JPH11320034A - Method for predicting developing quantity of porosity in continuous casting of al-mg base alloy slab - Google Patents

Method for predicting developing quantity of porosity in continuous casting of al-mg base alloy slab

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JPH11320034A
JPH11320034A JP13405198A JP13405198A JPH11320034A JP H11320034 A JPH11320034 A JP H11320034A JP 13405198 A JP13405198 A JP 13405198A JP 13405198 A JP13405198 A JP 13405198A JP H11320034 A JPH11320034 A JP H11320034A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily estimate the developing quantity of porosity in the inner part of an Al-Mg base alloy slab and to surely cast the slab having a little porosity. SOLUTION: In a vertical continuous casting process of the Al-Mg base alloy slab, as a method for obtaining the preset target porosity value, with which the porosity value in the casting slab is beforehand calculated with the combination of each condition value by using an initial stage hydrogen concn., casting velosity, casting temp., molten metal surface height in a mold, cooling water quantity, etc., as parameters, and the optimum combination of the above condition value is set, the following equation is used to the calculation of curvature radius Rp (μm) of the porosity in the cast slab to predict the developing quantity of the porosity in the continuous casting of the Al-Mg base alloy slab. The equation, Rp =0.14×DAS-2, wherein, DAS is dendrite arm spacing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、Al−Mg系のア
ルミニウム合金スラブの垂直連続鋳造における鋳造欠陥
であるポロシティ(空孔)生成量の予測方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting the amount of porosity (vacancy), which is a casting defect, in vertical continuous casting of an Al-Mg based aluminum alloy slab.

【0002】[0002]

【従来の技術】Al−Mg系合金は、車両用ボデーシー
ト材、缶材、又は厚板等に広く利用されている。係る製
品の表面品質要求水準は、その素材であるAl−Mg系
合金スラブの内部におけるポロシティ生成量は面積率で
0.3vol%以下とされている。また、磁気ディスク(M
D)材では0.2vol%以下まで要求される場合もある。
ところが、従来の垂直連続鋳造方法では、初期水素濃
度、鋳造速度等の鋳造条件のパラメータに関する種々の
制約により、当該スラブの内部におけるポロシティ生成
量が0.3%以上になることがあり、ストリークむしれ
の発生や、上記ポロシティに起因する当該スラブの表面
欠陥や、切削時の点状欠陥および膨れ等の問題を生じて
いた。
2. Description of the Related Art Al-Mg based alloys are widely used for vehicle body sheets, cans, and thick plates. The surface quality requirement level of such a product is such that the amount of porosity generated in the Al-Mg based alloy slab as the material is 0.3 vol% or less in area ratio. In addition, the magnetic disk (M
In some cases, the content of D) is required to be 0.2 vol% or less.
However, in the conventional vertical continuous casting method, the amount of porosity generated inside the slab may be 0.3% or more due to various restrictions on the parameters of the casting conditions such as the initial hydrogen concentration and the casting speed. There have been problems such as generation of swarf, surface defects of the slab due to the porosity, point defects and swelling at the time of cutting.

【0003】[0003]

【発明が解決すべき課題】上記問題点を解決し、ポロシ
ティ生成量を例えば0.2vol%以下にするには、上記鋳
造条件のパラメータを実際に変化させ、各Al−Mg系
合金ごとに個別に鋳造して帰納法的に導き出すことも可
能である。しかし、予め各スラブ品質に対し各種の鋳造
条件に応じて垂直連続鋳造を行うことは、コストと時間
を要するため困難という問題がある。本発明は、Al−
Mg系合金の垂直連続鋳造方法において、実装置を用い
ることなく、簡便で且つ確実にスラブ内部のポロシティ
生成量を予測する方法を提供することを課題とする。
In order to solve the above problems and reduce the porosity generation amount to, for example, 0.2 vol% or less, the parameters of the above-mentioned casting conditions are actually changed, and individual It is also possible to inductively derive it by casting. However, there is a problem that it is difficult to perform vertical continuous casting according to various casting conditions in advance for each slab quality because it requires cost and time. The present invention relates to Al-
It is an object of the present invention to provide a method for easily and reliably predicting the amount of porosity generated inside a slab without using an actual apparatus in a method of vertically continuous casting an Mg-based alloy.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、上記鋳造工程について基礎的な面から実
験的及び解析的な検討を行って得られたものである。即
ち、Al−Mg系合金スラブ内のポロシティ生成量を予
め計算するために、スラブの鋳造工程についての非定常
熱伝導解析において、鋳塊の凝固解析から求めた凝固パ
ラメータを用いて溶湯の表面張力と凝固収縮による局部
相当圧力を計算式として誘導した。従来からの溶湯の表
面張力による圧力の計算においては、ポロシティの曲率
半径は、一般的にDAS(デンドライトアームスペーシ
ング)の1/2と仮定されていた。
Means for Solving the Problems The present invention has been achieved by carrying out experimental and analytical studies on the above casting process from a fundamental aspect in order to solve the above problems. That is, in order to calculate the porosity generation amount in the Al-Mg alloy slab in advance, in the unsteady heat conduction analysis of the slab casting process, the surface tension of the molten metal using the solidification parameter obtained from the solidification analysis of the ingot. And the local equivalent pressure due to coagulation shrinkage were derived as a calculation formula. In the conventional calculation of the pressure due to the surface tension of a molten metal, the radius of curvature of porosity was generally assumed to be 1 / of DAS (Dendrite Arm Spacing).

【0005】しかし、垂直連続鋳造の場合、上記仮定が
妥当とされる砂型鋳造や金型鋳造等と比べて冷却速度と
温度勾配が大きく且つ凝固時間が短いため、観察による
ポロシティの寸法は、上記金型鋳造等と比較して非常に
小さくなっている。従って、ポロシティの曲率半径をD
AS/2と仮定すると非現実的となる。そこで、種々検
討した結果、画像処理装置等のポロシティ観測装置を用
いてスラブ表層から中心までのポロシティの最長径と面
積を測定し、これらを基に各ポロシティの曲率半径と測
定したDASとの相関関係を回帰分析法にて求めた。こ
の関係を用いて溶湯の表面張力による圧力の計算を行
い、スラブ内の水素の凝固中における固相から液相への
排出による過飽和量を計算可能としたものである。
However, in the case of vertical continuous casting, the cooling rate and the temperature gradient are large and the solidification time is short as compared with sand casting or die casting in which the above assumption is valid. It is very small compared to die casting. Therefore, the radius of curvature of the porosity is D
Assuming AS / 2 is unrealistic. Therefore, as a result of various studies, the longest diameter and area of porosity from the slab surface to the center were measured using a porosity observation device such as an image processing device, and based on these, the correlation between the radius of curvature of each porosity and the measured DAS was determined. The relationship was determined by regression analysis. Using this relationship, the pressure due to the surface tension of the molten metal is calculated, and the amount of supersaturation due to discharge from the solid phase to the liquid phase during solidification of hydrogen in the slab can be calculated.

【0006】即ち、本発明のAl−Mg系合金スラブの
連続鋳造におけるポロシティ生成量の予測方法は、Al
−Mg系合金スラブの垂直連続鋳造工程において、初期
水素濃度、鋳造速度、鋳造温度、鋳型内の湯面高さ、冷
却水量等をパラメータとして各々の条件値の組合せによ
る鋳造スラブ内のポロシティ生成量を事前に算出し、上
記条件値の最適組み合せを設定して予め定められた目標
ポロシティ値を達成する方法として、鋳造スラブ内のポ
ロシティの曲率半径RP(μm)の算出に前記数式(1)と
同じ数式(5)を用いる、ことを特徴とする。
That is, the method of predicting the porosity generation amount in the continuous casting of an Al—Mg alloy slab of the present invention is described in US Pat.
-In the vertical continuous casting process of the Mg-based alloy slab, the amount of porosity generated in the casting slab by a combination of each condition value with parameters such as initial hydrogen concentration, casting speed, casting temperature, molten metal level in the mold, cooling water amount, etc. Is calculated in advance, and as a method of setting an optimal combination of the above condition values to achieve a predetermined target porosity value, the above formula (1) is used to calculate the curvature radius R P (μm) of the porosity in the casting slab. (5) is used.

