TWI761155B

TWI761155B - 金屬合金的製造方法

Info

Publication number: TWI761155B
Application number: TW110111348A
Authority: TW
Inventors: 坂東慎介; 今村拓矢; 原洋輔; 石野裕士
Original assignee: 日商Ｊｘ金屬股份有限公司
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-04-11
Also published as: JP2021179001A; KR20210141355A; JP2023113911A; JP7394017B2; KR20230051460A; CN113667847A; TW202202636A

Abstract

本發明的目的在於提供一種能夠進一步提高物性的均勻性的金屬合金的製造方法。本發明的金屬合金的製造方法，是製造含有微量元素的金屬合金的方法，包括：一邊使得熔融狀態的金屬材料朝向一個方向流動一邊在該金屬材料中添加微量元素的步驟，當將所述金屬合金中的微量元素的所需的濃度記做濃度D時，在所述進行添加的步驟中，將所述微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為小於所述微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2的2倍，所述理論添加量M2是使用所述濃度D和朝向所述一個方向流動的所述金屬材料的每1秒鐘的流量F計算出的。

Description

金屬合金的製造方法

本發明涉及一種金屬合金的製造方法。

以往，在金屬合金領域，可以通過含有少量的添加元素來提高添加該元素後的金屬合金的物性。例如，專利文獻1中公開了，為了得到使結晶微細化且彎折性以及蝕刻性優良的柔性印刷基板用銅合金箔，在銅中添加合計含有0.003~0.825質量%的從P、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In以及Mg的群組中選擇的1種以上的添加元素。

現有技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本2017-141501號公報

然而，上述那樣的含有少量的添加元素的金屬合金(微合金化金屬合金(dilute metal alloy))，在其製造步驟中，包括一邊使得含有添加元素之前的熔融狀態的金屬材料(以下，也稱作熔融金屬材料)朝向一個方向流動一邊在該熔融金屬材料進行添加元素的添加的步驟。具體地，例如，從對作為含有添加元素之前的母材的金屬材料進行熔融的熔融爐中，將使用該熔融爐熔融後的熔融金屬材料，一邊通過管道向中間包爐內供應一邊添加少量的添加元素，並且從中間包爐引導至鑄造設備進行鑄造，從而能夠得到例如錠的形式的金屬合金(連續鑄造)。並且，通過這樣的方法製造含有添加元素的金屬合金，能夠使得母材中均勻地含有添加元素，並且能夠連續地、高效地製造銅合金。

但是，近年，在含有金屬合金作為部件的產品中，需要更高的性能，與之相隨地，該金屬合金也需要高程度的物性的均勻性。為了提高金屬合金的物性的均勻性，可列舉使得添加元素的添加量更加均勻，特別是在鐵、銅等的冶金領域中，添加900質量ppm以下的元素會導致產品的物性發生變化，因此降低添加量的偏差很重要。

因此，本發明在一實施方式中，目的在於提供一種能夠進一步提高物性的均勻性的金屬合金的製造方法。

本發明的金屬合金的製造方法在一實施方式中，是製造含有微量元素(dilute elements)的金屬合金的方法，其中，包括一邊使得熔融狀態的金屬材料朝向一個方向流動一邊在該金屬材料中添加微量元素的步驟，當將所述金屬合金中的微量元素的所需的濃度記做濃度D時，在所述進行添加的步驟中，將所述微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為小於所述微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2的2倍，所述理論添加量M2是使用所述濃度D和朝向所述一個方向流動的所述金屬材料的每1秒鐘的流量F計算出的。

根據本發明，能夠提供一種物性的均勻性能夠進一步提高的金屬合金的製造方法。

以下，對本發明的實施方式(以下，稱作“本實施方式”。)進行詳細說明，但本發明不限於本實施方式。

本實施方式的金屬合金的製造方法，包括一邊使得熔融狀態的金屬材料(添加微量元素之前的金屬合金)朝向一個方向流動，一邊在該金屬材料中添加微量元素的步驟。並且，在本實施方式中，當將金屬合金的微量元素的所需的濃度記做濃度D時，在進行添加的步驟中，將微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節成小於微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2的2倍，該理論添加量M2是使用濃度D和朝向一個方向流動的金屬材料的每1秒鐘的流量F計算出的。

