JPS62270253A - Ｌｉを含むアルミニウム基合金板材の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 この発明はＬｉ（リチウム）を含有するアルミニウム基
合金板材の製造方法に関するものである。

従来の技術 ［−ｉを含有するアルミニウム基合金は、密度が小さく
、弾性率が高いことから、軽量で高剛性でおるという優
れた特性を有する。そのため最近では１リニアモーター
カーのｉ＝材や、テニスラケット等の各種スポーツ用具
、おるいはスピーカー振動板、ざらには航空機等の構造
用材料などの幅広い用途に好適に使用し１ｑるものとし
て注目を浴びている。

このようなＩｉを含有するアルミニウム基合金板材の従
来の製造方法としては、 ＜ａ＞溶湯を通常の鋳型に鋳込んでスラブを作ｙ７し、
そのスラブを展伸加工する方法、 （ｂ′）溶湯から半速Ｍ鋳造（ＤＣ鋳造法）によりスラ
ブを作製し、そのスラブを展伸加工する方法、 （Ｃ）溶湯金属を不活性カス中でアトマイズ法やスプラ
ッ１−法により粉末とし、その粉末を所謂粉末冶金法に
より固化して展伸加工する方法、 以上（ａ）〜（Ｃ）の方法が実用化されている。

発明が解決すべき問題点 Ｌｉは化学的に極めて活性でおるため、酸素、窒素、炭
素、水素に対して高い反応性を示し、また水分と強い反
応を起して爆発を招く場合がある。

そこでＬｉを含有するアルミニウム基台金の？８解・鋳
造に市たっては、Ｌｉを含有しない通常のアルミニウム
合金の溶解・鋳造と比較してこれらの点に特別の注意を
払う必要がある。しかしながら前述のような従来の含Ｌ
ｉ−アルミニウム基合金の製造方法では、このような水
分との反応等による爆発の危険を充分に回避することが
できなかったり、あるいはその問題は解決できてもコス
ト面や生産性等の点で問題があったのが実情である。

例えば前記（ｂ）の方法で一般に使用される竪型半連続
鋳造法においては、水冷鋳型の下端のスリットから冷却
水を吐出させて水冷鋳型から引出された鋳塊を二次冷却
するのが通常であるが、このような方法でＬｌを含むア
ルミニウム基合金を鋳造する場合、初期凝固殻の破断で
生じた楊漏れによる溶湯が冷１１水と接触して爆発を招
く危険が強い。そこでしｉを含有するアルミニウム基合
金をｌ）の方法で製造する場合、鋳造時の冷却剤として
、水の代りにＬｉとの反応性が少ないエチレングリコー
ルを使用することも考えられるが、この場合は冷却剤に
要するコストが著しく高くなったり、また専用の鋳造設
備とするために設備コストが著しく高くなったりする問
題が生じる。一方、同じく（ｂ）の方法でＬｉを含むア
ルミニウム基台金を製造する場合に鋳造ピット内に水を
ためないようにする方法を適用することも考えられるが
、このようにしても、水冷鋳型の下端から噴出される二
次冷却水と湯漏れによる溶湯との接触による爆発の問題
は避は得なかったのである。

また前記（Ｃ）の方法では、比表面積の著しく大ぎい粉
末として取扱うため、爆発の危険は一層著しくなり、ま
たこのような粉末冶金法では大きな材料の製造が困難で
あった。

ざらに前記（ａ）の方法では、スラブ表面の欠陥が生じ
易く、また大きなサイズの材料を得ることが困難であり
、生産性も低くならざるを１ｑない。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、Ｌ
ｉを含むアルミニウム基合金の板材を製造するにあたり
、鋳造時の水との反応による爆発の危険を招くことがな
いように安全でしかも低コストでかつ大型サイズの板材
を容易に得られるようにした方法を提供することを目的
とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、前述のように化学的に活性な１ｉを含有
するアルミニウム基合金の板材の製造方法、特に鋳造技
術について種々実験・検討を重ねた結果、直接鋳造圧延
によってＬｌを含有するアルミニウム基合金の溶湯から
板厚１５　ｎｖｎ以下の板材に直接鋳造することが、安
全でしかも経済的であることを見出し、この発明をなす
に至ったのである。

