JP5812396B2 - 複合材料、連続鋳造用部品、連続鋳造用ノズル、および連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、純マグネシウム又はマグネシウム合金の鋳造材を製造するのに適した連続鋳造用部品、特に連続鋳造用ノズルに適した複合材料に関するものである。また、本発明は、上記連続鋳造用ノズルを用いた連続鋳造方法、およびその方法を用いて得られた鋳造材に関するものである。

従来、溶解炉にて溶解された金属溶湯を、湯だめなどを介して、ロールやベルトなどからなる可動鋳型に供給し、この溶湯を可動鋳型に接触させることで冷却して凝固させ、鋳造材を連続的に製造する連続鋳造が知られている。金属溶湯は、ノズルを介して可動鋳型に供給される。この鋳造用ノズルとして、例えば、特許文献１や２に記載されるものがある。特許文献１には、鋳造時、素材の幅方向における溶湯の温度のばらつきを小さくするために、ノズルの先端が良熱伝導層、低熱伝導層、高強度弾性層の３層構造でできたノズルが開示されている。また、特許文献２には、純マグネシウム又はマグネシウム合金を連続鋳造する際に用いるのに適したノズルが開示されている。マグネシウムは活性な金属であるため、マグネシウムの溶湯とノズルの形成材料との反応を防止するために、ノズルの本体を酸化物材料で形成した場合、溶湯と接触する面に低酸素材料からなる被覆層を設けたノズルが記載されている。

特開２００６‐０１５３６１号公報 特開２００６‐２６３７８４号公報

しかし、金属溶湯がノズルから可動鋳型に供給される際、高温である金属溶湯と常に接触するので、部品の構成成分が溶湯に奪われたり、溶湯の熱による酸化や溶湯のしみ込みが原因で部品が消耗・劣化する。場合によっては、部品の破損に至る。劣化による部品の変形や溶湯の変質は、溶湯の流れを不均一にするため、連続鋳造の長期的な継続が困難になる。

また、供給箇所において、ノズルと可動鋳型との間に隙間ができる。この隙間は、ノズル先端の内周縁からノズルの軸方向に延びる延長線と、可動鋳型とで囲まれる領域にできる。隙間にわずかに流れ込んだ溶湯は、可動鋳型によって冷却され、その隙間で凝固することにより局所的に湯流れを乱し、鋳造材の表面性状の低下を招く原因となる。また、凝固物となった溶湯は、可動鋳型（例えばロール）に付着し、鋳造材の表面欠陥を発生させる原因とも考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、長時間の製造においても部品の劣化や消耗、溶湯の変質が生じにくく、またノズルと可動鋳型との間にできる隙間に溶湯が流れ込み難く、表面品質に優れる鋳造材を長期的に連続鋳造できる連続鋳造用部品を形成するのに適した複合材料を提供することにある。また、本発明の別の目的は、この複合材料を用いた連続鋳造用部品、特に連続鋳造用ノズルを提供することにある。さらに本発明の別の目的は、連続鋳造用ノズルを用いた連続鋳造方法と、その方法により得られた鋳造材を提供することにある。

本発明は、純マグネシウム又はマグネシウム合金等の溶湯に対して、機械的強度が高く、溶湯との反応性が低い多孔質体の少なくとも一部に、充填材を複合させることで上記目的を達する。

本発明の複合材料は、純マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯を連続鋳造する際に用いられる連続鋳造用部品の少なくとも一部を構成する複合材料に係るものである。上記複合材料は、空孔を有する多孔質体と、その多孔質体の表面部のうち、前記溶湯に接触する箇所の少なくとも一部に内在される充填材と、を備える。この充填材は、窒化物、炭化物、および炭素から選択される少なくとも１種を主成分として含有する。これらの材質は、多孔質体に比べて溶湯に対する濡れ性が低い材質（以下、撥湯材）である。ここで、表面部とは、多孔質体の表面からある程度の深さを持った立体的な領域のことである。充填材は少なくともその表面部に内在されていれば良いため、本発明複合材料では、表面部に加えて多孔質体の内部にも充填材が内在されていても当然構わない。また、充填材の主成分とは、充填材のうち、６０質量％以上を占める成分のことである。

