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JP2005536354A - Non-ferrous metal casting - Google Patents

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JP2005536354A
JP2005536354A JP2004530797A JP2004530797A JP2005536354A JP 2005536354 A JP2005536354 A JP 2005536354A JP 2004530797 A JP2004530797 A JP 2004530797A JP 2004530797 A JP2004530797 A JP 2004530797A JP 2005536354 A JP2005536354 A JP 2005536354A
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アルコア インコーポレイテッド
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Abstract

【課題】 中央領域に偏析のない非鉄金属合金の鋳造
【解決手段】非鉄合金溶湯(M)を鋳造装置に供給し、鋳造装置では非鉄合金の少なくとも一部分を毎分100℃の割合で冷却し、非鉄合金の外層(6,8)を固化させ、溶湯とデンドライト(14)の固体成分からなる内層(16)を包囲する。デンドライト(14)は、加工を受けて良好な抗クラック性の鋳造製品を形成する。
[PROBLEMS] To cast non-ferrous metal alloy having no segregation in a central region. A non-ferrous alloy molten metal (M) is supplied to a casting apparatus, and at least a part of the non-ferrous alloy is cooled at a rate of 100 ° C. The outer layer (6, 8) of the non-ferrous alloy is solidified to surround the inner layer (16) composed of the molten metal and the solid component of the dendrite (14). The dendrite (14) is processed to form a good anti-crack cast product.

Description

本発明は非鉄金属合金の鋳造に関するものである。特に、非鉄金属合金の鋳造であって、急速に固化したシェルと、壊れたデンドライトを含み、偏析のない(segregation-free)中央領域を形成するものである。   The present invention relates to casting of non-ferrous metal alloys. In particular, it is a casting of a non-ferrous metal alloy that includes a rapidly solidified shell and broken dendrites, forming a segregation-free central region.

アルミニウム合金などの金属の連続鋳造は、2ロール鋳造機、ブロック鋳造機、ベルト鋳造機が従来使用されている。アルミニウム合金の2ロール鋳造機は、生産性が比較的低いにも拘わらず良好な結果を納め、商業的に使われて、今日に到っている。従来の2ロール鋳造方式は、反対方向に回転する一対の冷却ロールの噛合い点へ、溶湯を供給することを含み、固化と変形加工の組み合せ技術であって、溶湯がロールに接触したときから固化は始まる。固化金属は、ロール噛み合い点内に溶湯の「凝固先端」(freeze-front)を形成し、固体金属は、ロール間の最小クリアランス点であるニップに向けて進む。固体金属は、固体シートとなって、ニップを通過する。固体シートは、ロール(熱間ロール加工)によって変形加工され、ロールを出る。   For continuous casting of a metal such as an aluminum alloy, a two-roll casting machine, a block casting machine, and a belt casting machine are conventionally used. Aluminum alloy two-roll casters have achieved good results despite their relatively low productivity and are used commercially to date. The conventional two-roll casting method includes supplying molten metal to a meshing point of a pair of cooling rolls rotating in opposite directions, and is a combination technique of solidification and deformation, from when the molten metal comes into contact with the roll. Solidification begins. The solidified metal forms a “freeze-front” of the melt within the roll engagement point, and the solid metal travels toward the nip, which is the minimum clearance point between the rolls. The solid metal becomes a solid sheet and passes through the nip. The solid sheet is deformed by a roll (hot roll processing) and exits the roll.

アルミニウム合金は、毎分約4乃至6フィートの速さで、1/4インチ厚さのシートへの鋳造、即ち鋳造幅1インチ当たり毎時約50乃至70ポンド(ポンド/時/インチ)のロール鋳造に成功を収めてきた。ロール鋳造の速度を上げる試みがなされてきたが、それらは、中心部の偏析によって失敗している。ロール鋳造方式において、寸法を下げたシート(例えば約1/4インチ厚さ以下)のものは、大きな寸法のシートよりも、より早く生産できるであろうことは認められているが、約70ポンド/時/インチを越える速さでのアルミニウムロール鋳造方式の可能性は明らかではなかった。   Aluminum alloys are cast into 1/4 inch thick sheets at a rate of about 4 to 6 feet per minute, that is, roll casting at about 50 to 70 pounds per hour (lb / hr / inch) of cast width. Has been successful. Attempts have been made to increase the speed of roll casting, but they have failed due to central segregation. In roll casting systems, it is recognized that reduced size sheets (eg, less than about 1/4 inch thick) could be produced faster than large size sheets, but about 70 pounds. The possibility of an aluminum roll casting system at a speed exceeding / hour / inch was not clear.

薄い寸法での2ロール鋳造方式の操作については、米国特許第5518064号に記載されており(引用をもって本願の一部とする)、図1及び図2に説明している。溶湯収容室Hは、矢印A1、A2で示される反対方向に夫々回転する水冷された2ロールR1、R2間へ溶湯Mを送る、注入口金Tへ接続されている。ロールR1、R2は、夫々平滑表面U1、U2を具えている;ロール平滑表面の任意の表面粗さが、製造の際に手作業のロール研磨技術によって行われる。ロールR1、R2の中心線は、垂直或いはほぼ垂直な面L(例えば垂直に対し、約15度以内)の面内にあって、鋳造ストリップSは、ほぼ水平位置を形成する。本発明方法の他の実施例では、ストリップは上方向に垂直に移行する。鋳造ストリップSの幅は、口金Tの幅によって決まる。平面Lは、ロールR1、R2間の最小クリアランス領域を通過し、この点をロールニップNと呼ぶ。固体の鋳造ストリップSと溶湯Mとの間に凝固領域があり、液相、固相、混合領域Xを含んでいる。領域Xと鋳造ストリップSとの間に完全凝固線として、凝固先端Fが形成される。 The operation of the two roll casting system with thin dimensions is described in US Pat. No. 5,518,064 (which is incorporated herein by reference) and illustrated in FIGS. The molten metal storage chamber H is connected to an inlet metal T that sends the molten metal M between two water-cooled rolls R 1 and R 2 that rotate in opposite directions indicated by arrows A 1 and A 2 , respectively. The rolls R 1 , R 2 have smooth surfaces U 1 , U 2 respectively; any surface roughness of the roll smooth surfaces is effected by manual roll polishing techniques during manufacture. The center line of the rolls R 1 and R 2 is in the plane of a vertical or substantially vertical plane L (for example, within about 15 degrees with respect to the vertical), and the cast strip S forms a substantially horizontal position. In another embodiment of the method of the invention, the strip moves vertically upward. The width of the casting strip S is determined by the width of the base T. The plane L passes through the minimum clearance region between the rolls R 1 and R 2 , and this point is called a roll nip N. There is a solidification region between the solid casting strip S and the molten metal M, which includes a liquid phase, a solid phase, and a mixing region X. A solidification tip F is formed between the region X and the casting strip S as a complete solidification line.

アルミニウム合金の従来のロール鋳造方式では、溶湯Mの熱がロールR1、R2に伝達され、そのため凝固先端Fの位置はニップNの上流に維持されていた。このようにして、溶湯Mは、ニップNの寸法よりも大きな厚さで凝固している。固体鋳造ストリップSは、ロールR1、R2によって加工されて、最終ストリップ厚さに加工される。従来のロール鋳造方式では、ロールR1、R2の間で、固化したストリップを熱間ローリングすることによって、ロール鋳造アルミニウム合金ストリップのストリップ特性に特異な性質が生じた。特に、ストリップ厚さの中央領域では、Fe、Si、Ni、Znなどの合金の共晶形成成分(共晶形成材)が豊富となり、包晶形成成分(Ti、Cr、V、Zr)が不足する。中央領域で、共晶形成材(即ち、Ti、Cr、V、Zr以外の合金成分)が豊富となるのは、ストリップSのその部分が凝固先端領域に該当しており、凝固が最後に生じ、「中央分離」(centerline segregation)として知られているからである。鋳造直後のストリップ中で、中央分離が拡がることは、従来のロール鋳造装置の速度を制限する要因である。鋳造直後のストリップもまた、ロールによる加工の痕跡を示している。ニップ上流での凝固の際に形成される結晶粒は、ロールによって平たくなる。従って、ロール鋳造されたアルミニウムには、ロール加工方向の角度に引き延ばされた結晶粒を含んでいる。 In the conventional roll casting method of aluminum alloy, the heat of the molten metal M is transmitted to the rolls R 1 and R 2, and therefore the position of the solidification tip F is maintained upstream of the nip N. In this way, the molten metal M is solidified with a thickness larger than the dimension of the nip N. The solid cast strip S is processed by rolls R 1 and R 2 and processed to the final strip thickness. In the conventional roll casting method, a unique property is generated in the strip characteristics of the roll cast aluminum alloy strip by hot rolling the solidified strip between the rolls R 1 and R 2 . In particular, the eutectic forming component (eutectic forming material) of alloys such as Fe, Si, Ni, and Zn is abundant in the central region of the strip thickness, and the peritectic forming components (Ti, Cr, V, Zr) are insufficient. To do. The central region is rich in eutectic forming material (ie, alloy components other than Ti, Cr, V, Zr) because that portion of the strip S corresponds to the solidification tip region, and solidification occurs last. This is because it is known as “centerline segregation”. The expansion of center separation in the strip immediately after casting is a factor limiting the speed of conventional roll casting equipment. The strip immediately after casting also shows the trace of processing by the roll. Crystal grains formed during solidification upstream of the nip are flattened by the roll. Therefore, the roll-cast aluminum contains crystal grains that are stretched at an angle in the roll processing direction.

ニップNのロールギャップを下げて、より薄い寸法のストリップSを形成できる。しかしながら、ロールギャップが小さくなればなるほど、ロールR1、R2間の固体金属によって引き起こされるロール分離力は増大する。ロール分離力の大きさは、ロールニップNに対する凝固先端Fの位置によって影響を受ける。ロールギャップが減少すると、金属シートの厚さ減少割合が増え、ロール分離力は増大する。所望のロールギャップを作るためのロールR1、R2の相対位置は、ある時点でロール分離力に対抗出来なくなり、凝固先端Fの位置で、最小厚さ寸法に達した。 The roll gap of the nip N can be lowered to form a strip S having a thinner dimension. However, the smaller the roll gap, the greater the roll separation force caused by the solid metal between rolls R 1 and R 2 . The magnitude of the roll separating force is affected by the position of the solidification tip F with respect to the roll nip N. As the roll gap decreases, the thickness reduction rate of the metal sheet increases and the roll separation force increases. The relative positions of the rolls R 1 and R 2 for forming the desired roll gap could not counter the roll separation force at a certain point, and reached the minimum thickness dimension at the position of the solidification tip F.