【0007】[0007]

【数5】RP=0.14×DAS−2## EQU5 ## R P = 0.14 × DAS-2

【0008】上記でDASはデンドライトアームスペー
シング、即ち樹枝状結晶同士の中心間距離である。これ
によれば、Al−Mg系合金の垂直連続鋳造工程に即し
たスラブ内のポロシティの曲率半径RPを用いることに
より、目標とするポロシティ値に近似したポロシティ生
成量を精度良く予測することが可能となる。
In the above, DAS is a dendrite arm spacing, that is, a center-to-center distance between dendrites. According to this, by using a curvature radius R P of the porosity in the slab in line with a vertical continuous casting process of Al-Mg-based alloy, the porosity generation amount approximated to porosity values the target be accurately predicted It becomes possible.

【0009】また、前記数式(1)又は(5)が、予め鋳造
スラブの表層から中心に至る複数のポロシティの最長径
と面積を例えば画像処理装置等のポロシティ観測装置に
よって測定し、前記曲率半径RPを測定した各面積を各最
長径で除した値の半分として、例えば1cm2断面当た
り、5〜100個の範囲内における特定個数のポロシテ
ィの平均値を求めると共に、これら平均値を用いて上記
スラブの表層から中心までの曲率半径RPと測定したD
AS(デンドライトアームスペーシング)の相関関係を
回帰分析法によって求めたものである、Al−Mg系合
金スラブの連続鋳造におけるポロシティ生成量の予測方
法が含まれる。これにより、スラブの垂直連続鋳造工程
に即したポロシティの曲率半径RPを用いることによ
り、高い精度でポロシティ生成量を予測することができ
る。
The above formula (1) or (5) is obtained by previously measuring the longest diameter and area of a plurality of porosity from the surface layer of the casting slab to the center by using a porosity observation device such as an image processing device, and obtaining the radius of curvature. Assuming that each area where R P is measured is divided by half of the longest diameter, for example, an average value of a specific number of porosity in a range of 5 to 100 per 1 cm 2 cross section is used, and these average values are used. Radius of curvature R P from the surface layer to the center of the slab and D measured
A method for predicting the amount of porosity generated in continuous casting of an Al-Mg based alloy slab, which is obtained by regression analysis of a correlation of AS (dendritic arm spacing), is included. Thus, by using the curvature radius R P of porosity in line with a vertical continuous casting process of the slab, it is possible to predict the porosity generation amount with high accuracy.

【0010】更に、前記曲率半径RPを基に、前記鋳造ス
ラブ内のポロシティ表面が受ける溶湯表面張力Pσを前
記数式(2)と同じ下記数式(6)により算出し、これを基
に前記ポロシティ生成量を予測する、Al−Mg系合金
スラブの連続鋳造におけるポロシティ生成量の予測方法
が含まれる。尚、数式(6)中のσは、溶湯の表面張力を
示す。
Further, based on the radius of curvature R P , the surface tension Pσ of the molten metal received by the porosity surface in the casting slab is calculated by the following equation (6), which is the same as the equation (2). The method includes a method of predicting the amount of porosity in continuous casting of an Al-Mg based alloy slab for predicting the amount of formation. In the equation (6), σ indicates the surface tension of the molten metal.

【0011】[0011]

【数6】Pσ=2σ/RP Equation 6: Pσ = 2σ / R P

【0012】また、前記表面張力Pσと、Al−Mg系
合金の溶湯の凝固収縮による局部圧力P′を加算した前
記数式(3)と同じ下記数式(7)による局部相当圧力P*
を用いることにより前記ポロシティ生成量を予測する、
Al−Mg系合金スラブの連続鋳造におけるポロシティ
生成量の予測方法も含まれる。
Further, a local equivalent pressure P * according to the following equation (7), which is the same as the above equation (3), in which the surface tension Pσ is added to the local pressure P ′ due to the solidification shrinkage of the molten Al-Mg alloy:
Is used to predict the porosity generation amount,
A method for predicting the amount of porosity generated in continuous casting of an Al-Mg alloy slab is also included.

【0013】[0013]

【数7】P*=Pσ+P′## EQU7 ## P * = P.sigma. + P '

【0014】更に、前記局部相当圧力P*と共に、前記パ
ラメータとなる各々の条件値によって別途算出した鋳造
スラブ内の水素の過飽和量Φをも用い、前記数式(4)と
同じ下記数式(8)により鋳造スラブ内のポロシティ生成
量VP(%)を算出し、前記ポロシティ生成量を予測する、
Al−Mg系合金スラブの連続鋳造におけるポロシティ
生成量の予測方法が含まれる。
Further, together with the local equivalent pressure P *, the supersaturation amount Φ of hydrogen in the casting slab separately calculated according to each condition value serving as the parameter is used, and the same equation (8) as the above equation (4) is used. Calculating the porosity generation amount V P (%) in the casting slab, and predicting the porosity generation amount,
A method for predicting the amount of porosity generated in continuous casting of an Al-Mg based alloy slab is included.

【0015】[0015]

【数8】 (Equation 8)

【0016】上記でRは気体定数(J/mol・k)、Tは凝
固最終段階の温度(K)、Mは水素ガスのモル体積、ρは
Al−Mg系合金の密度(kg/m3)である。以上の各
方法によれば、垂直連続鋳造によるAl−Mg系合金ス
ラブの目標ポロシティ値に近似させたポロシティ生成量
を一層精度良く且つ簡便に予測することが可能となる。
従って、品質の安定したスラブを過不足なく鋳造できる
と共に、垂直連続鋳造工程における生産性を向上させる
ことも可能である。
In the above, R is the gas constant (J / mol · k), T is the temperature (K) at the final solidification stage, M is the molar volume of hydrogen gas, and ρ is the density (kg / m 3 ) of the Al—Mg alloy. ). According to each of the above-described methods, it is possible to more accurately and easily predict the porosity generation amount approximated to the target porosity value of the Al-Mg based alloy slab by vertical continuous casting.
Therefore, it is possible to cast a slab of stable quality without excess and shortage, and it is also possible to improve the productivity in the vertical continuous casting process.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施に用
いる解析方法について説明する。ポロシティの生成と分
布に大きな影響を与える因子は、局部相当圧力と合金内
のガス過飽和量である。上記局部相当圧力は、凝固収縮
による溶湯補給流れ中の粘性抵抗増加により生じる負
圧、溶湯の表面張力による圧力、及び、外部大気圧とヘ
ッド圧力からなる。このうち、外部大気圧とヘッド圧力
は、湯面から鋳造方向に沿った一定の場所であれば略一
定と考えられる。従って、局部圧力のうち一定の高さレ
ベルにおいてスラブの表層から中心まで変化するのは、
凝固収縮による圧力と表面張力による圧力である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an analysis method used for carrying out the present invention will be described. Factors that have a significant effect on porosity generation and distribution are the local equivalent pressure and the amount of gas supersaturation in the alloy. The local equivalent pressure includes a negative pressure caused by an increase in viscous resistance in the molten metal replenishment flow due to solidification shrinkage, a pressure due to the surface tension of the molten metal, and an external atmospheric pressure and a head pressure. Of these, the external atmospheric pressure and the head pressure are considered to be substantially constant at a constant location along the casting direction from the molten metal surface. Therefore, at a constant level of local pressure, the change from the surface to the center of the slab is
Pressure due to solidification shrinkage and pressure due to surface tension.

【0018】先ず、凝固収縮による圧力の計算方法につ
いて説明する。凝固収縮による圧力低下の計算におい
て、デントライト(初晶樹枝形結晶)凝固の場合、樹枝間
の残留液相の流れはダルジー定理に従う。従って、係る
液相の流速Vと圧力Pの関係は数式(9)により示され
る。
First, a method of calculating the pressure due to coagulation shrinkage will be described. In the calculation of the pressure drop due to solidification shrinkage, in the case of dentite (primary dendritic crystal) solidification, the flow of the residual liquid phase between the dendrites follows the Dalsey theorem. Accordingly, the relationship between the flow velocity V and the pressure P of the liquid phase is expressed by Expression (9).