本発明複合材料によれば、撥湯材を含む充填材を内在させた箇所において純マグネシウム又はマグネシウム合金等の溶湯を弾くことができる。そのため、この複合材料を用いて連続鋳造用部品（特に、連続鋳造用ノズル）を作製することで、鋳造時の湯流れが乱れることを抑制でき、その結果として、表面品質に優れる鋳造材を得ることができる。また、充填材の存在により、溶湯の熱による多孔質体の損傷や、溶湯の酸化、多孔質体への溶湯のしみ込みを抑制し易いので、本発明複合材料を用いて連続鋳造用部品を作製すれば、その連続鋳造用部品が傷みにくい。その結果、長期的に安定した表面品質の鋳造材を得ることができる。さらに、多孔質体とその空孔に内在される充填材とを備える構成とすることで、高靱性で機械的な破損が生じ難い複合材料とすることができる。本発明複合材料によれば、連続鋳造に適した複雑形状や薄肉の連続鋳造用ノズルを作製することができる。

本発明複合材料の一形態として、多孔質体における充填材が内在される部分の表面に、さらに被覆層を備える構成とすることが好ましい。その場合、被覆層は、窒化物、炭化物、および炭素から選択される少なくとも１種を主成分として含有する構成とする。ここで、被覆層の主成分とは、被覆層のうち、６０質量％以上を占める成分のことである。

上記構成とすることで、被覆層を設けた部分でより効果的に溶湯を弾くことができる。窒化物、炭化物、および炭素のうち、特に窒化物は、溶湯に濡れたり反応したりせずに溶湯を弾き易く、化学的安定性に優れている。また窒化物は、実質的に酸素を含んでいない低酸素材料であるため、純マグネシウムやマグネシウム合金の溶湯との反応により浸食され難い。更に窒化物は、高熱伝導性と低熱膨張性を有するので、溶湯からの熱伝導による伸縮が小さく、被覆層が多孔質体の表面から剥離し難く、破損し難い。

上記被覆層を備える本発明複合材料の一形態として、当該被覆層は、主成分以外の成分としてアルミナを含有する構成とすることができる。

溶湯に対する被覆層の濡れ性を決定する要素として、被覆層の緻密さも重要な要素として挙げることができる。アルミナは、この被覆層の緻密さを向上させる効果を有する。

本発明複合材料の一形態として、多孔質体の曲げ弾性率が９０ＧＰａ以下であることが好ましい。

曲げ弾性率が９０ＧＰａ以下のしなやかな多孔質体を備える複合材料を用いて連続鋳造用ノズルを作製すれば、部材の欠けや破損が少なく薄肉な形状でも良好な耐久性を得ることが可能であり、安定した連続鋳造を行うために必要なノズル形状を用いることができる。このような多孔質体の構成材料としては、炭素または炭化物を挙げることができる。炭素は機械的強度が高いので、連続使用しても消耗・劣化し難く、耐久性に優れ、長期的に継続して使用することができる。また炭素は熱伝導性に優れるので、溶湯と接触した箇所において温度のばらつきを小さく抑えることができる。更に、炭素は酸素の含有量が低い低酸素性なので、マグネシウムが酸素と結合することを防ぐことができる。例えば、多孔質体は、ＳｉＣ繊維または炭素繊維を圧下成形したものや、Ｃ／Ｃコンポジット（Ｃａｒｂｏｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：炭素繊維を強化材とし、炭素をマトリックスとした複合材料）などで構成すると良い。

本発明複合材料の一形態として、多孔質体の平面方向の熱伝導率が、１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。

多孔質体の平面方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の複合材料を用いて連続鋳造用ノズルを作製すれば、鋳造時における当該平面方向の連続鋳造用ノズルの温度を均一的にすることができる。その結果、鋳造時における当該平面方向の溶湯の温度も均一的にすることができるので、可動鋳型での溶湯の凝固が均一的になり、表面性状に優れた鋳造材を得ることができる。このような多孔質体の構成材料としては、やはり炭素やＳｉＣからなる材料を挙げることができる。

本発明連続鋳造用部品は、純マグネシウム又はマグネシウム合金を連続鋳造する際に用いられる連続鋳造用部品であって、純マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯と接触する箇所の少なくとも一部分が、本発明の複合材料により形成されている。

本発明の複合材料を用いて連続鋳造用部品を形成すると、マグネシウムとの反応を抑制でき、溶湯による酸化や溶湯のしみ込みによる消耗や劣化がなされ難く耐久性を向上でき、連続鋳造のより長期的な継続ができる。

本発明連続鋳造用ノズルは、純マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯を連続鋳造用の可動鋳型に供給する連続鋳造用ノズルであって、本発明の複合材料により形成されている。

本発明の複合材料を用いて連続鋳造用ノズルを形成すると、マグネシウムとの反応を抑制でき、溶湯による酸化や溶湯のしみ込みによる消耗や劣化がなされ難く耐久性を向上でき、連続鋳造のより長期的な継続ができる。また、溶湯の輸送路となるノズル内部において、均一な湯流れを維持し易く局所的に湯流れが乱れることを防げる。

