JP2024167795A

JP2024167795A - アルミニウム合金鋳塊の製造方法、アルミニウム合金連続鋳造棒、及び、アルミニウム合金鍛造品

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Publication number: JP2024167795A
Application number: JP2023084130A
Authority: JP
Inventors: 佳文木村; Yoshifumi Kimura; 卓也荒山; Takuya Arayama
Original assignee: Resonac Holdings Corp
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2023-05-22
Filing date: 2023-05-22
Publication date: 2024-12-04
Also published as: WO2024242135A1

Abstract

【課題】市中のアルミニウム合金スクラップを活用しつつ、そのスクラップから混入する元素によって生成するＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉの化合物の粗大化を抑制できる、６０００系アルミニウム合金鋳塊の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のアルミニウム合金鋳塊の製造方法は、所定の割合の添加元素を含むアルミニウム合金鋳塊を製造するアルミニウム合金鋳塊の製造方法において、アルミニウム合金スクラップを含む原料であって、Ｓｉの含有比率が０．６０質量％以上０．９０質量％以下である以外は前記添加元素の含有比率が前記アルミニウム合金鋳塊と同じ組成範囲である原料を溶解して１次溶湯を得る１次溶解工程と、得られた１次溶湯又は１次溶湯を固めたインゴットを溶解した溶湯に金属Ｓｉ又はＳｉ含有合金を添加して、Ｓｉの含有比率を０．９０質量％以上１．９％質量％以下の範囲内に調整する２次溶解工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金鋳塊の製造方法、アルミニウム合金連続鋳造棒、及び、アルミニウム合金鍛造品に関する。

近年、世界中のカーボンニュートラルに向けた動向の中、製造工程におけるＣＯ_２排出量の削減が課題となっている。
アルミニウム製造時のＣＯ_２排出量抑制のため、純アルミニウム（純度９９．０％以上）と比較して融点が低いアルミニウム合金のスクラップを活用することは溶解時のエネルギー原単位を改善する上で重要となる。

アルミニウム合金のスクラップを原料としてアルミニウム合金やアルミニウム合金製品を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１～３）。アルミニウム合金のスクラップは、使用済みのアルミニウム製品から回収されたものであり、リサイクル原料として溶解、成分調整して生産されて、アルミニウム合金の原料となる。

特表２０２０－５１４５５６号公報特表２０２０－５２７６５３号公報特開２０２２－１３７７６２号公報

このようなリサイクル原料由来のアルミニウム合金原料になるアルミニウム合金のスクラップの活用にあたっては。例えば６０００系合金へスクラップを使用する場合、建材から発生する６０６３のサッシ屑など純度の良いものが好まれる。しかし、スクラップからはＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎ等の不純物が混入する。溶解鋳造工程にてこれらの化合物（例えばＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ）が粗大成長した状態で鋳造棒に存在すると製品の機械的特性が低下する。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金の製造において市中のアルミニウム合金スクラップを活用しつつ、アルミニウム合金スクラップから混入する元素によって生成するＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉの化合物の粗大化を抑制できる、６０００系アルミニウム合金鋳塊の製造方法、アルミニウム合金連続鋳造棒、及び、アルミニウム合金鍛造品を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

本発明の態様１は、Ｃｕを０．３０質量％以上１．０質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．８０質量％以上１．８質量％以下の範囲内、Ｓｉを０．９０質量％以上１．９質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上１．２質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．２０質量％以上０．６５質量％以下の範囲内、Ｚｎを０．２５質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０５０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｔｉを０．０１質量％以上０．１質量％以下の範囲内、Ｂを０．００１０質量％以上０．０３０質量％以下の範囲内、Ｚｒを０．００１０質量％以上０．０５０質量％以下の範囲内の添加元素を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を製造するアルミニウム合金鋳塊の製造方法において、アルミニウム合金スクラップを含む原料であって、Ｓｉの含有比率が０．６０質量％以上０．９０質量％以下である以外は前記添加元素の含有比率が前記アルミニウム合金鋳塊と同じ組成範囲である原料を溶解して１次溶湯を得る１次溶解工程と、前記１次溶解工程で得られた前記１次溶湯又は前記１次溶湯を固めたインゴットを溶解した溶湯に金属Ｓｉ又はＳｉ含有合金を添加して、Ｓｉの含有比率を０．９０質量％以上１．９％質量％以下の範囲内に調整する２次溶解工程と、を有するアルミニウム合金鋳塊の製造方法である。