在本實施方式中，金屬合金，只要可以添加微量元素即可，沒有特別的限定，可使用任意的合金，金屬合金的狀態，能夠是錠、合金條、合金箔、金屬合金片等任意狀態。另外，微量元素，能夠是在金屬合金中以10~900質量ppm的濃度含有的任意的元素，更具體地，能夠選用在以這樣的濃度含有的元素中的、當在金屬合金中產生不均勻時不會影響金屬合金的物性的均勻性的元素。具體的微量元素可列舉：P、Ag、Fe、Ca、Zr、Cr、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In、Mg、V、Mo、W、Ba、Sr以及Y。

另外，微量元素添加於其中的金屬，沒有特別限定，可列舉金屬單質(可能含有不可避免的雜質)，也可以是添加有除了上述的微量元素以外的元素的金屬合金，具體地可列舉銅、鈣銅、鉻銅。

在本實施方式的金屬合金的製造方法中，更詳細而言，能夠使用製造裝置，該製造裝置具備：對作為母材的、添加微量元素之前的金屬材料進行熔融的熔融爐；供使用該熔融爐進行熔融後的金屬材料(以下，也將熔融後的金屬材料稱作熔融金屬材料)朝向一個方向流過的管道；中間包爐，通過該管道向該中間包爐中供應熔融金屬材料；鑄造裝置，從該中間包爐將熔融金屬材料導入該鑄造裝置。另外，該製造裝置，能夠具備：添加路徑，與管道連通且朝向鉛直方向上方側延伸；帶式輸送機，其頂端位於該添加路徑的鉛直方向上方側的開口部處。

因此，在使用這樣的製造裝置的情況下，一邊使得熔融金屬材料在管道中朝向一個方向(從管道的一頭向另一頭)流動，一邊使得使用帶式輸送機輸送的微量元素，從該帶式輸送機的頂端落下並投入添加路徑的鉛直方向上方側的開口部，從而能夠向該熔融金屬材料中添加微量元素。

需要說明的是，在上述的製造裝置中，熔融爐例如能夠使用低頻感應爐，另外，優選在無氧狀態進行熔融。

管道，能夠是筒狀的通道，為了防止流過管道的熔融金屬材料氧化，優選使得管道內部充滿氮氣等惰性氣體(熔融金屬材料在管道內部的下方流動，在該材料之上的空間充滿惰性氣體)。

添加路徑，能夠是與管道連通、且朝向鉛直方向上方側(也可以傾斜地)延伸的筒狀的通路，並且具有在該添加路徑的鉛直方向上方側的開口部。為了使得通過帶式輸送機輸送的微量元素落下並容易進入添加路徑的內部，可以使得該開口部具有擴張的形狀，或者，可以在開口部安裝漏斗。

帶式輸送機，能夠用於自動地輸送微量元素，被輸送的微量元素從帶式輸送機的頂端落下並被投入到添加路徑的開口部。為了使用帶式輸送機定量地輸送並投入微量元素，該帶式輸送機，優選具有能夠測量微量元素落下前後的重量的計量功能。這樣的具有計量功能的帶式輸送機，例如為了在單位時間內投入規定量的微量元素，能夠通過測量在帶上承載的微量元素的質量變化量，從而對微量元素的投入進行調節；具體地，在實際的投入量(質量變化量)超過規定的量的情況下，通過讓帶式輸送機的輸送停止一定時間，從而能夠對微量元素的投入進行調節。

中間包爐，是熔融金屬材料暫時積存的爐，熔融金屬材料在爐中被攪拌，並且能夠除去雜質等。微量元素，在本實施方式中，優選添加到在管道中流動的熔融金屬材料中，但是也可以添加到中間包爐內的熔融金屬材料中。

鑄造設備，被導入來自中間包爐的一定量的熔融金屬材料並使其冷卻，從而能夠製造錠的形式的金屬合金。

另外，在通過本實施方式的製造方法製造的金屬合金為錠的情況下，能夠通過上述的製造裝置得到，另外，在通過本實施方式的製造方法製造的金屬合金為合金條、合金箔等的情況下，本實施方式的金屬合金的製造方法，沒有特別限定，能夠包括公知的加工步驟。