本発明連続鋳造用ノズルの一形態として、連続鋳造用ノズルの表面のうち、少なくとも可動鋳型側の先端面から外周面に亘る先端領域に、複合材料の多孔質体に比べて溶湯に対する濡れ性が低い被覆層を備えることが挙げられる。この場合、被覆層は、窒化物、炭化物、および炭素から選択される少なくとも１種を主成分として含有する構成とする。

特に、連続鋳造用ノズルの先端領域を本発明の複合材料で形成することで、ノズルと可動鋳型との間にできる隙間に溶湯が流れ込み難くできる。よって、その隙間で局所的に湯流れが乱れることがなく、溶湯が凝固することを防ぐことができ、表面品質に優れる鋳造材を得ることができる。

一方、本発明連続鋳造方法は、本発明連続鋳造用ノズルと、双ロール式の可動鋳型と、を用いて双ロール鋳造を行なうことを特徴とする。

双ロール法によって連続鋳造を行うと、鋳型面（溶湯と接触する鋳型の表面）の位置を一定に保持し易い。また、ロールの回転に伴って溶湯に接触する面が連続的に現れる構成であるため、鋳造に用いられた面が再度溶湯と接触するまでの間に離型剤の塗布や付着物の除去などを効率よく行い、これら塗布や除去などの作業を行う設備を簡略化できる。なお、言うまでもないが、本発明連続鋳造用ノズルは、双ロール鋳造以外の連続鋳造に利用することもできる。

本発明連続鋳造方法の一形態として、連続鋳造用ノズルと双ロール式の可動鋳型との隙間に形成される溶湯のメニスカス部の厚さをＤ１、ロール間の距離をＤ２としたとき、Ｄ１＜１．４×Ｄ２となるように、連続鋳造用ノズルを双ロール式の可動鋳型に臨ませて双ロール鋳造を行なうことが好ましい。

連続鋳造用ノズルは、出来るだけ可動鋳型の近くに臨ませておくことが好ましい。連続鋳造用ノズルと可動鋳型との隙間が大きくなると、当該隙間に溶湯が漏れ出てしまい、その漏れて凝固物となった溶湯が可動鋳型に付着すると、鋳造材の表面欠陥を発生させる原因となるからである。また安定かつ急速な冷却が難しくなり良好な品質が得られにくくなる。かといって、連続鋳造用ノズルと可動鋳型とが接触すると、連続鋳造用ノズルが冷却されることで当該ノズル内の溶湯も冷却され、溶湯が可動鋳型に接触する前に凝固してしまう恐れもある。これに対して、Ｄ１＜１．４×Ｄ２となるように連続鋳造用ノズルを可動鋳型に臨ませておけば、上記問題が生じることを効果的に抑制することができる。本発明連続鋳造用ノズルを用いて上記Ｄ１，Ｄ２の関係を満たす連続鋳造を行なうことで、より表面品質に優れる鋳造材を作製することができる。

また、本発明鋳造材は、上記本発明連続鋳造方法により得られたことを特徴とする。

本発明連続鋳造方法により得られた鋳造材は、その表面形状が均一なものである。

なお、本発明において、純マグネシウムとは、意図的に他の元素を添加することなく、質量でＭｇ成分が９９．０質量％以上含まれるものとし、マグネシウム合金とは、添加元素と残部がＭｇ及び不純物からなるものとする。添加元素としては、例えば、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｃｅ、Ｂｅ、Ｎｉ、Ａｕ、希土類元素（Ｙ、Ｃｅを除く）などの元素群のうち、少なくとも１種の元素が挙げられる。このような添加元素は、マグネシウム合金中に７．３質量％以上含有されていることが好ましい。添加元素を含むマグネシウム合金として、例えば、ＡＳＴＭ記号におけるＡＺ系、ＡＳ系、ＡＭ系、ＺＫ系などを挙げることができる。特に、Ａｌを７．３〜１２質量％含有するマグネシウム合金、更に、Ｙ、Ｃｅ、Ｃａ、希土類元素の少なくとも１種を合計で０．１質量％含有するマグネシウム合金は、高強度で耐食性に優れるため、好ましい。その他、本発明の連続鋳造用ノズルは、マグネシウム合金と炭化物とからなる複合材料、マグネシウム合金と酸化物とからなる複合材料の連続鋳造にも利用することができる。

本発明複合材料によれば、充填材を内在させた箇所において純マグネシウム又はマグネシウム合金等の溶湯を弾くことができる。そのため、この複合材料を用いて連続鋳造用部品（特に、連続鋳造用ノズル）を作製することで、鋳造時の湯流れが乱れることを抑制でき、その結果として、表面品質に優れる鋳造材を得ることができる。

