JPS5938303B2 - ６２０１の如きアルミニウム合金の改良された溶体化熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱処理可能なアルミニウム合金の熱間成形製
品を連続的に製造する方法に係るものである。

すなわち本発明は溶融したアルミニウム合金を鋳型に注
入しつつ固化収縮が生じないような冷却速度で冷却して
鋳造棒とし、この鋳造棒を熱間成形する工程の開始前に
鋳造棒の温度を合金成分金属がアルミニウム合金の粒界
に析出する温度よりも高い温度に加熱し、次いで該合金
金属の温度をその合金成分金属に析出する時間を与えな
いだけの短時間内に溶体化温度から合金成分金属の析出
温度以下の温度まで引き下げること、よりなる。アルミ
ニウム合金６２０１は高張カアルミニウムーマグネシウ
ムーシリコン合金で、合金線として熱処理を施した状態
でその抗張力は３２２０Ｋ７／ＣｒｒＬ（４６０００Ｐ
ＳＩ）以上、延び率３％以上、導電率１ＡＣＳ（国際軟
銅標準規格−１ｎｔｅｒｎａｔ−１０ｎａ１Ａｎｎｅａ
１ｅｄＣ０ｐｐｅｒＳｔａｎｄａｒｄ）５２．５％以上
の性質をもつている。従来６２０１やこれと同様のアル
ミニウム合金の線引用荒引線の工業的製造方法は、いく
つかの別々の段階からなりたつていた。即ち先ずアルミ
ニウム・インゴツト（鋳塊）を鋳造し、これを３７１゜
Ｃ乃至４５４゜Ｃ（７００′Ｆ乃至８５０′Ｆ）に再加
熱した後熱間圧延して線引用荒引線となし、５３７゜Ｃ
（１０００′Ｆ）で溶体化処理を施した後水冷するので
ある。荒引線はその後冷間引抜きして線とし、これに１
２「Ｃ乃至２３２゜Ｃ（２５０′Ｆ乃至４５０′Ｆ）で
人工時効を施す。従来公知のこの方法でも良質の製品を
得る事は出来たが、この非連続式方法では当然の事乍ら
、荒引線の長さはビレツトの大きさに制限され、より長
い荒引線を必要とする時は、別々につくつたいくつかの
荒引線を溶接してつながねばならない。

ビレツトを再加熱して荒引線に圧延する時、荒引線の先
端部は品質が劣るのでこれを切り捨てるのが普通であり
、この為従来の方法では相当な無駄な材料損失がさけ得
られなかつた。又溶接したつなぎ目の箇所は、粒子構造
が劣り、この為抗張力や導電率も低下せざるを得なかつ
た。更に又、夫夫別々のビレツトに対して全く同一の再
加熱条件及び圧延条件を与えると云う事は実際上不可能
で、為に溶接してつないだ荒引線は場所によつて異つた
粒子特性を示すのが普通であつた。従来技術のバツチ法
では、均質な製品を製造するために必要とされる均一な
加熱を行なうために溶体化処理炉の中での荒引線のきわ
めて注意深い取り扱いが必要とされるうえ、時間がかか
り、また付随設備が必要である。

しかもバツチ法では、アルミニウム合金の酸化が進行す
る時間がかなり余分に付加される。すなわち、鋳込まれ
たインゴツトが冷却されるときおよび再加熱されるとき
、圧延機から出た荒引線が冷却されるときおよび溶体化
処理のために再加熱されるとき、さらに再加熱炉から取
り出された溶体化処理された荒引線が冷却されるとき等
に、酸化が進行する時間が長くなる。その結果、荒引線
はひどく酸化されて、線引きするには固いものとなり、
しかも光沢の鈍い荒引線となる。このようにひどく酸化
された硬い荒引線は線引きするのが非常に困難であり、
線引き用のダイが急速に磨耗する。米国特許第３，６１
３，７６７号明細書には、６２０１のごときアルミニウ
ム合金を連続鋳造圧延するための改良された方法が記載
されている。