【0019】[0019]

【数9】 (Equation 9)

【0020】上記で、Vは樹枝間液体の流速(m/s)、μ
は樹枝間液体の粘性係数(N・s/m2)、fLは凝固最終段
階の液相率、ρはAl−Mg系合金の密度(kg/m3)、
Pは圧力(N/m2)、Kは透過率(m2)、gは重力加速度
(m/s2)である。ここで、透過率Kの算出には下記数式
(10)を使用する。
In the above, V is the flow rate (m / s) of the liquid between the dendrites, μ
Is the viscosity coefficient of the liquid between the dendrites (Ns / m 2 ), f L is the liquid phase ratio at the final stage of solidification, ρ is the density of the Al-Mg alloy (kg / m 3 ),
P is pressure (N / m 2 ), K is transmittance (m 2 ), g is gravitational acceleration
(m / s 2 ). Here, the following formula is used to calculate the transmittance K.
Use (10).

【0021】[0021]

【数10】K=3.75×10-4・fL 2・d2 2 K = 3.75 × 10 −4 · f L 2 · d 2 2

【0022】上記で、d2はデンドライトアームスぺーシ
ング(DAS)である。フレミングの理論によると、デン
ドライトアームスぺーシングと局部凝固時間との関係は
数式(11)によって計算される。
In the above, d 2 is a dendrite arm spacing (DAS). According to Fleming's theory, the relationship between dendrite arm spacing and local solidification time is calculated by equation (11).

【0023】[0023]

【数11】d2=C・tf n ## EQU11 ## d 2 = C · t f n

【0024】上記でCとnはAl−Mg系合金の定数
で、tfは局部凝固時間である。垂直連続鋳造の定常部
における凝固方向は、サンプ(凝固界面)の法線方向に沿
って変化していくと仮定する。従って、前記数式(9)を
X方向とY方向に分解し、整理すると数式(12),(1
3)が得られる。
In the above, C and n are constants of the Al—Mg alloy, and t f is the local solidification time. It is assumed that the solidification direction in the steady part of vertical continuous casting changes along the normal direction of the sump (solidification interface). Therefore, the equation (9) is decomposed into the X direction and the Y direction, and the equations (12) and (1) are rearranged.
3) is obtained.

【0025】[0025]

【数12】 (Equation 12)

【0026】[0026]

【数13】 (Equation 13)

【0027】実際にはX方向においてはgxが存在して
いない。また、Y方向においては重力加速度gYをgに直
せば、流速Vと圧力Pの関係は数式(14),(15)で表
される。
Actually, g x does not exist in the X direction. Further, if the gravitational acceleration g Y is converted to g in the Y direction, the relationship between the flow velocity V and the pressure P is expressed by Expressions (14) and (15).

【0028】[0028]

【数14】 [Equation 14]

【0029】[0029]

【数15】 (Equation 15)

【0030】数式(14),(15)の流速Vx,VYは、凝固
の進行速度と凝固収縮率との積、即ち−Vs・βで置き換
えられる。また、局部圧力低下は固液共存域の最終凝固
部、即ち固相線付近で最大となるため、Lは近似的に凝
固温度範囲ΔTと温度勾配Gとの比、即ちΔT/Gは
(TL−TS)/Gと仮定する。更に、凝固最終段階の微少
領域内において、∂P/∂XはdP/dXと、また、∂
P/∂YはdP/dYで近似的に表される。以上の仮定
の基に整理するとX方向とY方向の圧力減少は数式(1
6),(17)によって表される。
The flow velocity V x, V Y of formula (14), (15), the product of the moving speed and the solidification shrinkage rate of solidification, i.e. replaced with -V s · β. Further, since the local pressure drop is maximum near the final solidification portion in the solid-liquid coexistence region, that is, near the solidus, L is approximately the ratio of the solidification temperature range ΔT to the temperature gradient G, ie, ΔT / G is
Assume (T L -T S ) / G. Further, in the microscopic region in the final stage of solidification, ΔP / ΔX is dP / dX, and
P / ∂Y is approximately represented by dP / dY. Based on the above assumptions, the pressure decrease in the X direction and the Y direction can be expressed by the formula (1)
6) and (17).

【0031】[0031]

【数16】 (Equation 16)

【0032】[0032]

【数17】 [Equation 17]

【0033】上記で、αは求める点におけるサンプの法
線方向とX軸との角度である。また、凝固収縮による圧
力減少ΔPは数式(18)によって求められる。
In the above, α is the angle between the normal direction of the sump and the X axis at the point to be determined. Further, the pressure decrease ΔP due to coagulation contraction is obtained by Expression (18).

【0034】[0034]

【数18】 (Equation 18)

【0035】一方、固相線近傍の圧力差ΔPは数式(1
9)によって求められる。
On the other hand, the pressure difference ΔP in the vicinity of the solidus is expressed by the formula (1)
9).

【0036】[0036]

【数19】ΔP=Po+ρgh−P′ΔP = P o + ρgh−P ′

【0037】上記でPoは外部大気圧でρghはヘッド
圧である。この数式(19)から、凝固収縮による局部圧
力P′が数式(20)で求められる。
The above P o is ρgh in the external atmospheric pressure is the head pressure. From this equation (19), the local pressure P ′ due to coagulation contraction is obtained by equation (20).

【0038】[0038]

【数20】P′=Po+ρgh−ΔPP ′ = P o + ρgh−ΔP

【0039】次に、溶湯の表面張力による圧力の計算方
法について説明する。一般的に、ポロシティ表面が受け
る溶湯の表面張力による圧力Pσは、前記数式(2),
(6)と同じ数式(21)によって求められる。
Next, a method of calculating the pressure based on the surface tension of the molten metal will be described. In general, the pressure Pσ due to the surface tension of the molten metal applied to the porosity surface is given by the above equation (2),
It is obtained by the same equation (21) as (6).

【0040】[0040]

【数21】Pσ=2σ/RP [Equation 21] Pσ = 2σ / R P

【0041】上記でPσは表面張力による圧力(N/
2)、σは溶湯の表面張力(N/m)、RPはポロシティの
曲率半径(μm)である。ところで、Al−Mg系合金の
表面張力σは、Jacques Eらの近似計算式である数式
(22)によって求められる。
In the above, Pσ is the pressure (N /
m 2 ) and σ are the surface tension (N / m) of the molten metal, and R P is the porosity radius of curvature (μm). By the way, the surface tension σ of the Al—Mg-based alloy is expressed by an approximate formula of Jacques E et al.
(22).

【0042】[0042]

【数22】 (Equation 22)

【0043】上記でωは1個の原子が占める面積で、数
式(23)によって計算される。
In the above, ω is the area occupied by one atom, and is calculated by equation (23).

【0044】[0044]

【数23】 (Equation 23)

【0045】数式(22),(23)で、Wsは合金溶融時の
モル体積(10.468×10-95/kg2)、Wはモル体積(1.122
×10-53/mol)、kはボルツマン定数(1.38066×10-23
J/K)、EsはAl−Mg系合金の純化エネルギ(2.8035×
105J/(m・mol))、Rは気体定数(8.31451J/(mol・K))、
Nはアボガドロ定数(6.022137×1023mol-1)、fは係数
(0.083)である。
In the formulas (22) and (23), W s is the molar volume when the alloy is molten (10.468 × 10 −9 m 5 / kg 2 ), and W is the molar volume (1.122
× 10 −5 m 3 / mol), k is Boltzmann's constant (1.38066 × 10 −23)
J / K), E s is purified energy Al-Mg alloy (2.8035 ×
10 5 J / (m · mol)), R is gas constant (8.31451 J / (mol · K)),
N is Avogadro's constant (6.022137 × 10 23 mol -1 ), and f is a coefficient
(0.083).

【0046】ところで、ポロシティの曲率半径RPにつ
いて、従来ではDAS(デンドライトアームスペーシン
グ)の2分の1と仮定するのが鋳物業界では一般的であ
った。しかし、本発明の対象である垂直連続鋳造では、
砂型鋳造や金型鋳造等と比べて、冷却速度と温度勾配が
大きく且つ凝固時間が短いため、観察によるポロシティ
の寸法は、上記金型鋳造等と比較して非常に小さくなっ
ている。このため、ポロシティの曲率半径をDAS/2
と仮定すると非現実的となる。そこで、種々検討した結
果、リアルタイム画像処理解析装置(入力画像の計測、定
量、解析を行う)を用いてスラブの表層から中心までのポ
ロシティの最長径と面積を測定した。
In the casting industry, it is generally assumed that the radius of curvature R P of porosity is one half of that of DAS (Dendrite Arm Spacing). However, in the vertical continuous casting which is the object of the present invention,
Since the cooling rate and the temperature gradient are large and the solidification time is short as compared with sand casting or die casting, the size of the porosity observed is very small as compared with the above-mentioned die casting. Therefore, the radius of curvature of the porosity is set to DAS / 2.
Is unrealistic. Therefore, as a result of various studies, the longest diameter and area of the porosity from the surface layer to the center of the slab were measured using a real-time image processing / analysis device (measuring, quantifying, and analyzing the input image).

