JP4846197B2 - 連続的に鋳造された金属スラブもしくはストリップの加工法、および本法で製造されたプレートもしくはストリップ - Google Patents
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Description
本発明は、スラブもしくはストリップを圧延するために、スラブもしくはストリップが圧延機スタンドの１組の回転ロール間を通過する、連続的鋳造スラブもしくはストリップを加工する方法に関する。
圧延は金属に所望されるディメンションおよび特性を与えるための極めて標準的加工操作である。例えば、圧延は圧延の影響下で起る粒子の精砕（ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）の結果として、微細構造（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に改良をもたらす。
例えば３０ｃｍ以上の厚いスラブから薄いプレートもしくはストリップを製造する場合は、圧延を極めて多数回繰り返さねばならないために、薄いプレートもしくはストリップの製造は極めて骨の折れる工程である。従って、薄いスラブもしくはストリップを直接得るためのその他の鋳造法が開発されてきた。十分な材料を更に製造するために、これらの過程が連続的に実施される。
アルミニウムの連続的鋳造のためには、現在使用されている原則的に３種の方法が区別され得る。第１の方法は、その上で熔融アルミニウムの薄い層が固化するまで冷却される、１基の冷却されたロールを使用する。この方法で得られるストリップは約１ｍｍの厚さを有する。技術的な理由で、この厚さをずっと厚くすることはできない。第２の方法は、その間を、熔融アルミニウムがストリップに固化するために通過する、２基の冷却されたロールを使用する。改良された冷却は、この方法が通常６ｍｍと１０ｍｍの間の厚さをもたらすことを意味し、現在達成することができる最小の厚さは約１ｍｍである。とりわけ厚さに応じて、形成されるストリップはスラブに切断されるか巻き取られるであろう。第３の方法においては、熔融アルミニウムをコンベヤーベルト上に誘導して、その上で固化するか、もしくは固化させるために２基のコンベヤーベルト間を通される。より長い固化経路のおかげで、より多くの熱を放散することができ、より厚い固化ストリップを製造することができる。厚さは通常、約２０ｍｍである。次に、この方法で形成された厚いストリップをスラブに切断するか巻き取ることができる。これら３種すべての方法においてはまた、連続的鋳造の直後に１基もしくは複数の圧延機スタンドにおいてストリップを圧延し、次に巻き取ることができる。
前記の３種の方法もしくは更にその他の方法をその他の金属の連続的鋳造のために使用することができ、そして適当な場合には、より厚いストリップを製造することもできる。
これらの方法およびそれらから誘導される方法は本発明に関しては、合わせて「連続的鋳造」と呼ばれ、それらにより得られる製品は「連続的鋳造スラブもしくはストリップ」と呼ばれる。
これらの製品の１つの欠点は、スラブおよびストリップはほとんど圧延されていないので、最終製品はまだ大部分鋳造微細構造を有することである。その結果、最終製品の機械的特性が比較的劣り、そのため、最終製品、例えばフォイルおよび熱交換機のフィンのための出発材料、等としての用途が比較的限定される。
それらにより製造される製品の特性を改善させる、連続的鋳造金属スラブもしくはストリップの加工法を提供することが本発明の目的である。
それにより鋳造材料中の孔を閉じることができる、連続的鋳造金属スラブもしくはストリップの加工法を提供することが本発明のもう１つの目的である。
本発明の更にもう１つの目的は、それにより製造される製品に粒子の精砕をもたらす、連続的鋳造金属スラブもしくはストリップの加工法を提供することである。
本発明の更にもう１つの目的はそれによりスラブもしくはストリップの表面が改善される連続的鋳造金属を加工する方法を提供することである。
好ましくは本法の助けにより製造される、改善された機械的特性をもつ金属のプレートもしくはストリップを提供することも本発明の目的である。
