JP5287679B2 - 連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法及び材料設計装置 - Google Patents
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Description
設計フェーズ1は、材質素設計の工程であり、その目的は、安価・簡易に多数の成分/熱処理条件を変更して最適条件を求めることである。
設計フェーズ2は、プロセス設計の工程であり、その目的は、所与の成分や熱処理条件を実現する、最も安価・高生産性な生産装置を設計することである。
設計フェーズ3は、実機調整であり、その目的は、生産機での、製造条件のファインチューニングを行うことである。
これに対して、設計フェーズ2では、大型で生産性の比較的高い形式の装置が適用される。例えば、設計フェーズ2で用いられる装置としては、メルトスピニング、PFC、双ロール法、メルトドラッグ法、遠心鋳造紡糸法、EFG法等の装置である。このような装置では、一般に、装置や作業条件の変更は困難である。
設計フェーズ3では、設計フェーズ2で確定された形式の装置をさらに大型化、高生産性化した装置を用いる場合がある。但し、設計フェーズ2の装置で所要の生産性を確保できる場合には、設計フェーズ3専用の装置を新たに準備せず、設計フェーズ2の装置をそのまま適用し、又は、設計フェーズ2の装置を改造して設計フェーズ3の目的である実機ファインチューニングを行うこともある。このため、設計フェーズ2−3間では装置の形式が異なることはまれであるが、設計フェーズ1−2間では装置形式が異なり得る。装置形式が異なる鋳造装置では、伝熱機構が異なり得るので、設計フェーズ1−2間では、装置条件差を適切に評価する必要がある。
第2の方法は、設計フェーズ2における製造装置を、広い製造条件を実現できるような高機能な仕様として建設し、設計フェーズ1−2間の製造条件差を設計フェーズ2の装置側で吸収しようとするものである。
凝固現象を数値解析によって定量的に表現する手法として、従来、各種の鋳造シミュレーション手法が提案されている。例えば、下記の特許文献2には、単ロール凝固法に対する鋳造シミュレーション方法が開示されている。また、Impact droplet法に関しては例えば下記の非特許文献3に、双ロール凝固法に関しては例えば下記の非特許文献4に、鋳造シミュレーション手法が開示されている。
本発明の第1の特徴として、従来技術においては鋳造装置での製造条件(鋳造条件)をマクロな操業パラメータ(例えば、注湯温度等)で整理していたのに対し、本発明では凝固組織にとって普遍的なミクロ操業パラメータである局所温度履歴、特に、局所凝固速度と局所温度勾配を用いて整理する。この結果、本発明では、設計フェーズ1−2間でのように個々の鋳造装置に固有なマクロ操業パラメータの条件の大きく異なる鋳造装置間であっても、互いにマクロ操業パラメータをミクロ操業パラメータに変換して同一の凝固組織を実現することができる。
その第1の理由として、この従来技術において鋳片内部点での局所温度履歴は、鋳片表面とは大きく異なるはずである。本来、鋳片内部点における凝固組織を決定付けるのは、その内部点局所での温度履歴でなければならない。つまり、この従来技術におけるミクロ操業パラメータは、凝固組織にとって普遍的とは言えない。従って、この従来技術で求めたミクロ操業パラメータと凝固組織の関係を、インゴット寸法、形状や鋳造装置構造の大きく変化する条件に対して適用したとしても正確な凝固組織を予測できない。