【0047】ポロシティの曲率半径RPは、DAS(デン
ドライトアームスペーシング)と比例するので、測定し
た面積を最長径で除した値の半分とし、1カ所、例えば
1cm2当りにおいて測定したn=40個のポロシティ
の平均値から求めることにした。即ち、n=5個では回
帰式の信頼度が10%以下となり、実用に供せない。一
方、n=100個超ではそれらの平均値の変動が10%
以下となり、n数を増やしても有効でない。そこで、n
=約40個とすれば約95%以上の信頼度となる。これ
らを用いて、各ポロシティの曲率半径RP(μm)と、測定
したDASとの相関関係を回帰分析法により求めた。具
体的には、この関係を前記数式(1),(5)と同じ数式(2
4)によって、より好ましくは数式(25)にて表すこと
ができる。
Since the radius of curvature R P of the porosity is proportional to DAS (Dendrite Arm Spacing), the measured area is set to half the value obtained by dividing the measured area by the longest diameter, and n = 40 measured at one location, for example, per 1 cm 2 It was decided from the average value of porosity. That is, when n = 5, the reliability of the regression equation becomes 10% or less, which is not practical. On the other hand, when n = 100 or more, the fluctuation of the average value is 10%.
The following is true, and increasing the number n is not effective. Then, n
If about = 40, the reliability is about 95% or more. Using these, the correlation between the radius of curvature R P (μm) of each porosity and the measured DAS was determined by a regression analysis method. Specifically, this relationship is expressed by the same equation (2) as the above equations (1) and (5).
According to 4), more preferably, it can be expressed by equation (25).

【0048】[0048]

【数24】RP=0.14×DAS−2## EQU24 ## R P = 0.14 × DAS-2

【0049】[0049]

【数25】RP=0.1381×DAS−2.1R p = 0.1381 × DAS-2.1

【0050】係る現実に即したポロシティの曲率半径R
Pを用いることにより、後述する本発明のスラブ内のポロ
シティ生成量の算出を正確に行うことが可能である。ま
た、数式(24)を前記数式(21)に代入すると数式(2
6)が得られる。
The radius of curvature R of the porosity according to the reality
By using P , it is possible to accurately calculate the porosity generation amount in the slab of the present invention described later. Further, by substituting equation (24) into equation (21), equation (2) is obtained.
6) is obtained.

【0051】[0051]

【数26】Rσ=2σ/(0.14×DAS−2)Rσ = 2σ / (0.14 × DAS-2)

【0052】尚、数式(25)を前記数式(21)に代入す
ると、より望ましい数式(27)が得られる。
By substituting equation (25) into equation (21), more desirable equation (27) is obtained.

【数27】Rσ=2σ/(0.1381×DAS−2.1)Rσ = 2σ / (0.1381 × DAS-2.1)

【0053】更に、Al−Mg系合金中の水素ガスの過
飽和量の計算について説明する。一般に、アルミニウム
合金中のガスの大半は水素であり、それ以外のガスは酸
化アルミニウムの形で含まれる酸素を除き事実上無視で
きる。しかも、全ガス量の略95%以上が水素ガスであ
り、実際的に問題となるのは水素のみである。Al−M
g系合金中の凝固過程において、凝固の進行に伴い固相
から液相に放出される水素ガスは、凝固界面前方の残留
液相内の水素ガスを濃化させるので、残留液相内のガス
平衡溶解度以上になると水素ガスは過飽和となる。そこ
で、水素ガスが液相内で完全混合すると仮定すると、ポ
ロシティが形成される前の液相及び固相内における水素
ガス濃度は、FangとGrangerの計算式によ
り、数式(28),(29)として求められる。
Next, the calculation of the supersaturation amount of hydrogen gas in the Al-Mg alloy will be described. Generally, most of the gas in aluminum alloys is hydrogen, and the other gases are virtually negligible except for oxygen contained in the form of aluminum oxide. Moreover, approximately 95% or more of the total gas amount is hydrogen gas, and only hydrogen actually matters. Al-M
In the solidification process in the g-based alloy, the hydrogen gas released from the solid phase to the liquid phase as the solidification progresses enriches the hydrogen gas in the residual liquid phase in front of the solidification interface. When the equilibrium solubility is exceeded, the hydrogen gas becomes supersaturated. Therefore, assuming that the hydrogen gas is completely mixed in the liquid phase, the hydrogen gas concentration in the liquid phase and the solid phase before the porosity is formed is calculated by Fang and Granger formulas (28) and (29). Is required.

【0054】[0054]

【数28】 [Equation 28]

【0055】[0055]

【数29】Hs=k・H1 [Expression 29] H s = k · H 1

【0056】上記にてKは水素平衡分配係数(0.052)、
1は液相中の水素濃度(cc/100g)、Hsは固相中H2
水素濃度(cc/100g)、H0は溶湯中の初期水素濃度、fs
は固相率である。上記数式(28)に示すように、残留液
相中の水素濃度H1は溶湯中の初期水素濃度H0に比例す
る。また、液相中の水素の平衡溶解度HdはSieve
rtsの法則に従うものとし、数式(30)が成立する。
In the above, K is a hydrogen equilibrium distribution coefficient (0.052),
H 1 is the hydrogen concentration in the liquid phase (cc / 100g), H s is the hydrogen concentration (cc / 100 g) of in solid phase H 2, H 0 is the initial concentration of hydrogen in the molten metal, fs
Is the solid fraction. As shown in the above equation (28), the hydrogen concentration H 1 in the residual liquid phase is proportional to the initial hydrogen concentration H 0 in the molten metal. In addition, the equilibrium solubility H d of hydrogen in the liquid phase is Sieve
Equation (30) is established according to the law of rts.

【0057】[0057]

【数30】 [Equation 30]

【0058】上記でKHは水素溶解反応の平衡定数(0.06
cc/100g・atm1/2)である。そこで、残留液相中の水素濃
度H1と平衡溶解度Hdとの差を、液相中の水素過飽和量
Φと仮定すると、これは数式(31)により求められる。
In the above, K H is the equilibrium constant (0.06
cc / 100g · atm 1/2 ). Therefore, assuming that the difference between the hydrogen concentration H 1 in the residual liquid phase and the equilibrium solubility H d is the hydrogen supersaturation amount Φ in the liquid phase, this can be obtained by Expression (31).

【0059】[0059]

【数31】Φ=H1−Hd Φ = H 1 −H d

【0060】この数式(31)に示すように、液相中の水
素過飽和量Φは、上記H1とHdとの差で示される。
[0060] As shown in equation (31), the hydrogen supersaturation amount Φ of the liquid phase, indicated by the difference between the H 1 and H d.

【0061】ここで、Al−Mg系合金におけるポロシ
ティの形成形態について説明する。図1(A)に模式的に
示すように、一般的にポロシティの核1は樹枝晶2,2
間のルートに生成し易い。樹枝晶2,2間の圧力の減少
及び水素ガスの過飽和に伴って、ポロシティの核1が成
長し、最終的に3種類のポロシティに分類される。尚、
図1(A)中にデンドライトアームスペーシング(DAS)
を示す。第1種のポロシティは、図1(B)に示すよう
に、凝固過程における樹枝晶2,2間の圧力が減少する
ことによりポロシティの核1は成長するが、樹枝晶2(デ
ンドライトアーム)の成長によって核1は成長が抑制さ
れるため、最終的にかなり細長いポロシティ4となる。
Here, the formation of porosity in the Al—Mg alloy will be described. As schematically shown in FIG. 1 (A), porosity nuclei 1 generally have dendrites 2, 2
Easy to generate on the route between. As the pressure between the dendrites 2 and 2 decreases and the hydrogen gas becomes supersaturated, the porosity core 1 grows and is finally classified into three types of porosity. still,
Dendrite arm spacing (DAS) in Fig. 1 (A)
Is shown. As shown in FIG. 1 (B), the porosity of the first kind is that the nucleus 1 of the porosity grows due to the decrease in the pressure between the dendrites 2 and 2 during the solidification process, but the dendrite 2 (dendrite arm) Since growth suppresses the growth of the nucleus 1, the porosity 4 eventually becomes considerably elongated.