本発明の第１のアスペクトに従うと、１つもしくは複数のこれらの目的は、スラブもしくはストリップを圧延するためにスラブもしくはストリップを圧延機スタンドの１組の回転ロール間を通過させ、そこで、圧延機スタンドのロールが異なる周速度を有し、かつ周速度の差が少なくとも５％、そして最大１００％であり、そこでスラブもしくはストリップの厚さが各通過ごとに最大１５％だけ減少される、連続的鋳造スラブもしくはストリップの加工法により達成される。
ロールが異なる周速度を与えられる結果として、剪断がスラブもしくはストリップ中に起り、スラブもしくはストリップの厚さ全体にわたって起ることが認められた。これは少なくとも５％の速度差を必要とすることが見いだされた。剪断はかなりの程度迄、連続的鋳造材料中の孔の閉鎖をもたらす。これは厚さに主要な変化を必要とはしないでむしろ、最大１５％の厚さの変化で十分であることができる。これは、その場合には厚さが実質的に維持されるので、多くの場合薄い厚さを伴なって鋳造される連続的鋳造金属スラブもしくはストリップにおいて有利である。
更に、本発明に従う圧延はスラブもしくはストリップの機械的特性に有利な、圧延された材料の全厚さにわたって起る粒子の精砕をもたらすことができることは重要である。なかでも、材料の強度が増大する。
剪断はまた共晶粒子を破壊して、改善された強靭性をもたらす。
更に、粒子は剪断の結果として多少ともぎざぎざのある形状を有するであろうため、材料は改善された疲労亀裂伝播速度（ｆａｔｉｇｕｅ ｃｒａｃｋ ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅ）を有することが期待される。これは改善された強靭性および損傷に対する感受性の減少をもたらす。
更に、本発明に従う加工は横方向に散らばりの少ない（ｗｉｔｈ ｌｅｓｓ ｌａｔｅｒａｌ ｓｐｒｅａｄ）圧延シートをもたらすことが期待される。
更に、本発明に従う加工は材料の表面層を材料の通常の圧延を伴なう場合と異なるようにさせることが期待される。通常の圧延は極めて微細な粒子の材料を含んで成る層の形成をもたらす。この層は本発明に従う加工においてはずっと薄い。期待されることは、これが材料の腐蝕抵抗を改善するであろうことである。これは現在の用途以外の用途に対する連続的鋳造アルミニウムプレートおよびストリップ材料の使用に有効であるかも知れない。
スラブもしくはストリップの厚さは好ましくは、各通過ごとに最大８％、そして好ましくは各通過ごとに最大５％だけ減少される。ロール間の周速度の差により剪断および従って粒子の精砕がもたらされるので、粒子の精砕を得るために材料の厚さの減少は必要ではない。厚さの減少は、主としてロールが材料をグリップすることができるために必要である。これは、薄い連続的鋳造アルミニウムスラブおよびストリップ材料の場合に有利な、厚さの僅かな変化を必要とするのみである。減少が少ない程、スラブもしくはストリップは各通過後により厚く維持される。結果として連続的鋳造アルミニウムスラブおよびストリップ材料の可能な用途が増大する。
周速度の差は好ましくは最大５０％、より好ましくは最大２０％である。速度の差が大きい場合、ロールと材料との間の滑りの危険性が非常に大きくなり、その結果、せん断が不均一になるであろう。
有利な態様に従うと、圧延機はロールが異なる直径を有するように設計されている。これが周速度の所望の差を得ることを可能にする。
もう１つの有利な態様に従うと、ロールは異なる回転速度を有する。これももまた、回転速度の所望の差を得ることを可能にさせる。
回転速度の所望の差を得るためにこれらの後者の２種の指標を組み合わせることもできる。
圧延は好ましくは高温で実施される。これは圧延の実行をより円滑にさせる。３００℃と５５０℃の間の温度では、連続的鋳造アルミニウムスラブおよびストリップ上の良好な変形が可能であるので、圧延は好ましくはこの温度範囲で実施される。より好ましくは、圧延は４２５℃と４７５℃の間の温度で実施される。アルミニウムの変形は約４５０℃でもっとも容易である。
本法の有利な態様に従うと、スラブはロールの中心軸をとおる面の垂線に対して５°と４５°の間の角度でロール間に導入される。一定の角度でロール間にスラブを導入することはロールがスラブをグリップすることをより容易にさせ、その結果、厚さの変化をできるだけ低く維持することができる。実験により、材料をロール間にある角度で導入すると、圧延後の材料の直線性が改良されることも分かっている。スラブは、好ましくは１０°と２５°の間の角度で、より好ましくは１５°と２５°の間の角度で供給するが、これは、そのような角度で、材料が良好な直線性レベルで圧延機から出て来るためである。後者の効果は、材料のサイズ縮小、材料および合金の種類および温度によっても異なることに注意すべきである。