この米国特許の発明は、工程の途中で鋳造棒あるいは荒
引線に再加熱を施こすことなく６２０１のごときアルミ
ニウム合金の荒引線を連続的に製造する方法よりなる。
連続鋳造機から出てくる鋳造棒は、圧延機、冷却管を通
り、その間に連続して冷却される。連続鋳造機から出て
くる鋳造棒の熱は冷却されないで、鋳造棒が圧延機に入
る時に溶体化温度範囲内の温度にあるように保たれる。
鋳造棒は圧延機内で熱間加工され圧延機から出るとただ
ちに急冷されて、鋳造棒が圧延機に入る時点から合金成
分金属の析出温度以下の温度に急冷される時点までの経
過時間は、合金成分金属が金属の粒界に析出するために
必要な時間よりも短かい。荒引線は急冷されたのち、急
速に多量の析出が生じる温度以下の温度になる。次いで
この荒引線を冷間伸線して線材とするとき、この線材は
著しく高い抗張力と、比較的高い導電率を有し、著しく
光沢のある外観を呈するものとなる。かくして従来技術
の方法における各工程ごとに切り離された処理を行なう
ことにより生起する主要な問題点は、米国特許第３，６
１３，７６７号明細書に開示される発明を実施すること
によつて除かれた。米国特許第３，６１３，７６７号明
細書に開示される６２０１のごときアルミニウム合金を
連続的に鋳造圧延する方法は、先行技術の非連続なパッ
チ法に対して大なる改良ではあつたが、それにもかかわ
らず、バツチ処理方法にはなかつた全く新しい問題を引
き起こした。米国特許第３，６１３，７６７号の方法は
、圧延機に入る鋳造材の温度を金属の溶体化温度範囲に
保持することを必要とするので、鋳造機から出てくる鋳
造された鋳造棒が圧延機内に入るまでの距離をその間に
大きな温度低下なしに移動するに十分な速さとなるよう
な速さで鋳造することが必要とされる。しかしながらこ
のような速度で鋳造すると、鋳型の中で「固化収縮」と
して知られる現象が生じる。これにより、鋳造棒が固化
の途上で鋳型の壁から収縮して離れるときに鋳造棒の外
表面にボード（巣）あるいはクラツク（ひび割れ）が発
生する。さらに固化収縮によるボードは鋳造棒の内部に
も生じることがある。このような固化収縮ボードを有す
る鋳造棒を引き続いて圧延すると、この間に鋳造棒の外
表部に発生したボードの中に酸化物が閉じ込められて荒
引線中に混入し、荒引線を脆くして線引き性を大きく低
下せしめる。さらに鋳造棒内部のボードは、内部に微細
なクラツキングを生ぜしめて、荒引線の延びに重大な影
響を及ぼし、これにより荒引線の冷間加工後の特性に直
接に影響を与える。さらに米国特許第３，６１３，７６
７号の方法では、鋳造棒を鋳造輪からきわめて高い温度
で取り出すことが必要であり、このためこの時点で生じ
る合金成分金属のあらゆる析出は、２０，０００入単位
台の大きな析出物となる。このような大きな析出物の存
在は、最終製品の物理的特性に著しく害になることが見
出された。また本発明によれば、６２０１合金の溶体化
温度は合金内に存在する合金成分金属の濃度によつて変
化し、合金成分元素（Ｓｉ，Ｍｇ）の濃度力塙いほど合
金の溶体化温度範囲が低くなることが見い出された。