ロール分離力は、ロール速度を上げて凝固先端FをニップNに向かって下流へ移動させることにより減少できる。凝固先端が(ニップNに向かって)下流へ移動したとき、ロールギャップを下げることができる。凝固先端Fのこの移動は、凝固開始点でのストリップ厚さと、ニップNにおけるロールギャップの比率を小さくする。従って、比例的に凝固金属はより少なくなり、圧延及び熱間ロール加工が減るから、ロール分離力は低下する。このようにして、凝固先端Fの位置がニップNに向かって移動するにつれて、比例的により多量の金属が凝固し、より薄い寸法に熱間ロールされる。従来の方法によれば薄い寸法のストリップのロール鋳造は次のように行われている。まず最初に比較的厚い寸法のストリップをロール鋳造し、ロール分離力が最大になるまで寸法を下げ(ロール速度を増加させることによって)、凝固先端を前進移動させて、ロール分離力を低下させる。そして、寸法をさらに減少させ、ロール分離力が再び最大となるまで行なう。凝固先端を前進移動させ、所望の薄い寸法に達するまで寸法を減少させ、これを繰り返す。例えば10mmのストリップSをロール加工して、ロール分離力が過大となるまで厚さを低下させ(例えば6mm)、必然的にロール速度は増加する。   The roll separation force can be reduced by increasing the roll speed and moving the solidification tip F downstream toward the nip N. When the solidification tip moves downstream (toward the nip N), the roll gap can be lowered. This movement of the solidification tip F reduces the ratio of the strip thickness at the solidification start point to the roll gap at the nip N. Therefore, proportionally less solidified metal and less roll and hot roll processing, the roll separation force is reduced. In this way, as the position of the solidification tip F moves toward the nip N, proportionally more metal is solidified and hot rolled to a thinner dimension. According to the conventional method, roll casting of a thin strip is performed as follows. First, a relatively thick strip is roll cast and the size is reduced (by increasing the roll speed) until the roll separation force is maximized and the solidification tip is moved forward to reduce the roll separation force. The dimensions are further reduced until the roll separation force is maximized again. The solidification tip is moved forward, the dimension is reduced until the desired thin dimension is reached, and this is repeated. For example, a 10 mm strip S is rolled and the thickness is reduced (eg, 6 mm) until the roll separation force becomes excessive, inevitably increasing the roll speed.

ロール速度を増加させるこの方式は、凝固先端Fが下流側の所定位置に到達するまで、実行可能であるに過ぎない。従来の方式では、凝固先端Fは、前進移動してロールニップNに入り込まないように設定し、固体ストリップが、ニップNで必ずロールされるようにしている。熱間加工中の鋳造金属ストリップSが壊れることを防止し、そして送出ストリップSに十分な引張強度を与えて、下流の巻取機、ピンチロール等の引張り力に耐えるために、ニップNでは固体ストリップをロール加工することが必要と従来は考えていた。従って、アルミニウム合金の固体ストリップを、ニップNで熱間加工する従来の2ロール鋳造方式では、ロール分離力は、幅1インチあたり数トンのオーダーである。厚さ寸法をある程度小さくすることは可能であるけれども、その様に高いロール分離力で操作し、ニップNでストリップの変形を確実に起こさせることは、ストリップ寸法をさらに減少させることを非常に困難にしている。ロール鋳造機の運転速度は、凝固先端FをニップNの上流側に維持し、中央分離を防止する必要から、制約されている。それ故、アルミニウム合金のロール鋳造速度は、比較的低速であった。   This method of increasing the roll speed is only feasible until the solidification tip F reaches a predetermined position on the downstream side. In the conventional system, the solidification tip F is set so as not to move forward and enter the roll nip N so that the solid strip is always rolled in the nip N. The nip N is solid to prevent breakage of the cast metal strip S during hot working and to give the delivery strip S sufficient tensile strength to withstand the tensile forces of downstream winders, pinch rolls, etc. Previously, it was necessary to roll the strip. Therefore, in the conventional two-roll casting method in which a solid strip of aluminum alloy is hot-worked at the nip N, the roll separation force is on the order of several tons per inch of width. Although it is possible to reduce the thickness dimension to some extent, it is very difficult to further reduce the strip dimension by operating with such a high roll separation force and ensuring the deformation of the strip at the nip N. I have to. The operating speed of the roll caster is limited by the need to maintain the solidification tip F upstream of the nip N and prevent center separation. Therefore, the roll casting speed of the aluminum alloy was relatively low.

ロール分離力をある程度低下させて、合金成分含有量が高いアルミニウム合金中に、許容しうる微小構造を得ることが、米国特許第6193818号に開示されており、これの引用をもって本願の一部とする。0.5乃至13重量%Siを含む合金が、ロール鋳造され、0.05乃至0.2インチ厚さであって、ロール分離力は、毎分約5乃至9フィートの速度で約5000乃至40,000ポンド/インチであるとき、約0.05乃至0.2インチ厚さのストリップが、ロール鋳造される。この方式はロール分離力を低下した、進歩したものであるが、これらの力はなお大幅な工程の改良を課している。そのうえ、生産性は妥協したままであり、米国特許第6193818号によって得られたストリップは、明らかにある程度の中央分離と、結晶粒の引き延ばしが図3に示されるように認められる。   It has been disclosed in US Pat. No. 6,193,818 that a roll separation force is reduced to some extent to obtain an acceptable microstructure in an aluminum alloy having a high alloy component content. To do. An alloy containing 0.5 to 13 wt% Si is roll cast and is 0.05 to 0.2 inches thick with a roll separation force of about 5000 to 40 at a speed of about 5 to 9 feet per minute. When 0.05 lb / in, strips about 0.05 to 0.2 inches thick are roll cast. Although this approach is an advancement with reduced roll separation forces, these forces still impose significant process improvements. Moreover, productivity remains compromised, and the strip obtained by US Pat. No. 6,193,818 clearly has some degree of center separation and grain stretching as shown in FIG.

高速ロール鋳造に対する、主な問題点は、溶湯から平滑表面U1,U2への均一な熱伝達、即ち溶湯の冷却を達成することの困難さである。実際には、表面U1,U2には、ロールの熱伝達特性を変える様々な欠陥がある。高いロール速度の場合、熱伝達のその様な非均一性が、問題となってくる。例えば、適切な表面U1,U2の領域では、ニップNの上流の所望位置で溶湯Mは冷却されるが、熱伝達特性が不十分な領域では溶湯は所望位置を越えて進むことが許され、非均一な鋳造ストリップができあがる。 The main problem with high speed roll casting is the difficulty in achieving uniform heat transfer from the melt to the smooth surfaces U 1 , U 2 , ie, cooling of the melt. In practice, the surfaces U 1 and U 2 have various defects that change the heat transfer characteristics of the roll. At high roll speeds, such non-uniformity of heat transfer becomes a problem. For example, in the area of the appropriate surfaces U 1 and U 2 , the molten metal M is cooled at a desired position upstream of the nip N, but in an area where the heat transfer characteristics are insufficient, the molten metal is allowed to advance beyond the desired position. Resulting in a non-uniform cast strip.

薄寸法の鋼ストリップのロール鋳造が垂直ロール鋳造機において、高速度(毎分約400フィートまで)、低いロール分離力で成功してきた。垂直鋳造機のロールは、横に並べて配置されており、従って、ストリップは下向きの方向に形成される。この垂直な向きにおいて、溶湯はロール間の噛合い点に供給され、溶湯のプールを形成する。溶湯のプール上面は、たいていの場合不活性ガスによって周囲雰囲気から保護されている。   Roll casting of thin steel strips has been successful in vertical roll casters at high speeds (up to about 400 feet per minute) and low roll separation forces. The rolls of the vertical caster are arranged side by side, so that the strip is formed in a downward direction. In this vertical orientation, the melt is supplied to the point of engagement between the rolls to form a pool of melt. The upper surface of the molten metal pool is often protected from the ambient atmosphere by an inert gas.

溶湯プールから垂直2ロール鋳造する方式は、鋼に付いては成功しているが、酸化に対し敏感な合金(例えば、アルミニウム)の垂直鋳造には、更なる制御が必要となる。垂直ロール鋳造に於けるアルミニウム酸化のこの問題について、実験室規模での解決が次の文献に示唆されている。ハガ氏らの「アルミニウム合金の高速ロール鋳造」ICAA−6前刷り「アルミニウム合金」第1巻、327乃至332頁(1998年)。その方法によれば、溶融アルミニウム合金の流れが、ガス加圧されたノズルから垂直ロール鋳造機の2ロールの一方または両方へ直接に噴出される。アルミニウム合金ストリップの高速鋳造が報告されているが、この方法の主な欠点は、鋳造ストリップが確実に均一厚さとなるためには、溶融アルミニウム合金の供給率を、注意深く制御せねばならないことである。一本の流れがロール上へ噴出されると、その流れはストリップとなって凝固する。流れが各ロール上へ噴出されると、各流れは、鋳造ストリップの厚さの半分となる。何れの場合でも、ガス圧力または溶融アルミニウム合金の供給率が僅かでも変動すると、それは鋳造ストリップの非均一性となって現れる。アルミニウム合金ロール鋳造のこの方式において、パラメーターの制御は商業的規模では、実際的ではない。   Although the vertical two-roll casting system from the molten pool has been successful for steel, vertical control of an oxidation sensitive alloy (eg, aluminum) requires further control. The following literature suggests a laboratory-scale solution to this problem of aluminum oxidation in vertical roll casting. Haga et al., “High Speed Roll Casting of Aluminum Alloy” ICAA-6 Preprint “Aluminum Alloy” Vol. 1, 327-332 (1998). According to that method, a stream of molten aluminum alloy is jetted directly from a gas pressurized nozzle into one or both of two rolls of a vertical roll caster. Although high speed casting of aluminum alloy strips has been reported, the main drawback of this method is that the feed rate of the molten aluminum alloy must be carefully controlled to ensure that the cast strip is of uniform thickness. . When a stream is ejected onto the roll, the stream becomes a strip and solidifies. As a stream is jetted onto each roll, each stream is half the thickness of the cast strip. In any case, any slight variations in gas pressure or molten aluminum alloy feed rate will appear as cast strip non-uniformity. In this scheme of aluminum alloy roll casting, parameter control is not practical on a commercial scale.