本発明の態様２は、態様１のアルミニウム合金鋳塊の製造方法において、前記１次溶解工程において、Ｓｉの含有比率が０．６０質量％未満である場合、金属Ｓｉ又はＳｉ含有合金を添加してＳｉの含有比率を０．６０質量％以上０．９０質量％以下の範囲内に調整する。

本発明の態様３は、態様１のアルミニウム合金鋳塊の製造方法において、前記１次溶解工程において、Ｓｉの含有比率が０．９０質量％を超えている場合、アルミ地金、又は、低Ｓｉ含有比率が低いアルミニウム合金スクラップを投入してＳｉの含有比率を０．６０質量％以上０．９０質量％以下の範囲内に調整する。

本発明の態様４は、態様１から３のいずれか一つのアルミニウム合金鋳塊の製造方法において、前記アルミニウム合金スクラップが、３０００系合金を含むスクラップ、４０００系合金を含むスクラップ、５０００系合金を含むスクラップ、及び、６０００系合金を含むスクラップのいずれか１種以上からなる。

本発明の態様５は、態様１から４のいずれか一つのアルミニウム合金鋳塊の製造方法において、前記１次溶解工程を行う溶解炉と成分調整を行う溶解炉とを樋で連結された状態で直列に配置され、前記１次溶解工程で得られた前記１次溶湯を鋳造せずに成分調整を行う溶解炉に移注できる溶解設備を用いる。

本発明の態様６は、態様１から５のいずれか一つのアルミニウム合金鋳塊の製造方法によって製造されたアルミニウム合金鋳塊を用いて得られ、０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上を有する、アルミニウム合金連続鋳造棒である。

本発明の態様７は、態様６のアルミニウム合金連続鋳造棒を用いて得られ、０．２％耐力が３７０ＭＰａ以上を有する、アルミニウム合金鍛造品である。

本発明のアルミニウム合金鋳塊の製造方法によれば、市中のアルミニウム合金スクラップを活用しつつ、アルミニウム合金スクラップから混入する元素によって生成するＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉの化合物の粗大化を抑制できる、６０００系アルミニウム合金鋳塊の製造方法を提供できる。

（ａ）は１次溶解工程で得られた１次溶湯を一度インゴットに固めて、インゴットを２次溶解工程に投入する場合の概念図であり、（ｂ）は１次溶解工程で得られた１次溶湯をそのまま２次溶解工程に投入する場合の概念図である。（ａ）は本実施形態のアルミニウム合金連続鋳造棒の組織観察部位を説明するための模式図であり、（ｂ）は本実施形態のアルミニウム合金連続鋳造棒の引張特性を評価する部位を説明するための模式図である。本実施形態のアルミニウム合金鍛造品の引張特性を評価するための鍛造品の作製を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その効果を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［アルミニウム合金鋳塊の製造方法］
本実施形態に係るアルミニウム合金鋳塊の製造方法によって製造されるアルミニウム合金鋳塊について説明する。
本実施形態のアルミニウム合金鋳塊は、Ｃｕを０．３０質量％以上１．０質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．８０質量％以上１．８質量％以下の範囲内、Ｓｉを０．９０質量％以上１．９質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上１．２質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．２０質量％以上０．６５質量％以下の範囲内、Ｚｎを０．２５質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０５０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｔｉを０．０１質量％以上０．１質量％以下の範囲内、Ｂを０．００１０質量％以上０．０３０質量％以下の範囲内、Ｚｒを０．００１０質量％以上０．０５０質量％以下の範囲内の添加元素を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる。