出発点は好ましくは、最大７０ｍｍ、より好ましくは最大２５ｍｍの厚さをもつスラブもしくはストリップである。より良い機械的特性を得るためには標準的圧延は約１ミリメーター以下の厚さへの圧延を伴なう。本発明に従う方法の助けをかりると、より良い機械的特性をスラブもしくはストリップに与えることができ、その結果、同様な用途に、より薄い材料を使用することができる。本発明に従う方法は比較的薄い連続的鋳造金属に、より良い特性を与えるために使用することができるので、今やより良い機械的特性をもつ、より薄い連続的鋳造プレートおよびストリップ材料もまた工業的用途を見いだすことが期待される。
この目的のために、最初に圧延を実施した後に、加工操作を好ましくは１回もしくはそれ以上繰り返される。例えば、本発明に従う加工操作を３回実施することにより、十分に良好な粒子の精砕を得る。しかし、加工操作を実施しなければならない回数は連続的鋳造材料の厚さ、ロールの周速度の差および所望の粒子精砕度に依存する。各加工操作の際、材料をロール間に５°と４５°の間の角度で、好ましくは１０°と２５°の間の角度で、より好ましくは１５°と２５°の間の角度で供給するのが望ましい。
本発明に従う加工操作を多数回実施し、必要な場合にはこれらの操作の間に材料を焼きなまし処理にかけることにより、超微細な粒子構造を得ることができる。材料が超可塑性になるためには、加工操作を十分に度々繰り返すことができる。超可塑性材料は極めて小さい粒子を有し、その結果、特定の条件下では亀裂を伴なわずにほとんど無限に圧延することができる。これは金属の変形、例えば工程前の素材の深絞りに著しく有利な特性である。明らかに、本発明に従う加工操作が多数回繰り返される時に、材料はより薄くなり、従って、最大の可能な厚さを伴なう、アルミニウムのような連続的鋳造金属から出発することが望ましい。
本発明に従う加工操作が有利な態様に従って多数回繰り返される場合に、スラブ、プレートもしくはストリップは各通過毎に反対方向に圧延機スタンドを通過させることができる。次に、スラブ、プレートもしくはストリップは各圧延操作後に方向を変更し、常に同一の圧延機スタンドを通過させられる。この場合、ロールは各通過ごとに反対方向に回転しなければならない。この場合にも、材料をロール間に、それぞれの場合にある角度で導入することが望ましい。
もう１つの有利な態様に従うと、スラブ、プレートもしくはストリップは２基以上の圧延機スタンドを連続的に通過させられる。この方法は主としてストリップ材料に適し、この方法で、所望の加工操作を極めて迅速に受けることができる。
本発明に従う方法はその前もしくは後に、ロールが実質的に同一の周速度を有する圧延機を使用して実施される圧延操作を伴なうことができる。この方法で、例えば、正確に所望の厚さもしくは平滑度を製品に与えることができる。
有利な態様に従うと、金属スラブは２枚以上の金属の層、好ましくは１種の金属もしくは複数の異なる金属の異なる合金から成る２枚以上の層により形成される。この方法で、例えばアルミニウムブレージングシートのためのクラッド材料として知られているもののような層状材料を製造することができる。
本発明のもう１つのアスペクトはその金属がアルミニウム、鋼、ステンレス鋼、銅、マグネシウムもしくはチタンもしくはこれらの金属の１つの合金である、前記の方法を使用して製造される金属プレートもしくはストリップを提供する。これらの金属およびそれらの合金は、それらが産業において広範に使用され、連続的鋳造により製造される場合に、より良い機械的特性を得ることが極めて望ましい金属であるために、本発明に従う方法の助けを借りる製造に特に適する。
連続的鋳造金属プレートは好ましくは、５ｍｍと６０ｍｍの間の、より好ましくは５ｍｍと２０ｍｍの間の厚さを有する。この厚さは明らかに、金属が連続的に鋳造されることができる厚さに依存する。従って、本発明に従う加工操作は比較的薄い連続的鋳造材料からでさえ、良好な機械的特性をもつ比較的厚いプレートを製造することを可能にする。
プレートは好ましくは、ＡＡ １ｘｘｘもしくはＡＡ ３ｘｘｘシリーズからのアルミニウム合金、好ましくはＡＡ １０５０もしくはＡＡ １２００、もしくはＡＡ ３１０３シリーズからのアルミニウム合金から成る。