アルミニウム合金の連続鋳造は、ベルト鋳造機で毎分約20乃至25フィートの送りで、約3/4インチ(19mm)厚さで、1インチ幅当たり、毎時約1400ポンドの生産性を達成した。米国特許第4002197号に記載の従来のベルト鋳造機は、引用を以て本願の内容とするが、一対の回転している可撓性金属ベルトの間の鋳造領域へ溶湯が供給される。2つの可撓性鋳造ベルトの各々は、鋳造領域の一端に配置された上流側ローラーと、鋳造領域の他端に配置された下流側ローラーとを以て構成される通路中で回転する。この様にして、鋳造ベルトは、上流ローラーの周りで互いに直接対向して集束し、上流ローラー間のニップ中で、鋳造領域への入口を形成する。溶湯はニップへ直接に供給される。溶湯は、移動ベルトの間に挟まれて運ばれている間に、凝固する。凝固金属から解放された熱は、鋳造されている金属に接した2つのベルト部分を通じて取り出される。この熱は、ベルトの反対側の表面をベルトに逆らって流れ急速に移動している、ほぼ連続した水フィルムによって、ベルトの反対側表面を冷却することにより、除去される。   Continuous casting of the aluminum alloy achieved a productivity of about 1400 pounds per inch width per inch, about 3/4 inch (19 mm) thick, with a belt caster feeding about 20-25 feet per minute. The conventional belt casting machine described in U.S. Pat. No. 4,0021,977, which is incorporated herein by reference, supplies molten metal to the casting area between a pair of rotating flexible metal belts. Each of the two flexible casting belts rotates in a passage composed of an upstream roller disposed at one end of the casting region and a downstream roller disposed at the other end of the casting region. In this way, the casting belt converges directly around each other around the upstream roller and forms an entrance to the casting area in the nip between the upstream rollers. The molten metal is fed directly to the nip. The molten metal solidifies while being carried between the moving belts. The heat released from the solidified metal is extracted through the two belt sections in contact with the metal being cast. This heat is removed by cooling the opposite surface of the belt with a substantially continuous water film that flows and moves rapidly against the opposite surface of the belt.

ベルト鋳造の運転パラメーターは、ロール鋳造のそれよりも、著しく相異している。とりわけ意図的なストリップの熱間ロール加工はない。金属凝固は、ニップから下流へ約12乃至15インチ(30乃至38cm)離れた位置で完了し、厚さ3/4インチとなる。ベルトは、一方の表面が溶湯に接触したとき、高温に晒され、内側表面が水によって冷却される。これはベルトに歪みを起こす。ベルト張力は、ストリップが均一な表面状態を得る為に、温度変動による膨張又は収縮を考慮して調節されねばならない。ベルト鋳造機によるアルミニウム合金の鋳造は、今日までは、表面状態についての要求が最小の製品又は、その後に塗装される製品に対するのが主であった。   The operating parameters of belt casting are significantly different than those of roll casting. In particular, there is no intentional hot rolling of the strip. Metal solidification is completed approximately 12-15 inches (30-38 cm) away from the nip, resulting in a thickness of 3/4 inch. The belt is exposed to high temperatures when one surface contacts the melt and the inner surface is cooled by water. This causes distortion in the belt. The belt tension must be adjusted to take into account expansion or contraction due to temperature fluctuations in order to obtain a uniform surface condition for the strip. Until now, casting of aluminum alloys with belt casters has been mainly for products with minimal surface condition requirements or products that are subsequently painted.

ベルトの熱不安定性の問題は、ブロック鋳造方式において回避される。ブロック鋳造装置では、複数の冷却ブロックを、一対の向かい合った通路上で互いに接して配置されている。冷却ブロックは反対方向に回転し、その間へ溶湯が供給される鋳造領域を形成する。冷却ブロックは、そこへ溶湯の熱が伝達される時、ヒートシンクとして働く。金属の凝固は、鋳造領域の入口から下流へ約12乃至15インチの位置で完成し、厚さ3/4インチとなる。冷却ブロックに伝達された熱は、帰りループの間で除去される。ベルトと異なり、冷却ブロックは伝達熱によって歪みを起こすことはない。しかしながら、ブロック鋳造では、不均一と、鋳造ストリップ中の欠陥の原因となるブロック間の隙間を防止するために、厳密な寸法制御が必要である。   The problem of thermal instability of the belt is avoided in the block casting system. In the block casting apparatus, a plurality of cooling blocks are arranged in contact with each other on a pair of opposed passages. The cooling block rotates in the opposite direction to form a casting area during which molten metal is fed. The cooling block acts as a heat sink when the heat of the molten metal is transferred to it. The solidification of the metal is completed approximately 12 to 15 inches downstream from the entrance of the casting area, resulting in a thickness of 3/4 inch. The heat transferred to the cooling block is removed during the return loop. Unlike the belt, the cooling block is not distorted by the heat transferred. However, block casting requires strict dimensional control to prevent non-uniformity and gaps between blocks that cause defects in the casting strip.

溶湯の熱を鋳造面に伝達するという着想は、米国特許第5515908号と第5564491号に記載の如く、ある程度改造されたベルト鋳造機に採用されている。これら特許は引用をもって本願の一部とする。ヒートシンク型ベルト鋳造機では、溶湯はベルト(鋳造表面)のニップの上流に供給され、ニップに達するまでに凝固が始まり、下流のニップに達するまでの間、熱伝達が継続する。この方式では、溶湯は上流側ローラーの曲面に沿ってベルトに供給されるから、金属は上流ローラー間のニップに到達するまでにほとんど凝固している。溶湯と鋳造ストリップの熱は、鋳造領域のベルトに伝達される(下流ニップも含む)。そして熱は、ベルトが溶湯又は鋳造ストリップのいずれとも接触していない時期にベルトから除去される。このようにして、鋳造領域(溶湯と鋳造ストリップに接触している)のベルト部分は、従来のベルト鋳造機に生じるような大きな温度変動にさらされることはない。ストリップの厚さは、その間で鋳造が行なわれているベルトの熱容量によって制約される。2400ポンド/時/インチの生産率で0.08から0.1インチ(2乃至2.5mm)のストリップの製造が達成された。   The idea of transferring the heat of the melt to the casting surface has been adopted in belt casting machines that have been modified to some extent, as described in US Pat. Nos. 5,515,908 and 5,564,491. These patents are incorporated herein by reference. In the heat sink type belt casting machine, the molten metal is supplied upstream of the nip of the belt (casting surface), solidification starts before reaching the nip, and heat transfer continues until reaching the downstream nip. In this method, since the molten metal is supplied to the belt along the curved surface of the upstream roller, the metal is almost solidified before reaching the nip between the upstream rollers. The heat of the melt and cast strip is transferred to the belt in the casting area (including the downstream nip). Heat is then removed from the belt when it is not in contact with either the melt or the cast strip. In this way, the belt portion of the casting area (which is in contact with the melt and the casting strip) is not subject to the large temperature fluctuations that occur in conventional belt casting machines. The thickness of the strip is constrained by the heat capacity of the belt between which casting is taking place. Production of strips from 0.08 to 0.1 inches (2 to 2.5 mm) was achieved at a production rate of 2400 pounds / hour / inch.

従来のベルト鋳造に使われるベルトに関連した問題は残っている。特に鋳造ストリップの均一性は、ベルトの安定性(即ち張力)に影響される。どのようなベルト鋳造機であれ、通常の、あるいはヒートシンク型の物は、高温の溶湯がベルトに接触して凝固した金属からベルトに熱伝達があると、ベルトに不安定性が生じる。更に、ベルトは定期的に交換される必要性があり、これは生産性を低下させる。   Problems associated with belts used in conventional belt casting remain. In particular, cast strip uniformity is affected by belt stability (ie, tension). In any belt casting machine, a normal or heat sink type object causes instability of the belt when there is heat transfer from the metal solidified by contact of the high-temperature molten metal to the belt. Furthermore, the belts need to be changed regularly, which reduces productivity.

非鉄合金のストリップ材は、自動車産業と航空宇宙産業でシート製品として使用するために、そして缶本体の製造のために要望されている。従来缶本体ストックの製造はバッチ方式で行なわれ、個別の工程を数多く配列している。更なる加工のためにインゴットが必要とされる場合、まずスケールを削り、合金を均質化するために熱処理し、冷却し、まだ熱い間に多数回のロール圧延し、熱間仕上げロール加工、最終的に巻取り、空気冷却、貯蔵が行なわれる。コイルはバッチ方式で焼きなましされる。巻き取られたシートストックは、巻戻し機、巻取り機、単一又はタンデム式ロール圧延機によって最終寸法に仕上げられる。アルミニウム産業で典型的に使われているバッチ工程は、多種類の異なった材料の取扱い操作が必要であり、個々の加工工程の間でインゴットやコイルを移動させる。   Non-ferrous alloy strip materials are desired for use as sheet products in the automotive and aerospace industries and for the manufacture of can bodies. Conventional can body stock is manufactured in a batch system, and many individual processes are arranged. If ingots are needed for further processing, first scale, heat treat to homogenize alloy, cool, roll multiple times while still hot, hot finish roll processing, final Winding, air cooling and storage are performed. The coil is annealed in a batch mode. The wound sheet stock is finished to final dimensions by an unwinder, winder, single or tandem roll mill. Batch processes typically used in the aluminum industry require handling of many different materials and move ingots and coils between individual processing steps.

缶本体ストックを連続生産するために、直接冷却鋳造することが米国特許第4260419号に記載されており、第4282044号には連続ストリップ鋳造する小規模機械が記載されている。両方式はインゴットとコイルを移動させるための、多くの材料取扱い操作が必要である。そのような操作は労力がかさみエネルギーを消費し、しばしば製品を損傷させる。   Direct cooling casting for continuous production of can body stock is described in U.S. Pat. No. 4,260,419, which describes a small scale machine for continuous strip casting. Both systems require many material handling operations to move the ingot and coil. Such an operation is labor intensive and consumes energy and often damages the product.

米国特許第5772802号と第5772799号を引用することによって本願の内容とするが、これらはベルト鋳造方法を開示しており、そこには缶又は蓋のストックとそれの製造方法であって、合金含有量の低いアルミニウム合金がストリップ鋳造されて、ホットストリップの鋳造フィードストックに形成され、熱いフィードストックは、実質的な析出が生じることを防止するために、直ちに焼入れされ、焼きなましされ、合金成分が実質的に析出することを防止するため直ちに焼入れされ、そして冷間ロール圧延される。この方法は今日では達成される生産率は比較的低いにもかかわらず成功していた。   US Pat. Nos. 5,772,802 and 5,772,799, which are incorporated herein by reference, disclose a belt casting method that includes a can or lid stock and a method of manufacturing the same, including an alloy. A low content aluminum alloy is strip cast to form a hot strip cast feedstock, which is immediately quenched and annealed to prevent substantial precipitation and the alloy components are It is quenched immediately and cold rolled to prevent substantial precipitation. This method has been successful today despite the relatively low production rates achieved.

