JPH07227648A - アルミニウム長尺鋳塊板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ２枚の長尺薄板の一方が他方の板にほぼ直交
した後、両板間に空隙をもって両板が連続的に高速平行
移動するように配し、かつ長尺薄板として少なくとも片
面の表面特性が良好な板を用い、しかも良好な表面が空
隙の外側に位置するように通板し、かつ直交部周辺の空
隙部および直交部での板面上両端部にその界面で気体加
圧を有する溶湯保持枠を設け、高速移動させた板の直交
部に溶湯を注入しながら溶湯と両板との接触境界部に高
エネルギー密度ビームを照射して溶湯と板とに濡れを生
じさせ一体化させると共に、上下板面を強制冷却する。 【効果】 疵や粗大な酸化皮膜などが無く表面欠陥の無
いアルミニウム合金圧延用の鋳塊板を高能率低コストで
かつ高品質に製造することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウムおよびアル
ミニウム合金圧延板用の長尺薄肉鋳塊を高能率かつ低コ
スト、高品質に製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムおよびアルミニウム合金板
の製造は超厚の鋳塊を何回も圧延して薄板を得る方法が
一般的である。

【０００３】そして、生産効率を上げる方法として溶湯
を薄板形状に直接鋳造する方法が知られている。しかし
この方法は通常は溶湯を直接冷却ロールに接触させて強
制冷却するため凝固表面で疵や粗大な酸化皮膜の形成等
の表面欠陥を生じ、その後の板表面品質が劣るという問
題があった。

【０００４】これに対して、本発明者は以前に薄板で４
周を囲み、その中に溶湯を注入すると共に板と溶湯とに
濡れを生じさせて一体化して表面品質に優れた鋳塊を得
る方法を提案した（特開平３−８１０４７）。しかしこ
の方法では確かに表面品質の優れた鋳塊が得られるが、
板と溶湯との間に濡れを生じさせるためのスペース構成
から超厚の鋳塊にならざるを得ず上記生産効率上の問題
解決には至っていないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解決し強度等の内部品質および表面品質に優れ、かつ
高性能低コストの長尺鋳塊板の製造方法を開発すること
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は高速平行
移動中の２枚の薄板間で直交部を設け、ここに溶湯を注
入して強制的に溶湯と板とを濡れさせ凝固一体化させた
ものである。

【０００７】すなわち、本第１発明は、２枚の長尺金属
薄板間に溶湯を流入させてなるアルミニウム長尺鋳塊板
の製造方法において、長尺薄板の一方が他方の板にほぼ
直交した後、両板間に空隙をもって両板が連続的に高速
平行移動するように配し、かつ長尺薄板として少なくと
も片面の表面特性が良好な板を用い、しかも良好な表面
が空隙の外側に位置するように通板し、かつ直交部周辺
の空隙部および直交部での板面上両端部にその界面で気
体加圧を有する溶湯保持枠を設け、高速移動させた板の
直交部に溶湯を注入しながら溶湯と両板との接触境界部
に高エネルギー密度ビームを照射して溶湯と板とに濡れ
を生じさせ一体化させると共に、上下板面を強制冷却し
てなることを特徴とする高能率低コストで表面および内
部品質に優れた薄板一体型のアルミニウム長尺鋳塊板の
製造方法である。

【０００８】また本第２発明は、両板の直交部で一方の
板が水平に位置するようになし、かつ溶湯注入部で溶湯
保持枠に直交して水平薄板と微小の空隙を有する板幅方
向の傾斜仕切板を設けることを特徴とする請求項１記載
のアルミニウム長尺鋳塊板の製造方法である。

【０００９】ここで長尺薄板の高速移動する速度は特に
限定されないが、通常は５〜５０ｍ／分が好ましい。

【００１０】また長尺アルミニウム薄板のサイズは、板
厚はできるだけ薄い方がコストの点で好ましいが、余り
薄いと濡れを生じさせるための高エネルギー密度ビーム
の照射により孔空きなどの損傷が発生するため通常は
０．２〜２ｍｍが好ましい。また幅、長さは特に限定さ
れないが例えば幅２０００ｍｍ程度の広幅コイルが好ま
しく適用できる。