（Ａ）は溶湯を可動鋳型に供給する連続鋳造用装置の概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の装置に備わる連続鋳造用ノズルとは異なる形態の連続鋳造用ノズルの概略図である。

以下、本発明についての実施形態を図面に基づいて説明する。

＜実施形態＞
≪複合材料≫
本発明の複合材料は、純マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯を連続鋳造する際に用いられる連続鋳造用部品の少なくとも一部を構成するものである。この複合材料は、空孔を有する多孔質体と、その多孔質体の表面部のうち、前記溶湯に接触する箇所の少なくとも一部に内在される充填材と、を備える。ここで、多孔質体の表面部とは、多孔質体の表面から深さ５％までの領域とする。当然、この表面部よりも深い位置まで充填材が内在されていても良い。

［多孔質体］
多孔質体としては、例えば、炭化ケイ素繊維や炭素繊維を圧縮成形させて焼き固めることにより形成されたものを使用することができる。炭素繊維の形態は長繊維、短繊維などに制限はない。或いは、市販のもの（例えば、平均空孔径５μｍ程度の多孔質炭素基板）を利用することができる。その他、アルミナ及びアルミナ繊維などからなる多孔質体を利用することもできる。

多孔質体の大きさに制限はないが、その空孔率は３０〜７０％であることが好ましい。空孔率が３０％以上であることで充填材を十分に空孔内部に充填することができ、７０％以下であることで機械的強度を保つことができる。

［充填材］
上記多孔質体の空孔内部に内在される充填材は、多孔質体に比べて溶湯に対する濡れ性が低い材料（以下、撥湯材とする）を主成分として含有する。当該材料としては、ＡｌＮ，ＢＮ，ＳｉＮなどの窒化物、ＳｉＣ，ＴａＣなどの炭化物、あるいはＣを用いることができる。特に、ＢＮが好ましい。ここで、主成分とは、充填材における含有量が６０質量％以上の成分のことである。

多孔質体の表面部の空孔に対する充填材の充填割合は、８０％以上であることが好ましい。そうすることで、溶湯を十分に弾くことができる複合材料とできるし、複合材料の強度を向上させることもできる。

撥湯材の粒径は、空孔内部の大きさに応じて平均粒径２０μｍ以下とすることが好ましい。平均粒径を微細にするほど撥湯材の表面積を大きくできて溶湯を弾き易くできるので、平均粒径は５μｍ以下であることが好ましいが、撥湯材の取り扱い易さを考慮すると、平均粒径は１μｍ以上であることが好ましい。

充填材はさらに、撥湯材以外の成分として、充填材の充填状態を緻密にする効果を有するアルミナなどの固着材を含んでいても良い。例えば、充填材中に、撥湯材と共にアルミナ等の固着剤を含有させておくことで、その固着剤が接着剤として機能し、撥湯材を強固に空孔内部に固定することができる。

固着剤の平均粒径は１μｍ以下とすることが好ましい。固着剤の平均粒径が１μｍ以下であると、撥湯材を空孔内部に強固に固着することができる。また、充填材における固着材の含有量は、撥湯材に対して０．１〜３０質量％とすることが好ましい。含有率が０．１質量％以上であることで撥湯材を強固に空孔内部に固着することができ、３０質量％以下であることで撥湯材に対する配合比を小さくできて、撥湯材は溶湯を十分に弾くことができる。

多孔質体の空孔内部に充填材を内在させる方法として、例えば、有機溶媒あるいは水溶媒中に粉末状の撥湯材（必要に応じて固着剤）を分散させたスラリーに多孔質体を浸し、充填材を空孔内部に含浸させる方法を挙げることができる。この状態で暫く時間をおくと、充填材が空孔内部に沈降し、多孔質体の表面部はもちろん、内部にまで充填材が充填された状態となる。この後、溶媒を乾燥除去し、６００〜８００℃の温度で熱処理することで充填材を空孔内部に固着させて所望の複合材料を得ることができる。

その他、多孔質体の空孔内部に充填材を内在させる方法として、気相法や化学気相含浸法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ：ＣＶＩ）を利用することもできる。このＣＶＩ法は、密閉されたチャンバー内に配置した多孔質体の周りに原料ガスを導入し、多孔質体の空孔内に充填材を膜状に析出させる方法である。

［被覆層］
本発明複合材料は、さらに、多孔質体における充填材が内在される部分の表面に、多孔質体に比べて溶湯に対する濡れ性が低い被覆層を備えていても良い。被覆層を設けることで、この被覆層を設けた位置での撥湯性をより高めることができる。