更に、アルミニウム以外の合金、例えばマグネシウム合金は、商業規模では連続鋳造はされていない。マグネシウム金属は六角形の結晶構造を有しており、特に低温では、加えられた場合の歪み量を厳しく制約する。鍛造マグネシウム合金製品は従って、通常は300乃至500℃の範囲の熱間加工で実施される。たとえこのような条件下でも複数回のロールパスと中間焼きなましは必要である。従来のインゴット方では合計25回までのロールパスと中間焼きなましが行なわれ、最終製品が0.5mm厚さの製造に使われる。その結果、マグネシウム鍛造製品は高価となりがちである。   Furthermore, alloys other than aluminum, such as magnesium alloys, are not continuously cast on a commercial scale. Magnesium metal has a hexagonal crystal structure and severely restricts the amount of strain when added, especially at low temperatures. Forged magnesium alloy products are therefore usually carried out by hot working in the range of 300 to 500 ° C. Even under such conditions, multiple roll passes and intermediate annealing are necessary. In the conventional ingot method, a total of 25 roll passes and intermediate annealing are performed, and the final product is used for manufacturing a thickness of 0.5 mm. As a result, forged magnesium products tend to be expensive.

それ故、非鉄合金の経済的な鋳造方法であって、均一な鋳造表面を達成するものへの必要性が続いている。   Therefore, a need continues to exist for an economical casting method for non-ferrous alloys that achieves a uniform casting surface.

この要求は、非鉄金属を鋳造する本発明の方法によって解決された。それは一対の間隔をあけて離れた鋳造表面へ非鉄金属溶湯を供給し、非鉄金属の少なくとも一部分を、少なくとも毎分約100℃の速さで急速冷却し、それによって非鉄合金の外層を固化させて、溶融成分の内層とデンドライト(dendrites)の固化成分を包囲する。適当な合金とは、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金を含む。合金が鋳造されるとき、固化外層は厚さを増す。内層が固化するにつれて、内層のデンドライトは、デンドライトを壊したり、分離などによって一層小さな構造へ変化させられる。鋳造装置を出ていく製品は、合金の固化した外層によって包囲された変化したデンドライト(中央分離をほぼ回避し、又は最小である)を含む固化した内層を包んでいる。鋳造装置の種類によって製品は、シート、板、スラブ、箔、針金、ロッド、バー、その他の押出し構造の形状である。適当な最終製品には、自動車用シート製品、宇宙用シート製品、飲料用缶本体ストック、飲料缶端板とタブのストックがある。   This need has been solved by the method of the present invention for casting non-ferrous metals. It supplies a non-ferrous metal melt to a pair of spaced apart casting surfaces and rapidly cools at least a portion of the non-ferrous metal at a rate of at least about 100 ° C. per minute, thereby solidifying the outer layer of the non-ferrous alloy. Enclose the inner layer of the molten component and the solidified component of the dendrites. Suitable alloys include aluminum alloys, magnesium alloys and titanium alloys. As the alloy is cast, the solidified outer layer increases in thickness. As the inner layer solidifies, the dendrite in the inner layer is changed to a smaller structure, such as by breaking the dendrite or by separation. The product exiting the casting apparatus encloses a solidified inner layer containing altered dendrites (substantially avoiding or minimal central separation) surrounded by a solidified outer layer of alloy. Depending on the type of casting equipment, the product is in the form of sheets, plates, slabs, foils, wires, rods, bars and other extruded structures. Suitable end products include automotive seat products, space seat products, beverage can body stock, beverage can end plates and tab stock.

鋳造表面とは、ロール鋳造機のロール表面、又はベルト鋳造機のベルト表面、又は互いに接近する、その他の従来の互いに離れた鋳造表面がある。半固化層を固化させる工程は、鋳造表面間の最小間隔の位置で完成する。ある実施例では、鋳造表面は、回転しているロール表面であって、その間にニップを形成し、ニップで固化工程を起こして完成する。ロール間を進む金属に対して、ロールによって加えられる力は製品の幅1インチ当たり最大で約300ポンドである。別の実施例では、鋳造表面は、回転ローラの上を移行するベルト表面であって、ロールはその間にニップを形成し、固化工程の完成はニップで起こる。内層を含む固化製品が、鋳造表面の最小間隔の位置で、毎分約25〜400フィートの速度で、或いは、毎分少なくとも約100フィートの速度で送り出される。   The casting surface can be a roll surface of a roll caster, a belt surface of a belt caster, or other conventional remote casting surfaces that are close to each other. The process of solidifying the semi-solidified layer is completed at the position of the minimum distance between the casting surfaces. In one embodiment, the casting surface is a rotating roll surface that forms a nip therebetween and completes with a solidification process at the nip. For metal traveling between rolls, the force exerted by the roll is a maximum of about 300 pounds per inch of product width. In another embodiment, the casting surface is a belt surface that moves over a rotating roller, the rolls forming a nip therebetween, and the completion of the solidification process occurs at the nip. The solidified product including the inner layer is delivered at a minimum spacing of the casting surface at a speed of about 25-400 feet per minute, or at a speed of at least about 100 feet per minute.

本発明は、本発明の方法によって製造された製品を含んでいる。製品は、厚さ約0.06〜約0.25インチの金属ストリップの形状である。内層の厚さは、ストリップ厚さの約20〜約30%を占める。本発明工程の結果の一つは、金属の固化内層の成分は、金属の外層の成分とは相違していることである。さらに、内層金属の壊れたデンドライトは、球(未加工)の形状である。   The present invention includes products made by the method of the present invention. The product is in the form of a metal strip about 0.06 to about 0.25 inches thick. The thickness of the inner layer accounts for about 20 to about 30% of the strip thickness. One result of the process of the present invention is that the components of the solidified inner layer of the metal are different from the components of the outer layer of the metal. Furthermore, the dendrite with broken inner layer metal is in the shape of a sphere (raw).

全体を通じて、同様な引用記号は、同様な部分を示す添付の図面各図を参考にすることにより、以下の説明から、本発明の完全な理解が得られるであろう。   Throughout the following description, a complete understanding of the present invention can be obtained by reference to the accompanying drawings in which like reference characters refer to like parts throughout.

以下は説明のためであって、特に積極的に断らない限り、様々な別な変更と工程を想定していると理解されるべきである。添付図面に示した所定装置と工程、そして明細書の記載は、単に発明の一例としての実施例であると理解されるべきである。従って、ここに記載した特定の寸法とその他の物理的特性は、発明を限定するものと理解するべきではない。何らかの数値範囲を述べている場合、その範囲はそこに述べられた最小と最大の間の全ての数値と端数部分を含むと理解されるべきである。   The following is for purposes of illustration and should be understood to assume various other changes and processes unless specifically stated otherwise. It should be understood that the predetermined apparatus and steps shown in the accompanying drawings, and the description of the specification are merely exemplary embodiments of the invention. Accordingly, the specific dimensions and other physical characteristics described herein are not to be understood as limiting the invention. If any numerical range is stated, it should be understood that the range includes all numerical values and fractional parts between the minimum and maximum stated therein.

本発明は、非鉄合金の鋳造方法を含んでおり、それは非鉄合金を鋳造装置へ供給することを含んでいる。非鉄合金は、アルミニウム、マグネシウム、チタン、銅、ニッケル、亜鉛、又は錫などの合金成分を意味している。特に本発明において用いられる適当な非鉄合金は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金である。   The present invention includes a method for casting a non-ferrous alloy, which includes feeding the non-ferrous alloy to a casting apparatus. A non-ferrous alloy means an alloy component such as aluminum, magnesium, titanium, copper, nickel, zinc, or tin. Particularly suitable non-ferrous alloys for use in the present invention are aluminum alloys, magnesium alloys and titanium alloys.

「アルミニウム合金」、「マグネシウム合金」、「チタン合金」の語は、表示した成分を少なくとも50重量%含有し、少なくとも1つの調節材成分を含有する合金を意味する。アルミニウム、マグネシウム、チタンの合金は、航空宇宙産業、自動車産業の構造材として魅力的な候補である。何故なら、それらは軽量であり、重量当たりの強度が高比率であり、室温と高温の両方で比剛性(specific stiffness)が高いからである。適当なアルミニウム合金は、アルミニウム協会の3xxxと5xxxシリーズの合金が含まれる。マグネシウム基合金の系列例を挙げると、Mg−Al系列、Mg−Al−Zn系列、Mg−Al−Si系列、Mg−Al−希土類(RE)系列、Mg−Th−Zr系列、Mg−Th−Zn−Zr系列、Mg−Zn−Zr系列、Mg−Zn−Zr−RE系列がある。   The terms “aluminum alloy”, “magnesium alloy”, “titanium alloy” mean an alloy containing at least 50% by weight of the indicated ingredients and at least one modifier component. Aluminum, magnesium and titanium alloys are attractive candidates for structural materials in the aerospace and automotive industries. This is because they are lightweight, have a high ratio per weight, and a high specific stiffness at both room temperature and high temperature. Suitable aluminum alloys include the aluminum association 3xxx and 5xxx series alloys. Examples of magnesium-based alloys include Mg-Al series, Mg-Al-Zn series, Mg-Al-Si series, Mg-Al-rare earth (RE) series, Mg-Th-Zr series, Mg-Th- There are Zn—Zr series, Mg—Zn—Zr series, and Mg—Zn—Zr—RE series.

発明の最も基本的な形式が、第3図にフローチャートで説明されている。工程(100)では、非鉄溶湯が鋳造装置へ供給される。鋳造装置は、以下に記載するような、一対の離れて前進する鋳造表面を含んでいる。工程(102)では、鋳造装置は、少なくとも非鉄合金の一部分を速やかに冷却し、内層は半固体の状態を保ちながら、非鉄合金の外層は固化する。内層は溶融金属成分と金属のデンドライトの固化成分を含んでいる。合金が鋳造されるにつれて、固化外層は厚さを増していく。内層のデンドライトは、工程(104)でデンドライトを壊して、より小さな構造にするなどの変化させられる。工程(106)で内層は固化する。鋳造装置中に存在する製品は、合金の外層内に壊されたデンドライトをサンドイッチにして含む固化内層を含んでいる。製品は様々な形態であって、例えば限定はされないが、シート、板、スラブ、箔がある。押出型鋳造した製品は、ワイヤー、ロッド、バー、又はその他の押出製品の形態とする。別の例では、製品は工程(108)でさらに加工され、処理される。工程(100)−(108)の順序は、本発明の方法において固定されたものではなく、順番に起こることもあれば、いくつかの工程は同時に起こることもある。   The most basic form of the invention is illustrated in the flow chart of FIG. In step (100), molten non-ferrous metal is supplied to the casting apparatus. The casting apparatus includes a pair of remotely advancing casting surfaces as described below. In step (102), the casting apparatus quickly cools at least a portion of the non-ferrous alloy, and the outer layer of the non-ferrous alloy is solidified while the inner layer remains in a semi-solid state. The inner layer includes a molten metal component and a metal dendrite solidification component. As the alloy is cast, the solidified outer layer increases in thickness. The dendrite of the inner layer is changed by breaking the dendrite in step (104) to form a smaller structure. In step (106), the inner layer is solidified. The product present in the casting apparatus includes a solidified inner layer that includes sandwiched dendrites in the outer layer of the alloy. The product may be in various forms, including but not limited to sheets, plates, slabs, and foils. Extruded cast products are in the form of wires, rods, bars, or other extruded products. In another example, the product is further processed and processed in step (108). The order of steps (100)-(108) is not fixed in the method of the present invention and may occur in sequence or several steps may occur simultaneously.