【００１１】２枚のアルミニウム薄板の平行部の間隔は
求める鋳塊の厚さに応じて適宜設定するが、通常は４〜
４０ｍｍであることが望ましい。

【００１２】アルミニウム薄板および溶湯の材質・種類
は特に限定されるものではなく、従来法により鋳塊の製
作が可能なものであれば良い。また薄板と溶湯の組み合
せは同じ材質同士でも、また異なった材質の組み合せで
も良い。特に本発明によれば従来のＤＣ鋳造では鋳塊作
成が困難であったＡｌ−Ｌｉ合金の溶湯も問題なく扱う
ことができる。

【００１３】２枚の薄板を直交させる方法としては、一
方は曲げず他方の板のみ方向を替えても、また両方の板
をそれぞれ曲げても良く、結果的に両方の板が直交する
ようになればよい。

【００１４】また直交の程度は必ずしも厳密な９０゜に
限らず、おおよそ直角であればよく、実用的には６０〜
１２０゜の範囲であれば良い。

【００１５】板面上の両端部に接する溶湯保持枠のサイ
ズ（溶湯入り口から凝固完了部までの長さ、両板間の空
隙の高さ）については主として薄板の移動速度、強制冷
却速度および溶湯注入量に応じて、適宜実験等により決
定されるものであるが、例えば１ｍ長さで３０ｍｍ高さ
が好ましく適用できる。またその材質としては水冷の金
属（銅、アルミ等）や耐火物の窯業品が適用できる。

【００１６】気体加圧の手法は特に限定されないが、例
えば一端にガス導入孔を有し、この孔に通じる板全面上
の多数の微小吹き出し孔からガス噴出を行うものが好ま
しく、その加圧は薄板がこの保持枠間でスムーズに移行
する程度であれば良い。

【００１７】気体加圧に用いる気体の種類としては特に
限定されないが、好ましくはＡｒ、Ｎ₂ または乾燥空気
等が好ましい。

【００１８】アルミニウム溶湯の注入口は板幅方向で１
箇所に限らず複数でも良い。注入量は上記その他の運転
条件に応じたものになるが、例えば１００ｋｇ／分が好
ましく適用できる。

【００１９】溶湯先端部と薄板との境界の位置が不適切
だと溶湯が板進行方向とは逆方向に流出するという問題
がある。この境界位置は溶湯注入量と薄板の移動速度お
よび溶湯の粘性とのバランスを保つことで制御すること
ができ、また別の制御方法として両端での保持枠に直交
し板幅全体にわたる直交保持枠を設け、この直交保持枠
と薄板表面との隙間を変えることによっても制御するこ
とが可能である。

【００２０】溶湯と薄板表面との接触境界部に照射する
高エネルギー密度ビームのビーム源の種類は特に限定さ
れないが、交流または直流ＴＩＧアーク、プラズマアー
ク、レーザービーム等が使用できる。

【００２１】交流ＴＩＧアークの種類は正弦波波形のも
の、サイリスタによるもの、トランジスタによるものあ
るいはインバーターによるものが使用できる。

【００２２】交流ＴＩＧアークまたは交流プラズマアー
クの点弧は薄板と溶湯との境界線近傍をアーククリーニ
ングする程度だけでなく、薄板のごく表面層を溶融させ
る程度まで行っても良い。

【００２３】溶湯表面全体を不活性ガスでシールドして
も良く、ガスの種類としてはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ₂ 等が好ま
しく適用できる。

【００２４】鋳塊板の両表面を強制冷却する方法は特に
限定されないが、空冷または水冷あるいは霧状の水・空
気混合気体吹き付け冷却などが好ましく適用できる。

【００２５】こうして得られた鋳塊板は、冷却条件を制
御して例えば４００℃前後の高温状態を保持したまま熱
間仕上げ圧延を行っても良い。

【００２６】

【作用】本発明で表面および内部品質に優れた鋳塊板が
得られる理由は以下の通りと考えられる。

【００２７】まず表面品質については、本発明では良好
な表面を有するアルミニウム薄板を配しこれをそのまま
鋳塊表面として活用することから、従来法による鋳塊に
認められる粗大な酸化皮膜や表面の凹凸がなくなり良好
な表面を得ることができる。