被覆層の構成には、基本的に、上述した充填材と同様の構成を利用できる。即ち、被覆層は、上述した充填材と同様に、撥湯材として、ＡｌＮ，ＢＮ，ＳｉＮなどの窒化物、ＳｉＣ，ＴａＣなどの炭化物、および炭素から選択される１種を含有する。また、被覆層は、撥湯材以外に、被覆層を緻密にする効果を有するアルミナなどの固着材を含んでいても良い。

被覆層における固着材（アルミナ）の含有量は、被覆層の主成分である撥湯材に対して２〜１０質量％であること（つまり、質量％で撥湯材を１００としたとき、アルミナが２〜１０）が好ましい。

被覆層は、被覆層の原料となる粉体を多孔質体の表面に熱処理によって固着させることで形成することができる。例えば、主成分としてＢＮを含むと共に、主成分以外の成分としてアルミナを含む被覆層を形成する場合、まずＢＮ粉体とアルミナ粉体を含有するスラリーを作製する。次いで、そのスラリーを多孔質体の表面に塗布して、熱処理を行なう。ＢＮ粉末の平均粒径は５μｍ以下、アルミナ粉体の平均粒径は１μｍ以下とすることが好ましい。そうすることで、被覆層３の表面を滑らかにできる。

被覆層の厚さは、２００μｍ以上とすることが好ましい。被覆層の厚さが薄すぎると、溶湯との接触により多孔質体の表面から剥離する恐れがある。より好ましくは３００μｍ以上である。しかし被覆層の厚さが厚すぎると、被覆層と多孔質体との密着性が薄れ、被覆層が多孔質体から剥離する恐れがあるため、被覆層の厚さは１０００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましい。被覆層が純粋なＢＮで形成されている場合、被覆層の厚さが厚すぎると、被覆層が脆くなり割れる恐れもある。

≪連続鋳造用装置≫
次に、上述した本発明複合材料を連続鋳造用装置に適用した例を説明する。図１（Ａ）は、純マグネシウムの溶湯やマグネシウム合金の溶湯１０を、可動鋳型２０に供給する連続鋳造用装置の概略構成図である。この装置は、純マグネシウムやマグネシウム合金等を溶解して溶湯１０とする溶解炉（図示せず）と、溶解炉からの溶湯１０を一時的に貯留する湯だめ３０と、溶解炉から湯だめ３０に溶湯１０を輸送する移送樋３１と、湯だめ３０から可動鋳型２０に溶湯１０を供給するノズル１とを備える。そして、溶湯１０を鋳造して鋳造材１００を形成する一対のロール２１（可動鋳型２０）を備える。

ノズル１は、筒状であり、その内周側が溶湯１０の輸送路となる。ノズル１において、開口部を有する一端側が、溶湯１０を可動鋳型２０に供給する注湯口４として利用される。注湯口４は、鋳造材１００の横断面に合わせて、注湯口４の長径（鋳造材１００の幅）≫注湯口４の短径（鋳造材１００の厚さ）となるような矩形状である。注湯口４の長径や短径は、所望の鋳造材１００の幅や厚さに対応させて適宜変更する。他に、例えば、注湯口４の両側に堰を配置させることで、鋳造材１００の幅を変更することもできる。ノズル１の他端側は、湯だめ３０に固定される。湯だめ３０には、移送樋３１が接続され、溶解炉からの溶湯１０は移送樋３１を介して湯だめ３０に供給される。そして、溶湯１０は、湯だめ３０からノズル１に輸送され、ノズル１からロール２１間に供給される。各ロール２１は、円筒状体であり、所定の間隔をあけて対向配置され、図１の矢印で示すように互いに反対方向に回転する。ロール２１間の間隔は、所望の鋳造材１００の厚さに応じて適宜選択されるが、ノズル１の注湯口４の短径と同じかもしくは若干狭い方が好ましい。ロール２１の内部には、水路２２が設けられて随時水が流通され、ロール２１の表面はこの水によって冷却される。即ち、ロール２１は水冷構造を備えるものである。

上記ノズル１及びロール２１を利用して鋳造することで、鋳造材１００を得ることができる。溶湯１０は、ノズル１内を輸送されることで徐々に温度が低下し始め、ノズル１の先端の注湯口４からロール２１間に供給される。供給された溶湯１０は、回転するロール２１に接触することで急激に冷却されて凝固し、鋳造材１００としてロール２１間から排出される。このように溶湯１０をロール２１間に連続的に供給することで、長尺な鋳造材１００が得られる。本例では、板状の鋳造材１００が製造される。