本発明は、溶湯の固化と固化金属中のデンドライトの形成とデンドライトの変化割合をバランスさせ、最終製品に所望の特性を得る。冷却速度は、外層金属の速やかな固化が完成するように選ばれる。アルミニウム合金と他の非鉄合金については、金属外層の冷却は毎分少なくとも約100℃の割合で起こる。例えば、2ロール式鋳造機、ベルト式鋳造機、スラブ式鋳造機、ブロック式鋳造機の如き、適当な鋳造装置は冷却鋳造表面を具えている。垂直式ロール鋳造機も本発明に使用される。連続鋳造機では、鋳造表面は通常は離れており、ロール間の間隔が最小となる領域がある。ロール鋳造機では、鋳造表面間の最小間隔の領域はニップである。ベルト鋳造機では、ベルトの鋳造表面間の最小間隔の領域は、鋳造機の進入側プーリ間のニップである。以下にさらに詳細に説明するとおり、本発明のタイプの鋳造装置の操作には、鋳造装置の最小間隔の位置で金属の固化がある。以下には、2ロール鋳造機を用いて実施した本発明の方法を説明しているが、これは限定的であることを意味しない。本発明の実施のため、その他の連続鋳造表面を用いることができる。   The present invention balances the solidification of the molten metal, the formation of dendrites in the solidified metal, and the rate of change of the dendrites, thereby obtaining desired properties in the final product. The cooling rate is selected so that rapid solidification of the outer layer metal is completed. For aluminum alloys and other non-ferrous alloys, cooling of the outer metal layer occurs at a rate of at least about 100 ° C. per minute. For example, a suitable casting apparatus, such as a two-roll caster, a belt caster, a slab caster, or a block caster, has a cooled casting surface. Vertical roll casters are also used in the present invention. In continuous casters, the casting surfaces are usually remote and there are areas where the spacing between rolls is minimal. In roll casters, the area of minimum spacing between casting surfaces is the nip. In a belt caster, the area of minimum spacing between the casting surfaces of the belt is the nip between the caster's entry side pulleys. As will be described in more detail below, the operation of a casting apparatus of the type of the present invention involves the solidification of the metal at the minimum spacing of the casting apparatus. In the following, the method of the invention carried out using a two-roll caster is described, but this is not meant to be limiting. Other continuous cast surfaces can be used to practice the present invention.

例示として、本発明の実施のため、図4に詳細に示す如く、ロール式鋳造機(図1)が使用できる。図1において(これは従来例及び本発明においては一般的に水平連続鋳造である)、本発明は矢印A1、A2方向に逆方向に回転する一対の冷却ローラR1、R2が使われる。ここで使われる水平の語は、鋳造ストリップは水平の向きで又は、水平からプラスマイナス約30度の角度を意味する。図3に一層詳細に説明するように、供給口金Tは、耐熱又は他のセラミック材料で形成されていて、互いに矢印A1、A2で示す逆方向に回転しているロールR1、R2上へ直接に矢印Bの方向に溶湯Mを供給する。供給口金Tと夫々のロールR1、R2との間のギャップG1、G2は、できるだけ小さく保たれており、溶湯が漏れ出ることを防止し、溶湯がロールR1、R2に沿って外気にさらされることを最小にする。口金TとロールR1、R2との接触は避けつつ、ギャップG1、G2の適当な寸法は、約0.01インチ(0.25ミリメートル)である。ロールR1、R2の中央線を通る平面はロールR1、R2の最小間隔の領域を通過し、それはロールニップNとする。 By way of example, a roll caster (FIG. 1) can be used to implement the present invention, as shown in detail in FIG. In FIG. 1 (this is generally horizontal continuous casting in the conventional example and the present invention), the present invention uses a pair of cooling rollers R 1 and R 2 that rotate in opposite directions in the directions of arrows A 1 and A 2. Is called. The term horizontal as used herein means that the casting strip is in a horizontal orientation or an angle of about plus or minus about 30 degrees from the horizontal. As described in more detail in FIG. 3, the supply mouthpiece T is formed of a heat-resistant or other ceramic materials, the roll R 1 which is rotating in the reverse direction indicated by the arrow A 1, A 2 from one another, R 2 The molten metal M is supplied directly in the direction of arrow B upward. The gaps G 1 and G 2 between the supply base T and the respective rolls R 1 and R 2 are kept as small as possible to prevent the molten metal from leaking out, and the molten metal follows the rolls R 1 and R 2 . Minimize exposure to the open air. While avoiding the contact between the cap T and the roll R 1, R 2, suitable dimensions of the gap G1, G2 is about 0.01 inches (0.25 millimeters). Plane through the center line of the roll R 1, R 2 passes through the region of minimum spacing of the rolls R 1, R 2, it is a roll nip N.

溶湯Mが、冷却されたロールR1、R2であるロール鋳造機の鋳造表面へ供給される。溶湯Mは、ロールR1、R2の領域(2)及び(4)で夫々接触する。ロールR1、R2に接触すると溶湯Mは冷えて固化を始める。冷えた金属は、ロールR1に隣り合って上シェル(6)となり、ロールR2に隣り合って下シェル(8)となる。固化金属の下シェル(8)と上シェル(6)の厚さは金属がニップNに向かって進むにつれて増える。固化金属の大形デンドライト(10)(実際寸法ではない)が、上下シェル(6)、(8)と溶融金属Mとの間の接触部で形成される。大形デンドライト(10)は壊され、溶融金属Mの、より遅い動きの中央部分へ引き込まれる。そして、矢印C1、C2の方向へ運ばれる。流れの引き込み動作が大形デンドライト(10)を壊して、より小さなデンドライト(14)にする(実際寸法ではない)。中央部分(12)において、ニップNの上流は領域(16)とし、金属Mは半固体状態であって、固体成分(固化した小さなデンドライト(14))と溶融金属成分を含んでいる。範囲(16)にある金属Mは、小さなデンドライト(14)がその中に分散していることも一つの理由となって粥状の粘度である。ニップNの位置では、溶湯のある部分は矢印C1、C2とは逆の方向へ絞り戻される。ロールR1、R2がニップで前方回転することにより、金属の実質的には固体部分のみ(上下のシェル(6)、(8)及び中央部分(12)中にある小さなデンドライト(14))を前進させながら、中央部分(12)の溶融金属をニップNから上流側へ押し戻し、それによって金属はニップNの点を過ぎるとき、完全に固体化する。ニップNの下流では、中央部分(12)は、上シェル(6)と下シェル(8)にサンドイッチされた小さなデンドライト(14)を含む中央固体層である。中央層(18)では、小さなデンドライト(14)は約20〜約50ミクロンの寸法であって、一般的には球形状である。ストリップ製品では、固体中央部分はストリップの全厚さの約20〜約30%である。図4の鋳造装置では、ストリップSをほぼ水平の向きに製造している状況を示すが、ストリップSは斜め又は垂直方向に出ていくこともあるので、限定はしていない。 Molten metal M is supplied to the casting surface of the roll casting machine which is the cooled rolls R 1 and R 2 . The molten metal M contacts in the regions (2) and (4) of the rolls R 1 and R 2 , respectively. When it comes into contact with the rolls R 1 and R 2 , the molten metal M cools and starts to solidify. Cold metal, the upper shell (6) and adjacent to the roll R 1, a lower shell (8) adjacent to the roll R 2. The thickness of the lower shell (8) and the upper shell (6) of the solidified metal increases as the metal advances toward the nip N. A solid metal large dendrite (10) (not actual dimensions) is formed at the contact between the upper and lower shells (6), (8) and the molten metal M. The large dendrite (10) is broken and drawn into the slower moving central part of the molten metal M. Then, it conveyed in the direction of the arrow C 1, C 2. The flow pulling action breaks the large dendrites (10) into smaller dendrites (14) (not actual dimensions). In the central portion (12), the upstream of the nip N is a region (16), and the metal M is in a semi-solid state and contains a solid component (solidified small dendrite (14)) and a molten metal component. The metal M in the range (16) has a bowl-like viscosity, partly because small dendrites (14) are dispersed therein. At the position of the nip N, the portion with the molten metal is squeezed back in the direction opposite to the arrows C 1 and C 2 . Rolls R 1 and R 2 rotate forward in the nip, so that only substantially solid parts of the metal (small dendrite (14) in upper and lower shells (6), (8) and central part (12)) The molten metal in the central portion (12) is pushed back upstream from the nip N so that the metal solidifies completely past the point at the nip N. Downstream of the nip N, the central portion (12) is a central solid layer comprising a small dendrite (14) sandwiched between an upper shell (6) and a lower shell (8). In the central layer (18), the small dendrite (14) is about 20 to about 50 microns in size and is generally spherical. In strip products, the solid central portion is about 20 to about 30% of the total thickness of the strip. The casting apparatus of FIG. 4 shows a situation in which the strip S is manufactured in a substantially horizontal direction, but the strip S may go out obliquely or vertically, and is not limited.