本実施形態のアルミニウム合金鋳塊は、ＭｇとＳｉを含む点で６０００系アルミニウム合金の鍛造品に相当する。

（Ｃｕ：０．３０質量％以上、１．０質量％以下）
Ｃｕは、アルミニウム合金中でＭｇ－Ｓｉ系化合物を微細に分散させる作用や、Ｑ相を始めとするＡｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ｓｉ系化合物として析出することでアルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｃｕの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金鋳塊の常温における機械的特性を向上させることができる。

（Ｍｇ：０．８０質量％以上、１．８質量％以下）
Ｍｇは、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。アルミニウム母相へＭｇが固溶する、あるいは、β”相などのＭｇ－Ｓｉ系化合物（Ｍｇ_２Ｓｉ）、またはＱ相を始めとするＡｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ｓｉ系化合物（ＡｌＣｕＭｇＳｉ）として析出することで、アルミニウム合金の強化に寄与する。また、Ｍｇ_２Ｓｉは、アルミニウム合金中でのＣｕＡｌ_２相の生成を抑制する作用がある。ＣｕＡｌ_２相の生成が抑制されることによって、アルミニウム合金鋳塊の耐食性が向上する。Ｍｇの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金鋳塊の常温における機械的特性とともに耐食性を向上させることができる。

（Ｓｉ：０．９０質量％以上、１．９質量％以下）
Ｓｉは、Ｍｇと同様にアルミニウム合金鋳塊の常温における機械的特性と共に耐食性を向上させる作用を有する。但し、アルミニウム合金にＳｉを過剰に添加すると、粗大な初晶Ｓｉ粒が晶出することにより、アルミニウム合金の引張強さが低下するおそれがある。Ｓｉの含有率が上記の範囲内にあることによって、初晶Ｓｉの晶出を抑えつつ、アルミニウム合金鋳塊の常温における機械的特性と共に耐食性を向上させることができる。

（Ｍｎ：０．３０質量％以上、１．２質量％以下）
Ｍｎは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｍｎ－Ｆｅ－ＳｉやＡｌ－Ｍｎ－Ｃｒ－Ｆｅ－Ｓｉなどの金属間化合物を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｍｎの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金鋳塊の常温における機械的特性を向上させることができる。

（Ｆｅ：０．２０質量％以上、０．６５質量％以下）
Ｆｅは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｍｎ－Ｆｅ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｍｎ－Ｃｒ－Ｆｅ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ、Ａｌ－Ｍｎ－Ｆｅなどの金属間化合物を含む微細な晶出物として晶出することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用がある。Ｆｅの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金鋳塊の常温における機械的特性を向上させることができる。
なお、Ｆｅ／Ｍｎの関係が１．４未満である。Ｆｅ／Ｍｎの関係が１．４未満であることによって、２．０μｍ以上のＡｌＦｅＳｉ系化合物の晶出を抑制することができ、機械的特性を向上することができる。

（Ｃｒ：０．０５０質量％以上、０．３０質量％以下）
Ｃｒは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｍｎ－Ｃｒ－Ｆｅ－ＳｉやＡｌ－Ｆｅ－Ｃｒなどの金属間化合物を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｃｒの含有率が上記の範囲内にあることによって、アルミニウム合金鋳塊の常温における機械的特性を向上させることができる。

（Ｔｉ：０．０１０質量％以上、０．１０質量％以下）
Ｔｉは、アルミニウム合金の結晶粒を微細化し、展伸加工性を向上させる作用を有する。Ｔｉ含有率が０．０１０質量％未満の場合、結晶粒の微細化効果が十分に得られないおそれがある。一方、Ｔｉ含有率が０．１０質量％を超えると、粗大な晶出物を形成し、展伸加工性が低下するおそれがある。また、アルミニウム合金鋳塊にＴｉを含む粗大な晶出物が多量に混入すると靭性が低下する場合がある。したがって、Ｔｉの含有率は０．０１０質量％以上、０．１０質量％以下とする。Ｔｉの含有率は、好ましくは０．０１５質量％以上、０．０５０質量％以下である。