這裡，在本實施方式中，如上文所述，在向熔融金屬材料中添加微量元素的步驟中，能夠將微量元素的在1秒鐘內的添加量M1調節成小於微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2的2倍，該理論添加量M2是使用濃度D(錠的微量元素的所需濃度)與朝向一個方向流動的熔融金屬材料的每1秒的流量F計算出的。

需要說明的是，“微量元素在1秒鐘內的添加量M1”是指，實際上在1秒鐘內在熔融金屬材料中添加的微量元素的質量。

另外“微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2”，是使用金屬合金的微量元素的所需的濃度D與朝向一個方向流動的熔融金屬材料的每1秒鐘的流量F計算出的，換言之，為了使得金屬合金中的微量元素的濃度為所需的濃度D而算出的每1秒中應當添加到熔融金屬材料中的微量元素的質量。也就是說，在將微量元素直接添加(以單質的方式)到熔融金屬材料中的情況下，錠的微量元素的濃度D，能夠通過D=M2/(F+M2)求出，微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2，成為M2=D×F/(1-D)。因此，微量元素在1秒鐘內的添加量M1，成為M1<2×M2=2×D×F/(1-D)。

另外，在如下文所述使用稀釋後的稀釋粒子進行微量元素的添加的情況下，當將稀釋粒子的微量元素的濃度記做濃度d時，金屬合金的微量元素的濃度D，能夠通過D=M2/(F+M2/d)求出，微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2，成為M2=D×F/(1-D/d)。因此，微量元素在1秒鐘內的添加量M1，成為M1<2×M2=2×D×F/(1-D/d)。

上述的熔融金屬材料的流量F，能夠使用任意方法進行計算。

並且，在本實施方式中，通過將微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為小於微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2的2倍，能夠降低得到的金屬合金的微量元素的濃度的偏差，能夠進一步提高物性的均勻性。

即，在1秒鐘內的添加量M1大於每1秒鐘的理論添加量M2的2倍的情況下，在熔融金屬材料中會產生微量元素的濃度過大的部分。並且同時，當1秒鐘內的添加量M1過多時，會將下一個1秒鐘內的微量元素的添加量M1調節為0，或者，調節微量元素的添加量M1在接下來的數秒鐘內持續地減少，像這樣減少添加量M1，那麼在熔融金屬材料中，除了上文所述的微量元素的濃度過大的部分以外，還會產生微量元素的濃度過低的部分。因此，通過將微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為小於每1秒鐘的理論添加量M2的2倍，能夠減小熔融金屬材料中的這樣的微量元素的不均勻性，因此能夠減小金屬合金中的微量元素的濃度的偏差。

這裡，在本實施方式的錠的製造方法中，作為將微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為小於每1秒鐘的理論添加量M2的2倍的方法，可列舉下文所述的方法。

即，作為將微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為小於每1秒鐘的理論添加量M2的2倍的方法，可列舉如下方法：在金屬合金的製造裝置中，使得用於通過添加路徑向在管道中流動的熔融金屬材料投入的帶式輸送機的帶寬度(與帶的行進方向正交的方向上的長度)相對較小的方法。即，在帶式輸送機的頻寬較大的情況下，以寬度方向上較寬地承載有微量元素的狀態進行輸送，由此，微量元素每次從帶式輸送機的頂端向添加路徑的開口部落下較多，而有添加量增多的傾向(沿著寬度方向堆積的微量元素，每次從頂端落下較多的傾向)。反之，通過減小頻寬，能夠減少從帶式輸送機的頂端向添加路徑的開口部落下的微量元素，能夠容易地調節微量元素在1秒鐘內的添加量M1。

另外，作為除了上述方法以外的方法，在微量元素為下文所述的粒子狀的情況下，可以列舉使得微量元素的粒子直徑比較小的方法。通過減小微量元素的粒子直徑，微量元素在從帶式輸送機的頂端向添加路徑的開口部落下時，由於粒子直徑較小因此一點點地逐漸落下(微量元素，不會每次從頂端落下大量)，因此能夠容易地調節微量元素在1秒鐘內的添加量M1。