図4について記載した鋳造工程は、上記した方法工程に従っている。工程(100)において、ロール鋳造機へ供給された溶湯は、冷却を始め、工程(102)で固化する。冷えつつある金属は、冷却鋳造表面(R1、R2)の近く又は隣接する凝固金属(6)(8)の外層を拡大させる。凝固層(6)(8)の厚さは、金属が鋳造装置中を進むにつれて増す。工程(102)に関しては、デンドライト(10)が、少なくとも部分的に凝固外層(6)(8)によって囲まれている内層(12)の金属中に形成される。図4では、外層(6)(8)は、2つの外層(6)(8)の間に内層(12)があるサンドイッチのように、内層(12)をほとんど包囲する。他の鋳造装置では、外層は内層を完全に包囲している。工程(104)では、デンドライト(10)は変化させられる。即ち、より小さな構造(14)へと壊される。内層(12)において、金属が完全に固化する前は、金属は固体成分(凝固した小さなデンドライト(14))と溶融金属成分とを含む半固体である。この段階での金属は、その中へ小さなデンドライト(14)を部分的に分散しているせいで、かゆ状の柔らかさである。鋳造装置内にて、金属の完全凝固する位置での工程(106)では、凝固製品には、外部分によって少なくとも部分的に囲まれた、小さなデンドライト(14)を含む内部分(18)がある。内部分の厚さは製品厚さの約20〜約30%である。内部分では、小さなデンドライトは、約20〜約50ミクロンの寸法であって、鋳造装置の加工はほとんど受けておらず、従って通常は球形状である。 The casting process described for FIG. 4 follows the method steps described above. In step (100), the molten metal supplied to the roll casting machine starts cooling and solidifies in step (102). Metal that is being cooled is to expand the outer layer of cooling the casting surface (R 1, R 2) near or adjacent to solidified metal (6) (8). The thickness of the solidified layer (6) (8) increases as the metal progresses through the casting apparatus. With respect to step (102), dendrites (10) are formed in the metal of the inner layer (12) that is at least partially surrounded by the solidified outer layers (6), (8). In FIG. 4, the outer layer (6) (8) almost surrounds the inner layer (12), like a sandwich with an inner layer (12) between two outer layers (6) (8). In other casting devices, the outer layer completely surrounds the inner layer. In step (104), the dendrite (10) is changed. That is, it is broken into smaller structures (14). In the inner layer (12), before the metal is completely solidified, the metal is a semi-solid containing a solid component (solidified small dendrite (14)) and a molten metal component. The metal at this stage is tender and soft due to the partial dispersion of small dendrites (14) therein. In the process (106) at the position where the metal is completely solidified in the casting apparatus, the solidified product has an inner part (18) comprising a small dendrite (14) at least partially surrounded by the outer part. . The internal thickness is about 20 to about 30% of the product thickness. In the inner part, the small dendrites are of a size of about 20 to about 50 microns and have little processing of the casting equipment and are therefore usually spherical.

本発明では、内層(12)中の溶融金属は(ロール間の鋳造に関して説明したとおり)、鋳造装置中の流れ方向に対し逆向きに絞られ、そして/又は外層(6)(8)へ押し込まれ、外層(6)(8)の外表面に達する。内層中の溶融金属を絞り、そして/又は押し込む作業は、ここに記載したどの鋳造装置にも起こる。   In the present invention, the molten metal in the inner layer (12) (as described for casting between rolls) is squeezed in the opposite direction to the flow direction in the casting apparatus and / or pushed into the outer layers (6) (8). And reach the outer surface of the outer layer (6) (8). The operation of squeezing and / or forcing the molten metal in the inner layer occurs in any casting apparatus described herein.

工程(104)で、内層中のデンドライトの壊れは、溶融金属の内層と外層との間の速度差から生じる剪断力によってロール間で鋳造する際に起こる。毎分10フィートより低い従来の速度で、ロール鋳造機を操作すると、その様なデンドライトを壊すのに必要な剪断力は発生しない。従来のロール鋳造機を上記したように、凝固を制御しながら高速運転(毎分25フィート以上)すると、本発明の規定する鋳造ができるが、その他の鋳造装置であっても、本発明の工程を達成するやり方で操作してもよい。本発明の重要な特徴は、内層中のデンドライトを壊すことである。デンドライトの壊れによって、中央分離を最小にし、又は回避し、その結果最終製品の成形容易性と伸び特性を改善する。これは、従来のロール鋳造又はベルト鋳造による製品が鋳造偏析を示して粗大成分を含んでいたが、本発明では、その様な粗大成分は減少し、又は存在しないからである。内層中のデンドライトを壊すその他の適当な機構として、機械的攪拌(例えばプロペラ)の液中へ投入し、回転ステータ式攪拌、及び直線ステータ攪拌を含む電気式攪拌及び高周波超音速振動を含む。   In step (104), dendrite breakage in the inner layer occurs during casting between rolls due to shear forces resulting from the velocity difference between the inner and outer layers of molten metal. Operating a roll caster at a conventional speed of less than 10 feet per minute does not generate the shear force required to break such dendrites. As described above, when the conventional roll casting machine is operated at a high speed (more than 25 feet per minute) while controlling solidification, the casting specified in the present invention can be performed. May be operated in a manner to achieve An important feature of the present invention is the breaking of dendrites in the inner layer. Dendritic breakage minimizes or avoids center separation, thereby improving the formability and elongation properties of the final product. This is because conventional roll casting or belt casting products show cast segregation and contain coarse components, but in the present invention such coarse components are reduced or absent. Other suitable mechanisms for breaking the dendrites in the inner layer include mechanical stirring (e.g., propeller) in the liquid, electrical stirring including rotary stator stirring, linear stator stirring, and high frequency supersonic vibration.

鋳造表面は、溶湯の熱に対しヒートシンクの役割をする。本発明では熱は溶融金属から、一様なやり方で冷却鋳造表面へ熱伝達され、鋳造製品の表面を確実に均一化する。鋳造表面は、鋼又は銅で形成され、織り目模様が施されて、溶融金属と接触する表面に非均一さを具えている。表面の非均一さは、冷やされた鋳造表面からの熱伝達を増やすのに役立つ。冷却鋳造表面の表面中に調節された所定度の非均一さを具えることによって、その表面からの熱伝達を均一化することができる。表面の非均一さは、溝、くぼみ、こぶ、その他の構造の形状とすることができ、互いに離れていて、規則的なパターンであって、1インチ当たり約20〜約120の表面非均一さ、又は1インチ当たり約60の非均一さで規則的パターンを形成する。表面非均一さは、約5〜約50ミクロンの高さ、又は約30ミクロンの高さである。冷却鋳造表面は、クローム又はニッケルの材料で被覆され、鋳造製品がそこからの離れを容易にする。   The casting surface acts as a heat sink against the heat of the melt. In the present invention, heat is transferred from the molten metal to the cooled casting surface in a uniform manner, ensuring uniform surface of the cast product. The casting surface is made of steel or copper and is textured to provide a non-uniform surface for contact with the molten metal. Surface non-uniformity helps to increase heat transfer from the chilled casting surface. By providing a predetermined degree of non-uniformity in the surface of the cooling cast surface, heat transfer from that surface can be made uniform. The surface non-uniformity can be in the form of grooves, dimples, bumps, or other structures, spaced apart from each other in a regular pattern, with a surface non-uniformity of about 20 to about 120 per inch. Or a regular pattern with a non-uniformity of about 60 per inch. The surface non-uniformity is about 5 to about 50 microns in height, or about 30 microns in height. The cold cast surface is coated with a chrome or nickel material to facilitate separation of the cast product therefrom.

鋳造表面は、鋳造中は通常は熱せられており、高温のもとでは酸化しやすい。鋳造中に鋳造表面の酸化が不均一に起こると、そこでの熱伝達特性が変わることがある。従って鋳造表面は使用前に予め酸化させ、鋳造中のそこでの変化を最小とする。鋳造表面を時々又は連続的にブラシ掛けすることは、非鉄合金の鋳造の際に溜まる夾雑物を除去するためには望ましいことである。鋳造製品の小さなかけらが壊れて、製品から離れ鋳造表面に付着する。非鉄合金製品のこれら小さなかけらは酸化しやすく、鋳造表面の熱伝達特性を非均一にする。鋳造表面をブラシがけすることは、鋳造表面に夾雑物が集まることによって起こる非均一さの問題を回避する。   The casting surface is usually heated during casting and is susceptible to oxidation at high temperatures. If oxidation of the casting surface occurs unevenly during casting, the heat transfer characteristics there may change. Thus, the casting surface is pre-oxidized prior to use, minimizing changes therein during casting. Brushing the casting surface from time to time or continuously is desirable to remove contaminants that accumulate during the casting of non-ferrous alloys. Small pieces of the cast product break and leave the product and adhere to the casting surface. These small pieces of non-ferrous alloy products tend to oxidize, making the heat transfer characteristics of the casting surface non-uniform. Brushing the casting surface avoids non-uniformity problems caused by the accumulation of contaminants on the casting surface.

本発明の方式によって操作されるロール鋳造機においては、ロールR1、R2の制御・保守・適当な速度を選択することは、本発明の操作性に影響を与える。ロール速度は、溶湯MがニップNに進む速さを決定する。速度が遅すぎると、大形デンドライト(10)は中央部(12)へ引込まれ十分な力を受けず、小形デンドライトに壊れない。それゆえ本発明は、例えば毎分約25から約400フィート、又は毎分約100から約400フィート、又は毎分約150から約300フィートの高速で操作することが適当である。溶融アルミニウムがロールR1、R2へ供給される単位面積あたりの直線速度は、ロールR1、R2の速度よりも低い、又はロール速度の約4分の1であろう。本発明による高速連続鋳造は、織り目表面D1、D2が溶湯Mからの熱伝達を確実にするから、部分的には達成可能であろう。 In the roll casting machine operated by the method of the present invention, the control / maintenance / selection of an appropriate speed of the rolls R 1 and R 2 affects the operability of the present invention. The roll speed determines the speed at which the molten metal M advances to the nip N. If the speed is too slow, the large dendrite (10) will be drawn into the center (12) and will not receive sufficient force and will not break into a small dendrite. Thus, the present invention is suitable to operate at high speeds of, for example, about 25 to about 400 feet per minute, or about 100 to about 400 feet per minute, or about 150 to about 300 feet per minute. Linear rate per unit area of the molten aluminum is supplied to the roll R 1, R 2 a roll R 1, lower than the speed of R 2, or would be about a quarter of the roll speed. High speed continuous casting according to the present invention may be achieved in part because the textured surfaces D 1 , D 2 ensure heat transfer from the melt M.