従つて６２０１合金の容認しうる濃度範囲（Ｓｉ，Ｍｇ
）が与えられれば、これに応じて溶体化温度は４５４゜
Ｃ（８５０′Ｆ）乃至６１６゜Ｃ（１１４０′Ｆ）の範
囲内で変化させることになる。一方米国特許第３，６１
３，７６７号による方法は、５３８゜Ｃ（約１０００′
Ｆ）までの溶体化温度があらゆる目的のためにも満足し
うるものと考えられ、事実実際には鋳造棒の温度を圧延
機に入るときに５０４゜Ｃ（９４０′Ｆ）以上に保持す
ることはほとんど不可能であつた。従つて米国特許第３
，６１３，７６７号の発明は、６２０１合金の溶体化温
度範囲内の高温側で溶体化され得る６２０１合金を連続
的に製造するためには必らずしも好ましい方法を提供す
るものとはいえなかつた。説明を明確にするため、本明
細書において用いられる熱処理可能なアルミニウム合金
とは、高温ではアルミニウムへの固溶度が高く、室温に
冷却されたときにはアルミニウム中への固溶度が小さい
合金成分を含有するアルミニウム合金を意味するものと
する。これらの合金は熱処理の間に二次相の析出によつ
て硬化され、合金成分は高温からの急速な冷却によつて
固溶したまま保たれる。また説明を明確にするため本明
細書において用いられる鍜錬アルミニウム合金とは、低
温におけると同様高温においてもアルミニウム中への固
溶度が低い合金成分を含有するアルミニウム合金を意味
するものとする。この種の合金は通常合金の冷間加工中
に生起する硬化機構である加工硬化によつて硬化される
。以上の説明からみて、アルミニウム合金たとえば６２
０１のごとき熱処理可能なアルミニウム合金を連続的に
鋳造、圧延して荒引線を製造する方法において、重要な
改良点がまだ残つていることは明らかであろう。

すなわち米国特許第３，６１３，７６７号の方法にとも
なう固化収縮と粗大析出の問題を避け、さらにアルミニ
ウム合金６２０１の溶体化温度範囲より高い温度におけ
る鋳造棒の圧延をも可能にする、６２０１のごときアル
ミニウム合金の荒引線を連続的に製造する方法が望まれ
た。本発明は、０．５乃至０．９ｗｔ％のシリコン、０
，６乃至０．９ｗｔ％のマグネシウムを含有し残部が実
質的にアルミニウムよりなるアルミニウム合金の荒引線
を連続的に製造する方法にして、（ａ） ０．５乃至０
．９ｗｔ％のシリコン、０，６乃至０．９ｗｔ％のマグ
ネシウムを含有し、残部が実質的にアルミニウムから成
る溶融アルミニウム合金を、該アルミニウム合金の融点
以上の温度において連続鋳造輪の鋳造溝に注入する工程
と、（ｂ）前記溶融アルミニウム合金を鋳造輪の中で冷
却して鋳造棒とし、該鋳造棒を鋳造溝から取出す工程と
、（ｃ）前記鋳造棒を圧延機に導入し、合金成分金属が
該アルミニウム合金の粒界に析出する温度以上の温度に
おいて前記鋳造棒を熱間成形して荒引線にする工程と、
（ｄ）前記荒引線を合金成分金属の急速な析出が起こる
温度以下の温度に連続的に急冷し、熱形成の開始の時点
から冷却工程の終了までの間において、合金成分金属に
析出する時間を与えないだけの短時間内に荒引線の冷却
を完了する工程と、からなり、前記溶融金属を鋳造し鋳
造棒を鋳造溝から取り出す工程が固化収縮および粗大析
出が生じないような速度ど温度とで行なわれ、次いで前
記鋳造棒が鋳造輪と圧延機の間を走行する間に前記鋳造
棒を合金成分金属のアルミニウム合金の粒界への析出が
生じる温度以上の温度まで加熱することを特徴とする方
法を提供するものである。

さらに詳述すれば、前述の米国特許第３，６１３，７６
７号の教示するところとは反対に、鋳造棒は５０４゜Ｃ
（９４０′Ｆ）以下４２７乃至５０４゜Ｃ（８００乃至
９４０下）の温度において鋳造溝から取り出され、次い
でこの鋳造棒を加熱装置の中を通すことにより加熱して
、その温度を４５８乃至６１８゜Ｃ（８５０乃至１１４
０下）の温度まで上昇させ、しかる後、３０秒以内の時
間内で熱間加工と冷却とを行なう。