【００２８】側面については溶湯保持枠を気体加圧とし
保持枠表面から微細でかつ全面状に気体を噴出させるこ
とにより、溶湯が保持枠と接する界面では噴出圧気層を
介する接触となりその結果摩擦がほとんど無い状態とな
って保持枠部で溶湯とその凝固部および板の移動がスム
ーズにできる。また板と溶湯との界面を噴出圧気層によ
りシールドすることにより溶湯漏れが防止できる。

【００２９】なお溶湯保持枠と接する側面の表面状態は
通常の鋳塊と同等となるが、一般的に側面部は最終的に
切り捨てを行うのが通常であることから何等問題は無
い。

【００３０】次に内部品質について述べる。本発明では
薄板表面を水等で直接強制冷却するため十分大きな冷却
速度が得られ、また鋳塊の厚さも最大で３０〜４０ｍｍ
程度であることから、厚さ方向全体としては１００℃／
秒以上の急速凝固が生じる。その結果、晶出物および結
晶粒が微細になり強度、延性、成形性、靱性等が向上し
て高品質な組織の鋳塊を得ることができる。

【００３１】また本発明は上述したように急速凝固によ
る長尺鋳塊の製造であるから、高能率、低コストでの製
造が可能である。

【００３２】高密度エネルギービームの照射は、高密度
エネルギー源のうち特にＴＩＧアークまたはプラズマア
ークをアルミニウム合金薄板と溶湯表面との境界線近傍
にて点弧するとアークのクリーニング作用によりアルミ
ニウム合金薄板表面の酸化皮膜は破壊され、その結果濡
れが生じるようになる。またレーザーはエネルギー密度
が極端に高いため容易にアルミニウム合金薄板の極表面
層のみを溶かすことができ、その結果濡れが生じるよう
になる。このようにして薄板と溶湯が高密度エネルギー
照射により一体化濡れが可能となる。

【００３３】

【実施例】

【００３４】［実施例１］

【００３５】第１、２図に示すようにＪＩＳＡ１１００
アルミニウム合金の幅２０００ｍｍ、板厚１ｍｍの長尺
薄板（１）を水平に対して４５°傾斜させ、もう他方の
同一組成サイズの長尺薄板（１’）に直交させた後、一
方の長尺薄板（１）を９０°曲げて両方の板（１、
１’）の間で１０ｍｍの空隙（３）をもって両板（１、
１’）が下方に平行して走行するように配し、直交部周
辺の空隙部（３’）および直交部（４）での板面上両端
部にその界面（５、５’）に気体加圧を有する溶湯保持
枠（６）を設けた。

【００３６】両板（１、１’）を３０ｍ／分の速度で移
動させると同時に直交部（４）にＪＩＳＡ１１００合金
組成の溶融アルミニウム（７）を注入し、溶融アルミニ
ウムと両板との接触境界部（８、８’）に電流５００
Ａ、電圧２５ＶのＴＩＧアーク（９、９’）を照射して
溶融アルミニウムと板とに濡れを生じさせ一体化させる
と共に板（１、１’）表面を水冷により冷却した（１
０、１０’）。

【００３７】こうして得た長尺鋳塊をそのまま通常の熱
間圧延および冷間圧延して板厚２ｍｍの板を得た。この
圧延過程で板の表面には特に圧延割れや表面剥離等の異
常は認められなかった。この板に対してアルマイト処理
を施したところ、特に表面欠陥は現れず良好なアルマイ
ト表面を得ることができた。また曲げ試験機で密着曲げ
試験を行ったところ特に問題は。比較として従来製法の
板で同じ試験を行ったところ曲げ面で割れが発生した。