ロール分離力は、本発明を実施するうえで重要なパラメータである。本発明の主要な利点は、金属がニップNに到達するまでは固体ストリップは形成しない点にある。厚さはロールR1、R2間のニップNの寸法で決まる。ロール分離力は、溶融金属を搾ってニップNから離れて上流へ送るのに十分な大きさである。ニップNを通過する溶湯が過剰であると、上下シェル(6)(8)と固体中央部(18)が互いに外れて、真直にそろわない。ニップNに達する溶湯が不十分であると、従来のロール鋳造工程で起こっているような、時期的に早すぎるストリップを形成してしまう。時期的に早すぎるストリップ(20)は、ロールR1、R2によって変形加工され中央分離を起す。適当なロール分離力は鋳造幅1インチ当り約25から約300ポンド、又は鋳造幅1インチ当り約100ポンドである。厚い寸法の非鉄合金を鋳造するときは、厚い合金から熱を除くために、鋳造速度はより遅くする必要がある。従来のロール鋳造とは異なり、ニップの上流では完全固化した非鉄ストリップは形成されないから、本発明では、このような低鋳造速度であっても、過大なロール分離力は生じない。 The roll separation force is an important parameter for carrying out the present invention. The main advantage of the present invention is that the solid strip does not form until the metal reaches the nip N. The thickness is determined by the size of the nip N between the rolls R 1 and R 2 . The roll separation force is large enough to squeeze the molten metal away from the nip N and send it upstream. If the molten metal passing through the nip N is excessive, the upper and lower shells (6), (8) and the solid central portion (18) are separated from each other and do not align straight. If the molten metal reaching the nip N is insufficient, a strip that is too early in time, as occurs in the conventional roll casting process, is formed. The strip 20 that is too early in time is deformed by the rolls R 1 and R 2 to cause center separation. A suitable roll separation force is about 25 to about 300 pounds per inch of casting width, or about 100 pounds per inch of casting width. When casting a thick non-ferrous alloy, the casting speed needs to be slower to remove heat from the thick alloy. Unlike conventional roll casting, a fully solidified non-ferrous strip is not formed upstream of the nip, and the present invention does not generate excessive roll separation force even at such a low casting speed.

厚さ約0.1インチ以下(例えば、0.06インチ)の非鉄合金ストリップは、鋳造速度毎分約25から約400フィートで製造されるであろう。厚さがより大きな非鉄合金ストリップも本発明の方法によって製造できる。例えば約0.25インチの厚さである。本発明において予定されている直線速度での鋳造(例えば毎分約25から約400フィート)では、インゴット状態の非鉄合金よりも約1000倍の速さで非鉄合金製品を固化させ、インゴットの非鉄合金鋳造に優って、製品特性を改善する。   Non-ferrous alloy strips having a thickness of about 0.1 inch or less (eg, 0.06 inch) will be produced at a casting rate of about 25 to about 400 feet per minute. Larger non-ferrous alloy strips can also be produced by the method of the present invention. For example, it is about 0.25 inches thick. Casting at the linear speed planned in the present invention (eg, about 25 to about 400 feet per minute) solidifies the non-ferrous alloy product about 1000 times faster than the non-ferrous alloy in the ingot state, and the non-ferrous alloy of the ingot Improve product characteristics over casting.

本発明は更に、本発明によって鋳造された非鉄合金製品を更に含んでいる。非鉄合金製品は外部分によってほぼ囲まれた内部分を含んでいる。合金成分濃度は内部と外部では異なっている。溶融合金は、包晶形成合金成分と共晶形成合金成分を含む合金成分の初期濃度を有する。合金成分の濃度は外部と内部では相違する。各金属及び外部分での共晶形成材及び包晶形成材の濃度と比べて、製品の内部では所定成分(例えば、共晶形成材)が激減し、他の成分(例えば包晶形成材)が豊富となる。本発明の非鉄合金製品の結晶粒は実質的に変形されていない。即ち、球体のごとく等軸構造である。製品の内部に硬質の粒子は存在しないから、多くの非鉄合金の鋳造に典型的に生じる中央分離やクラックは最小となり又は回避される。   The present invention further includes a non-ferrous alloy product cast according to the present invention. The non-ferrous alloy product includes an inner portion that is substantially surrounded by an outer portion. The alloy component concentration is different inside and outside. The molten alloy has an initial concentration of alloy components including a peritectic forming alloy component and a eutectic forming alloy component. The concentration of the alloy component is different between outside and inside. Compared to the concentration of eutectic forming material and peritectic forming material in each metal and the outer part, a predetermined component (for example, eutectic forming material) is drastically reduced inside the product and other components (for example, peritectic forming material). Will be abundant. The crystal grains of the non-ferrous alloy product of the present invention are not substantially deformed. That is, it has an equiaxed structure like a sphere. Since there are no hard particles inside the product, the central separation and cracking typically encountered in the casting of many non-ferrous alloys is minimized or avoided.

本発明の実施に際し、鋳造装置を出た製品を支持し、製品は十分に冷えて自立することが望ましい。図5に示す支持機構の一例は、ロールR1、R2を出るストリップSの下方に連続コンベアベルトBを配置したものである。ベルトBはプーリPの周りを移行し、約10フィートの距離でストリップSを支持する。プーリP間のベルトBの長さは鋳造工程、ストリップSの出口温度、ストリップSの合金によって決まる。ベルトBに用いられる適当な材料には、ファイバーグラスと金属(例えばスチール)を剛体形式で、又はメッシュ形式で用いるものがある。或いは、図6に示す如く、メタルシューなどの固定支持表面Jを含む支持機構があり、その上をストリップSが冷えながら移行する。シューJはホットストリップSが簡単に付着することのない材料で作られる。ストリップがロールR1、R2を出ると直ちに壊れるような場合には、ストリップSは位置Eで空気又は水などの流体によって冷やされる。アルミニウム合金の場合、通常はロールR1、R2を出るストリップは約1100°Fであり、それはニップNから約8から10インチの内側で約1000°Fまで、アルミニウム合金ストリップの温度を下げることが望ましい。位置Eでストリップを冷却し、上記冷却量を達成した適当な冷却機構の一つが米国特許第4823860号に記載されており、これの引用をもって本願の一部とする。 In practicing the present invention, it is desirable to support the product that has exited the casting apparatus and to be sufficiently cooled and self-supporting. An example of the support mechanism shown in FIG. 5 is one in which a continuous conveyor belt B is disposed below the strip S exiting the rolls R 1 and R 2 . Belt B transitions around pulley P and supports strip S at a distance of about 10 feet. The length of the belt B between the pulleys P is determined by the casting process, the outlet temperature of the strip S, and the alloy of the strip S. Suitable materials used for belt B include those that use fiberglass and metal (eg, steel) in rigid form or in mesh form. Alternatively, as shown in FIG. 6, there is a support mechanism including a fixed support surface J such as a metal shoe, on which the strip S moves while cooling. The shoe J is made of a material to which the hot strip S does not easily adhere. If the strip breaks as soon as it exits rolls R 1 and R 2 , the strip S is cooled at location E by a fluid such as air or water. For aluminum alloys, the strips exiting rolls R 1 and R 2 are typically about 1100 ° F., which reduces the temperature of the aluminum alloy strip to about 1000 ° F. about 8 to 10 inches inside from nip N Is desirable. One suitable cooling mechanism that has cooled the strip at position E and achieved the above cooling is described in US Pat. No. 4,823,860, which is incorporated herein by reference.

〈実施例〉
重量比で0.75Si、0.20Fe、0.80Cu、0.25Mn、2.0Mgを含有するアルミニウム合金が、本発明に従って鋳造された。そして、熱間及び冷間で、ライン中でのロール加工によって0.015インチの寸法にした。2種類の製品について、その特性を第1表に示す。実施例1は、巻取り冷却した後、ロール加工直後に得られた特性を示す。高強度と加工容易性(伸び)の組合せには注目される。実施例1及び2で達成されている高抗張力と伸びの組合せは、これまでアルミニウム−マンガン合金の5xxx系列では達成されていなかった。比較のためであるが、アルミニウム合金5182は、せいぜい抗張力は54ksiであり、伸びは7%である。実施例2は、シートを溶体化熱処理し、実験室で275°Fに焼きならしして得られた特性を示している。良好な抗張力と優れた曲げ特性が達成された。

Figure 2005536354
<Example>
Aluminum alloys containing 0.75Si, 0.20Fe, 0.80Cu, 0.25Mn, 2.0Mg by weight were cast according to the present invention. And it was made into the dimension of 0.015 inch by the roll process in a line hot and cold. The characteristics of the two types of products are shown in Table 1. Example 1 shows the characteristics obtained immediately after roll cooling after winding and cooling. The combination of high strength and ease of processing (elongation) is noted. The combination of high tensile strength and elongation achieved in Examples 1 and 2 has not previously been achieved with the 5xxx series of aluminum-manganese alloys. For comparison, the aluminum alloy 5182 has a tensile strength of 54 ksi and an elongation of 7% at best. Example 2 shows the properties obtained by solution heat treating the sheet and normalizing to 275 ° F. in the laboratory. Good tensile strength and excellent bending properties were achieved.
Figure 2005536354

本発明方法を実施することによって、非鉄鋳造合金の製品は従来の鋳造製品と比べて、抗張力と伸びが改善されている。このように改善された特性によって、より薄い製品の製造が可能となり、これは市場では望まれていることである。   By carrying out the method of the present invention, the non-ferrous cast alloy product has improved tensile strength and elongation compared to conventional cast products. Such improved properties allow for the production of thinner products, which is desirable in the market.

鋳造装置を出る製品は、例えば引き続いてロール加工によって他の形態に成形されるか、そうでなければ、缶用シート材、タブストック、自動車用シート材及び製版シートと光沢シートを含むその他の最終製品を製造するために処理される。鋳造装置を出た製品の引き続いた加工は、ラインローリング装置によってなされ、鋳造直後のシートの熱を活用する(以下の米国特許に関係し、これらの引用を持って本願の一部とする。第5772799号、第5772802号、第5356495号、第5496423号、第5514228号、第5470405号、第6344096号、第6280543号)。又は鋳造直後のシートは冷却され、その後オフラインでロール加工される。シートのその他の加工は、上記特許の一つ又はそれ以上を用いて実施できる。   Products exiting the casting apparatus are subsequently formed into other forms, for example by roll processing, or else can sheet materials, tab stock, automotive sheet materials and other final products including plate making and glossy sheets Processed to produce the product. Subsequent processing of the product exiting the casting apparatus is done by a line rolling apparatus and utilizes the heat of the sheet immediately after casting (related to the following US patents, which are incorporated herein by reference). 5772799, 5778022, 5356495, 5496423, 5514228, 5470405, 6343496, 6280543). Alternatively, the sheet just after casting is cooled and then rolled off-line. Other processing of the sheet can be performed using one or more of the above patents.

