铝－镁合金及其合金板的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种即使不添加Be也能够抑制熔液氧化的铝-镁合金及其合金板，其特征在于，是在含有0.8～15质量％的Mg并且含有0.001质量％以上的P作为不可避免的杂质之一的铝-镁合金中，添加0.20质量％以上的Cr和0.002质量％以上的Ca中的至少一种以上的合金而成。
【专利说明】f吕-镁合金及其合金板
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝-镁合金及其合金板，特别涉及由含有P作为不可避免的杂质的原料制造的铝-镁合金及其合金板。
【背景技术】
[0002]铝熔液若暴露于大气中则容易氧化，形成大量的氧化物等夹杂物。作为该夹杂物，除 Al203、Mg0、MgAl204、Si02、硅酸盐、Al ?Si ^CKFeCKFe2O3 等氧化物以外，还有碳化物(A14C3、Al4O4C、石墨碳)、硼化物(AlB2、AlB12、TiB2、VB2)、Al3T1、Al3Zr、CaS04、AlN 及各种卤化物。
[0003]另一方面认为，就铝-镁合金(以下，适当称为Al-Mg合金)熔液而言，Mg的氧化物生成自由能比Al小，因此Mg优先被氧化，使MgO(氧化镁)、Al2O3-MgCK尖晶石)形成。并且，上述氧化物与Al-Mg合金熔液(以下，适当称为熔液)的润湿性高，因此在熔液中以沉降或漂浮的夹杂物形式存在。
[0004]若这些夹杂物存在于熔液中，则最终成为非金属夹杂物，会导致延展材、锻造件、压铸件等的制品的品质下降。
[0005]因此，为了在利用熔解炉、保持炉等的各制造阶段中从熔液分离除去夹杂物，进行利用气体、熔剂的炉内熔液处理,过滤器过滤、旋转喷嘴处理之类的系列处理等。
[0006]但是，在上述处理后将熔液从处理槽转移至铸造铸模的工序和利用铸造铸模进行铸造的工序中，由于熔液暴露于大气中，因此导致在熔液表面生成氧化物。
[0007]因此，为了抑制Al-Mg合金中的Mg的熔液氧化，通常进行添加数ppm的Be (铍)的处理。并且，确认到通过进行该处理，MgO> Al2O3-MgO的生成被抑制(非专利文献I)。
[0008]但是，若操作者以微粉、烟尘形式继续持续吸入上述Be，则有可能成为引起慢性呼吸功能障碍的原因。因此，为了提升操作者的安全、操作环境，必须抑制Be的添加。
[0009]另外，从近年的节能化.减轻环境负荷的观点出发，对再生的意识提高，使用根据由于含有铝废料而含有规定量的P的原料制造而成的Al-Mg合金铝废料。因此，希望创造出即使在使用这样的包含规定量的P的原料时也能够抑制熔液氧化的技术。
[0010]因此，在专利文献I中，提出了在Al-Mg合金中，即使不添加Be也能够抑制Mg熔液氧化的方法。具体地说，是如下的方法:通过使Al-Mg合金中的Bi (铋)的含量为30ppm(0.003质量％ )以下，由此减少熔液面中的Bi的存在，防止由Bi所致的向Mg供给氧，并且通过用氧的扩散速度慢的Al、Mg的氧化膜覆盖熔液面，由此能够抑制熔液中的MgO的形成。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开2008-260975号公报
[0014]非专利文献
[0015]非专利文献1:《轻金属》，轻金属学会，N0.21(1956)第68页
【发明内容】
[0016]发明所要解决的课题
[0017]但是，在工业上经常使用的Al、Mg新锭和作为再生铝的原料的铝废料中原本不含作为杂质的Bi，根据历来所使用的原料制造而成的Al-Mg合金的Bi含量为30ppm(0.003质量％)以下。即，即使将Al-Mg合金的Bi的含量规定为30ppm以下，与现有的Al-Mg合金没有任何区别。
[0018]另外，对于详细的结果在后记述，但即使将Al-Mg合金中所含的Bi的含量抑制为30ppm以下，也存在由于熔液氧化而大量形成夹杂物的情况。
[0019]因此，现状是在专利文献I所述的现有技术中不能够充分抑制熔液氧化。[0020]本发明是鉴于上述的问题而完成的，其课题在于提供即使不添加Be也能够抑制熔液氧化的铝-镁合金及其合金板。
[0021]用于解决课题的方法