具体的には、この発明のＬｉを含有するアルミニウム基
合金の製造方法は、ｌｉを０．５〜５．０％含有するア
ルミニウム基合金の溶湯から板厚１５Ｍ以下の板材を直
接鋳造圧延によって製造することを特徴とするものであ
る。

作　　　用 この発明において対象となる合金は、Ｌｉを０．５〜５
．０％（重量％、以下同じ）の範囲内で含有するアルミ
ニウム基台金である。このようにＬｌの成分量範囲を限
定した理由は次の通りである。

すなわちＬｉはこの発明で対象とする系の合金で必須の
合金成分であって、合金の密度を小ざくし、弾性率を向
上させる元素であるが、０．５％未満ではこれらの効果
が充分に得られず、また水との反応による爆発の危険性
がほとんどない。一方１ｉを５．０％を越えて増量して
も、材料の強度が飽和し、延性、靭性が著しく低下し、
実用的でなくなる。そこでｌｉは０．５〜５．０％の範
囲内とした。

上述のようにこの発明で対象とするアルミニウム基合金
はＬｉが必須であるが、このほか必要に応じて以下の元
素を１種または２種以上添加したものであっても良く、
その場合にも特に直接鋳造圧延に支障を来たすことなく
、この発明の目的を充分に達成することができる。

ＣＬＪ　７．０％以下、Ｍｑ６．０％以下、Ｚｎ５．０
％以下、Ｓｉ２０．０％以下： これらの元素はいずれも強度向上のために添加しても良
い。

Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ０．５％以下：これらの元素は
、結晶粒微細化や靭性、延性向上のために添加しても良
い。

Ｚｒ０．５％以下、７０９５％以下、Ｔｉ０．３％以下
：これらの元素は、鋳塊結晶粒微細化および熱処理時の
結晶粒微細化のために添加することができる。

３ｅＯ，０２％以下： Ｂｅは溶湯の酸化防止および圧延性向上のために添加す
ることができる。

Ｂ　Ｏ，０１％以下： ＢはＴ１と同様に鋳塊の結晶粒微細化のために添加する
ことができる。

このほかＦｅは通常アルミニウムに不可避的に含まれる
ものでおり、Ｆｅ０．５０％以下はこの発明の場合も許
容される。その他の不純物としては、靭性向上のために
Ｎａ、に、Ｓ等を各々５０　ｐｐｍ以下とすることが望
ましい。

次にこの発明に係るＬｉを含むアルミニウム基合金板材
の製造方法を、望ましい条件等とともに詳細に説明する
。

先ず前述のような成分を含有するアルミニウム合金溶湯
を溶製する。この際ｌｉ成分は、桶Ｌ１金属として添加
しても、おるいはＡｌ−ｔ＊母合金として添ｈＯシても
良い。また溶湯は、酸化防止のためにＡｒガス等の不活
性雰囲気ヤＬ　ｉ　Ｃ１／ＬｉＦ等の７ラツクスによる
カバリングを行なってあくことが望ましい。さらに、溶
湯の滓化および水素ガスの低減のために微細Ａｒ気泡で
溶湯を浄化する方法や、フィルターによる浄化を適用す
ることが好ましい。但し、通常のアルミニウム台金溶湯
の浄化のために一般的に用いられている窒素ガスや塩素
ガスは、ｌｉと反応してｌｉの窒化物や塩化物を生成し
てしまうため使用するのは好ましくない。なおまた、溶
解炉や溶湯を流す樋の耐火物としては、Ｌｉによる侵食
を防ぐために純黒鉛や高純度アルミナ等を用いることが
望ましい。

上述のようにして溶製したＬｌを含むアルミニウム合金
溶湯を、直接鋳造圧延法によって板厚１５澗以下の板材
に直接鋳造する。

ここで、直接鋳造圧延法としては、溶湯を一対の冷却ロ
ール間に注湯するロール鋳造法、あるいは鋼製の一対の
冷却ベルト間に注湯するベルト鋳造法、あるいはキャタ
ピラ式のチルブロック間に注湯するキャタピラ式チルブ
ロック鋳造法などを適用することができる。これらの方
法のうち、代表的なロール鋳造法の一種である３Ｃ法の
例を第１図に示す。第１図において、ｌｉを含有するア
ルミニウム基台金の溶湯１は図示しない溶解炉から樋を
通ってキレスティング・バット（タンプッシュ）２内に
連続的に供給され、そのキャスティング・バット２から
水平に延長されたノズル３の先端から上下一対の冷却ロ
ール４Ａ、４Ｂ間に供給される。さらに）容瀾は冷却ロ
ール４Ａ、４Ｂ間で冷却されて凝固し、板厚ｔが１５ｓ
以下の板材ストリップ５として図示しない巻取機によっ
て巻取られる。