第2の理由として、この従来技術でミクロ操業パラメータとして用いている冷却速度は、少なくとも、今回対象とする高速凝固においては、凝固組織の普遍的なパラメータになり得ない。なぜならば、局所温度の時間微分値である冷却速度は、今回対象の高速凝固の場合には時間に対して単調減少するとは限らないからである。高速凝固の場合、通常、凝固するためには大きな過冷度が必要であるが(即ち、状態図における液相線温度よりも低い溶湯温度でも凝固核生成しない)、一旦、凝固が始まると、不均一核生成が急速に進行して多大な凝縮熱を発生し、溶湯温度は、時間の経過と共に液相線温度近傍まで上昇する(即ち、局所温度時間微分値は正になる)。これを再輝現象と言う。このような凝固中温度履歴に対する温度時間微分値(即ち、冷却速度)の大小(又は正負)が体系的に凝固組織と関係付けられる根拠は低いと考えられる。この従来技術が相応に有効であったのは、適用対象が粗大インゴットに緩冷却を行う鋳造であったため、再輝現象等の高速凝固時の問題が顕在化しなかったからであり、また、適用対象の条件差が比較的小さかったので、鋳片表面での冷却速度のような普遍的ではないパラメータであっても、条件間での相対評価指標としては機能したためと考えられる。
第1に、今回対象である薄膜のような、小領域で高速な凝固現象を定量的に測定する手法が存在しない(又は、測定手法の制約が大きい)。
第2に、測定できるのは通常、薄膜の表面温度のみである。他の部分、例えば、冷却装置との薄膜接触面では冷却速度は薄膜表面の10倍以上にもなり得るため、表面温度のみの把握では温度履歴の評価方法として好適でない。
第3に、溶湯の速度分布情報を正確に測定する手法が存在しない。このため、表面の温度を測定できたとしても、表面での溶湯の流れの向き(順流、逆流)や流速を把握できないので、表面温度分布を表面温度履歴に換算することができない。
第4に、未知の作業条件である設計フェーズ2での設計には、事前に測定値がそもそも存在しない。
本発明で対象とする素材は、前記設計フェーズ3において連続鋳造装置を用いて製造される薄膜素材であって、その厚みは、1μm以上10mm以下であることが好ましい。特に、10μm以上1mm以下であることが特に好ましい。この範囲よりも厚い場合、冷却面積当たりの素材の熱容量が大きく、急冷が困難であるため、急冷による凝固組織の作り込みに問題を生じるので好ましくない。また、この厚みよりも薄い場合、安定的に製造できる連続鋳造装置が存在しないため、生産性の低い、インゴット鋳造で製造せざるを得ず、素材の量産化に問題を生じるので好ましくない。設計フェーズ1、2においても、同様の範囲の厚みを対象とすることができる。
本発明の対象とする箔体の連続鋳造プロセスにおいては、凝固偏析を避け、かつ、生産性を指向するため、一般に高速凝固、高速鋳造を指向している。従って、好ましくは、箔厚方向平均凝固速度が1mm/s以上、単位幅当たりマスフローが1×10-3m2/s以上である。
この図2に示すフローチャートの処理は、図1に示す、連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計装置100において行われ、より詳細には、CPU101が、外部メモリ104に記憶されているプログラムを実行することによって実行される。
≪S201:第1の工程≫
まず、図2に示すステップS201の第1の工程において、CPU101は、試験用鋳造装置210に対して、2つ以上の異なる鋳造条件で薄膜素材を製造させる制御を行う。これにより、試験用鋳造装置210では、定点で薄膜素材の表面温度を測定しながら、2つ以上の異なる鋳造条件で薄膜素材を製造する処理を行う。このステップS201の第1の工程における処理を行うCPU101は、制御手段を構成する。
≪S202:第2の工程≫
続いて、図2に示すステップS202の第2の工程において、CPU101は、ステップS201の第1の工程で製造された鋳造条件ごとの各薄膜素材ごとに、薄膜素材の一部又は全部を用いて凝固組織の試料とし、凝固組織の分析を行う。これにより、鋳造条件ごとの各薄膜素材ごとに、薄膜素材の凝固組織の測定が行われる。このステップS202の第2の工程における処理を行うCPU101は、測定手段を構成する。