[0022]为了解决上述课题，本发明的发明人认为一直以来，在Al-Mg合金熔液中，Mg的氧化物生成自由能比Al小，因此Mg优先被氧化，形成MgO、Al2O3-MgO,对此进行了如下的研究。
[0023]即，本发明的发明人等对熔液氧化的机理进行潜心研究，结果发现Al-Mg合金熔液中的P(磷)的存在对熔液氧化有很大影响。具体可知，若在Al-Mg合金熔液中存在超过规定量的P，则该P与Mg形成化合物(以下，适当称为P化Mg)并且上浮于熔液内，通过在大气气氛中进行氧化形成Mg和P的复合氧化物(以下，适当称为Mg-P氧化物)。另一方面，若Al-Mg合金熔液中的P为规定量以下，则几乎不形成Mg-P氧化物，能够抑制熔液氧化。
[0024]另外，可知上述Mg-P氧化物与熔液的润湿性高，因此在熔液中作为沉降或漂浮的夹杂物存在。这是由于Mg和P的化合物比Al和P的化合物的氧化物生成自由能低，能够在熔液中稳定存在，并且Mg和P的化合物比Al熔液比重小而上浮。
[0025]此外，着眼于Al-Mg合金熔液中存在的P，存在尝试从熔液除去P (P化合物)的技术。
[0026]例如，提出了在特定温度下过滤熔液而过滤Al-P化合物的方法(日本特开平4-276031号公报)、在熔液中与MgO —同吹入氧生成P氧化物或Mg-P氧化物并将其分离的方法(日本特开平7-207366号公报)。但二者均不仅铝损耗大、不经济，而且过滤过于消耗时间，因此不可能适于实用化。
[0027]另外，也提出了向熔液添加Mg等并吹入氯气或氯化物，使P和Mg的化合物上浮而除去的方法(日本专利第3524519号公报)，该方法的镁损耗也大、不经济，而且由于氯使用量增加而难以适于实用化。还有，若氯气或氯化物被操作者吸入有可能危害健康，因此，从操作者的安全、操作环境的观点考虑也不优选该方法。
[0028]鉴于以上内容创造出本发明。
[0029]即，本发明是一种铝-镁合金，其特征在于，是在含有0.8~15质量％的Mg并且含有0.001质量％以上的P作为不可避免的杂质之一的铝-镁合金中，添加0.20质量％以上的Cr和0.002质量％以上的Ca中的至少一种以上的合金而成。
[0030]按照这样，本发明的铝-镁合金即使含有P，由于以规定量添加Cr、Ca，所以P优先与Cr、Ca结合(形成P化Cr或P化Ca)，与Mg结合的比例减少。其结果是能够抑制P化Mg的产生，最终抑制Mg-P氧化物(夹杂物)的产生。即，在熔液中几乎不形成Mg-P氧化物，能够抑制熔液氧化。
[0031]另外，本发明的铝-镁合金，由于只添加Cr、Ca，所以不需要其它途径、过滤等工序，另外，也不存在铝、镁损耗等问题，因此适合实用化。
[0032]另外，本发明的铝-镁合金板(厚板用)特征在于，是由上述合金构成的铝-镁合金板，上述Mg的含量为1.0~5.5质量％。
[0033]按照这样，本发明的铝-镁合金板(厚板用)即使含有P，通过由上述合金构成，P优先与Cr、Ca结合，能够抑制Mg-P氧化物(夹杂物)的产生。
[0034]另外，本发明的铝-镁合金板(厚板用)优选上述Mg的含量为1.0~2.5质量％。
[0035]按照这样，通过将Mg含量进一步规定为规定值以下，本发明的铝-镁合金板(厚板用)，能够使耐蚀性提高。
[0036]另外，本发明的铝-镁合金板(成形加工用)的特征在于，是由上述合金构成的铝-镁合金板，上述Mg的含量为6.0~15.0质量％。
[0037]按照这样，本发明的铝-镁合金板(成形加工用)即使含有P，通过由上述合金构成，P优先与Cr、Ca结合，能够抑制Mg-P氧化物(夹杂物)的产生。其结果是，能够避免该Mg-P氧化物引起的“缩孔(shrinkage cavity) ”之类的表面缺陷的问题。
[0038]发明效果
[0039]根据本发明 的铝-镁合金及其合金板，在熔液中几乎不形成Mg-P氧化物，能够抑制熔液氧化。其结果是，能够提供几乎不形成夹杂物的高品质的铝-镁合金及其合金板。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1是利用扫描型电子显微镜观察本发明的实施例的铝-镁合金板在730°C大气气氛中保持I小时后进行冷却而得到的凝固试样的熔液表面的结果。
[0041]图2是利用扫描型电子显微镜观察不同的凝固试样的熔液表面的结果。