【0062】また、第2種のポロシティは、樹枝晶2,
2間の圧力の減少が更に大きくなると、その間における
ポロシティサイズが大きくなり、浮力と樹枝晶2,2間
の対流の影響で樹枝晶2,2間のルートから上昇し、図
1(C)に示すように、やや太径のポロシティ6となる。
更に、第3種のポロシティは凝固の最終段階において、
圧力の減少が著しくなり、且つ凝固進行速度が大きくな
るため、図1(D)に示すように、互いに隣接する樹枝晶
2同士が衝突し始める。その結果、溶湯の補給が困難と
なるため、典型的なシュリンケージポロシティ8とな
る。実際のスラブ内には、以上の3種類のポロシティ
4,6,8が混在している。
The porosity of the second kind is dendrite 2,
As the pressure decrease between the two increases further, the porosity size between them increases, and rises from the route between the dendrites 2 and 2 under the influence of buoyancy and convection between the dendrites 2 and 2, as shown in FIG. As shown, the porosity 6 has a slightly larger diameter.
In addition, the third type of porosity, in the final stage of coagulation,
Since the pressure is significantly reduced and the solidification progress speed is increased, the dendrites 2 adjacent to each other start to collide with each other, as shown in FIG. As a result, it becomes difficult to supply the molten metal, and the typical shrinkage porosity 8 is obtained. The above three types of porosity 4, 6, and 8 are mixed in an actual slab.

【0063】次いで、ポロシティの生成条件とその生成
量の計算について説明する。ポロシティの生成は、ポロ
シティの核内のガス圧Pgと、その核に加わる収縮負圧と
の差が、気泡の表面張力よりも大きいか否かによって定
まるとされている。即ち、下記数式(32)を満たすとポ
ロシティは安定して形成され、これを満たさないとポロ
シティが形成されても負圧によって押し潰されてしま
い、固溶体として残存する。
Next, the porosity generation conditions and the calculation of the generation amount will be described. The generation of porosity is said to be determined by whether or not the difference between the gas pressure P g in the nucleus of the porosity and the contraction negative pressure applied to the nucleus is greater than the surface tension of the bubble. That is, if the following formula (32) is satisfied, the porosity is formed stably. If the porosity is not satisfied, even if the porosity is formed, the porosity is crushed by the negative pressure and remains as a solid solution.

【0064】[0064]

【数32】Pg≧P′+Pσ≒P* P g ≧ P ′ + Pσ ≒ P *

【0065】上記でPgは、核内のガス圧(N/m2)、P*
は凝固収縮による圧力P′(前記数式(20)により算出)
と表面張力による圧力Pσの和である局部相当圧力であ
る。この局部相当圧力P*は前記数式(21)を代入する
ことにより、数式(33)のように表すこともできる。
In the above, P g is the gas pressure in the nucleus (N / m 2 ), P *
Is the pressure P 'due to coagulation shrinkage (calculated by the formula (20))
And the local equivalent pressure which is the sum of the pressure Pσ due to the surface tension. The local equivalent pressure P * can also be expressed as in equation (33) by substituting equation (21).

【0066】[0066]

【数33】P*=P′+Pσ=P′+2σ/RP P * = P '+ Pσ = P' + 2σ / R P

【0067】尚、ポロシティの生成は残留液相中の水素
濃度にも大きく影響される。そこで、Kao,Chan
gの仮定によると、ポロシティの生成量VP(%)は前記
数式(4),(8)と同じ下記数式(34)により計算され
る。
The generation of porosity is greatly affected by the hydrogen concentration in the residual liquid phase. So, Kao, Chan
According to g assumption, the amount of porosity V P (%) is the equation (4) is calculated by (8) the same following equation (34).

【0068】[0068]

【数34】 (Equation 34)

【0069】上記Rは気体定数、Tは凝固最終段階の温
度、Mは水素ガスのモル体積(m3/mol)である。数式(3
4)に示すように、スラブ内のポロシティの生成量VP
ガス過飽和量Φに比例し、局部相当圧力P*に反比例す
る。具体的な解析手順としては、非定常熱凝固解析を行
った後、その凝固解析で得られた凝固パラメータ(温度
勾配、冷却速度、凝固進行速度、凝固時間、デンドライ
トアームスペーシング、冷却水量等)を用いて、前記数式
(20)により凝固収縮による局部圧力P′を、数式(2
1)により表面張力による圧力Pσを計算する。これら
を合計すると数式(33)による局部相当圧力P*が算出
される。次いで前記数式(31)により水素の過飽和量Φ
を算出し、これを上記のP*値と共に数式(34)に代入す
ると、ポロシティの生成量VPを算出することができる。
R is the gas constant, T is the temperature at the final stage of solidification, and M is the molar volume of hydrogen gas (m 3 / mol). Formula (3
As shown in 4), the amount V P of porosity in the slab is proportional to gas supersaturated amount [Phi, is inversely proportional to the local equivalent pressure P *. As a specific analysis procedure, after performing the unsteady thermal coagulation analysis, the solidification parameters (temperature gradient, cooling rate, solidification progress rate, solidification time, dendrite arm spacing, cooling water amount, etc.) obtained in the solidification analysis Using the above formula
According to (20), the local pressure P ′ due to coagulation contraction is calculated by the equation (2)
The pressure Pσ due to the surface tension is calculated according to 1). When these are summed, the local equivalent pressure P * is calculated by Expression (33). Next, the supersaturation amount Φ of hydrogen is calculated by the equation (31).
Is calculated and this is substituted in equation (34) together with the above P * value, it can be calculated the amount V P of porosity.

【0070】[0070]

【実施例】以下において本発明の具体的な実施例を説明
する。先ず、Al−4.4wt%MgのAl-Mg系合金を
通常の垂直連続鋳造方法に従って、横406mmのスラブ
に鋳造した。この場合の鋳造条件は、鋳型内の湯面高さ
(H)が62mm、鋳造速度(V)が58mm/分、鋳込み温度
(T)が730℃、冷却水量が400リットル/分、溶湯中の
初期水素濃度(H0)は0.4cc/100gであった。先ず、
熱分析のため、鋳込み開始から垂直方向で約1メートルの位
置に13本の熱電対を鋳込まれたスラブにセットし、そ
の表層から中心(203mm)までの13ヶ所(5,10,15,20,30,
40,60,80,100,125,150,175,203mm)で、0.5秒毎に温度
履歴を測定した。尚、各熱電対の挿入位置を確認するた
め、鋳造後にスラブを切断し、X線によってそれらの位
置の特定を行った。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below. First, an Al-Mg based alloy of Al-4.4 wt% Mg was cast into a slab 406 mm wide according to a normal vertical continuous casting method. The casting condition in this case is the level of the molten metal in the mold.
(H): 62 mm, casting speed (V): 58 mm / min, casting temperature
(T) was 730 ° C., the amount of cooling water was 400 l / min, and the initial hydrogen concentration (H 0 ) in the molten metal was 0.4 cc / 100 g. First,
For thermal analysis, 13 thermocouples were set on the cast slab at a position of about 1 meter in the vertical direction from the start of casting, and 13 places (5, 10, 15, 15) from the surface layer to the center (203 mm) 20,30,
40, 60, 80, 100, 125, 150, 175, 203 mm), the temperature history was measured every 0.5 seconds. In addition, in order to confirm the insertion position of each thermocouple, the slab was cut after casting, and the positions were identified by X-rays.