（Ｂ：０．００１０質量％以上、０．０３０質量％以下）
Ｂは、アルミニウム合金の結晶粒を微細化し、展伸加工性を向上させる作用を有する。
上述したＴｉと共にＢをアルミニウム合金に添加することによって、結晶粒の微細化効果が向上する。Ｂの含有率が０．００１０質量％未満では、結晶粒の微細化効果が十分に得られないおそれがある。一方、Ｂの含有率が０．０３０質量％を超えると、粗大な晶出物を形成し、介在物としてアルミニウム合金鋳塊に混入するおそれがある。また、アルミニウム合金の最終製品にＢを含む粗大な晶出物が多量に混入すると靭性が低下する場合がある。したがって、Ｂの含有率は０．００１０質量％以上、０．０３０質量％とする。Ｂの含有率は、好ましくは０．００５０質量％以上、０．０２５質量％である。

（Ｚｒ：０．００１０質量％以上、０．０５０質量％以下）
Ｚｒは、０．０５０質量％以下であれば、Ａｌ_３ＺｒおよびＡｌ－（Ｔｉ，Ｚｒ）という形で析出することで、再結晶抑制効果や析出強化によりアルミニウム合金鋳塊の強度の向上に寄与する。ただし、Ｚｒの含有率が０．０５０質量％を超えると粗大なＺｒ化合物として晶出することによって、アルミニウム合金鋳塊の耐食性の低下につながるおそれがある。このため、Ｚｒの含有率は、０．０５０質量％以下とする。また、上記の再結晶抑制効果や析出強化による鍛造品の強度の向上の効果を得るためにはＺｒの含有率は、０．００１０質量％以上であることが好ましい。

（Ｚｎ：０．２５０質量％以下）
Ｚｎは０．２５０質量％以下であればよい。Ｚｎの含有率が０．２５０質量％を超えるとＭｇＺｎ_２が生成し、Ａｌ母相から粒界に析出することで粒界腐食を起こし、アルミニウム合金鋳塊の耐食性の低下につながる。このため、Ｚｎの含有率は、０．２５０質量％以下、あるいは全く含まないことが好ましい。

（不可避不純物）
不可避不純物は、アルミニウム合金鋳塊の原料又は製造工程から不可避的にアルミニウム合金に混入する不純物である。不可避不純物の例としては、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｂｅなどを挙げることができる。これらの不可避不純物の含有率は０．１質量％を超えないことが好ましい。

［アルミニウム合金鋳塊の製造方法］
次に、本実施形態のアルミニウム合金鋳塊の製造方法を説明する。
本実施形態のアルミニウム合金鋳塊は、例えば、溶解（溶湯形成）工程と、鋳造工程とを含む方法によって製造することができる。

（溶解工程）
溶解（溶湯形成）工程は、アルミニウム合金の溶湯を形成する。
本実施形態のアルミニウム合金鋳塊の製造方法においては、溶解（溶湯形成）工程は、２つの小工程（１次溶解工程、２次溶解工程）からなる。

＜１次溶解工程＞
１次溶解工程では、アルミニウム合金スクラップを含む原料であって、Ｓｉの含有比率が０．６０質量％以上０．９０質量%以下である以外は上述の添加元素（Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ）の含有比率が製造するアルミニウム合金鋳塊と同じ組成範囲である原料を溶解して１次溶湯を得る。

