金属合金的制造方法与流程

1.本发明涉及一种金属合金的制造方法。


背景技术：

2.以往，在金属合金领域，可以通过含有少量的添加元素来提高添加该元素后的金属合金的物性。例如，专利文献1中公开了，为了得到使结晶微细化且弯折性以及蚀刻性优良的柔性印刷基板用铜合金箔，在铜中添加合计含有0.003～0.825质量％的从p、ti、sn、ni、be、zn、in以及mg的群组中选择的1种以上的添加元素。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本2017
‑
141501号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的技术问题
7.然而，上述那样的含有少量的添加元素的金属合金(微合金化金属合金(dilute metal alloy))，在其制造步骤中，包括一边使得含有添加元素之前的熔融状态的金属材料(以下，也称作熔融金属材料)朝向一个方向流动一边在该熔融金属材料进行添加元素的添加的步骤。具体地，例如，从对作为含有添加元素之前的母材的金属材料进行熔融的熔融炉中，将使用该熔融炉熔融后的熔融金属材料，一边通过管道向中间包炉内供应一边添加少量的添加元素，并且从中间包炉引导至铸造设备进行铸造，从而能够得到例如锭的形式的金属合金(连续铸造)。并且，通过这样的方法制造含有添加元素的金属合金，能够使得母材中均匀地含有添加元素，并且能够连续地、高效地制造铜合金。
8.但是，近年，在含有金属合金作为部件的产品中，需要更高的性能，与之相随地，该金属合金也需要高程度的物性的均匀性。为了提高金属合金的物性的均匀性，可列举使得添加元素的添加量更加均匀，特别是在铁、铜等的冶金领域中，添加900质量ppm以下的元素会导致产品的物性发生变化，因此降低添加量的偏差很重要。
9.因此，本发明在一实施方式中，目的在于提供一种能够进一步提高物性的均匀性的金属合金的制造方法。
10.解决技术问题的方法
11.本发明的金属合金的制造方法在一实施方式中，是制造含有微量元素(dilute elements)的金属合金的方法，其中，包括一边使得熔融状态的金属材料朝向一个方向流动一边在该金属材料中添加微量元素的步骤，当将所述金属合金中的微量元素的所需的浓度记做浓度d时，在所述进行添加的步骤中，将所述微量元素在1秒钟内的添加量m1调节为小于所述微量元素的每1秒钟的理论添加量m2的2倍，所述理论添加量m2是使用所述浓度d和朝向所述一个方向流动的所述金属材料的每1秒钟的流量f计算出的。
12.发明的效果
13.根据本发明，能够提供一种物性的均匀性能够进一步提高的金属合金的制造方法。
具体实施方式
14.以下，对本发明的实施方式(以下，称作“本实施方式”。)进行详细说明，但本发明不限于本实施方式。
15.本实施方式的金属合金的制造方法，包括一边使得熔融状态的金属材料(添加微量元素之前的金属合金)朝向一个方向流动，一边在该金属材料中添加微量元素的步骤。并且，在本实施方式中，当将金属合金的微量元素的所需的浓度记做浓度d时，在进行添加的步骤中，将微量元素在1秒钟内的添加量m1调节成小于微量元素的每1秒钟的理论添加量m2的2倍，该理论添加量m2是使用浓度d和朝向一个方向流动的金属材料的每1秒钟的流量f计算出的。
16.在本实施方式中，金属合金，只要可以添加微量元素即可，没有特别的限定，可使用任意的合金，金属合金的状态，能够是锭、合金条、合金箔、金属合金片等任意状态。另外，微量元素，能够是在金属合金中以10～900质量ppm的浓度含有的任意的元素，更具体地，能够选用在以这样的浓度含有的元素中的、当在金属合金中产生不均匀时不会影响金属合金的物性的均匀性的元素。具体的微量元素可列举：p、ag、fe、ca、zr、cr、ti、sn、ni、be、zn、in、mg、v、mo、w、ba、sr以及y。
17.另外，微量元素添加于其中的金属，没有特别限定，可列举金属单质(可能含有不可避免的杂质)，也可以是添加有除了上述的微量元素以外的元素的金属合金，具体地可列举铜、钙铜、铬铜。
18.在本实施方式的金属合金的制造方法中，更详细而言，能够使用制造装置，该制造装置具备：对作为母材的、添加微量元素之前的金属材料进行熔融的熔融炉；供使用该熔融炉进行熔融后的金属材料(以下，也将熔融后的金属材料称作熔融金属材料)朝向一个方向流过的管道；中间包炉，通过该管道向该中间包炉中供应熔融金属材料；铸造装置，从该中间包炉将熔融金属材料导入该铸造装置。另外，该制造装置，能够具备：添加路径，与管道连通且朝向铅直方向上方侧延伸；带式输送机，其顶端位于该添加路径的铅直方向上方侧的开口部处。
