KR20050058402A - Casting of non-ferrous metals - Google Patents

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Abstract

A method of continuous casting non- ferrous alloys which includes delivering molten non-ferrous alloy (M) to a casting apparatus. The casting apparatus rapidly cools at least a portion of the non-ferrous alloy at a rate of at least about 100 °C thereby solidifying an outer layer (6, 8) of the non-ferrous alloy surrounding an inner layer (16) of a molten component and a solid component of dendrites (14). The dendrites (14) are altered to yield cast product exhibiting good resistance to cracking.

Description

비철 금속의 주조 방법{CASTING OF NON-FERROUS METALS}Casting method of nonferrous metals {CASTING OF NON-FERROUS METALS}

본 발명은 비철 금속 합금의 주조에 관한 것이며, 보다 상세하게는 신속히 응고된 셸과 파단된 덴드라이트를 포함하고 있고 편석되지 않은 중앙 구역을 생성하도록 비철 금속 합금을 주조하는 것에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the casting of nonferrous metal alloys and, more particularly, to casting nonferrous metal alloys, including rapidly solidified shells and broken dendrites, to create a central zone that is not segregated.

알루미늄 합금과 같은 금속의 연속 주조는 통상적으로 쌍롤 주조기, 블록 주조기, 벨트 주조기에서 실행된다. 알루미늄 합금의 쌍롤 주조기는 최근에 달성가능한 상대적으로 낮은 제조 속도에도 불구하고 우수한 성과와 상업적인 적용을 갖고 있다. 쌍롤 주조는 통상적으로 용융 금속이 롤에 접촉할 때 응고가 시작되는 한쌍의 마주하고 회전하는 차가운 롤 사이의 바이트내로 용융 금속을 공급하는 것을 포함하고 있는 응고와 변형 기술의 조합이다. 응고되는 금속은 롤 바이트내에 용융 금속의 "응고 전방(freeze front)"을 형성하고 고체 금속은 롤 사이의 최소 클리어런스 지점인 닙(nip)으로 진행한다. 고체 금속은 고체 시트로 닙을 통과한다. 고체 시트는 롤에 의해 변형(열간 압연)되어 롤을 빠져나간다.Continuous casting of metals such as aluminum alloys is typically carried out in twin roll casting machines, block casting machines, belt casting machines. Twin roll casting machines of aluminum alloys have excellent performance and commercial applications despite the relatively low production speeds achievable recently. Twin roll casting is a combination of solidification and deformation techniques that typically involves supplying molten metal into the bite between a pair of opposing and rotating cold rolls where solidification begins when the molten metal contacts the roll. The solidified metal forms a “freeze front” of the molten metal in the roll bite and the solid metal advances to the nip, the minimum clearance point between the rolls. The solid metal passes through the nip with a solid sheet. The solid sheet is deformed (hot rolled) by the roll to exit the roll.

알루미늄 합금은 1인치의 폭에 대해 시간당 50-70 파운드(lbs/hr/in)로 또는 분당 약 4-6 피트에서 1/4인치 두께의 시트로 연속적으로 롤 주조된다. 롤 주조의 속도를 증가시키려는 시도는 일반적으로 중심의 편석 때문에 실패한다. 비록 얇은 시트(예를 들면 1/4 인치 미만)가 두꺼운 시트보다 빠르게 생산될 수 있다는 것이 인정되고 있지만, 약 70(lbs/hr/in)보다 현저히 높은 속도로 알루미늄을 롤 주조하기 위한 능력을 달성하기는 어렵다. The aluminum alloy is continuously roll cast to 50-70 pounds per hour (lbs / hr / in) for a width of 1 inch or to 1/4 inch thick sheets at about 4-6 feet per minute. Attempts to increase the speed of roll casting generally fail because of segregation in the center. Although it is recognized that thin sheets (eg less than 1/4 inch) can be produced faster than thick sheets, the ability to roll cast aluminum is achieved at speeds significantly higher than about 70 (lbs / hr / in). It's hard to do.