例えば、金属素材の場合、まず、予め、ユーザは、薄膜素材を樹脂に埋め込んで、凝固方向に略平行な断面が露出するように研磨を行い、前記研磨面を酸やアルカリ液等によって薬品処理して結晶界面の視認性を高めた後、光学顕微鏡を用いて前記試料断面の撮影を行う。そして、ユーザは、撮影によって得られた画像を手動又は画像処理計測装置を用いて観察し、CPU101は、例えばユーザによる入力デバイス105を介した入力に基づいて、薄膜素材の凝固組織、具体的には結晶粒の粒径分布及び結晶形状等、を測定する。この他、電子顕微鏡を用いた一般的な結晶分析手法やX線回折画像撮影を用いた一般的な結晶分析手法を用いてもよい。
≪S203:第3の工程≫
続いて、図2に示すステップS203の第3の工程において、CPU101は、ステップS201の第1の工程で測定された薄膜素材の表面温度を用いて調整された鋳造シミュレーションを用いて、試験用鋳造装置210及び鋳造条件を再現すると共に、鋳造条件ごとに薄膜素材の局所温度履歴を算出する処理を行う。このステップS203の第3の工程における処理を行うCPU101は、第1の算出手段を構成する。
p=x+Δt・v ・・・ (1)
このとき、vは流線方向となる。
d=(A(x+Δx)−A(x))/Δt ・・・ (2)
ここで、Δx(ベクトル)は、「局所」の単位時間Δt間での移動量であり、A(x)は、位置xにおけるAの値である。
≪S204:第4の工程≫
続いて、図2に示すステップS204の第4の工程において、CPU101は、ステップS202の第2の工程で測定された薄膜素材の凝固組織と、ステップS203の第3の工程で算出された薄膜素材の局所温度履歴とを鋳造条件ごとに組み合わせて、好適な凝固組織となる薄膜素材の局所温度履歴範囲を算出する処理を行う。このステップS204の第4の工程における処理を行うCPU101は、第2の算出手段を構成する。
また、図4は、本発明の実施形態を示し、薄膜素材の凝固組織の分類における他の一例を示す模式図である。具体的に図4には、エンタルピ勾配と等エンタルピ線成長速度との関係が示されている。
図5は、本発明の実施形態を示し、凝固界面上温度勾配と凝固速度計算値との関係の一例を示す模式図である。
図5(a)は、設計フェーズ1の第1の工程の鋳造試験で得られた凝固組織を、当該鋳造条件(特定の鋳造条件)に対応する鋳造シミュレーション(凝固シミュレーション)によって得られた局所でのミクロ操業パラメータである凝固界面上での(空間)温度勾配計算値(温度勾配が最大となる方向の勾配値を採用する)及び凝固界面上の凝固速度計算値の座標点として、図3と同様のグラフ上にプロットしたものである。この図5(a)では、非晶質材料の製造を目的として、「非晶質」、及び結晶質の混在した非晶質である「非晶質+結晶質」に分類し、「非晶質」を好適、「非晶質+結晶質」を好適ではないとする。
図6(a)及び図6(b)における手順は、図5(a)及び図5(b)での手順においてミクロ操業パラメータを変更した点のみが異なり、図5(a)及び図5(b)での手順と本質的に同様である。尚、当該薄膜素材の凝固組織としての採用可否に関しては、第1の工程で得られた箔に対して実施される各種の材質試験結果及び第2の工程で得られた凝固組織の対応から、適宜判断基準を設定すればよい。
≪S205:第5の工程≫
続いて、図2に示すステップS205の第5の工程において、CPU101は、設計フェーズ1で用いた試験用鋳造装置210よりも大規模な量産用連続鋳造装置220(の種類、仕様、構造等)及びその鋳造条件を設定する処理を行う。このステップS205の第5の工程における処理を行うCPU101は、設定手段を構成する。
≪S206:第6の工程≫
続いて、図2に示すステップS206の第6の工程において、CPU101は、第5の工程で設定した量産用連続鋳造装置220及びその鋳造条件を再現する鋳造シミュレーションを実施して薄膜素材の局所温度履歴を算出する処理を行う。このステップS206の第6の工程における処理を行うCPU101は、第3の算出手段を構成する。
≪S207:第7の工程≫