19.因此，在使用这样的制造装置的情况下，一边使得熔融金属材料在管道中朝向一个方向(从管道的一头向另一头)流动，一边使得使用带式输送机输送的微量元素，从该带式输送机的顶端落下并投入添加路径的铅直方向上方侧的开口部，从而能够向该熔融金属材料中添加微量元素。
20.需要说明的是，在上述的制造装置中，熔融炉例如能够使用低频感应炉，另外，优选在无氧状态进行熔融。
21.管道，能够是筒状的通道，为了防止流过管道的熔融金属材料氧化，优选使得管道内部充满氮气等惰性气体(熔融金属材料在管道内部的下方流动，在该材料之上的空间充满惰性气体)。
22.添加路径，能够是与管道连通、且朝向铅直方向上方侧(也可以倾斜地)延伸的筒状的通路，并且具有在该添加路径的铅直方向上方侧的开口部。为了使得通过带式输送机
输送的微量元素落下并容易进入添加路径的内部，可以使得该开口部具有扩张的形状，或者，可以在开口部安装漏斗。
23.带式输送机，能够用于自动地输送微量元素，被输送的微量元素从带式输送机的顶端落下并被投入到添加路径的开口部。为了使用带式输送机定量地输送并投入微量元素，该带式输送机，优选具有能够测量微量元素落下前后的重量的计量功能。这样的具有计量功能的带式输送机，例如为了在单位时间内投入规定量的微量元素，能够通过测量在带上承载的微量元素的质量变化量，从而对微量元素的投入进行调节；具体地，在实际的投入量(质量变化量)超过规定的量的情况下，通过让带式输送机的输送停止一定时间，从而能够对微量元素的投入进行调节。
24.中间包炉，是熔融金属材料暂时积存的炉，熔融金属材料在炉中被搅拌，并且能够除去杂质等。微量元素，在本实施方式中，优选添加到在管道中流动的熔融金属材料中，但是也可以添加到中间包炉内的熔融金属材料中。
25.铸造设备，被导入来自中间包炉的一定量的熔融金属材料并使其冷却，从而能够制造锭的形式的金属合金。
26.另外，在通过本实施方式的制造方法制造的金属合金为锭的情况下，能够通过上述的制造装置得到，另外，在通过本实施方式的制造方法制造的金属合金为合金条、合金箔等的情况下，本实施方式的金属合金的制造方法，没有特别限定，能够包括公知的加工步骤。
27.这里，在本实施方式中，如上文所述，在向熔融金属材料中添加微量元素的步骤中，能够将微量元素的在1秒钟内的添加量m1调节成小于微量元素的每1秒钟的理论添加量m2的2倍，该理论添加量m2是使用浓度d(锭的微量元素的所需浓度)与朝向一个方向流动的熔融金属材料的每1秒的流量f计算出的。
28.需要说明的是，“微量元素在1秒钟内的添加量m1”是指，实际上在1秒钟内在熔融金属材料中添加的微量元素的质量。
29.另外“微量元素的每1秒钟的理论添加量m2”，是使用金属合金的微量元素的所需的浓度d与朝向一个方向流动的熔融金属材料的每1秒钟的流量f计算出的，换言之，为了使得金属合金中的微量元素的浓度为所需的浓度d而算出的每1秒中应当添加到熔融金属材料中的微量元素的质量。也就是说，在将微量元素直接添加(以单质的方式)到熔融金属材料中的情况下，锭的微量元素的浓度d，能够通过d＝m2/(f m2)求出，微量元素的每1秒钟的理论添加量m2，成为m2＝d
×
f/(1－d)。因此，微量元素在1秒钟内的添加量m1，成为m1＜2
×
m2＝2
×
d
×
f/(1－d)。
30.另外，在如下文所述使用稀释后的稀释粒子进行微量元素的添加的情况下，当将稀释粒子的微量元素的浓度记做浓度d时，金属合金的微量元素的浓度d，能够通过d＝m2/(f m2/d)求出，微量元素的每1秒钟的理论添加量m2，成为m2＝d
×
f/(1－d/d)。因此，微量元素在1秒钟内的添加量m1，成为m1＜2
×
m2＝2
×
d
×
f/(1－d/d)。
31.上述的熔融金属材料的流量f，能够使用任意方法进行计算。
32.并且，在本实施方式中，通过将微量元素在1秒钟内的添加量m1调节为小于微量元素的每1秒钟的理论添加量m2的2倍，能够降低得到的金属合金的微量元素的浓度的偏差，能够进一步提高物性的均匀性。