本発明の特徴とするところは、連続鋳造用装置の部品が上記複合材料によって形成されている点にある。連続鋳造用装置の部品とは、例えば、ノズル１や湯だめ３０、移送樋３１、堰（図示せず）等が挙げられる。これら連続鋳造用部品の溶湯１０と接触する箇所の少なくとも一部分が上記複合材料によって形成されている。更に、溶湯１０と接触する箇所全てが上記複合材料によって形成されていると、連続鋳造用部品の消耗や劣化をより抑制することができる。また、連続鋳造用部品全体を本発明複合材料で形成してもよい。例えば、ノズル１全体を多孔質体２で構成し、その多孔質体２の表面部に充填材を内在させることによって、溶湯１０の熱による多孔質体２（ノズル１）の損傷や、多孔質体への溶湯１０のしみ込みなどを抑制でき、その結果として鋳造材１００の表面品質を向上させることができる。

上記ノズル１は、ノズル１とロール２１との隙間に形成されるメニスカス部の厚さ（最大厚さ）をＤ１、ロール２１間の距離Ｄ２としたとき、Ｄ１＜１．４×Ｄ２となるように、ノズル１をロール２１に臨ませると良い。そうすることで、ノズル１とロール２１のサイズによらず、ノズル１とロール２１との距離ｄを適正な値にすることができる。これらＤ１，Ｄ２は、鋳造を一旦中断することで確認できる。

上記ノズル１の別の形態として、図１（Ｂ）に示すように、ノズル１の先端領域１ｒの部分（クロスハッチングで示した部分）に、被覆層３を形成しても良い。そうすることで、ノズル１と可動鋳型２０との間にできる隙間に溶湯１０が流れ込み難くできる。その結果、表面品質に優れる鋳造材１００を得ることができる。ここで、ノズル１の先端領域１ｒとは、ノズル１の可動鋳型２０側において、ノズル１の内周縁と外周縁との間の先端面及びこの先端面から連続してノズル１の外周面に亘る領域である。この被覆層３には、複合材料の項目で説明したものと同じものを使用できる。

≪効果≫
連続鋳造用部品が、本発明複合材料によって形成されることにより、溶湯１０による酸化や溶湯１０のしみ込みによる消耗や劣化が生じ難くなり、当該部品の耐久性を高めることができ、また薄肉や複雑形状など良好な鋳造のために適したノズル形状とすることができる。よって、連続鋳造の継続をより長期的に向上させることができる。

特に、連続鋳造用ノズル１が上記複合材料によって形成されることにより、溶湯１０の輸送路となるノズル１の内部において、均一な湯流れを維持し易く局所的に湯流れが乱れることを防げる。更に、図１（Ｂ）に示すように、ノズル１の先端領域１ｒに被覆層３を設けることで、ノズル１と可動鋳型２０との間にできる隙間に溶湯１０が流れ込み難くできる。よって、その隙間で局所的に湯流れが乱れることがなく、溶湯１０が凝固することを防ぐことができ、表面品質に優れる鋳造材１００を得ることができる。

＜試験例１＞
本試験例では、作製されるマグネシウム合金からなる鋳造材に及ぼす充填材の影響を調べた。

［試料１］
まず、炭化ケイ素繊維を圧縮成形し焼き固めて上記ノズル１の形状に形成した多孔質体２を用意した。多孔質体２の先端厚さは１ｍｍ、幅は３００ｍｍであった。また、多孔質体の空孔率は４５％、多孔質体２の曲げ弾性率は９０ＧＰａ、多孔質体２の平面方向の熱伝導率は１７Ｗ／ｍ・Ｋであった。

次に、多孔質体２の表面部の空孔内部に、平均粒径１μｍの窒化アルミを充填した。多孔質体２の空孔に対する窒化アルミの充填割合は、９０％であった。空孔内部に窒化アルミを充填するにあたり、まず平均粒径１μｍの窒化アルミと、平均粒径０．８μｍのアルミナ粉体と、を含有するスラリーを作製した（質量％で、窒化アルミ粉体を１００としたとき、アルミナ粉体を５）。次いで、多孔質体をこのスラリーに浸して、窒化アルミを多孔質体の表面部の空孔内部に含浸させた。そして、溶媒を乾燥除去し、８００℃の温度で熱処理することで窒化アルミを多孔質体２の空孔内部に固着させた。

ＡＺ９１相当のマグネシウム合金の溶湯１０をノズル１から可動鋳型２０に供給し、厚さ５ｍｍ×幅３００ｍｍの板状の鋳造材１００を製造した。このとき、メニスカス部の厚さＤ１は、ロール２１間の距離Ｄ２の１．２倍であった。上記鋳造材１００を製造するに当たり、０．５ｔ／ロットの上記マグネシウム合金の溶湯１０を用いたときの良品率を出す。良品率とは、製造された鋳造材１００の表面性状を目視により確認し、溶湯全量を鋳造したときの鋳造材の長さに対して、鋳造材１００の鋳造当初から表面性状が悪くなる（割れ等による）までの長さを算出したものである。良品率およびノズル１の構成は、表１に示す。