【0071】次に、上記スラブのミクロ観察は、鋳込み
から1メートルの位置において、当該スラブの長辺側面中央
付近における表層部から中心までのサンプルを切り出
し、サンプルにおけるスラブの横断面をバフ研磨で鏡面
としたその面を観察した。また、ポロシティの観察は、
上記研磨した各サンプルを腐食処理しないで、リアルタ
イム画像処理解析装置(商品名;LUZEX)を用いて、
スラブの表層から中心までのミクロ組織で観察された円
相当径(直径)6μm以上の各ポロシティの形状、サイ
ズ、及び面積率を測定した。面積率の最終的な測定値
は、1個のサンプルについて測定したn=10個の値の
平均値とした。
Next, in the micro observation of the slab, a sample from the surface layer to the center near the center of the long side of the slab was cut out at a position 1 meter from the casting, and the cross section of the slab in the sample was buffed. The mirror surface was observed. In addition, the observation of porosity
Without corroding each of the polished samples, using a real-time image processing analyzer (trade name: LUZEX),
The shape, size, and area ratio of each porosity having a circle equivalent diameter (diameter) of 6 μm or more observed in the microstructure from the surface layer to the center of the slab were measured. The final measured value of the area ratio was an average value of n = 10 values measured for one sample.

【0072】更に、定量的にスラブの内部欠陥を評価す
るため、スラブの表層から中心までの密度を測定した。
標準サンプルの密度と比較することによって、各ポロシ
ティの生成量を算出した。上記密度の測定には、アルキ
メデス法を用いた。また、デンドライトアームスペーシ
ング(DAS)の測定は、2次枝法を用いて各サンプルの
面を100倍に拡大撮影した写真から行なった。且つ、
ガス含有量の測定は、スラブの長辺側面の表層から中心
(203mm)までの13ヶ所(5,10,15,20,25,30,35,40,60,8
0,125,175,203mm)の位置で、ランズレー法により測定し
た。
Further, in order to quantitatively evaluate the internal defects of the slab, the density from the surface layer to the center of the slab was measured.
The amount of each porosity generated was calculated by comparing with the density of the standard sample. The Archimedes method was used for measuring the density. The dendrite arm spacing (DAS) was measured from a photograph of the surface of each sample enlarged 100 times using the secondary branch method. and,
Gas content is measured from the surface on the long side of the slab
(203mm) 13 locations (5,10,15,20,25,30,35,40,60,8
(0,125,175,203 mm) by the Landsley method.

【0073】その結果、スラブの表層から中心までのポ
ロシティの生成状況は、概略次の通りであった。表層付
近(表層から60mmまで)では、各ポロシティのサイズは
約数10μm程度と非常に小さく、殆んど2次デンドラ
イトアームの間隔内に存在していた。即ち、デンドライ
トアームの成長に抑制され、細長いポロシティとなっ
た。これは、表層部の冷却速度と温度勾配が大きく、且
つ樹枝間の圧力損失が少ないため、生成するポロシティ
が小さくなったものと考えられる。また、中間層部分(8
0mm〜140mm)では、樹枝間の圧力減少が大きくなるため、
各ポロシティのサイズは上記よりも大きくなり、数量も
多くなっていた。それらの大部分は2次デンドライトア
ームの間隔内に存在し、一部分は結晶粒界に沿って分布
していた。更に、中心層部分(160mm〜203mm)では、樹枝
間の圧力減少が著しくなり、各ポロシティのサイズは更
に大きくなって、2次デンドライトアームの間隔内だけ
でなく1次デンドライトアームの間隔内にも多量が存在
していた。係るポロシティの形状は不規則で且つ典型的
なシュリンケージポロシティであった。
As a result, the porosity generation from the surface layer to the center of the slab was roughly as follows. In the vicinity of the surface layer (from the surface layer to 60 mm), the size of each porosity was very small, about several tens of μm, and almost existed within the interval between the secondary dendrite arms. That is, the growth was suppressed by the growth of the dendrite arm, resulting in elongated porosity. This is presumably because the porosity generated was small because the cooling rate and temperature gradient of the surface layer were large and the pressure loss between the branches was small. In the middle layer (8
(0 mm to 140 mm), the pressure drop between the branches increases,
The size of each porosity was larger than the above and the quantity was larger. Most of them were within the spacing of the secondary dendrite arms, and some were distributed along grain boundaries. Furthermore, in the central part (160 mm to 203 mm), the pressure drop between the branches is remarkable, and the size of each porosity is further increased, not only within the interval between the secondary dendrite arms but also within the interval between the primary dendrite arms. Large amounts were present. The shape of such porosity was irregular and typical shrinkage porosity.

【0074】図2の各グラフは、前記画像処理解析装置
を用いて、スラブの表層から中心まで測定した円相当径
6μm以上のポロシティの数及び面積率の分布を示す。
スラブの表層近辺(40mmまで,図2(A)に例示)では、円相
当径6〜15μmの微細なポロシティが大部分のため、
ポロシティの数と面積率とが対応し、数が多い所は面積
率も大きくなっている。また、中間層(60mm〜120mm,図
2(B)に例示)では、ポロシティの数は上記表層近辺より
も多くなり、15μm以上のポロシティも認められ始め
た。数量的には、円相当径6〜15μmの微細なポロシ
ティが全体の約75%を占めていたが、それら全体の面
積率は半分以下であった。更に、中心層部分(140mm〜20
3mm,図2(C)に例示)では、ポロシティの数が急激に増加
し、且つ円相当径40μm以上の粗大なポロシティが目
立っていた。
Each graph in FIG. 2 shows the distribution of the number and area ratio of porosity having an equivalent circle diameter of 6 μm or more measured from the surface layer to the center of the slab using the image processing and analysis apparatus.
In the vicinity of the surface of the slab (up to 40 mm, illustrated in FIG. 2 (A)), most of the fine porosity with a circle equivalent diameter of 6 to 15 μm
The number of porosity and the area ratio correspond to each other, and the area where the number is large has a large area ratio. In the intermediate layer (60 mm to 120 mm, illustrated in FIG. 2B), the number of porosity was larger than that near the surface layer, and porosity of 15 μm or more began to be recognized. Quantitatively, fine porosity having an equivalent circle diameter of 6 to 15 μm occupied about 75% of the whole, but the area ratio of the whole was less than half. In addition, the center layer (140mm-20
In 3 mm, as shown in FIG. 2 (C)), the number of porosity sharply increased, and coarse porosity having a circle equivalent diameter of 40 μm or more was conspicuous.

【0075】図3のグラフは、上記各データを基にした
単位面積当りの円相当径6μm以上のポロシティの数及
び平均面積率の分布を示す。これによると、スラブの表
層から中心にかけてポロシティの生成数の分布は面積率
の分布と対応していることが判る。即ち、両者とも表層
から20mmまで一旦減少し、その後180mmまで増大し
ていき、これを超え203mm(中心)に向って減少してい
く傾向を示した。これは、表層から40mmまでは微細な
ポロシティが大部分のため、面積率が極めて小さく約
0.1%以下であった。表層から20mmで面積率は最小
の0.038%である。60mm〜120mmの間(中間部)
では、円相当径15μm以上のポロシティが出始めるた
め、面積率も緩やかに増大している。120mm〜203m
m(中心部)の間では、ポロシティの面積率が急激に増加
し、180mmで最大の1.0%となった。上記中心部の平
均面積率は、上記中間部の平均面積率の0.3%から平
均0.85%以上となっていた。
The graph of FIG. 3 shows the distribution of the number of porosity having a circle equivalent diameter of 6 μm or more per unit area and the average area ratio based on the above data. According to this, it can be seen that the distribution of the number of generated porosity from the surface layer to the center of the slab corresponds to the distribution of the area ratio. That is, both showed a tendency to temporarily decrease from the surface layer to 20 mm, then increase to 180 mm, and then exceed this and decrease toward 203 mm (center). The area ratio was extremely small, about 0.1% or less, since most of the fine porosity was from the surface layer to 40 mm. The area ratio is a minimum of 0.038% at 20 mm from the surface layer. Between 60mm and 120mm (middle part)
Since the porosity having an equivalent circle diameter of 15 μm or more starts to appear, the area ratio gradually increases. 120mm-203m
Between m (center), the area ratio of porosity increased sharply, reaching a maximum of 1.0% at 180 mm. The average area ratio of the central portion was 0.35% of the average area ratio of the intermediate portion, and was 0.85% or more on average.