上述のようなロール鋳造法やベルト鋳造法、キャタピラ
式チルプロッタ鋳造法などの直接鋳造圧延法で１５ｍｍ
以下の薄板材を直接鋳造するに市たつては、冷却ロール
や冷却ベルト必るいはキャタピラ式チルブロック等の冷
却壁の間隔も約１５簡以下と小ざいこと、およびそれら
の冷却壁がストリップの引火きと同期して移動する移動
冷却壁であるために常に充分に低温の冷却壁が新たに供
給されて米る溶湯と接することとが相俟って、溶湯に対
する冷却壁間での冷却能は、半連続鋳造の場合と比較し
て格段に高い。そのため”ｔｄ湯は冷却ロールや冷却ベ
ルトなどの冷却壁の間において充分に冷却され、板材ス
トリップとして冷却ロール等の冷却壁間の出口側から出
る際には中心部までほぼ完全に凝固している状態となる
。したがって冷却ロール等の冷却壁間の出口側で二次冷
却を施す必要がなく、冷却ロールや冷却ベルト等の冷却
壁をその内部から冷却水で冷却するだけで足りる。その
ため仮に湯漏れが生じても冷却水が直接溶湯に接するこ
とがないため、活性なｌｉを含有するアルミニウム合金
でも溶湯と水との接触による爆発が生じるおそれはない
。なおこのような板厚１５＃以下の直接鋳造圧延では、
前述のように冷却ロール等の冷却壁での冷却能が高いた
め、凝固殻は急速に成長し、そのため凝固殻の破断によ
る湯漏れか生じるおそれはほとんどない。

ここで、直接鋳造圧延により鋳造される板材の板厚が１
５馴を越えれば、冷却ロール等の冷却壁間で充分に凝固
殻が成長せず、湯漏れが生じるおそれがおり、また極端
な場合は二次冷却が必要となってこの発明の目的を達成
できなくなるおそれがあるから、板材の板厚は１５ｍ以
下に限定した。なお板厚の下限は特に限定しないが、３
ｍｍ未満の場合にはノズルからの溶湯供給速度が遅くな
るとともにノズルも細くぜざるを得ないため、ノズル内
部で１容揚が；疑固しでしまうおそれがおるから、３柳
以上とすることが望ましい。なお最も望ましい板厚は４
〜８ｍである。

ざらに直接鋳造圧延における好ましい条件について説明
する。

冷加壁として用いられる冷却ロールや冷却ベルト、チル
ブロックなどの材質としては鋼および銅が一般的でおる
が、銅を用いた場合は冷却速度は高くなるが、鋼壁表面
に傷が付き易く、その傷が鋳造された板材に転写されて
製品板材の表面品質が劣化するおそれがあるから、鋼を
用いることが好ましい。

鋳造温度は、６７０〜７５０’Ｃの範囲内が望ましい。

６７０　’Ｃ未満では、ノズル内部で）容湯が凝固し易
くなり、一方７５０℃を越えれば逆に冷却ロール等の冷
却壁間で充分に凝固せず、揚漏れが生じるおそれがある
。

鋳造速度は冷却ロール等の冷却壁からの冷却能力によっ
ても異なるが、通常は５０ｍ／　ｍｔｎ　〜１５００／
ＩＩ／ＩＩ／　ｍｉｎ程度が好ましい。また冷却ロール
、冷却ベルト、チルブロック等の冷却壁を内側から冷却
するための冷却水温は５°Ｃ〜５０’Ｃ程度が好ましい
。冷却水温が５°Ｃ未満では冷却ロールや冷却ベルト、
チルブロック等の表面に空気中の水分が結露して水滴と
して付着し易く、その水滴が）容湯中のＬｌと反応して
爆発を招くおそれがおり、好ましくない。一方冷却水温
が５０°Ｃを越えれば冷却能力が低下し、冷却壁間で充
分に凝固せず、湯漏れが生じるおそれがある。