連続的鋳造金属ストリップは好ましくは、最大７ｍｍ、より好ましくは最大２ｍｍの厚さを有する。もちろん標準の厚さをもつストリップを提供するかもしくは機械的特性が改善されるので、それをより薄くすることすらできるが、本発明に従う加工操作により良好な機械的特性をもつ比較的厚いストリップ材料を得ることができる。
金属ストリップは例えば、ＡＡ ５ｘｘｘシリーズから、好ましくはＡＡ ５１８２からのアルミニウム合金から成るストリップである。この材料は本発明に従う加工操作の結果として、自動車の車体のシートとして使用することができる。
本発明はまた、プレートもしくはストリップのコア中の孔が２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満の最大ディメンションを有する、好ましくは本発明の第１のアスペクトに従う方法の助けにより連続的鋳造により製造された改善された金属プレートもしくはストリップに関する。連続的鋳造の結果として、連続的鋳造プレートおよびストリップ材料は常に２０μｍより有意に大きい孔を有する。標準の圧延操作はコア中のこれらの孔を僅かに閉鎖することができるかもしくは全く閉鎖することができない。本発明に従う圧延操作はずっと小さい孔を有する連続的鋳造プレートおよびストリップ材料を提供することを可能にする。
本発明はまた、未再結晶金属プレートもしくはストリップがプレートもしくはビレットのコア中に変形した粒子構造をもち、粒子がそれらの厚さより２〜２０倍長い平均長さ、好ましくはそれらの厚さより５〜２０倍長い長さをもつ、好ましくは本発明の第１のアスペクトに従う方法の助けにより、連続的鋳造により製造される改善された金属プレートもしくはストリップに関する。通常の圧延により、連続的鋳造金属はコアに僅かな変形を受けるのみであるので、コア中の金属粒子はほとんど変形されない。本発明に従う圧延処理は著しく変形された粒子をもつ連続的鋳造プレートおよびストリップ材料を提供することを可能にする。その結果、再結晶時に非常に微細な粒子構造が形成されるであろう。
本発明はまた、金属プレートもしくはストリップが再結晶後に、その全体の厚さにわたり実質的に均一な再結晶度を有する、好ましくは本発明の第１のアスペクトに従う方法のにより、連続的鋳造により製造される改善された金属プレートもしくはストリップに関する。コア中のものを含む、本発明に従う圧延操作の結果として、粒子がすべて剪断を受けた事実は、連続的鋳造プレートおよびストリップ材料が厚さ全体上にわたり再結晶するであろうことを意味する。
このサイズの孔、変形した粒子構造もしくはこの程度の再結晶を伴なう金属プレートもしくはストリップは、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、銅、マグネシウムもしくはチタンまたはそれらの合金は容易に産業的に適用可能であるので、好ましくはこれらの金属から製造される。
本発明を代表的な実施態様に関して説明する。
実験は、厚さ３２．５ｍｍのアルミニウムＡＡ７０５０のスラブを使用して行った。これらのスラブを、２本のロールを有し、上側ロールの直径が１６５ｍｍであり、下側ロールの直径が１３５ｍｍである圧延装置で１回圧延した。圧延後、スラブの厚さは３０．５ｍｍであった。
これらのスラブは、５°と４５°の間の様々な異なった角度で導入した。スラブを圧延装置に導入した時のスラブの温度は約４５０℃であった。２本のロールは毎分５回転の速度で駆動した。
圧延後、これらのスラブは、導入角度に大きく依存する特定の曲率を有していた。圧延後のスラブの直線性は、かなりの程度、導入角度により決定することができ、その状況下で、最適導入角度は、スラブの加工度、材料および合金の種類、および温度によって異なる。上記の実験で圧延したアルミニウムのスラブに関して、最適導入角度は、約２０°である。
せん断角度２０°を、上記の実験により圧延したアルミニウムのスラブで測定した。この測定およびスラブのサイズ縮小を使用し、下記の式により、相当ひずみを計算することができる。
この式を使用し、一次元におけるひずみを求めることができるが、この式は、R.H. WagonerおよびJ.L. Chenotによる本「Fundamentals of metal forming」、John Wiley & Sons, 1997から公知である。
従って、この実験で圧延したスラブでは、相当ひずみは、