１次溶解工程で得られた１次溶湯は一度インゴットに固めてもよいし、そのまま２次溶解工程を実施する溶解炉に移注してもよい。
図１はかかる構成について概念的に示す図である。
図１（ａ）は、配合したアルミニウム合金スクラップを含む原料を準備し、次いで、１次溶解炉に原料を投入して１次溶解工程を実施して１次溶湯を得て、その１次溶湯を一旦、インゴットに固めた後、そのインゴットを原料として２次溶解炉で２次溶解工程を実施して２次溶湯を得るフローを概念的に示す図である。
一方、図１（ｂ）は、配合したアルミニウム合金スクラップを含む原料を準備し、次いで、１次溶解炉に原料を投入して１次溶解工程を実施して１次溶湯を得て、その１次溶湯をそのまま樋を介して２次溶解炉へ移住し、２次溶解工程を実施して２次溶湯を得るフローを概念的に示す図である。

１次溶解工程では、投入した原材料（原料）が全量溶解するような条件で実施する。原料として、アルミニウム合金スクラップ、アルミニウム地金（アルミ地金）、Ｃｕ屑、母合金等が挙げられるが、例えば、７８０～８５０℃で溶解を実施する。
アルミニウム合金スクラップとしては例えば、アルミニウム缶やアルミニウム缶の再生塊といったＡｌ－Ｍｎ系（３０００系）合金のスクラップ、ＡＤＣ１２やＡ３５６といったＡｌ－Ｓｉ系（４０００系）合金のスクラップ、５０５２や５０８３といったＡｌ－Ｍｇ系（５０００系）合金のスクラップ、及び、６０６３や６０６１等のＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系（６０００系）合金のスクラップが挙げられる。
アルミ地金（純アルミ）は、純度や成分によって普通純度地金、高純度地金、合金地金に分類され、形状や用途からはインゴット（一般原材料用鋳塊）、スラブ（圧延用に調整された鋳塊）、ビレット（押出用に調整された鋳塊）などに区別できる。

Ｓｉの含有比率が０．６０質量％未満である場合、例えば、金属Ｓｉ又はＳｉ含有合金を添加してＳｉの含有比率を０．６０質量％以上０．９０質量％の範囲内に調整する。添加材料は調整のしやすさから金属Ｓｉが好ましい。
また、Ｓｉの含有比率が０．９０質量％を超えている場合、アルミ地金、又は、低Ｓｉ含有比率が低いアルミニウム合金スクラップを投入してＳｉの含有比率を０．６０質量％以上０．９０質量%の範囲内に調整する。低Ｓｉ含有比率が低いアルミニウム合金スクラップとしては、３０００系合金スクラップ、５０００系合金を含むスクラップ、及び、６０００系合金を含むスクラップが挙げられる。
Ｓｉの含有比率（成分分析）は例えば、発光分光分析によって行うことができる。

スクラップからＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎが混入しこれを溶解した場合、溶解過程の所定の温度域でＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ化合物が生成する。この生成量はＳｉ量の影響を特に大きく受ける。生成量が多くなるとこれらを溶解するためには溶解温度を８５０℃以上に設定する必要がある。そうすると溶解時に使用するエネルギーが増加するため好ましくない。
また、Ｓｉの含有比率が０．６質量％を下回ると、２次溶解工程で追加するＳｉ量が多くなりすぎ、投入したＳｉが全量溶けきるまでに時間がかかるため、エネルギーロスが発生する。よって、１次溶解工程で得る合金組成のＳｉの含有比率は０．６０質量％以上０．９０質量%以下とすることを要する。

原料中のアルミニウム合金スクラップの使用比率（配合比率）が高いほど、溶解時のエネルギー原単位を改善する上で好ましい。
アルミニウム合金スクラップの配合比率は例えば、５０％以上とすることができる。例えば、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、１００％とすることできる。一方で溶解時のエネルギー原単位の改善効果は低くなるものの、アルミニウム合金スクラップの配合比率を５０％未満例えば、４０％、３０％、２０％、１０％とすることもできる。

純アルミニウム地金の融点は約６６０℃である。それに対し、例えばＡＤＣ１２は融点が５７０℃、それ以外のものでも６５０℃以下と融点が１０℃以上低いため、溶解しやすくこれを活用することで溶解時のエネルギー原単位が改善する。