続いて、図2に示すステップS207の第7の工程において、CPU101は、ステップS206の第6の工程で算出された局所温度履歴が、ステップS204の第4の工程で算出された局所温度履歴範囲内であるかを判定する処理を行う。このステップS207の第7の工程における処理を行うCPU101は、判定手段を構成する。
≪S208:第8の工程≫
一方、ステップS207の第7の工程における判定の結果、ステップS206の第6の工程で算出されたいずれかの代表的局所についての局所温度履歴が、ステップS204の第4の工程で算出された好適な凝固組織となる薄膜素材の局所温度履歴範囲内でない(範囲外である)場合には、ステップS208の第8の工程に進む。
ステップS208の第8の工程に進むと、CPU101は、現在設定されている量産用の連続鋳造装置又は当該量産用の連続鋳造装置の鋳造条件を変更して、ステップS206の第6の工程に戻る。そして、CPU101は、ステップS206の第6の工程で算出される局所温度履歴が、ステップS204の第4の工程で算出された局所温度履歴範囲内となるまで、前記第6の工程及び前記第7の工程を繰り返す処理を行う。このステップS208の第8の工程における処理を行うCPU101は、処理手段を構成する。
次に、凝固モデルに使用する用語について、単ロール法の鋳造シミュレーションの検討系である図7を用いて説明する。
流入口709から流入してノズル壁面708の間から噴射された液相701が、回転する冷却材711である冷却ロールと冷却面712で接触することにより、液相701は、冷却ロール側から凝固して固相702を形成する。固相702は、冷却ロールに引かれて、流出口710から流出する。液相701が固相702に凝固する際に、複数成分系の材料(素材)の場合、液相線704と固相線705を材料内に引くことができる。液相線704と固相線705は、比較的低速での凝固の場合、当該成分系に対応する状態図上での液相線及び固相線に一致する。
本発明が対象とする鋳造において生成する凝固組織は、形態的に、非晶、柱状晶、柱状デンドライト晶、又は、等軸晶のいずれかに分類することができる。凝固中に凝固界面(又は、マッシー等の凝固領域)が外力を受ける場合、凝固組織の形態ごとに変形挙動が異なるので、凝固界面や凝固領域には、そこでの凝固組織形態に対応した、非晶質用、柱状晶用、柱状デンドライト晶用、又は、等軸晶用のいずれかの凝固モデルを適用することが、鋳造シミュレーションの予測精度上、好ましい。
非晶質は、明確な凝固現象を生じず、温度が低下するに従って、徐々に粘性の上昇する挙動を示す。例えばガラス転移温度では、通常、融点(固相線温度)での粘性の1012倍以上の値となる。液相からガラス転移温度までのようなに広い範囲の粘性を示す液体を安定的に解く数値解析手法があれば、凝固モデルは不要であり、単に、液体の粘性を温度に対応させて変化させればよい。しかしながら、実際にはこのような数値解析は、数値的に不安定である場合が多いので、特定の粘性(温度)で凝固して固体になるものとして数値解析することが多い。このような凝固に対しては、凝固界面直後で直ちに高い粘性を与えることができるために予測精度の高い、例えば特許文献2に開示されるシャープ凝固界面型凝固モデルが好ましい。尚、非晶質の場合、凝固潜熱は発生しない。
まず、凝固組織を1つ仮定(設定)し、これに対応する凝固モデルを凝固界面全域に対して適用する。続いて、凝固界面上でのミクロ操業パラメータ(凝固速度及び空間温度勾配最大値等)の組み合わせを前記凝固組織予測関数に代入して局所での凝固組織を推定する。続いて、推定した凝固組織が最初に仮定(設定)した凝固組織と異なる部位の局所には、前記凝固組織予測関数で得られた凝固組織に対応する凝固モデルを適用する前提で、再度、鋳造シミュレーションを実施する。仮定(設定)した凝固モデルを前提に実施した鋳造シミュレーション結果を用いた凝固組織予測関数で計算された凝固組織が、計算前提の凝固組織と、凝固界面上の全域で一致するまで繰り返し計算を行う。