である。
通常の圧延機で圧延する場合、せん断は板の厚さを横切って発生せず、従って、相当ひずみは、
に過ぎない。
（板の厚さ全体にわたる一様なひずみに基づいて作業する）
（板の厚さ全体にわたる一様なひずみに基づいて作業する）
従って、本発明の方法を使用する圧延により、周速度に差が全く無い従来の圧延によるよりも３〜４倍高い相当ひずみが得られる。相当ひずみが高いことは、スラブ中の多孔度が低く、再結晶化が大きく、従って、結晶粒精細化が大きく、スラブ中の第二相粒子（構成粒子）がより広範囲に破砕されることを意味する。これらの効果は、相当ひずみが増加する場合に、当業者には一般的に公知である。従って、本発明の圧延は、本発明の方法を使用した結果として、得られる材料の特性が大きく改良されることになる。
Claims (16)
- アルミニウムのスラブもしくはストリップを圧延するためにスラブもしくはストリップが圧延機スタンドの１組の回転ロール間を通過する連続的に鋳造されたスラブもしくはストリップの加工法であって、圧延機スタンドのロールが異なる周速度を有し、かつ周速度の差が少なくとも５％、そして最大２０％であること、およびスラブもしくはストリップの厚さが各通過に対し最大８％だけ減少され、圧延がアルミニウムに対して３００℃と５５０℃の間の温度で実施されることを特徴とする方法。
- スラブもしくはストリップの厚さが各通過ごとに最大５％だけ減少される、請求項１記載の方法。
- 圧延機がロールが異なる直径を有するように設計されている、請求項１または２に記載の方法。
- ロールが異なる回転速度を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- 圧延がアルミニウムに対して４２５℃と４７５℃の間の温度で実施される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- スラブがロールの中心軸をとおる面に対する垂線に対して５°と４５°の間の角度でロール間に導入される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- スラブがロールの中心軸をとおる面に対する垂線に対して１０°と２５°の間の角度でロール間に導入される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- スラブがロールの中心軸をとおる面に対する垂線に対して１５°と２５°の間の角度でロール間に導入される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- 出発点が最大７０ｍｍの厚さをもつスラブもしくはストリップである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
- 出発点が最大２５ｍｍの厚さをもつスラブもしくはストリップである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
- 圧延が最初に実施された後に、加工操作を１回もしくはそれ以上繰り返す、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
- スラブ、プレートもしくはストリップが各通過に対して反対方向に圧延機スタンドを通過する、請求項１１に記載の方法。
- スラブ、プレートもしくはストリップが２基以上の圧延機スタンドを継続して通過する、請求項１１に記載の方法。
- 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の加工操作の前もしくは後に、ロールが実質的に同一の周速度を有する圧延機を使用して実施される圧延操作を伴なう、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
- 金属スラブが２枚以上の金属の層により形成される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
- 金属スラブが１種の金属もしくは異なる複数の金属の異なる合金から成る２枚以上の層により形成される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
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