アルミニウム合金スクラップとしては、ＡＤＣ１２やＡ３５６といったＳｉを４質量％～１２質量％、Ｃｕを０．０１質量％以上３．０質量％以下含むＡｌ－Ｓｉ系（４０００系）合金、他アルミニウム缶やアルミニウム缶の再生塊といったＭｎを０．７質量％～１．４質量％、Ｍｇを０．５質量％以上１．４質量％以下含むＡｌ－Ｍｎ系（３０００系）、５０５２や５０８３といったＭｇを２．０質量％～５．０質量％含むＡｌ－Ｍｇ系（５０００系）、６０６３や６０６１等のＳｉを０．２質量％以上０．８質量％以下、Ｍｇを０．４５質量％以上１．２質量％以下含むＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系（６０００系合金）から組成範囲を超えない範囲で使用できる。
アルミ缶のスクラップは通常、溶解する前に缶表面の塗料を除去するために４００～５００℃での加熱処理工程を経て使用される。
Ａｌ－Ｓｉ系合金を添加することによって２次溶解工程におけるＳｉ添加量を削減できるため、これを使用しながら他合金種のスクラップを組み合わせて使用することが好ましい。

＜２次溶解工程＞
２次溶解工程は、１次溶解工程で得られた１次溶湯又は１次溶湯から得たインゴットを溶解した溶湯に金属Ｓｉ又はＳｉ含有合金を添加して、Ｓｉの含有比率を０．９０質量％以上１．９％質量％に調整する工程である。添加材料は調整のしやすさから金属Ｓｉが好ましい。

ここでの成分調整時は７００℃以上８００℃以下にて実施する。
７００℃を下回ると、この溶湯を鋳造する際に溶湯経路内での温度低下にてＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物が粗大成長し、製品の機械的特性を損なう。また、８００℃を超えると、アルミニウム溶湯中への大気中の水素溶解量が増大し溶湯内の水素ガス量が増加、結果鋳造した製品にポロシティが発生するため機械的特性を損なう。よって７００℃以上、８００℃以下の範囲が好ましい。

（鋳造工程）
２次溶解工程で得られた溶湯はフラックス処理を行い、その後、ＧＢＦ（ガス・バブリング・フィルトレーション）処理を実施した上で鋳造用の鋳型に鋳込まれる。
鋳込まれた溶湯は竪型（縦型）連続鋳造、もしくは水平（横型）連続鋳造のいずれかの方式で連続鋳造を実施することでアルミニウム合金連続鋳造棒が得られる。

本実施形態に係るアルミニウム合金鋳塊の製造方法において、１次溶解工程を行う溶解炉と成分調整を行う溶解炉とを樋で連結された状態で直列に配置され、１次溶解工程で得られた１次溶湯を鋳造せずに成分調整を行う溶解炉に移注できる溶解設備を用いてもよい。

［アルミニウム合金連続鋳造棒］
本実施形態に係るアルミニウム合金連続鋳造棒は、本実施形態に係るアルミニウム合金鋳塊の製造方法によって得られたアルミニウム合金鋳塊を用いて、竪型（縦型）連続鋳造、もしくは水平（横型）連続鋳造のいずれかの方式で連続鋳造を実施することで製造されてものであり、０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上を有する。

［アルミニウム合金鍛造品］
本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品は、本実施形態に係るアルミニウム合金連続鋳造棒を用いて製造され、０．２％耐力が３７０ＭＰａ以上を有する。
例えば、本実施形態に係るアルミニウム合金連続鋳造棒について、均質化熱処理工程と、鍛造工程と、溶体化処理工程と、焼き入れ処理工程と、時効処理工程とを実施することによって、本実施形態に係るアルミニウム合金鍛造品を製造することができる。