この際、熱間加工は４５４゜Ｃ以上６１６゜Ｃ以下で連
続的に行ない、冷却は連続的に２３２゜Ｃ以上まで行な
う。そして、この様な温度範囲及び工程時間の設定は、
固化収縮、溶体化温度、粗大析出等を考慮して決定され
、これによつて得られた線材は後述する如き良好な特性
を備えているという事実によつて支持されている。本発
明の方法によれば、鋳造棒は固化収縮の起こる温度以下
の温度で鋳造輪から取り出すことができ、必要ならばそ
の後で圧延機に入る前にアルミニウム合金の溶体化温度
（４５４゜Ｃ乃至６１６゜Ｃ）より高く融点より低い範
囲の温度にまで加熱することができることは明らかであ
ろう。

従つて前述の先行特許の方法により得られる製品よりも
はるかに優れた製品を得ることができる。次に本発明の
実施例について図面より説明する。

第１図には鋳造機１０、加熱装置１１、圧延機１２、冷
却管１３およびコイラ一１４が示されている。要約する
と、本発明の方法は次の工程からなる。まず溶融炉（図
示せず）からの溶融金属を鋳造機１０の鋳造輪１０ａに
注入する。注入された溶融金属は鋳造輪１０ａの中で冷
却して固化され、５０４゜Ｃ（９４０′Ｆ）以下の温度
において鋳造棒１５として引き出され、加熱装置１１へ
と導かれてこれを通過し、その中で４５４乃至６１６”
Ｃ（８５０乃至１１４０′Ｆ）の範囲内の温度まで連続
的に加熱される。加熱された鋳造棒１５は次いで圧延機
１２へ導かれてこの内を通過する。鋳造棒は圧延機１２
の中で圧伸されてその断面積が縮少され、鍜錬された荒
引線１７として出てくる。この荒引線１７は、第１段目
の冷却管１８、ピンチローラー１９、第２段目の冷却管
２０、ピンチローラー２１よりなる冷却管１３と導管２
２を通る。荒引線１７は導管２２から出てコイラ一１４
によりコイルに巻き取られる。ポンプ２３は液溜め２４
から冷却液を吸い込み、第１段目の冷却管１８へ圧送す
る。冷却液は冷却管１８内を荒引線１７の走行方向に沿
つて流され、さらに導管系を経て冷却塔２６へ送られ、
ここで冷却されてから再び液溜め２４へ還流される。ポ
ンプ２７は液溜め２８から冷却液を吸い込み、第２段目
の冷却管２０へ圧送する。第２段目の冷却管２０内では
、冷却液は荒引線１７の走行方向と逆方向に流され、導
管系を経て冷却塔３１へと送られ、ここで冷却されてか
ら液溜２８に還流される。このようにして冷却液は冷却
作業中常に所定温度に維持されている。更に詳述すれば
、本装置で処理される溶湯は熱処理可能のアルミニウム
合金である。これが６２０１アルミニウム合金（アルミ