進一步，作為除了上述方法以外的方法，可以列舉，當使帶式輸送機所輸送的微量元素落下並進行投入時，朝向添加路徑的開口部吹入氣體、更優選地吹入氮氣等惰性氣體的方法。具體地，當將微量元素通過添加路徑投入在管道中流動的熔融金屬材料中時，在添加路徑內，熔融金屬材料的熱導致上升氣流產生，因此微量元素在添加路徑內的落下會產生不均勻性。然而，通過朝向添加路徑的開口部吹入氣體，能夠使得微量元素更加穩定地落下。另外，特別地，在本實施方式中，在惰性氣體充滿管道內的狀態下使得材料進行流動的情況下，該氣體有在添加路徑內進行逆流的可能性，因此通過朝向添加路徑的開口部吹入氣體，能夠使得微量元素更穩定地落下。另外，在使用惰性氣體的情況下，能夠防止微量元素的氧化。

以上，示出了本實施方式中的，將微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為小於每1秒的理論添加量M2的2倍的方法，但是本實施方式的錠的製造方法中的調節方法，不限於上述而能夠採用任意的方法，另外，調節方法也能夠採用上述的任一種方法或它們的組合。

此外，在本實施方式中，微量元素的添加，優選使用粒子狀的微量元素進行添加。通過使用粒子狀的微量元素，能夠容易地將微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為合適的量，另外，通過使用稀釋粒子，可以使得投入量增多，從而能夠更加容易調節微量元素在1秒鐘內的添加量M1。另外，能夠抑制微量元素的例如氧化等化學變化，還能夠提高微量元素的可處理性。

需要說明的是，粒子直徑，優選為2.0~4.0mm。需要說明的是粒子直徑，是指體積平均粒子直徑，即體積粒子直徑分佈的50%的值(D₅₀)。

當粒子直徑小於2.0mm時，在可以快速地溶解於熔融金屬材料這一點上是有利的，但是在輸送中容易變成塊體，有難以調節在1秒鐘內的添加量M1的傾向。另外，當粒子直徑小於1.0mm時，可能會被氧化，也可能受到氣流的影響。另一方面，若粒子直徑大於4.0mm，雖然容易進行處理，但是有難以調節在1秒鐘內的添加量M1的傾向。

另外，作為稀釋粒子，沒有特別限定，優選微量元素的濃度d為50質量%以下，更優選為20質量%以下。通過選用這樣的範圍，能夠增加投入量並能夠調節在1秒鐘內的添加量M1。

進一步，在金屬合金含有除了微量元素以外的添加元素的情況下，在本實施方式中除了微量元素以外的添加元素的添加，可以像微量元素的添加方法那樣使用添加路徑進行添加，或者使得被熔融爐熔融的材料本身含有該添加元素，或者，也可以在中間包爐內進行添加元素的添加。

[產業上的利用可能性]

根據本發明，能夠提供一種能夠進一步提高物性的均勻性的金屬合金的製造方法。

以上，對本發明的實施方式進行了說明，但是本發明的金屬合金的製造方法，不限於上述示例，能夠加以適當的變更。舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

Claims

一種金屬合金的製造方法，是製造含有微量元素的金屬合金的方法，包括：一邊使得熔融狀態的金屬材料朝向一個方向流動一邊在該金屬材料中添加微量元素的步驟，並且，當將所述金屬合金中的微量元素的所需的濃度記做濃度D時，在所述進行添加的步驟中，將所述微量元素在1秒鐘內的添加量M1調節為小於所述微量元素的每1秒鐘的理論添加量M2的2倍，所述理論添加量M2是使用所述濃度D和朝向所述一個方向流動的所述金屬材料的每1秒鐘的流量F計算出的；其中，微量元素在金屬合金的濃度為10~900質量ppm。
如請求項1所述之金屬合金的製造方法，其中，在所述進行添加的步驟中，熔融狀態的所述金屬材料在充滿惰性氣體的管道內朝向一個方向流動，並且，使得使用帶式輸送機輸送的所述微量元素，從該帶式輸送機的頂端落下並投入與所述管道連通且朝向鉛直方向上方側延伸的添加路徑的、鉛直方向上方側的開口部，由此進行所述微量元素的添加。