【００３８】［実施例２］

【００３９】第３、４図に示すようにＪＩＳＡ４００４
アルミニウム合金の幅２０００ｍ、板厚１ｍｍの長尺薄
板１を垂直にし、もう一方の同一組成同一サイズの長尺
薄板１’に直交させた後、長尺薄板１を９０°曲げて両
板の間で１０ｍｍの空隙３をもって両板が平行移動する
ように配し、かつ直交部周辺の空隙部３’および直交部
４での板面上両端にその界面５、５’で気体加圧を有す
る溶湯保持枠６を設けると同時に溶湯保持枠６に直交し
て薄板１’と微小の空隙１１を有する板幅方向の傾斜仕
切板１２を設けた。

【００４０】両板１、１’を３０ｍ／分の速度で移動さ
せると同時に板直交部４にＪＩＳＡ３００３合金の溶融
アルミニウム７を注入しながら溶融アルミニウムと両板
１、１’との接触境界部８、８’に電流５００Ａ、電圧
２５ＶのＴＩＧアーク９、９’を照射して溶融金属７と
板とに濡れを生じさせ一体化させると共に上下板１、
１’面を水冷１０、１０’により強制冷却した。

【００４１】こうして得た長尺鋳塊をそのまま通常の熱
間圧延および冷間圧延を行って板厚１ｍｍの板を得た。
この圧延過程で板の表面上特に異常は認められなかっ
た。またこの板をＪＩＳＡ３００３合金の幅１ｍｍの板
と組み合わせて逆Ｔ継手に組み付け５×１０^-3Ｐａの雰
囲気で６００℃×５分の真空ろう付けを行った。その結
果、本発明材では表面特性が優れていることから溶融ろ
うの濡れ性が向上し、良好なろう継手が形成された。

【００４２】

【効果】以上、実施例からもわかるように本発明による
とアルミニウムおよびアルミニウム合金圧延用の鋳塊板
を高能率低コストでかつ高品質に製造することが可能で
ある。

【００４３】特に本発明においては、疵や粗大な酸化皮
膜などが無く表面欠陥の無い鋳塊となることが特徴であ
る。

【００４４】また４周ではなく上下面のみ薄板で囲み、
側面は保持枠としたことにより空間構成上余分な空間を
必要とせず、従って鋳塊の肉厚の薄いものを製造するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一例を示す側面図である。

【図２】 図１に対応する本発明の一例を示す断面図で
ある。

【図３】 本発明の別の例を示す側面図である。

【図４】 図３に対応する本発明の別の例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１、１’ ‥‥‥ アルミニウム長尺薄板 ３、３’ ‥‥‥ 空隙部 ４ ‥‥‥‥‥‥ 直交部 ５、５’ ‥‥‥ 界面 ６ ‥‥‥‥‥‥ 溶湯保持枠 ７ ‥‥‥‥‥‥ 溶湯 ８、８’ ‥‥‥ 溶湯−板界面 ９、９’ ‥‥‥ 高エネルギー密度ビーム １０、１０’ ‥ 冷却水 １２ ‥‥‥‥‥ 傾斜仕切板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の長尺金属薄板間に溶湯を流入させ
   てなるアルミニウム長尺鋳塊板の製造方法において、長
   尺薄板の一方が他方の板にほぼ直交した後、両板間に空
   隙をもって両板が連続的に高速平行移動するように配
   し、かつ長尺薄板として少なくとも片面の表面特性が良
   好な板を用い、しかも良好な表面が空隙の外側に位置す
   るように通板し、かつ直交部周辺の空隙部および直交部
   での板面上両端部にその界面で気体加圧を有する溶湯保
   持枠を設け、高速移動させた板の直交部に溶湯を注入し
   ながら溶湯と両板との接触境界部に高エネルギー密度ビ
   ームを照射して溶湯と板とに濡れを生じさせ一体化させ
   ると共に、上下板面を強制冷却してなることを特徴とす
   る高能率低コストで表面および内部品質に優れた薄板一
   体型のアルミニウム長尺鋳塊板の製造方法。
2. 【請求項２】 両板の直交部で一方の板が水平に位置す
   るようになし、かつ溶湯注入部で溶湯保持枠に直交して
   水平薄板と微小の空隙を有する板幅方向の傾斜仕切板を
   設けることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム長
   尺鋳塊板の製造方法。