶出し、この晶出物は硫酸によって
エッ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Ａｌ−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
Ａｌ６Ｆｅが晶出し、凝固速度がやや大きい場合にはＡ
ｌ６Ｆｅが晶出し、凝固速度が最も大きい場合にＡｌｍ
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
よって樅の木晶組織の外部領域の幅すなわち鋳塊の表面
から樅の木晶組織の内外境界位置までの距離ｌ（第１図
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、前記距離ｌ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木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ゝる方法のみでは樅の木晶組
織によるトラブルを解消するに至っておらない。

一方、前述の樅の木晶組織の内部領域の晶出物Ａｌ６Ｆ
ｅは準安定相であって熱的に不案定であり６２０℃にお
いて４時間以上加熱すれば安定相であるＡｌ３Ｆｅに変
態することが知られている。

したがって上述の熱処理を行うことによって樅の木晶組
織を消減させることができるが、鋳塊内部のすべてのＡ
ｌ６Ｆｅ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。

以上のように、従来は樅の木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。

しかるにこの発明の発明者等が樅の木晶組織の発生原因
について研究を重ねたところ、冷却速度を一定にしても
樅の木晶組織の発生状態が必ずしも一定にならないこと
を知見し、この結果冷却速度以外の要因も樅の木晶組織
の発生に関与していることに着目した。

そして冷却速度以外の樅の木晶組織の発生要因について
研究を重ねたところ、微量添加元素が樅の木晶組織の発
生に影響することが判明し、さらに各種の微量添加元素
について研究を重ねたところ、適量のカルシウムを添加
含有せしめることによって樅の木晶組織の外部領域を著
しく拡大し得ると共に、樅の木晶組織の内部領域と外部
領域の色相のコントラストを小さくし得ることを知見し
たのである。

このように、従来とは逆に樅の木晶組織力外部領域を著
しく拡大させれば、鋳塊を圧延しても樅の木晶組織内部
領域が表面まで露出しないことになり、この結果陽極酸
化処理後に陽極酸化模様が発生しないようになり、また
仮に陽極酸化模様が発生したとしても、前述のように色
相のコントラストが少なくなれば陽極酸化模様が目立た
なくて充分に可能となることが判明した。

したがってこの発明の発明者等は上述のようにカルシウ
ムを適量添加含有せしめることによって陽極酸化模様の
問題を有利に解決し得ることを認識し、この発明をなす
に至ったのである。

すなわちこの発明は、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に、カルシウム
０．００１〜０．０３０％（重量％、以下同じ）を添加
含有せしめてなる圧延用アルミニウム合金を提供するも
のである。

以下にこの発明を具体的に説明する。

この発明は前述のように陽極酸化模様の問題を解決する
ことを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木模様が発生す
るおそれがあるもの、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が０．２％程度以
上含有するアルミニウム合金として、例えばＪＩＳ規格
の１０００系アルミニウム合金や５０００系アルミニウ
ム合金が存在する０またＦｅが０．０７〜０．０３係程
度、Ａｌ９９．９％以上の比較的高純度のアルミニウム
もこの対象に入る。

結局、本発明の対象合金は、重量で０．０３〜２．５係
の鉄と、１．０％以下のケイ素、５．５係以下のマグネ
シウム、０．５係以下の銅、１．０係以下のマンガン、
０．３５％以下のクロムの中から選ばれた１種以上を含
むほかは通常の不純物とアルミニウムからなり、かつそ
の鋳塊内部に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る。

必須成分である鉄か上記下限に満たない量では圧延後陽
極酸化処理した場合前記“加工バンド”を事実上発生せ
ず、また鉄かこの上限を超える領域ではＡｌ一Ｆｅ金属
間化合物（例えばＡｌ３Ｆｅ）の大きい一次結晶が晶出
して圧延加工性の劣化あるいは圧延製品の耐食性を損う
ようになるため陽極酸化処理を施す圧延製品には不適当
となる。

鉄以外の上記成分元素は、いづれも陽極酸化処理を施す
各種圧延製品の用途によって圧延性、深絞り性等の加工
性と強度、耐食性、表面光輝度、陽極酸化皮膜の色調等
を総合してその組成比が上記範囲内で決められる。

カルシウムの添加量は前述のように０．００１８０．０
３０％の範囲内であれば良く、またこの範囲内でも０．
００３〜０．０１％の範囲が特に好ましい。

カルシウム添加量が０．００１％未満または０．０３０
係を越えた場合には樅の木晶組織の外部領域を充分に拡
大させることができず、また内外領域の色相のコントラ
ストを小さくすることができない。

なお通常の電解アルミニウムでは不純物としてのカルシ
ウムの含有量が０．０００４〜０．０００７％であり、
したがって前述のカルシウム添加量は電解アルミニウム
のカルシウム含有量よりも充分高く、有意な差があるこ
とが明らかである。