33.即，在1秒钟内的添加量m1大于每1秒钟的理论添加量m2的2倍的情况下，在熔融金属材料中会产生微量元素的浓度过大的部分。并且同时，当1秒钟内的添加量m1过多时，会将下一个1秒钟内的微量元素的添加量m1调节为0，或者，调节微量元素的添加量m1在接下来的数秒钟内持续地减少，像这样减少添加量m1，那么在熔融金属材料中，除了上文所述的微量元素的浓度过大的部分以外，还会产生微量元素的浓度过低的部分。因此，通过将微量元素在1秒钟内的添加量m1调节为小于每1秒钟的理论添加量m2的2倍，能够减小熔融金属材料中的这样的微量元素的不均匀性，因此能够减小金属合金中的微量元素的浓度的偏差。
34.这里，在本实施方式的锭的制造方法中，作为将微量元素在1秒钟内的添加量m1调节为小于每1秒钟的理论添加量m2的2倍的方法，可列举下文所述的方法。
35.即，作为将微量元素在1秒钟内的添加量m1调节为小于每1秒钟的理论添加量m2的2倍的方法，可列举如下方法：在金属合金的制造装置中，使得用于通过添加路径向在管道中流动的熔融金属材料投入的带式输送机的带宽度(与带的行进方向正交的方向上的长度)相对较小的方法。即，在带式输送机的带宽较大的情况下，以宽度方向上较宽地承载有微量元素的状态进行输送，由此，微量元素每次从带式输送机的顶端向添加路径的开口部落下较多，而有添加量增多的倾向(沿着宽度方向堆积的微量元素，每次从顶端落下较多的倾向)。反之，通过减小带宽，能够减少从带式输送机的顶端向添加路径的开口部落下的微量元素，能够容易地调节微量元素在1秒钟内的添加量m1。
36.另外，作为除了上述方法以外的方法，在微量元素为下文所述的粒子状的情况下，可以列举使得微量元素的粒子直径比较小的方法。通过减小微量元素的粒子直径，微量元素在从带式输送机的顶端向添加路径的开口部落下时，由于粒子直径较小因此一点点地逐渐落下(微量元素，不会每次从顶端落下大量)，因此能够容易地调节微量元素在1秒钟内的添加量m1。
37.进一步，作为除了上述方法以外的方法，可以列举，当使带式输送机所输送的微量元素落下并进行投入时，朝向添加路径的开口部吹入气体、更优选地吹入氮气等惰性气体的方法。具体地，当将微量元素通过添加路径投入在管道中流动的熔融金属材料中时，在添加路径内，熔融金属材料的热导致上升气流产生，因此微量元素在添加路径内的落下会产生不均匀性。然而，通过朝向添加路径的开口部吹入气体，能够使得微量元素更加稳定地落下。另外，特别地，在本实施方式中，在惰性气体充满管道内的状态下使得材料进行流动的情况下，该气体有在添加路径内进行逆流的可能性，因此通过朝向添加路径的开口部吹入气体，能够使得微量元素更稳定地落下。另外，在使用惰性气体的情况下，能够防止微量元素的氧化。
38.以上，示出了本实施方式中的，将微量元素在1秒钟内的添加量m1调节为小于每1秒的理论添加量m2的2倍的方法，但是本实施方式的锭的制造方法中的调节方法，不限于上述而能够采用任意的方法，另外，调节方法也能够采用上述的任一种方法或它们的组合。
39.此外，在本实施方式中，微量元素的添加，优选使用粒子状的微量元素进行添加。通过使用粒子状的微量元素，能够容易地将微量元素在1秒钟内的添加量m1调节为合适的量，另外，通过使用稀释粒子，可以使得投入量增多，从而能够更加容易调节微量元素在1秒钟内的添加量m1。另外，能够抑制微量元素的例如氧化等化学变化，还能够提高微量元素的
可处理性。
40.需要说明的是，粒子直径，优选为2.0～4.0mm。需要说明的是粒子直径，是指体积平均粒子直径，即体积粒子直径分布的50％的值(d
50
)。
41.当粒子直径小于2.0mm时，在可以快速地溶解于熔融金属材料这一点上是有利的，但是在输送中容易变成块体，有难以调节在1秒钟内的添加量m1的倾向。另外，当粒子直径小于1.0mm时，可能会被氧化，也可能受到气流的影响。另一方面，若粒子直径大于4.0mm，虽然容易进行处理，但是有难以调节在1秒钟内的添加量m1的倾向。
42.另外，作为稀释粒子，没有特别限定，优选微量元素的浓度d为50质量％以下，更优选为20质量％以下。通过选用这样的范围，能够增加投入量并能够调节在1秒钟内的添加量m1。
43.进一步，在金属合金含有除了微量元素以外的添加元素的情况下，在本实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样使用添加路径进行添加，或者使得被熔融炉熔融的材料本身含有该添加元素，或者，也可以在中间包炉内进行添加元素的添加。
44.以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明的金属合金的制造方法，不限于上述示例，能够加以适当的变更。
45.产业上的利用可能性
46.根据本发明，能够提供一种能够进一步提高物性的均匀性的金属合金的制造方法。