次に、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに限定されるものではない。

（アルミニウム合金スクラップの例）
２次合金メーカー、スクラップメーカーより入手したアルミニウム合金スクラップを発光分光分析にて得た各スクラップの成分分析値（質量％）を表１に示す。成分分析は、ＪＩＳＨ１３０５２００５に定められているアルミニウムおよびアルミニウム合金の発光分光分析に則り実施した。

（実施例１～６、比較例１～６）
実施例１～６は、表１に示したアルミニウム合金スクラップとアルミ地金の組み合わせ（配合）、又は、アルミニウム合金スクラップのみを原料として用いた。
実施例及び比較例のいずれについても、Ｓｉ以外の含有比率については、Ｃｕを０．３０質量％以上１．０質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．８０質量％以上１．８質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上１．２質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．２０質量％以上０．６５質量％以下の範囲内、Ｚｎを０．２５質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０５０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｔｉを０．０１質量％以上０．１質量％以下の範囲内、Ｂを０．００１０質量％以上０．０３０質量％以下の範囲内、Ｚｒを０．００１０質量％以上０．０５０質量％以下の範囲内の添加元素を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるように配合した。
さらに実施例では、Ｓｉの含有比率を０．６０質量％以上、０．９０質量％以下の範囲内になるように配合した。一方、比較例では、Ｓｉの含有比率が０．６０質量％以上、０．９０質量％以下の範囲外になるように配合した。

実施例及び比較例のいずれも竪型連続鋳造装置を用いて、溶解工程及び鋳造工程を行った。
まず、原材料を２００ｋｇ溶解炉に投入し、溶解温度を７８０℃で全量、１次溶解した。
実施例では１次溶解工程で得られた１次溶湯を一度、インゴットに鋳造した後、２次溶解工程にてＳｉ量を調整して、Ｓｉの含有比率を０．９０質量％以上１．９％質量％以下の範囲内に収めつつ、連続鋳造棒を得た。
一方、比較例では一次溶解工程で得られた溶湯を一度、インゴットに鋳造した後、２次溶解工程にてＳｉの含有比率の調整を行わずに、連続鋳造棒を得た。

鋳造条件は以下の通りでああった；
鋳造径：直径φ８２ｍｍ
鋳造速度：２３０ｍｍ／ｍｉｎ
冷却水量：３０Ｌ／ｍｉｎ
鋳造温度：７２０℃

＜１次溶解工程後の評価＞
原材料溶解して１次溶湯とした後に炉底の残存物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ化合物）の有無を確認した。残存物の確認には鉄製の攪拌工具を用い、炉底の沈降物（残存物）の有無を確認した。攪拌工具に沈降物（残存物）が接触した場合、小石に当たったような感触が得られる。

＜連続鋳造棒の評価（組織）＞
図２（ａ）を参照して、得られたアルミニウム合金連続鋳造棒１０の、鋳造方向における中央近傍の横断面の中心部１０ａの組織観察片を採取し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて組織観察を実施した。組織観察にて組織内に５μｍ以上のＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ化合物（表２中の組織内の巨大金属間化合物）が見られたものを×、見られないものを〇と判定した。結果を表２に示す。

＜連続鋳造棒の評価（引張特性）＞
得られたアルミニウム合金連続鋳造棒１０について、下記の方法により引張特性を測定した。
引張特性は、ＡＳＴＭ－Ｅ８規格に準拠して評価する。すなわち、図２（ｂ）を参照して、アルミニウム合金連続鋳造棒１０の鋳造方向に延在する中心部位１０ｂにおいて、標点間距離２５．４ｍｍ、平行部直径６．４ｍｍの引張試験片を採取する。得られた試験片に対して、常温（２５℃）において２ｍｍ／分の速度で引張試験を行なうことによって０．２％耐力を測定した。結果を表２に示す。