【0076】ここで、非定常熱凝固解析で計算したスラ
ブ内のDASサイズの分布と、前記測定値との比較を図
4のグラフに示す。このグラフの通り各計算値と各測定
値は良く一致している。何れもスラブの表層から20mm
付近でDASサイズが最小となり、中心(203mm)に向
って増加していき、計算値では約160mmで、且つ測定
値では約175mmで最大となる。これらを過ぎると何れ
も再び減少となる。次に、前記数式(33),(21),(2
0)に基づいて計算した局部相当圧力(P*)、表面張力に
よる圧力(Pσ)、及び凝固収縮による圧力(P′)のスラ
ブの表層から中心までの分布を図5に示した。これによ
り凝固収縮による圧力(P′)は表面張力による圧力(P
σ)に比較して非常に小さいため、局部相当圧力(P*)に
対する影響は中心部を除くと無視することが可能であ
る。従って、表面張力による圧力(Pσ)が大きく影響す
ると考えられる。また、局部相当圧力(P*)は、表層近辺
(5mm)で一旦減少した後、30mmまで増加しそこで最大
となる。これを過ぎると上記圧力(P*)は緩やかに減少
していき、180mmで最小となった後、それから中心部
に向けて再度増加していく傾向を示している。
FIG. 4 is a graph showing a comparison between the DAS size distribution in the slab calculated by the transient thermal solidification analysis and the measured values. As shown in this graph, each calculated value and each measured value are in good agreement. Both are 20 mm from the surface of the slab
In the vicinity, the DAS size becomes minimum and increases toward the center (203 mm), and reaches a maximum at a calculated value of about 160 mm and a measured value of about 175 mm. After these, all of them decrease again. Next, the equations (33), (21), (2)
FIG. 5 shows distributions of the local equivalent pressure (P * ), the pressure due to surface tension (Pσ), and the pressure (P ′) due to solidification shrinkage from the surface layer to the center of the slab calculated based on (0). As a result, the pressure due to coagulation shrinkage (P ') becomes the pressure due to surface tension (P').
σ), the influence on the local equivalent pressure (P * ) can be neglected except for the central part. Therefore, it is considered that the pressure (Pσ) due to the surface tension has a great influence. The local equivalent pressure (P * ) is near the surface
(5mm), then decrease, then increase to 30mm, where it reaches its maximum. After this, the pressure (P * ) gradually decreases, reaches a minimum at 180 mm, and then increases again toward the center.

【0077】更に、面張力による圧力(Pσ)に影響する
DASサイズと局部相当圧力(P*)との関係を図6のグ
ラフに示した。これによると、DASサイズの増加に連
れて上記圧力(P*)が減少していく。これは、前記数式
(24)で示したように、DASサイズがポロシティの曲
率半径(RP)に比例し、DASサイズが増加するとポロシ
ティの曲率半径(RP)も増加するため、表面張力による
圧力(Pσ)が減少し、局部相当圧力(P*)も減少するた
めである。また、図示のようにDASサイズが大きくな
るに連れて、圧力の減少する勾配が減少していく傾向も
見られる。また、スラブの凝固過程における残留液相内
の水素過飽和量(Φ)のスラブ内の分布を図7のグラフに
示す。前記数式(31)に示すように、過飽和量(Φ)は液
相中の平衡溶解度(Hd)と反比例する。しかし、合金中
の平衡溶解度(Hd)は、圧力と比例し、該圧力が小さい場
所では溶解度(Hd)も小さくなるため、過飽和量(Φ)が
逆に大きくなる。従って、このグラフに示すように、水
素過飽和量(Φ)の分布は局部相当圧力(P*)に反比例
し、DASサイズの分布に対応することが判る。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the DAS size affecting the pressure (Pσ) due to the surface tension and the local equivalent pressure (P * ). According to this, the pressure (P * ) decreases as the DAS size increases. This is the formula
As shown in (24), proportional to the DAS size porosity radius of curvature (R P), since the DAS size increases porosity radius of curvature (R P) also increases, the pressure due to the surface tension (Pshiguma) is This is because the pressure decreases and the local equivalent pressure (P * ) also decreases. Further, as shown in the figure, there is a tendency that the gradient of the pressure decrease decreases as the DAS size increases. FIG. 7 is a graph showing the distribution of hydrogen supersaturation (Φ) in the residual liquid phase in the slab during the solidification process of the slab. As shown in the equation (31), the amount of supersaturation (Φ) is inversely proportional to the equilibrium solubility (H d ) in the liquid phase. However, the equilibrium solubility (H d ) in the alloy is proportional to the pressure, and the solubility (H d ) decreases in a place where the pressure is low, so that the supersaturation amount (Φ) increases on the contrary. Therefore, as shown in this graph, it can be seen that the distribution of the hydrogen supersaturation amount (Φ) is inversely proportional to the local equivalent pressure (P * ) and corresponds to the DAS size distribution.

【0078】そして、スラブの表層から中心までのポロ
シティ生成量(VP)の計算値と前記測定値との比較を図
8のグラフに示した。図示のようにスラブの表層近辺
(〜20mm)を除くと、各計算値と各測定値とは極めて良く
一致している。両者ともスラブの表層から中心に向けて
ポロシティ生成量(VP)が増加していき、測定値では170
mm〜180mmの間で最大(0.4%)、計算値では約180mmで
最大(0.37%)となった。これは前記図5のグラフで
示したように、局部相当圧力(P*)は30mm以降減少し
ていくと共に、図7のグラフで示したように残留液相内
の水素過飽和量(Φ)が増加していくためである。スラブ
の表層から180mmを過ぎると、局部相当圧力(P*)の増
加と水素過飽和量(Φ)の減少によって、ポロシティ生成
量(VP)は減少していく。図8のグラフによって、本発明
によるポロシティ生成量(VP)の予測方法が有効である
ことが裏付けられた。
FIG. 8 is a graph showing a comparison between the calculated value of the porosity generation amount (V P ) from the surface layer of the slab to the center and the measured value. Near the surface of the slab as shown
Except for (~ 20 mm), each calculated value and each measured value agree very well. Porosity generation amount toward the center from the surface layer of Both slabs (V P) is gradually increased, in measurement 170
The maximum value was 0.4 mm between mm and 180 mm, and the maximum value was calculated at approximately 180 mm (0.37%). This is because the local equivalent pressure (P * ) decreases after 30 mm as shown in the graph of FIG. 5, and the hydrogen supersaturation amount (Φ) in the residual liquid phase decreases as shown in the graph of FIG. This is to increase. Beyond 180mm from the surface of the slab, by a decrease in growth and hydrogen supersaturation amount of local corresponding pressure (P *) (Φ), porosity generation amount (V P) decreases. By the graph of FIG. 8, the prediction method of the porosity generation amount according to the present invention (V P) that is backed valid.

【0079】従って、目標として設定した凝固パラメー
タ(温度勾配、冷却速度、凝固進行速度、凝固時間、DAS
等)を用いて、前記数式(20)で凝固収縮による局部圧力
(P′)を、また前記数式(24)で算出したポロシティの
曲率半径RPを数式(21)に代入して表面張力による圧
力(Pσ)をそれぞれ計算し、これらの値を合計して前記
数式(33)により局部相当圧力(P*)を算出する。次に、
前記数式(31)により水素の過飽和量(Φ)を算出し、こ
れを上記の(P*)値と共に前記数式(34)に代入して、
スラブ表層からの距離ごとのポロシティの生成量(VP)
を算出することにより、連続鋳造を行う前に予めポロシ
ティの生成量(VP)を正確に予測できる。即ち、目標値
に近付けるような凝固パラメータを適宜選定することに
より、最適条件値に基づき、目標とするポロシティ値に
近似したポロシティの生成量(VP)を内部に有するAl
−Mg系合金スラブを正確に連続鋳造することができ
る。
Therefore, the solidification parameters set as targets (temperature gradient, cooling rate, solidification progress rate, solidification time, DAS
, Etc.), the local pressure due to coagulation shrinkage in equation (20).
The (P '), also respectively calculate the pressure (Pshiguma) caused by the surface tension of curvature radius R P of the porosity calculated above in Equation (24) is substituted into equation (21), the sums of these values The local equivalent pressure (P * ) is calculated by Expression (33). next,
The supersaturation amount (Φ) of hydrogen is calculated by the above equation (31), and this is substituted into the above equation (34) together with the above (P * ) value,
The amount of porosity in each distance from the slab surface layer (V P)
The by calculating, accurately predict in advance the amount of porosity to (V P) before performing the continuous casting. That is, by selecting the coagulation parameters, such as closer to the target value appropriately, Al having based on optimum value, the amount of porosity which approximates the porosity values that target (V P) in the interior
-The Mg-based alloy slab can be continuously cast accurately.