以上のような直接鋳造圧延法によって得られた板厚１５
馴以下の板材（鋳造板）は、これをそのまま製品板とし
ての使用に供しても良く、あるいは必要に応じて冷間圧
延を施してざらに薄質化しても良く、また冷間圧延を施
す場合にその冷間圧延前や冷間圧延中途において必要に
応じて焼鈍を施しても良いことは勿論でおる。

なお前述のような直接鋳造圧延においては、長尺のスト
リップ状板材を連続鋳造できるためその生産性が高く、
したがって経済的であり、また長尺でかつ幅広の板材を
得ることができるため大型サイズの板材の用途にも適し
ている。

実施例 第１表に示す成分組成のアルミニウム基合金について、
第１図に示すような直接鋳造圧延装置により第２表に示
すような条件で溶湯から直接鋳造圧延を行なった。ここ
で、冷却ロール４Ａ、１１１ＩＢの材質は鋼とし、また
その直径は１１００　ｍｍφ、幅３００ｍｍとした−６
またノズル３は切削可能な耐火物で成形した幅２００＃
ｎのものとした。そして冷却１−ル４Ａ、４Ｂの中心部
に回転シーリングを取付けて冷却水の出入口とし、ロー
ル内部を水冷した。

なお溶湯の流れる樋およびキャスティング・バット２は
シールドしてＡｒガスを流し、樋から鋳造までの間の溶
湯の酸化を防止した。

以−ヒのような直接鋳造圧延による鋳造の可否、および
得られた鋳造板のエツジ部の外観を調べた結果を第２表
中に併せて示す。なお第２表中における「メタルヘッド
ｈ」は、第１図中に示すように冷へ〇ロール４Ａ、４Ｂ
の間の中心位置からキャスティング・バッド２内の）８
湯１の表面までの高さでおり、また「セットパック距離
！」は、同じく第１図中に示すようにノズル３の先端か
ら冷却ローラー４Ａ、４Ｂの中心間を結ぶ直線までの距
離を表わしている。

第１表：供試材の成分組成 第２表からも明らかなように、ｌｉを含有するすべての
合金１〜５において特に問題が生じることなく安全かつ
円滑に鋳造することができた。またｖｉ造板のエツジ部
のクラックが一部の合金で認められたが、後述するよう
にトリミングによりその悪影響を回避できる程度であっ
た。そしてまた、表面に連鋳板特有のリップル模様も認
められたが、最終圧延板の機械的性能には特に影響を及
ぼさない程度であった。

上述のようにして直接鋳造圧延された鋳造板について、
一部は４００°Ｃで２時間焼鈍した後、１＃厚まで冷間
圧延し、また他の一部は焼鈍ゼずにそのまま１１ｒＲ厚
まで冷間圧延した。いずれの場合も良好な圧延性を示し
た。また鋳造板においてエツジ部に若干のクラックが認
められた合金については、冷間圧延中途でトリミングを
施すことによってその後のエツジクラックを抑制するこ
とができた。さらに、冷間圧延後の板についてＴ６処理
を施した状態での機械的性能を調べたところ、同一の成
分組成の合金についてブックモールドで鋳造し熱間圧延
および冷間圧延を施した材料のＴ６処理材と同等である
ことが確認された。

発明の効果 この発明の方法によれば、化学的に活性なｌｉを含有す
るアルミニウム基合金の板材、特に板厚１５ｍｍ以下の
薄板材を製造するにあたって、鋳造時の爆発等の危険を
招くことなく、安全にしかも経済的に製造することがで
き、なおかつ大径サイズの板材も容易に製造することが
できる。したがってこの発明の方法によれば、近年注目
を浴びているＬｌを含むアルミニウム基合金の幅広い用
途での実用化に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法で使用される直接鋳造圧延法の
一例を説明するための略解図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌｉを０．５〜５．０重量％含有するアルミニウム基合
   金の板材を製造するにあたり、直接鋳造圧延法によって
   前記合金の溶湯から板厚１５ｍｍ以下の板材を直接製造
   することを特徴とするＬｉを含むアルミニウム基合金板
   材の製造方法。