＜鍛造品の評価（引張特性）＞
図３に示すように、直径φ８２ｍｍのアルミニウム合金連続鋳造棒１０をその側面方向から据え込み加工で４１ｍｍ厚みにまで据え込みを行った５０％据込品について、下記条件にてＴ６処理を施し引張試験を実施した；
・鍛造条件：鍛造温度５２０℃
・Ｔ６処理条件：５４０℃で３ｈｒ（溶体化処理）→焼入れ工程（水温４０℃）→１８０℃で６ｈｒ（時効処理工程）。
この引張試験片に対して、常温（２５℃）において２ｍｍ／分の速度で引張試験を行なうことによって０．２％耐力を測定した。結果を表２に示す。

表２からわかるように、１次溶解工程後に、実施例ではいずれも、沈降物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ化合物）がなかったのに対して、比較例ではいずれも、沈降物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ化合物）があった。
また、実施例ではいずれも、組織内に５μｍ以上のＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ化合物がなかったのに対して、比較例ではいずれも、５μｍ以上のＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ化合物があった。
また、実施例のアルミニウム合金連続鋳造棒はいずれも、０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上を有していたのに対して、比較例のアルミニウム合金連続鋳造棒はいずれも、０．２％耐力が３５０ＭＰａ未満だった。
また、実施例のアルミニウム合金鍛造品はいずれも、０．２％耐力が３７０ＭＰａ以上を有していたのに対して、比較例のアルミニウム合金連続鍛造品はいずれも、０．２％耐力が３５０ＭＰａ未満だった。

１０アルミニウム合金連続鋳造棒

Claims

Ｃｕを０．３０質量％以上１．０質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．８０質量％以上１．８質量％以下の範囲内、Ｓｉを０．９０質量％以上１．９質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上１．２質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．２０質量％以上０．６５質量％以下の範囲内、Ｚｎを０．２５質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０５０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｔｉを０．０１質量％以上０．１質量％以下の範囲内、Ｂを０．００１０質量％以上０．０３０質量％以下の範囲内、Ｚｒを０．００１０質量％以上０．０５０質量％以下の範囲内の添加元素を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を製造するアルミニウム合金鋳塊の製造方法において、
アルミニウム合金スクラップを含む原料であって、Ｓｉの含有比率が０．６０質量％以上０．９０質量％以下である以外は前記添加元素の含有比率が前記アルミニウム合金鋳塊と同じ組成範囲である原料を溶解して１次溶湯を得る１次溶解工程と、
前記１次溶解工程で得られた前記１次溶湯又は前記１次溶湯を固めたインゴットを溶解した溶湯に金属Ｓｉ又はＳｉ含有合金を添加して、Ｓｉの含有比率を０．９０質量％以上１．９％質量％以下の範囲内に調整する２次溶解工程と、を有する、アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
前記１次溶解工程において、Ｓｉの含有比率が０．６０質量％未満である場合、金属Ｓｉ又はＳｉ含有合金を添加してＳｉの含有比率を０．６０質量％以上０．９０質量％以下の範囲内に調整する、請求項１に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
前記１次溶解工程において、Ｓｉの含有比率が０．９０質量％を超えている場合、アルミ地金、又は、低Ｓｉ含有比率が低いアルミニウム合金スクラップを投入してＳｉの含有比率を０．６０質量％以上０．９０質量％以下の範囲内に調整する、請求項１に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
前記アルミニウム合金スクラップが、３０００系合金を含むスクラップ、４０００系合金を含むスクラップ、５０００系合金を含むスクラップ、及び、６０００系合金を含むスクラップのいずれか１種以上からなる、請求項１に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
前記１次溶解工程を行う溶解炉と成分調整を行う溶解炉とを樋で連結された状態で直列に配置され、前記１次溶解工程で得られた前記１次溶湯を鋳造せずに成分調整を行う溶解炉に移注できる溶解設備を用いる、請求項１に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
請求項１から５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法によって製造されたアルミニウム合金鋳塊を用いて得られ、０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上を有する、アルミニウム合金連続鋳造棒。
請求項６に記載されたアルミニウム合金連続鋳造棒を用いて得られ、０．２％耐力が３７０ＭＰａ以上を有する、アルミニウム合金鍛造品。