【0080】尚、前記数式(9)〜(34)とこれらの計算
順序を予めコンピュータのROMに記憶させ、且つ上記
コンピュータのRAMに記録した各鋳造条件値を適宜選
択して入力することにより、自動的にポロシティ生成量
を算出することもできる。
The formulas (9) to (34) and their calculation order are stored in advance in a ROM of a computer, and the respective casting condition values recorded in the RAM of the computer are appropriately selected and input. The porosity generation amount can be automatically calculated.

【0081】[0081]

【発明の効果】本発明によれば、Al−Mg系のアルミ
ニウム合金スラブを予め鋳造条件値を最適に組み合せて
所望のポロシティ値を簡便に予測することができると共
に、目標とするポロシティ値を有する品質の安定したス
ラブを正確に連続鋳造することができる。しかも、この
スラブを用いた鋳物製品を効率良く確実に提供すること
も可能となる。
According to the present invention, it is possible to easily predict a desired porosity value by combining an Al-Mg-based aluminum alloy slab with an optimum casting condition value in advance and to obtain a target porosity value. Slabs of stable quality can be accurately and continuously cast. In addition, it is possible to efficiently and reliably provide a cast product using the slab.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)乃至(D)はポロシティの一般的な形成形態
を模式的に示す概略図。
FIGS. 1A to 1D are schematic views schematically showing a general form of porosity.

【図2】(A)乃至(C)は共に実施例のスラブ中のポロシ
ティの数と面積率の分布を示すグラフ。
FIGS. 2A to 2C are graphs each showing the distribution of the number of porosity and the area ratio in the slab of the embodiment.

【図3】実施例のスラブ中のポロシティの数と平均面積
率の分布を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the distribution of the number of porosity and the average area ratio in a slab of an example.

【図4】実施例のスラブ中のDASサイズの測定値と計
算値の分布を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the distribution of measured and calculated DAS sizes in a slab of an example.

【図5】本発明によって計算された局部相当圧力、表面
張力による圧力、及び凝固収縮による圧力をスラブの表
層から中心に向けて分布したグラフ。
FIG. 5 is a graph in which the local equivalent pressure, the pressure due to surface tension, and the pressure due to solidification shrinkage calculated according to the present invention are distributed from the surface layer of the slab toward the center.

【図6】測定したDASサイズと計算した局部相当圧力
との関係を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a measured DAS size and a calculated local equivalent pressure.

【図7】スラブ内における残留液相内の水素過飽和量の
分布を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing the distribution of the amount of hydrogen supersaturation in the residual liquid phase in the slab.

【図8】スラブ中におけるポロシティ生成量の測定値と
計算値の分布を示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing a distribution of measured and calculated porosity generation amounts in a slab.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4,6,8…ポロシティ DAS……デンドライトアームスぺーシング 4,6,8… porosity DAS …… Dendrite arm spacing

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩沢 亘保 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued from the front page (72) Inventor Watasugi Hagisawa 1-34-1 Kambara, Kambara-cho, Anbara-gun, Shizuoka Prefecture Nippon Light Metal Corporation Group Technology Center

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Al−Mg系合金スラブの垂直連続鋳造工
程において、 初期水素濃度、鋳造速度、鋳造温度、鋳型内の湯面高
さ、冷却水量等をパラメータとして各々の条件値の組合
せによる鋳造スラブ内のポロシティ生成量を事前に算出
し、上記条件値の最適組み合せを設定して予め定められ
た連続鋳造スラブ内における目標ポロシティ値を達成す
る方法として、 スラブ内のポロシティの曲率半径RP(μm)の算出に下
記数式(1)を用いる、ことを特徴とするAl−Mg系合
金スラブの連続鋳造におけるポロシティ生成量の予測方
法。 【数1】RP=0.14×DAS−2 上記でDASはデンドライトアームスペーシング
In the vertical continuous casting process of an Al-Mg based alloy slab, casting is performed by a combination of respective condition values using parameters such as an initial hydrogen concentration, a casting speed, a casting temperature, a level of a molten metal in a mold, and a cooling water amount as parameters. As a method of calculating the porosity generation amount in the slab in advance and setting the optimal combination of the above condition values to achieve a predetermined target porosity value in the continuous casting slab, a curvature radius R P of porosity in the slab ( μm) is calculated using the following equation (1): A method for predicting the amount of porosity generated in continuous casting of an Al—Mg alloy slab. ## EQU1 ## R P = 0.14 × DAS-2 DAS is the dendrite arm spacing.
【請求項2】前記数式(1)が、予め鋳造スラブの表層か
ら中心に至る複数のポロシティの最長径と面積を測定
し、前記曲率半径RPを測定した各面積を各最長径で除し
た値の半分として、一カ所5〜100個の範囲内におけ
る特定個数のポロシティの平均値を求めると共に、これ
ら平均値を用いて上記スラブの表層から中心までの曲率
半径RPと測定したDASの相関関係を回帰分析法によ
って求めたものである、ことを特徴とする請求項1に記
載のAl−Mg系合金スラブの連続鋳造におけるポロシ
ティ生成量の予測方法。
2. The equation (1) is obtained by previously measuring the longest diameter and area of a plurality of porosity from the surface layer to the center of the casting slab, and dividing each area where the radius of curvature R P is measured by each longest diameter. As a half of the value, the average value of the porosity of a specific number within a range of 5 to 100 is determined, and the correlation between the radius of curvature R P from the surface layer to the center of the slab and the measured DAS using these average values. The method according to claim 1, wherein the relationship is obtained by a regression analysis method.
【請求項3】前記曲率半径RPを基に、前記鋳造スラブ内
のポロシティ表面が受ける溶湯表面張力Pσを下記数式
(2)により算出し、これを基に前記ポロシティ生成量を
予測する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のA
l−Mg系合金スラブの連続鋳造におけるポロシティ生
成量の予測方法。 【数2】Pσ=2σ/RP 上記でσは溶湯の表面張力
3. A molten metal surface tension Pσ received by a porosity surface in the casting slab based on the radius of curvature R P is represented by the following equation:
The calculation according to (2), and the porosity generation amount is predicted based on the calculation result.
A method for predicting the amount of porosity generated in continuous casting of an l-Mg alloy slab. [Number 2] Pσ = 2σ / R P above σ is the surface tension of the molten metal
【請求項4】前記表面張力Pσと、Al−Mg系合金の
溶湯の凝固収縮による局部圧力P′を加算した下記数式
(3)による局部相当圧力P*を用いることにより前記ポ
ロシティ生成量を予測する、ことを特徴とする請求項1
乃至3の何れかに記載のAl−Mg系合金スラブの連続
鋳造におけるポロシティ生成量の予測方法。 【数3】P*=Pσ+P′
4. The following equation, which is obtained by adding the surface tension Pσ and a local pressure P ′ due to solidification shrinkage of a molten Al-Mg alloy.
2. The porosity generation amount is predicted by using a local equivalent pressure P * according to (3).
4. A method for predicting a porosity generation amount in continuous casting of an Al-Mg based alloy slab according to any one of claims 3 to 3. ## EQU3 ## P * = P.sigma. + P '
【請求項5】前記局部相当圧力P*と共に、前記パラメー
タとなる各々の条件値によって別途算出した鋳造スラブ
内の水素の過飽和量Φをも用い、下記数式(4)により鋳
造スラブ内のポロシティ生成量VP(%)を算出し、前記ポ
ロシティ生成量を予測する、ことを特徴とする請求項1
乃至4の何れかに記載のAl−Mg系合金スラブの連続
鋳造におけるポロシティ生成量の予測方法。 【数4】 上記でRは気体定数、Tは凝固最終段階の温度、Mは水
素ガスのモル体積、ρはAl−Mg系合金の密度
5. A method for generating porosity in a casting slab according to the following equation (4), using not only the local equivalent pressure P * but also the supersaturation amount Φ of hydrogen in the casting slab separately calculated according to each of the parameter values. claim calculates the amount V P (%), to predict the porosity generation amount, and wherein the 1
A method for predicting the amount of porosity generated in continuous casting of an Al-Mg alloy slab according to any one of claims 1 to 4. (Equation 4) In the above, R is a gas constant, T is the temperature of the final solidification stage, M is the molar volume of hydrogen gas, and ρ is the density of the Al—Mg alloy.
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