実施例1では、設計フェーズ1として、まず、非晶質材料を得る目的で、単ロール鋳造法の試験用鋳造装置210を用いて、成分がFe−B−Si合金の薄膜素材の鋳造を、異なる2つの鋳造条件で行った。この際、冷却ロールの直径は、φ30mmとした。試験の際に、箔体の表面温度を定点に固定したパイロメータによって連続的に測定した。そして、異なる2つの鋳造条件により、それぞれ厚みが約30μmであるサンプル1及び2を得た。具体的に、サンプル1の試験条件(鋳造条件)において、ロール表面での熱抵抗をサンプル2における試験条件(鋳造条件)よりも小さく設定して試験を行った。
図8において、サンプル1の座標点は、鋳造シミュレーションの結果得られた計算値を用いている。また、図8上の各点での凝固組織は、前述の試験片観察結果を記載した。ここで、例えばユーザは、図8上での凝固組織の分布から、完全に非晶質となる凝固組織限界線を目視判断によって入力デバイス105を介してCPU101に入力し、CPU101は、図8のように凝固組織境界線を設定する。さらに、図8において、前記凝固組織境界線よりも右上側の凝固組織の領域が非晶質材料製造可能範囲であるため、CPU101は、当該領域を非晶質材料製造可能範囲に設定する。
図9において、プラン1及び2の各点は、全て凝固組織境界線よりも右上に存在する(即ち、非晶質材料製造可能範囲内である)ので、いずれのプランにおいても、双ロール鋳造装置で非晶質の材料が得られるものと推定できる。また、図9において、プラン1の方がプラン2よりも全般的に右上方向に位置するので、プラン1、即ち、冷却ロール径を小径とした方がより非晶質の材料を得易いとも推定できる。
実施例2では、設計フェーズ1での凝固モデルとして高粘性液体マッシー型凝固モデルであるVOF法を用いる以外の条件を実施例1と同様にして、鋳造試験、並びに、凝固組織の予測を行った。この凝固シミュレーションでは、箔厚の予測精度が実施例1のものよりも低かった。ここで、設計フェーズ1における凝固組織境界の整理を図10に示す。
図10において、設計フェーズ1の同一の試験結果に対する凝固組織界面の整理が実施例1(図8)とは定性的にも異なることがわかる。即ち、図8では冷却速度一定線が凝固組織境界であるのに対し、図10では等エンタルピ線成長速度一定線が凝固組織界面である。実施例1、2での箔厚の予測精度が異なることからみて、図8と図10との差は、鋳造シミュレーションで使用した凝固モデルの差によるものと考えられる。従って、本発明に用いる鋳造シミュレーションにおいては、適切な凝固モデルを選択することが重要であることがわかる。尚、実施例1の方が箔厚予測精度がより高いので、実施例1、2の鋳造試験に関しては、実施例1での整理の方がより妥当性が高いと考えられる。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。
即ち、前述した、連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法を示す図2の各ステップを、CPU101が外部メモリ104等に記憶されているプログラムを実行することによって実現する処理である。
このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明に含まれる。
Claims (8)
- 連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法であって、
試験用の鋳造装置に対して、定点で薄膜素材の表面温度を測定しながら、2つ以上の異なる鋳造条件で当該薄膜素材を製造させる制御を行う第1の工程と、
前記試験用の鋳造装置で製造された薄膜素材の凝固組織を分析して、前記鋳造条件ごとに当該薄膜素材の凝固組織を測定する第2の工程と、
前記試験用の鋳造装置において前記第1の工程で測定された薄膜素材の表面温度を用いて調整された鋳造シミュレーションを用いて、前記試験用の鋳造装置及び前記鋳造条件を再現すると共に、前記鋳造条件ごとに薄膜素材の局所温度履歴を算出する第3の工程と、