本発明の望ましい実施例を、これが特に有効である自動車及び航空宇宙産業用、清涼飲料缶産業用について、以上記載したが、当業者であれば本発明は次のようなパーツの製造にも有用であることは明らかであろう。ボート、カヌー、スキー、ピアノ、ハープ、配送トラック車体、トラックタクシー(truck cabs)、ゴミ収集貯蔵槽、競艇覆い、民間用飛行機部品、消防車ホース格納庫、材料取扱い装置、埠頭舷側(dock boards)、携帯式ランプ、宇宙設備用部品、ロケット及び衛星を含む、レーダ追跡システム、電子設備キャビネット、振動ふるい(vibratory screens)、輸送用貯蔵槽(tote bins)、トランク枠と側板、はしご、水加熱用アノード、タイプライター、ロケット発射機と発射台(mortar bases)、織機部品、コンクリートバケツと手仕上げ工具、ジグと固定具と振動試験機。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above for the automotive and aerospace industries and the soft drink can industries, which are particularly effective, those skilled in the art will be able to use the present invention for manufacturing the following parts. It will be clear. Boat, canoe, ski, piano, harp, delivery truck body, truck cabs, garbage collection storage tank, raceboat cover, civilian airplane parts, fire truck hose hangar, material handling equipment, dock boards, Radar tracking systems, electronic equipment cabinets, vibratory screens, tote bins, trunk frames and side plates, ladders, water heating anodes, including portable lamps, space equipment components, rockets and satellites , Typewriters, rocket launchers and mortar bases, loom parts, concrete buckets and hand finishing tools, jigs and fixtures and vibration testing machines.

本発明の実施例は、特に有効な非鉄基合金の水平鋳造について記載したが、当業者であれば、本発明は垂直鋳造についても、垂直と水平鋳造の中間の任意の角度での鋳造と同じく有用であることは明らかであろう。   Although the embodiments of the present invention have been described for horizontal casting of a particularly effective non-ferrous alloy, those skilled in the art will recognize that the present invention also applies to vertical casting as well as casting at any angle between vertical and horizontal casting. It will be clear that it is useful.

本発明の望ましい実施例を、鋳造装置から出るアルミニウム金属ストリップ製品について以上記載し、該鋳造装置には変化が加えられたデンドライト構造を含み、実質的に合金の固体外層によって囲まれた固体内層を含んでいるが、製品はシート、プレート、スラブ、箔、針金、ロッド、バー又は押出し成形の形状である。   A preferred embodiment of the present invention has been described above for an aluminum metal strip product exiting a casting apparatus, the casting apparatus comprising a modified dendrite structure and comprising a solid inner layer substantially surrounded by a solid outer layer of alloy. Including, the product is in the form of a sheet, plate, slab, foil, wire, rod, bar or extrusion.

本発明の望ましい実施例を2ロールのニップを使って金属が固化する際に形成されるデンドライトを壊すことを以上に記載したが、それはアルミニウム金属であって、当業者であれば本発明はチタン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、すず、銅を含む、その他の非鉄金属についても有用であることは明らかであろう。   While the preferred embodiment of the present invention has been described above using a two-roll nip to break the dendrite formed when the metal solidifies, it is aluminum metal and those skilled in the art will recognize that the present invention is titanium. It will be apparent that other non-ferrous metals are also useful, including magnesium, nickel, zinc, tin and copper.

溶湯供給口金と一対のロールを具えた鋳造機の一部概略図Partial schematic diagram of a casting machine with a molten metal supply base and a pair of rolls 図1に示す溶湯供給口金とロールの拡大断面図であって、従来方法によって作動している状況の説明図FIG. 2 is an enlarged sectional view of a molten metal supply base and a roll shown in FIG. 本発明における鋳造工程の流れ図Flow chart of casting process in the present invention 本発明によって作動している溶湯鋳造の説明図Explanatory drawing of melt casting operating according to the present invention ストリップ支持機構と必要に応じて設ける冷却手段を有し、本発明に沿って作られた鋳造機の概略図Schematic view of a casting machine made in accordance with the present invention with a strip support mechanism and optional cooling means 他のストリップ支持機構と必要に応じて設ける冷却手段を有し、本発明に沿って作られた鋳造機の概略図Schematic view of a casting machine made in accordance with the present invention with other strip support mechanisms and optional cooling means

符号の説明Explanation of symbols

M 溶湯
1,R2 ロール
T 溶湯供給口金
S 凝固した鋳造ストリップ
N ニップ
6,8 外層
18 内層
10 大形デンドライト
14 壊れたデンドライト
M molten metal R 1 , R 2 roll T molten metal supply base S solidified cast strip N nip
6,8 outer layer
18 Inner layer
10 Large dendrite
14 Broken dendrite

Claims (31)

非鉄金属の溶湯を、離れた位置から近づく一対の鋳造表面へ供給する工程と、
鋳造表面間の金属を進行させながら溶湯を鋳造表面上で固化させ、鋳造表面に接する固体金属外層と、固体金属間に金属デンドライを含む半固体内層とを形成する工程と、
内層中のデンドライトを壊す工程と、
半固体内層を固化させて内層と外層とを有する固体金属製品を形成する工程と、
鋳造表面間から固体金属製品を引き出す工程、
とを含む、溶湯を連続鋳造して金属製品を形成する方法。
Supplying a non-ferrous metal melt to a pair of casting surfaces approaching from a distance;
A step of solidifying the molten metal on the casting surface while advancing the metal between the casting surfaces, forming a solid metal outer layer in contact with the casting surface, and a semi-solid inner layer including metal dendri between the solid metals;
Breaking the dendrite in the inner layer;
Solidifying the semi-solid inner layer to form a solid metal product having an inner layer and an outer layer;
Drawing solid metal products from between casting surfaces,
A method of forming a metal product by continuously casting a molten metal.
鋳造表面は、ロールまたはベルト表面である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the casting surface is a roll or belt surface. 鋳造表面は互いに接近し、半固体内層を固化させる工程は、鋳造表面間の距離が最小の位置で完成する、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the casting surfaces are close together and the step of solidifying the semi-solid inner layer is completed at a location where the distance between the casting surfaces is minimal. 鋳造表面は、その間にニップを有する回転ロールの表面であり、固化を完成する工程はニップで起こる、請求項3に記載の方法。 The method of claim 3, wherein the casting surface is the surface of a rotating roll having a nip therebetween, and the step of completing solidification occurs at the nip. 鋳造表面は、回転ロール上を移行するベルトの表面であって、ロールは、その間にニップを形成し、固化工程の完成は、ニップで起こる、請求項3に記載の方法。 4. The method of claim 3, wherein the casting surface is the surface of a belt that transitions over a rotating roll, the rolls forming a nip therebetween, and completion of the solidification process occurs at the nip. 製品は、毎分約25から約400フィートの速度でニップを出る、請求項4に記載の方法。 The method of claim 4, wherein the product exits the nip at a speed of about 25 to about 400 feet per minute. 製品は、少なくとも毎分約100フィートの速度でニップを出る、請求項4に記載の方法。 The method of claim 4, wherein the product exits the nip at a speed of at least about 100 feet per minute. ロールによって、ロール間を進行している金属に加えられる力は、製品幅1インチあたり最大約300ポンドである、請求項6に記載の方法。 The method of claim 6, wherein the force applied by the rolls to the metal traveling between the rolls is up to about 300 pounds per inch of product width. 製品は、厚さが約0.06から約0.25インチの金属ストリップである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the product is a metal strip having a thickness of about 0.06 to about 0.25 inches. 金属は、アルミニウム合金である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the metal is an aluminum alloy. 金属は、マグネシウム合金である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the metal is a magnesium alloy. 金属は、チタン合金である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the metal is a titanium alloy. 固化した内層金属成分は、外層金属の成分とは相違している、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the solidified inner layer metal component is different from the outer layer metal component. 引き出された固体金属製品を、ライン中でロール加工する工程をさらに含んでいる、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, further comprising rolling the drawn solid metal product in a line. 引き出された固体金属製品を、ライン外でロール加工する工程をさらに含んでいる、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, further comprising rolling the drawn solid metal product off-line. 金属製品は、自動車用シート製品を含んでいる、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the metal product comprises an automotive sheet product. 金属製品は、航空宇宙用製品を含んでいる、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the metal product comprises an aerospace product. 金属製品は、清涼飲料缶本体ストックを含んでいる、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the metal product comprises a soft drink can body stock. 金属製品は、清涼飲料缶端板又は清涼飲料缶タブのストックを含んでいる、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the metal product comprises a stock of soft drink can end plates or soft drink can tabs. 非鉄合金の一対の外層と、前記外層の間に位置し、球状デンドライトを含む中央層とを含み、前記外層及び前記中央層は、溶融した前記非鉄合金成分の連続鋳造によってストリップに形成されている、非鉄合金のストリップ。 A pair of outer layers of a non-ferrous alloy and a central layer located between the outer layers and including a spherical dendrite, the outer layer and the central layer being formed into a strip by continuous casting of the molten non-ferrous alloy component , Non-ferrous alloy strip. 前記ストリップの厚さは、約0.06から約0.25インチである、請求項20のストリップ。 21. The strip of claim 20, wherein the thickness of the strip is from about 0.06 to about 0.25 inches. 前記中央層の厚さは、前記ストリップの厚さの約20から約30%である、請求項20のストリップ。 21. The strip of claim 20, wherein the thickness of the central layer is about 20 to about 30% of the thickness of the strip. 前記ストリップは、溶融した前記非鉄成分を一対の回転ロールの間へ供給することによって製造される、請求項20のストリップ。 21. The strip of claim 20, wherein the strip is manufactured by feeding the molten non-ferrous component between a pair of rotating rolls. 前記球状デンドライトは未加工である、請求項21のストリップ。 The strip of claim 21, wherein the spherical dendrite is green. 前記非鉄合金は、アルミニウム合金である、請求項20のストリップ。 21. The strip of claim 20, wherein the non-ferrous alloy is an aluminum alloy. 前記非鉄合金は、マグネシウム合金である、請求項20のストリップ。 21. The strip of claim 20, wherein the non-ferrous alloy is a magnesium alloy. 前記非鉄合金は、チタン合金である、請求項20のストリップ。 21. The strip of claim 20, wherein the non-ferrous alloy is a titanium alloy. 前記ストリップは、自動車用シート製品を含む、請求項20のストリップ。 21. The strip of claim 20, wherein the strip comprises an automotive seat product. ストリップは、航空宇宙用製品を含んでいる、請求項20に記載のストリップ。 21. A strip according to claim 20, wherein the strip comprises an aerospace product. ストリップは、清涼飲料缶本体ストックを含んでいる、請求項20に記載のストリップ。 21. The strip of claim 20, wherein the strip includes a soft drink can body stock. ストリップは、清涼飲料缶端板又は清涼飲料缶タブのストックを含んでいる、請求項20に記載の方法。 21. The method of claim 20, wherein the strip comprises stock of soft drink can end plates or soft drink can tabs.
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