また、連続鋳造後、各連続鋳造用部品（ノズル１、湯だめ３０、移送樋３１）の溶湯１０と接触していた接触箇所を目視にて調べたところ、溶湯の含浸が見られず、目立った劣化が認められなかった。

［試料２］
試料２は、撥湯材が平均粒径０．６μｍのＢＮ粉末である点、多孔質体２が炭素繊維を圧縮成形し焼き固めてノズル形状にしたものである点が試料１と異なる。これらの点以外は試料１と同様である。

［試料３］
試料３は、充填材がＳｉＣのみで形成されている点、その充填材を化学気相含浸法によりノズル１（多孔質体２）の表面部全体にわたって含浸させた点が試料２と異なる。これらの点以外は試料２と同様である。

［試料４］
試料４は、充填材がＣのみで形成されている点、その充填材を化学気相含浸法によりノズル１（多孔質体２）の表面部全体にわたって含浸させた点が試料２と異なる。これらの点以外は試料２と同様である。

［試料５］
試料５は、多孔質体２としてアルミナ多孔体を用いた点が試料２と異なる。アルミナ多孔体の曲げ弾性率は１８０ＧＰａ、平面方向の熱伝導率は５Ｗ／ｍ・Ｋであった。本材料のノズルは強度面に劣り鋳造中にノズル先端部分の劣化（欠け）が認められた。またＤ＜１.４×Ｄ２となるセッティングが困難だった。

［試料６］
ノズル１全体が、ＳｉＣ繊維材のみで形成されている点が試料１と異なる。その他、ノズル１の寸法、鋳造部品、鋳造方法、良品率の算出方法は、試料１と同様である。連続鋳造後、各連続鋳造用部品（ノズル１、湯だめ３０、移送樋３１）の溶湯１０と接触していた接触箇所を目視にて調べたところ、溶湯の含浸が見られ、劣化していることが判明した。

［結果］
以上説明した試料１〜６の概略構成と良品率を表１に示す。なお、表中の『充填割合』は、多孔質体２の表面部における空孔が充填材で満たされる割合のことであり、本試験例では、断面を光学顕微鏡で観察することで測定した。

多孔質体２に充填材を内在させた試料１〜５と、そうでない試料６とを比較することで、多孔質体２に充填材を内在させることにより良品率を向上できることがわかる。これは、溶湯１０に対する充填材の濡れ性が低いので、溶湯１０がその充填材によって弾かれ、ノズル１の内部やノズル１と可動鋳型２０との間にできる隙間に溶湯１０が流れ込み難くなっているからであると考えられる。つまり、部材の劣化や変形がなく、またノズル１から可動鋳型２０へ供給される溶湯１０が円滑に流動することができる。よって、ノズル１と可動鋳型２０との間にできる隙間において、局所的に湯流れが乱れることがなく、溶湯１０が凝固することを防ぐことができ、長時間表面品質に優れる鋳造材１００を得ることができる。

また、試料１〜４と、試料５とを比較することで、多孔質体２の曲げ弾性率が９０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である試料１〜４の方が、試料５よりも良品率が高いことがわかった。これは、高靱性、高熱伝導性、低酸素性で機械的強度に優れるため、連続使用しても消耗・劣化し難く、耐久性に優れ、長期的に継続して使用できる、つまりノズル１から可動鋳型２０へ供給される溶湯１０が円滑に流動することができることによると考えられる。

＜試験例２＞
試験例２では、図１（Ｂ）に示すように、ノズル１の先端領域１ｒに更に被覆層３を形成した場合に、その被覆層３が鋳造材に及ぼす影響について調べた。

まず、試験例１の試料４の作製に利用したノズル１を用意した。一方、窒化ホウ素粉体に対して５質量％で平均粒径０．８μｍのアルミナ粉体を窒化ホウ素粉体に含有するスラリーを作製した。次いで、このスラリーを多孔質体２の先端領域１ｒにスプレーにて塗布した。そして、８００℃の温度で熱処理して、多孔質体２の先端領域の表面に窒化ホウ素を固着させることで、被覆層３を完成させた。被覆層３の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は５μｍであり、被覆層３の厚さは２００μｍであり、窒化ホウ素の相対密度は９５％であった。表面粗さＲａの測定方法は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定の方法に準じて測定した。具体的には、測定長さ３ｍｍにて５点測定した値の平均値である。