前記第2の工程で測定された前記凝固組織と、前記第3の工程で算出された前記局所温度履歴とを前記鋳造条件ごとに組み合わせて、好適な凝固組織となる薄膜素材の局所温度履歴範囲を算出する第4の工程と
を有する第1の設計フェーズと、
前記試験用の鋳造装置よりも大規模な量産用の連続鋳造装置及びその鋳造条件を設定する第5の工程と、
前記量産用の連続鋳造装置及びその鋳造条件を再現する鋳造シミュレーションを実施して薄膜素材の局所温度履歴を算出する第6の工程と、
前記第6の工程で算出された局所温度履歴が、前記第4の工程で算出された局所温度履歴範囲内であるかを判定する第7の工程と、
前記第7の工程において、前記第6の工程で算出された局所温度履歴が、前記第4の工程で算出された局所温度履歴範囲内でないと判定された場合に、前記量産用の連続鋳造装置又は当該量産用の連続鋳造装置の鋳造条件を変更して、前記第6の工程で算出される局所温度履歴が、前記第4の工程で算出された局所温度履歴範囲内となるまで、前記第6の工程及び前記第7の工程を繰り返す第8の工程と
を有する第2の設計フェーズと
を含むことを特徴とする連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法。 - 前記第4の工程において、前記第2の工程で測定された前記凝固組織と、前記第3の工程で算出された前記局所温度履歴とを前記鋳造条件ごとに組み合わせることは、
前記局所温度履歴として、特定の鋳造条件に対応する前記鋳造シミュレーションにおいて局所凝固速度及び凝固中の局所温度勾配の大きさの最大値の時間平均を算出したものと、前記特定の鋳造条件に関する凝固組織とを組み合わせることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法。 - 前記第7の工程において、前記第6の工程で算出された局所温度履歴が、前記第4の工程で算出された局所温度履歴範囲内であるかを判定することは、
前記局所温度履歴範囲内である、前記第1の設計フェーズで用いた鋳造シミュレーションにおいて算出される局所凝固速度及び凝固中の局所温度勾配の大きさの最大値の時間平均の組み合わせ範囲内に、前記局所温度履歴である、前記第2の設計フェーズで用いた鋳造シミュレーションにおいて算出される局所凝固速度及び凝固中の局所温度勾配の大きさの最大値の時間平均の組み合わせが、存在するかを判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法。 - 前記第4の工程において、前記第2の工程で測定された前記凝固組織と、前記第3の工程で算出された前記局所温度履歴とを前記鋳造条件ごとに組み合わせることは、
前記局所温度履歴として、特定の鋳造条件に対応する前記鋳造シミュレーションにおいて所定エンタルピ等値線上の局所成長速度及び前記所定エンタルピ値での局所エンタルピ空間勾配の大きさの最大値の時間平均を算出したものと、前記特定の鋳造条件に関する凝固組織とを組み合わせることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法。 - 前記第7の工程において、前記第6の工程で算出された局所温度履歴が、前記第4の工程で算出された局所温度履歴範囲内であるかを判定することは、
前記局所温度履歴範囲内である、前記第1の設計フェーズで用いた鋳造シミュレーションにおいて算出される所定エンタルピ等値線上の局所成長速度及び当該所定エンタルピ値での局所エンタルピ空間勾配の大きさの最大値の時間平均の組み合わせの範囲内に、前記局所温度履歴である、前記第2の設計フェーズで用いた鋳造シミュレーションにおいて算出される凝固中の所定エンタルピ等値線上の局所成長速度及び当該所定エンタルピ値での局所エンタルピ空間勾配の大きさの最大値の時間平均の組み合わせが、存在するかを判定することを特徴とする請求項1又は4に記載の連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法。 - 前記第2の工程における凝固組織の測定結果を、非晶質、柱状晶、柱状デンドライト晶、又は、等軸晶のいずれかに分類して実績凝固組織分類を得て、