[0042]图3是利用扫描型电子显微镜观察另外不同的凝固试样的熔液表面的结果。
【具体实施方式】
[0043]下面，对用于实施本发明的铝-镁合金及其合金板的方式进行详细说明。
[0044][铝-镁合金]
[0045]本发明的铝-镁合金的特征在于，是在含有规定量的Mg并且含有P作为不可避免的杂质之一的铝-镁合金中，添加0.20质量％以上的Cr和0.002质量％以上的Ca中的至少一种以上的合金。
[0046]下面，对规定本发明的铝-镁合金中包含的各合金成分的理由进行说明。
[0047](Mg:0.8 ~15 质量％ )
[0048]Mg是用于对最终板制品或最终挤出制品赋予闻强度和屈服点所必须的兀素。
[0049]若Mg的含量小于0.8质量％，则制造最终板制品或最终挤出制品时不能得到充分的强度和屈服点。另一方面，若Mg的含量超过15质量％，则由于Mg的偏析产生铸造裂纹，难以形成铸锭，因此不适于制品加工。
[0050]因此，Mg的含量为0.8~15质量％。
[0051](P:不可避免的杂质)[0052]P是杂质元素。
[0053]若P的含量为规定量以上则如上所述，促进Mg-P氧化物的形成，使最终板制品或最终挤出制品的品质劣化。
[0054]具体地，若P的含量为0.001质量％以上，则Mg-P氧化物(夹杂物)大量产生，由此使最终板制品或最终挤出制品产生裂纹、缩孔等的可能性高。换言之，在含有P的Al-Mg合金中，特别是对于P的含量为0.001质量％以上的Al-Mg合金，有必要将P除去(减少P)。
[0055]因此，本发明优选对P的含量为0.001质量％以上的Al-Mg合金适用，可以发挥显著的效果。
[0056]此外，在工业废料、回收废料等铝废料中通常含有P为0.0005~0.01质量％ (5~IOOppm)，或其以上。因此，若在Al-Mg合金中上述铝废料的添加量多，则必然导致P含量为
0.001 质量％ (IOppm)以上。
[0057]因此，本发明优选适用于使用铝废料的Al-Mg合金，能特别地发挥效果。
[0058]此外，对于P的含量的上限值没有特别地限定，通常，即使是由100%铝废料(罐盖)构成的Al-Mg合金，由于P的含量达到lOOppm，所以为IOOppm以下。另外，只要P为IOOppm以下，就能够在本发明中应对。
[0059](Cr:0.20 质量％ 以上)
[0060]Cr是在Al-Mg合金(熔液)中，与P结合形成P化Cr的元素。
[0061 ] 通过在Al-Mg合金中添加0.20质量％以上的Cr，Cr与P优先结合(形成P化Cr)，使Mg和P结合的比例减少，能够抑制Mg-P氧化物的产生。其结果是能够防止最终板制品或最终挤出制品的品质的劣化。另一方面，若Cr的添加量小于0.20质量％，则不能够充分抑制Mg-P氧化物的产生。
[0062]因此，Cr的添加量为0.20质量％以上。
[0063]此外，对于Cr的添加量的上限没有特别的限定，但若考虑作为初晶析出粗大的金属间化合物(Mn、Cr) Al7,则优选0.3质量％以下。
[0064](Ca:0.002 质量％ 以上)
[0065]Ca是在Al-Mg合金(熔液)中，与P结合形成P化Ca的元素。
[0066]通过在Al-Mg合金中添加0.002质量％以上的Ca，Ca与P优先结合(形成P化Ca)，使Mg和P结合的比例减少，能够抑制Mg-P氧化物的产生。其结果是能够防止最终板制品或最终挤出制品的品质的劣化。另一方面，若Ca的添加量小于0.002质量％，则不能够充分发挥上述效果。
[0067]因此，Ca的添加量为0.002质量％以上。
[0068]此外，对于Ca的添加量的上限没有特别地限定，在热轧时有产生裂边的情况，因此优选0.1质量％以下。
[0069]通过添加上述添加量的Cr和Ca中的任意一种，能够发挥抑制Al-Mg合金的熔液氧化的效果，若添加上述添加量的Cr和Ca两种，当然也能够发挥上述效果。
[0070](铝和镁的含量的合计:90质量％以上)
[0071]若铝和镁的含量的合计为90质量％以上，则可以使未规定的其它元素的含量变少。由此，难以受到其它元素带来的影响，因此能够适当发挥熔液氧化的抑制的效果。另一方面，若铝和镁的含量的合计小于90质量％，则变得大量含有Mg以外的其它元素，其它元素的影响也变大，因此熔液氧化的抑制的效果降低。