なおまた、カルシウムの添加方法は任意であり、例えば
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。

次にこの発明の実施例を記す。

実施例 第１表に示すようなＪＩＳ１１００合金およびＪＩＳ５
００５合金にそれぞれカルシウムを０．０００５％〜０
．０６１％の間の種々量で添加含有せしめて、第２表の
合金番号２〜５，８〜１１で示すこの発明のアルミニウ
ム合金および第２表の合金番号１，６，７，１２で示す
比較例のアルミニウム合金を得た。

これらの合金を半連続鋳造により鋳造して、厚さ４００
ｍｍ、幅９００ｍｍ、長さ２０００ｍｍの圧延用スラブ
を得た。

この際の出湯温度は７２０℃であり、また脱ガス（脱Ｈ
２）のための塩素ガス吹込処理を行い、さらに結晶粒微
細化のためＴｉＯ．０１係を添加含有せしめた。

このようにして得た圧延用スラフを、底部から１０００
ｍｍの位置でスライスして横断面試料を切出し、この横
断面試料をアセトンにより脱脂処理し、次いで濃度５０
ｇ／ｌの５０℃のＮａｏＨを用いて２分間アルカリ洗篠
し、水洗後３０％ＨＮＯ３を用いて酸洗いし、さらに水
洗いを行った後、１５％硫酸浴で陽極酸化電解処理を行
った。

この陽極酸化処理条件は浴温２０℃、電流密度２５Ａ／
ｄｍ２、電解時間３０分である。

陽極酸化処理後、スラブの表面から樅の木晶組織境界ま
での距離ｌ（第１図参照）を測定すると共に、樅の木晶
組織内外のコントラストを目視により調べたところ、第
２表に示す結果が得られた。

第２表から明らかなように、Ｃａ含有量０．００１％以
下では樅の木晶組織の外部領域を充分に拡大させること
ができず、またコントラストを小さくブることができな
い。

またＣａ含有量が０．０３０％以上では効果が若干低下
する。

なおＣａ Ｏ．０３０％以上では機械的強度等、他の特
性を損うおそれが生じる。

なお、参考写真（２）及び（ｌ）（それぞれ倍率１／４
０）は、それぞれ第２表の合金番号９（本発明合金）及
び７（比較合金）に対応するスラブの横断面の陽極酸化
処理後の状態を示したものである。

写真に示されるように、５００５合金にカルシウム無添
加の場合（参考写真（１））は、コントラストの鮮明な
広範囲の樅の木模様が現れているが、同合金にカルシウ
ム０．００５％を添加含有せしめた場合（参考写真（２
））は、樅の木模様の識別が至難な状態になり、本発明
の効果が明らかに認められる。

以上の実施例から明らかなように、カルシウムを添加し
たこの発明の合金においては、カルシウムを添加しない
従来の合金と比較して、鋳塊表面から樅の木晶組織の境
界位置までの距離ｌがきわめて大きく、従来合金よりも
樅の木晶組織外部領域が著しく拡大していることが明ら
かである。

したがってこの発明の合金の鋳塊を圧延しても樅の木晶
組織の内部領域が圧延材表面に露出することは事実上皆
無となり、このため圧延材に陽極酸化処理を施しても表
面に陽極酸化模様が生じるおそれはほとんどない。

特にカルシウムを０．００５％〜０．００８％程度含有
する合金ではこの傾向が著しい。

また同様にこの発明の合金においては従来合金に比較し
て、樅の木晶組織の内部領域と外部領域の明暗の差１な
わちコントラストが著しく小さく、したがって仮に圧延
によって樅の木晶組織の内部領域が圧延材表面に露出し
たとしても、陽極酸化処理によって生じる陽極酸化模様
が目立たなくなり、実用上支障なくなる。

なおこの発明では従来合金にカルシウムを０．００１〜
０．０３０％添加しているが、カルシウムの添加量がこ
の程度であればアルミニウム合金の機械的特性や耐食性
等に何等悪影響を与えないことは明らかであり、またこ
のことは実験的にも確認された。

以上詳述したようにこの発明の圧延用アルミニウム合金
は陽極酸化模様が発生するおそれが全くなく、またカル
シウム添加量が限界値に近い小量添加で陽極酸化模様が
発生したとしてもその模様がきわめて目立たないものと
なるから、陽極酸化模様による外観不良品の発生率がき
わめて少くなくなり、このため材料歩留りが著しく向上
し、かつまた不良品を再溶製する場合の酸化ロスによる
材料損失の問題も解消され、さらに不良品発生率がきわ
めて少な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り、加えて鋳造速度を従来よりも格
段に上昇させて生産性を大幅に向上させ得る等、各種の
顕著な効果を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は圧延用アルミニウム合金鋳塊の断面に表われる樅
の木晶組織を示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量で０．０３〜２．５％の鉄と、１．０％以下の
   ケイ素、５５％以下のマグネシウム、０．５％以下の銅
   、１．０％以下のマンガン、０．３５％以下のクロムの
   中から選ばれた１種以上を含むほかは通常の不純物とア
   ルミニウムからなり、かつその鋳塊内部にＡｌ−Ｆｅ系
   金属間化合物を晶出するアルミニウム合金に、カルシウ
   ム０．００１−０．０３０％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。