ニウム・アソシエーシヨンの呼称）の場合は、シリコン
及びマグネシウム含有量が夫々０．５乃至０．９％及び
０．６乃至０．９７０の範囲にある。又この範囲は６２
０１合金の範囲を超えて夫々０．２乃至１．３％及び０
．３乃至１，４％の範囲にする事も出来る。溶湯はガラ
ス繊維の濾過網を通して６４９℃以上（普通約６８８゜
Ｃ）の温度に保持されたホールデイング・ポツト（保持
鍋）に注がれ、此処から鋳造輪１０ａに注湯され、固化
収縮の生じない速さで冷却固化される。鋳造棒は４２７
゜Ｃ（８００下）乃至５０４゜Ｃ（９４０′Ｆ）の温度
で鋳造輪１０ａから剥ぎ取られ、加熱装置１１へ送られ
て加熱装置１１内を通過し、この間に合金成分が固溶さ
れる温度まで高められる。加熱装置１１は鋳造棒に連続
的にエネルギーを供給し、鋳造棒１５の温度を４５４゜
Ｃ（８５０′Ｆ）乃至６１６℃（１１４０′Ｆ）の範囲
の温度に加熱する。通常は５１０゜Ｃ（９５０′Ｐ）乃
至５４９゜Ｃ（１０２０′Ｆ）の温度範囲であり、合金
の組成によつて５４９゜Ｃ（１０２０′Ｐ）乃至６１６
゜Ｃ（１１４０′Ｐ）の範囲の温度にまで力ｌ熱される
。鋳造棒は力Ｄ熱装置１１から出ると圧延機１２へ導入
され、圧延機を通過する間に熱間成形されるとともに濃
度４０７０、温度９３゜Ｃ（２００下）以下（普通７「
Ｃ（１６０′Ｆ）に維持された可溶性油で被覆される。
圧延機１２は複数の圧延スタンド（個々の圧延機）群か
らなり立ち、鋳造棒を交互に上下及び左右両側から圧縮
し、長手方向に引きのばしその断面積を縮少し、鋳造棒
は順次成形されて遂には線引用荒引線となる。圧延機１
２内での可溶性油の量はＥ．Ｃ．アルミニウム荒引線の
典型的連続鋳造の場合の量の約２／３程度に維持される
。圧延機内の荒引線に対する冷却剤の温度と量は、圧延
機を出た荒引線１７が３４３゜Ｃ（６５０′Ｆ）以上、
実際作業としては４５４゜Ｃ（８５０′Ｐ）以上の熱間
成形温度範囲にあり、合金成分がアルミニウムから析出
しない様に調節されている。圧延機内で荒引線に供給さ
れる冷却剤の量が少いので、潤滑剤の濃度は高くする必
要があり、Ｅ．Ｃ．アルミニウム荒引線の場合の約１０
７０に対し約４０％溶液が必要であり、各圧延スタンド
に対し略等しい流量が維持される様に流量は調節されて
いる。第２図は、４４０゜Ｃ（８２５′Ｆ）乃至５３５
゜Ｃ（９９５′Ｆ）の範囲の種々の温度におけるアルミ
ニウム中のマグネシウム、シリコンおよびマグネシウム
シリサイドＭｇ２Ｓｉの固溶度を表わすグラフである。