[0072]因此，优选铝和镁的含量的合计为90质量％以上。
[0073](其它成分)
[0074]铝-镁合金除上述成分以外，根据用途含有S1、Fe、Cu、Mn、Zn等，并且作为余量含有Al和不可避免的杂质。此外，这样的其它成分优选以单质计的含量不超过5质量％。
[0075][铝-镁合金的制造方法]
[0076]本发明的铝-镁合金是如下方法制造的，即将含有规定的Mg和不可避免的杂质P的合金(原材料)熔解制成熔液，然后实施脱气处理、夹杂物除去处理等的熔液处理并注入铸模中。并且，Cr、Ca可以在将上述合金(原材料)注入于铸模前的任意工序中添加。
[0077]接着，对由本发明的铝-镁合金构成的合金板进行说明。
[0078][厚板用铝-镁合金板]
[0079]—直以来，若将由含有铝废料的原料制造的Al-Mg合金适用于厚板用板材，则由于存在规定量以上的P而在熔液中大量产生夹杂物(Mg-P氧化物)，最终导致存在以下问题，即该夹杂物在表面切削工序时脱落，使其在表面产生“缩孔”之类的表面缺陷。
[0080]对于该问题，本发明的铝-镁合金板可以如下所示来应对。
[0081]即，根据本发明的铝-镁合金板(厚板用)，通过添加Cr、Ca，P与Cr、Ca优先结合，与Mg结合的比例减少。因此能够抑制P化Mg的产生，最终能够抑制Mg-P氧化物(夹杂物)的产生。其结果是能够避免上述这样的表面缺陷的问题。
[0082]本发明的铝-镁合金板(厚板用)是由如下的Al-Mg合金构成的Al-Mg合金板，即在含有1.0~5.5质量％的Mg并且含有P作为不可避免的杂质之一的Al-Mg合金中，添加有0.20质量％以上的Cr和0.002质量％以上的Ca中的至少一种以上的Al-Mg合金。
[0083]此外，Cr和Ca的含量的数值限定的理由如上所述。
[0084](Mg: 1.0~5.5质量％:厚板用Al-Mg合金板)
[0085]若Mg的含量小于1.0质量％则厚板的强度不足,若Mg的含量超过5.5质量则变得在热轧时容易产生裂纹，因此不适用于制品加工。因此，Mg的含量为1.0~5.5质量％。
[0086]此外，若Mg的含量超过2.5质量％，则耐SCC(耐应力腐蚀裂纹)性降低。因此，要求耐蚀性的情况下优选的Mg的含量为1.0~2.5质量％。
[0087]对于其它成分没有特别的限定，上述成分以外的成分只要是JISH4000中规定的合金编号5052、5083的组成即可。例如，可以由S1:0.25质量％以下、Fe:0.4质量％以下、Cu:0.1质量％以下、Mn:0.5质量％以下、Zn:0.3质量％以下、T1:0.1质量％以下,余量为Al和不可避免的杂质构成。在此，B、Zr、V等作为不可避免的杂质。
[0088]此外，对于制造Al-Mg合金板(厚板用)时的制造方法，没有特别的限定，使用现有公知的方法即可。
[0089]例如，为如下的方法，即熔解规定的合金，向其中添加上述规定量的Cr、Ca，使用DC铸造法制作铸锭(合金)后，对该铸锭实施均热处理、粗热轧，制成Al-Mg合金板(厚板用)。此外，上述Al-Mg合金板(厚板用)在粗热轧后，可以根据需要实施精热轧，进而根据需要，在精热轧后可以实施冷轧。[0090][成形加工用铝-镁合金板]
[0091]一直以来，若将由含有铝废料的原料制造的Al-Mg合金适用于成形加工用板材(汽车覆盖板材料)，则由于存在规定量以上的P而在熔液中大量产生夹杂物(Mg-ρ氧化物)，最终导致存在以下问题，即该夹杂物在冲压加工时脱落，在表面产生“缩孔”之类的表面缺陷。
[0092]对于该问题，本发明的铝-镁合金板可以如下所示来应对。
[0093]即，根据本发明的铝-镁合金板(成形加工用)，通过添加Cr、Ca，P与Cr、Ca优先结合，与Mg结合的比例减少。因此能够抑制P化Mg的产生，最终能够抑制Mg-P氧化物(夹杂物)的产生。其结果是能够避免上述这样的表面缺陷的问题。
[0094]本发明的铝-镁合金板(成形加工用)是由如下的合金构成的Al-Mg合金板，即在含有6.0~15.0质量％的Mg并且含有P作为不可避免的杂质之一的Al-Mg合金中，添加有0.20质量％以上的Cr和0.002质量％以上的Ca中的至少一种以上的Al-Mg合金。
[0095]此外，Cr和Ca的含量的数值限定的理由如上所述。