以上説明した被覆層３を備えるノズル１を用いて連続鋳造を行なった場合、鋳造材の良品率は９９％以上であった。従って、多孔質体２の表面部全体にわたって充填材を含浸させ、さらに先端領域１ｒの表面に被覆層３を形成すれば、ノズル１とロール２１との間における溶湯１０の凝固を効果的に抑制でき、より安定的に表面品質に優れる鋳造材を得られることがわかった。つまり、ノズル１の先端面から外周面にかけての先端領域１ｒが、鋳造材の表面品質に大きく影響することが明らかになった。

＜試験例３＞
この試験例では、ノズル１以外の連続鋳造用部品にも、本発明複合材料が有効であるかどうかを調べた。

連続鋳造用部品である湯だめ３０と移送樋３１も、炭素繊維を圧縮成形し焼き固めた多孔質体（Ｃ／Ｃコンポジット）を用いて、試料１の湯だめと移送樋と同様の形状に形成した。そして、それぞれ溶湯と接触する箇所において、炭素繊維の空孔内部に窒化ホウ素とアルミナとを混合した充填材を充填した。湯だめ３０と移送樋３１の形成材料が試料１と異なり、その他、ノズル１の形成材料や寸法、湯だめ３０と移送樋３１の寸法、鋳造方法は試料１と同様である。

上述した湯だめ３０と移送桶３１を用いて連続鋳造を行なった後、各連続鋳造用部品（ノズル１、湯だめ３０、移送樋３１）の溶湯１０と接触していた接触箇所を目視にて調べた。その結果、溶湯１０と接触していた各接触箇所は、溶湯の含浸が見られず、目立った劣化が認められなかった。

上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、本発明の範囲は上述した構成に限定されるものではない。

本発明の複合材料は、純マグネシウム又はマグネシウム合金の連続鋳造を行う連続鋳造用部品を形成する材料として好適に利用できる。また、この複合材料により形成された連続鋳造用部品、特に連続鋳造用ノズルは、表面性状に優れる鋳造材を長期的に連続鋳造するのに最適である。

１ ノズル（連続鋳造用ノズル） １ｒ 先端領域
２ 多孔質体 ３ 被覆層
４ 注湯口
１０ 溶湯 １００ 鋳造材
２０ 可動鋳型 ２１ ロール ２２ 水路
３０ 湯だめ ３１ 移送樋

Claims (9)

1. 純マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯を連続鋳造する際に用いられる連続鋳造用部品の少なくとも一部を構成する複合材料であって、
   空孔を有する多孔質体と、
   前記多孔質体の表面部のうち、前記溶湯に接触する箇所の少なくとも一部に内在される充填材と、を備え、
   前記多孔質体は、その平面方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
   前記充填材は、窒化物、炭化物、および炭素から選択される少なくとも１種を主成分として含有する複合材料。
2. さらに、前記多孔質体における前記充填材が内在される部分の表面に被覆層を備え、
   前記被覆層は、窒化物、炭化物、および炭素から選択される少なくとも１種を主成分として含有する請求項１に記載の複合材料。
3. 前記被覆層は、主成分以外の成分としてアルミナを含有する請求項２に記載の複合材料。
4. 前記多孔質体の曲げ弾性率が９０ＧＰａ以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の複合材料。
5. 純マグネシウム又はマグネシウム合金を連続鋳造する際に用いられる連続鋳造用部品であって、
   純マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯と接触する箇所の少なくとも一部分が、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の複合材料により形成されている連続鋳造用部品。
6. 純マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯を連続鋳造用の可動鋳型に供給する連続鋳造用ノズルであって、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の複合材料により形成されている連続鋳造用ノズル。
7. 前記連続鋳造用ノズルの表面のうち、少なくとも前記可動鋳型側の先端面から外周面に亘る先端領域に、前記複合材料の多孔質体に比べて前記溶湯に対する濡れ性が低い被覆層を備え、
   前記被覆層は、窒化物、炭化物、および炭素から選択される少なくとも１種を主成分として含有する請求項６に記載の連続鋳造用ノズル。
8. 請求項６または請求項７に記載の連続鋳造用ノズルと、双ロール式の可動鋳型と、を用いて双ロール鋳造を行なう連続鋳造方法。
9. 前記連続鋳造用ノズルと双ロール式の可動鋳型との隙間に形成される溶湯のメニスカス部の厚さをＤ１、前記ロール間の距離をＤ２としたとき、
   Ｄ１＜１．４×Ｄ２となるように、前記連続鋳造用ノズルを双ロール式の可動鋳型に臨ませて双ロール鋳造を行なう請求項８に記載の連続鋳造方法。

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