直線４０は、温度が５３５゜Ｃ（９９５′Ｆ′）まで高
くなるにつれて６２０１合金系のマグネシウム、シリコ
ンおよびマグネシウムシリサイドの固溶度が増大するこ
とを示している。

直線４０上の点４２は、連続鋳造された６２０１合金を
従来技術による熱処理方法で処理した時、この６２０１
アルミニウム合金の連続鋳造荒引線内に固溶しているマ
グネシウム、シリコンおよびマグネシウムシリサイドの
量を示している。点４３は、連続鋳造された６２０１ア
ルミニウム合金の鋳造棒を本発明によつて熱処理したと
きの荒引線中に固溶しているマグネシウム、シリコンお
よびマグネシウムシリサイドの量を示している。第２図
のグラフから知られるように、合金を連続的に鋳造圧延
して荒引線とし、かつ連続鋳造圧延の工程中に本発明の
方法にしたがつて熱処理すると、６２０１合金系の固溶
したマグネシウムシリサイドの量が１６２％も増加して
いる。時効析出に先だつて合金マトリツクス中に固溶す
るマグネシウムシリサイドの量を増加せしめることによ
り得られる改良された特性について次に説明する。

連続鋳造された６２０１アルミニウム合金を熱処理する
先行技術による方法を用いて荒引線を連続鋳造圧延して
次の結果が得られた。この最終線は伸び率８，３％、導
電率５２．５％で最大抗張力が３，２１３Ｋ９／ＣＴｌ
（４５７００ＰＳＩ）であつた。この特性を得た条件を
基準とし、鋳造機と圧延機入口との間にある鋳造棒の温
度を本発明の方法にしたがい４８０゜Ｃ（９００′Ｆ）
乃至５４９゜Ｃ（１０２０′Ｆ）に高めた。この鋳造棒
は続いて熱間圧延されて荒引線とされ、さらに線材とさ
れた。本発明の方法により処理された線材の物理的性質
は次のようであつた。第３図は、連続鋳造された６２０
１アルミニウム合金を先行技術の熱処理方法により処理
したものの特性と、本発明の方法にしたがつて連続鋳造
圧延し熱処理された６２０１合金の特性を示すグラフで
ある。

このグラフにおいて曲線５０は先行技術により処理され
た６２０１アルミニウム合金から製造された線材の導電
率と最大抗張力との関係を示す。曲線５２は本発明の方
法により製造された６２０１アルミニウム合金荒引線か
ら製造された線材の導電率と最大抗張力との関係を示す
。以上のように本発明をその好ましい実施例について詳
細に説明したが、前記の説明及び特許請求の範囲に記載
された本発明の精神及び範嗜内で、種々の変形と修正が
考えられることは理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に使用される鋳造機、圧延機、冷
却管およびコイラ一の側面説明図である。 第２図は、マグネシウム、シリコンおよびその金属間化
合物であるマグネシウムシリサイドの種々の温度におけ
るアルミニウム中への固溶度を示すグラフである。第３
図は、本発明による６２０１アルミニウム合金の熱処理
の効果と、先行技術による６２０１アルミニウム合金の
熱処理法による効果との比較を示すグラフである。図面
の主要な部分を表わす符号の説明、１０・・・・・・連
続鋳造機、１０ａ・・・・・・鋳造輪、１１・・・・・
・加熱装置、１２・・・・・・圧延機、１３・・・・・
・冷却管、１４・・・・・・コイラ一 １５・・・・・
・鋳造棒、１７・・・・・・荒引線、１段目の冷却管、
２０・・・・・・第２段目の 冷却管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ０．５乃至０．９ｗｔのシリコン、０．６乃至０．
   ９ｗｔ％のマグネシウムを含有し残部が実質的にアルミ
   ニウムよりなるアルミニウム合金の荒引線を連続的に製
   造する方法にして、（ａ）０．５乃至０．９ｗｔ％のシ
   リコン、０．６乃至０．９ｗｔ％のマグネシウムを含有
   し残部が実質的にアルミニウムよりなる溶融アルミニウ
   ム合金を該合金の溶融温度以上の温度で連続鋳造機の鋳
   造輪の鋳造溝に注入する工程と、（ｂ）前記注入された
   アルミニウム合金を鋳造輪にて冷却して鋳造棒とし、該
   鋳造棒を鋳造溝から４２７℃（８００°Ｆ）以上５０４
   ℃（９４０°Ｆ）以下の温度で剥ぎ取る工程と、（ｃ）
   前記鋳造棒を加熱装置に導き４５４℃（８５０°Ｆ）以
   上６１６℃（１１４０°Ｆ）以下の温度に加熱する工程
   と、（ｄ）前記鋳造されたアルミニウム合金の鋳造棒を
   圧延機へ導入し、４５４℃以上６１６℃以下で連続的に
   熱間加工して荒引線とする工程と、（ｅ）前記荒引線を
   連続的に冷却して２３２℃以下に冷却し、かつ熱間加工
   の開始の時点から冷却工程の終りの時点までの３０秒以
   内の短い時間内で冷却を完了する工程と、からなること
   を特徴とする方法。 ２ 特許請求の範囲第１の方法にして、熱間加工開始の
   時点から冷却工程の終りの時点までを９〜３０秒の時間
   内で行うことを特徴とする方法。 ３ 特許請求の範囲第１の方法にして、鋳造棒が熱間加
   工されるときその表面が可溶性油の被覆にて被覆されつ
   つ熱間加工され、かつ前記可溶性油が９３℃（２００°
   Ｆ）以下の温度であることを特徴とする方法。