次に、前記実績凝固組織分類の変化する境界である凝固組織境界を鋳片表面からの距離の関数である実績凝固組織関数で表し、
次に、前記第3の工程における鋳造シミュレーションで用いられる凝固モデルとして、非晶質用、柱状晶用、柱状デンドライト晶用、及び、等軸晶用の凝固モデルを備え、かつ、当該鋳造シミュレーションにおいて局所での凝固計算に用いる前記凝固モデルを判断する方法として、前記局所の冷却面からの距離を鋳片からの距離として与えた前記実績凝固組織関数を用いて得られた凝固組織を用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法。 - 前記第3の工程における鋳造シミュレーションにおいて、前記局所での凝固組織を、当該局所での前記局所温度履歴と対応付け、
次に、前記2つ以上の異なる鋳造条件で製造された前記薄膜素材の前記局所での凝固組織と前記局所温度履歴との対応付けを用いて、凝固組織の境界を局所温度履歴の関数として表す凝固組織予測関数を求め、
次に、前記第6の工程における鋳造シミュレーションで用いられる凝固モデルとして、非晶質用、柱状晶用、柱状デンドライト晶用、及び、等軸晶用の凝固モデルを備え、かつ、当該鋳造シミュレーションにおいて局所での凝固計算に用いる前記凝固モデルを判断する方法として、前記凝固組織予測関数を用いて判断することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計方法。 - 連続鋳造によって製造される薄膜素材の材料設計装置であって、
第1の設計フェーズにおいて、試験用の鋳造装置に対して、定点で薄膜素材の表面温度を測定しながら、2つ以上の異なる鋳造条件で当該薄膜素材を製造させる制御を行う制御手段と、
前記第1の設計フェーズにおいて、前記試験用の鋳造装置で製造された薄膜素材の凝固組織を分析して、前記鋳造条件ごとに当該薄膜素材の凝固組織を測定する測定手段と、
前記第1の設計フェーズにおいて、前記制御手段の制御により前記試験用の鋳造装置において測定された薄膜素材の表面温度を用いて調整された鋳造シミュレーションを用いて、前記試験用の鋳造装置及び前記鋳造条件を再現すると共に、前記鋳造条件ごとに薄膜素材の局所温度履歴を算出する第1の算出手段と、
前記第1の設計フェーズにおいて、前記測定手段で測定された前記凝固組織と、前記第1の算出手段で算出された前記局所温度履歴とを前記鋳造条件ごとに組み合わせて、好適な凝固組織となる薄膜素材の局所温度履歴範囲を算出する第2の算出手段と、
第2の設計フェーズにおいて、前記試験用の鋳造装置よりも大規模な量産用の連続鋳造装置及びその鋳造条件を設定する設定手段と、
前記第2の設計フェーズにおいて、前記量産用の連続鋳造装置及びその鋳造条件を再現する鋳造シミュレーションを実施して薄膜素材の局所温度履歴を算出する第3の算出手段と、
前記第2の設計フェーズにおいて、前記第3の算出手段で算出された局所温度履歴が、前記第2の算出手段で算出された局所温度履歴範囲内であるかを判定する判定手段と、
前記第2の設計フェーズにおいて、前記第3の算出手段で算出された局所温度履歴が、前記第2の算出手段で算出された局所温度履歴範囲内でないと前記判定手段で判定された場合に、前記量産用の連続鋳造装置又は当該量産用の連続鋳造装置の鋳造条件を変更して、前記第3の算出手段で算出される局所温度履歴が、前記第2の算出手段で算出された局所温度履歴範囲内となるまで、前記第3の算出手段による算出処理及び前記判定手段による判定処理を繰り返す処理手段と
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