[0096](Mg:6.0~15.0质量％:成形加工用Al-Mg合金板)
[0097]若Mg的含量小于6.0质量％则作为成形加工用板材(汽车面板材料)的强度不足，若Mg的含量超过15.0质量％，则成形性差，不适于实用。
[0098]因此，Mg的含量 为6.0~15.0质量％。
[0099]对于其它成分没有特别的限定，上述成分以外的成分优选由如下的高含Mg的Al-Mg系合金构成，即含有Fe:1.0质量％以下、S1:0.5质量％以下、T1:0.1质量％以下、B:0.05质量％以下、Mn:0.3质量％以下、Zr:0.3质量％以下、V:0.3质量％以下、Cu:1.0质量％以下、Zn:1.0%质量以下中的至少一种以上的元素作为杂质。
[0100]此外，对于制造Al-Mg合金板(成形加工用)时的制造方法，没有特别的限定，使用现有公知的方法即可。
[0101]可以使用例如如下的方法，即熔解规定的合金，向其中添加上述规定量的Cr、Ca，使用DC铸造法制作铸锭(合金)后，对该铸锭实施均热处理、热轧(粗轧，精轧)，进而对该热轧板实施冷轧，制成Al-Mg合金板(成形加工用)。
[0102]实施例
[0103]接着，对于铝-镁合金及其合金板，将满足本发明的必要条件的实施例和不满足本发明的必要条件的比较例进行比较，具体说明。
[0104][试样]
[0105]作为试样，准备了预计适用于厚板用板材的Al-Mg合金的试样A(Mg:1.0~5.5质量％ )、预计适用于成形加工用板材的Al-Mg合金的试样B (Mg:6.0~15.0质量％ )。并且，对各个试样添加规定量的P、Cr、Ca，浇铸铝-镁合金。
[0106][试验方法]
[0107]添加规定量的P、Cr、Ca后，在浇铸上述铝-镁合金熔液(试样)之前，将用铸勺从铸桶中采集的熔液浇铸于约45πιπιΦ X约30mm高的铸模中进行冷却，通过如上方法制作样品用铸片。对于用车床等切削该铸片的铸造表皮而平滑化的表面，使用辉光放电质谱法进行P等的定量分析。此外，使用辉光放电质谱法对于厚板用板材和成形加工用板材(制品板)进行定量分析，显示出相同的值。[0108]表1、2是在上述试验方法中使用辉光放电质谱法进行定量分析的结果。另外，对于Bi含量、Be含量也利用相同的方法求得，全部试样的Bi含量、Be含量均为O质量％(Oppm)。
[0109]熔解50g添加有规定量的P、Cr、Ca的试样后，除去直到熔解前所生成的熔液面的氧化物。然后，在730°C的大气气氛中保持I小时后进行冷却，研究在熔液面生成的氧化物数和平均氧化物尺寸(当量圆直径)。此外，氧化物数和平均氧化物尺寸的测定按如下方法进行，即利用扫描型电子显微镜(SEM)，以350倍的倍率观察20个视野(合计2.4mm2)，求得平均值。
[0110]详细的试样的组成和试验结果示于表1、2中。此外，在表1、2中，对于不满足本发明的构成的，在数值下画下划线表示。并且，扫描型电子显微镜(SEM)观察的结果的一例示于图1至3中。[0111]另外，图1至3的扫描型电子显微镜(SEM)观察的结果中的“SEM低倍”的结果是以350倍观察的结果，“SEM高倍”的结果是以2000倍观察的结果。
[0112]【表1】
[0113][表1]
【权利要求】
1.一种铝-镁合金，其特征在于，是在含有0.8~15质量％的Mg并且含有0.001质量％以上的P作为不可避免的杂质之一的铝-镁合金中， 添加0.20质量％以上的Cr和0.002质量％以上的Ca中的至少一种以上而成的合金--? 。
2.一种厚板用铝-镁合金板，其特征在于，是由权利要求1记载的所述合金构成的铝-镁合金板， 所述Mg的含量为1.0~5.5质量％。
3.根据权利要求2所述的厚板用铝-镁合金板，其特征在于，所述Mg的含量为1.0~.2.5质量％。
4.一种成形加工用铝-镁合金板，其特征在于，是由权利要求1记载的所述合金构成的铝-镁合金板， 所述Mg的含量为6.0~15.0质量％。
【文档编号】C22F1/047GK103842535SQ201280048181
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2011年11月21日
【发明者】阿部光宏, 森下诚 申请人:株式会社神户制钢所