얇은 두께의 쌍롤 주조기의 전형적인 작동은 여기에 참조로 통합된 미국특허 제5,5518,064에 개시되어 있으며 도 1 및 2에 도시되어 있다. 용융 금속 유지 챔버(H)는 화살표(A1, A2) 방향으로 각각 회전하는 수냉식 쌍롤(R1, R2) 사이에 용융 금속(M)을 분배하는 공급 팁(T)에 연결되어 있다. 롤(R1, R2)은 매끄러운 표면(U1, U2)을 갖고 있으며, 표면의 거칠기는 롤 제조시에 채용된 롤 그라인딩 기술의 산물이다. 주조 스트립(S)이 대체로 수평 경로를 형성하도록 롤(R1, R2)의 중심선은 수직 또는 대체로 수직인 평면(L)에 존재한다(예를 들면 수직으로부터 약 15°까지). 이 방법의 다른 형태는 수직 방향에서 스트립을 생산한다. 주조 스트립(S)의 폭은 팁(T)의 폭에 의해 결정된다. 평면(L)은 롤 닙(N)이라고 말하는 롤(R1, R2) 사이의 최소 클리어런스의 영역을 통과한다. 응고 영역은 고체 주조 스트립(S)과 용융 금속(M) 사이에 존재하며 액상-고상 혼합 영역(X)을 포함하고 있다. 응고 전방(F)은 영역(X)과 완전 응고의 라인인 주조 스트립(S) 사이로 정의된다.Typical operation of a thin thickness twin roll casting machine is disclosed in US Pat. No. 5,5518,064, incorporated herein by reference and shown in FIGS. 1 and 2. The molten metal holding chamber H is connected to a supply tip T for distributing the molten metal M between the water-cooled pair rolls R1 and R2 which respectively rotate in the directions of the arrows A1 and A2. The rolls R1 and R2 have smooth surfaces U1 and U2, and the roughness of the surface is a product of the roll grinding technique employed at the time of roll manufacture. The centerline of the rolls R1, R2 is in a vertical or generally vertical plane L such that the casting strip S forms a generally horizontal path (eg from vertical to about 15 °). Another form of this method produces a strip in the vertical direction. The width of the casting strip S is determined by the width of the tip T. The plane L passes through the region of minimum clearance between the rolls R1 and R2 called roll nips N. The solidification zone exists between the solid casting strip S and the molten metal M and comprises a liquid-solid mixing zone X. Solidification front F is defined between the region X and the casting strip S which is a line of complete solidification.

알루미늄 합금의 통상적인 롤 주조에서, 용융 금속(M)의 열이 롤(R1, R2)로 전달되므로 응고 전방(F)의 위치는 닙(N)의 상류에 유지된다. 이러한 방식에서, 용융 금속(M)은 닙(N)의 치수보다 큰 두께로 응고한다. 고체 주조 스트립(S)은 최종적인 스트립 두께를 성취하기 위하여 롤(R1, R2)에 의해 변형된다. 통상적인 롤 주조에 따라 롤(R1, R2) 사이에서 응고된 스트립의 열간 압연은 롤 주조 알루미늄 합금 스트립의 스트립 특성에 독특한 성질을 나타낸다. 특히, 스트립 두께의 중심 구역은 합금내의 Fe, Si, Ni, Zn와 같은 공정 형성 원소가 농후해지고 포정 형성 원소(Ti, Cr, V, Zr)는 고갈된다. 이와 같이 중심 구역에 공정 형성 원소(즉 Ti, Cr, V, Zr 이외의 합금 원소)가 풍부해지는 것은 스트립(S)의 부분이 최종적으로 응고가 일어나고 중심 편석으로 알려진 응고 전방(F)에 해당하기 때문이다. 주조 스트립에서의 과도한 중심 편석은 통상적인 롤 주조기의 속도를 제한하는 인자이다. 주조 스트립은 또한 롤에 의한 가공의 징후를 나타낸다. 닙의 상류에서 금속의 응고시에 형성된 입자는 롤에 의해 납작해진다. 그러므로, 롤 주조 알루미늄은 압연 방향에 대하여 각도를 이루어 연신된 입자를 포함하고 있다. In a conventional roll casting of aluminum alloy, the heat of molten metal M is transferred to the rolls R1 and R2 so that the position of the solidification front F is maintained upstream of the nip N. In this way, the molten metal M solidifies to a thickness larger than the dimension of the nip N. The solid cast strip S is deformed by the rolls R1 and R2 to achieve the final strip thickness. Hot rolling of strips solidified between rolls R1 and R2 according to conventional roll casting exhibits unique properties to the strip properties of roll cast aluminum alloy strips. In particular, the central region of the strip thickness is enriched in process forming elements such as Fe, Si, Ni, Zn in the alloy and depletion of the pore forming elements Ti, Cr, V, Zr. This enrichment of process forming elements (ie alloying elements other than Ti, Cr, V, Zr) in the central zone corresponds to the solidification front (F) known as central segregation where the part of the strip (S) finally solidifies. Because. Excessive center segregation in the casting strip is a factor that limits the speed of conventional roll casting machines. Casting strips also show signs of machining by rolls. The particles formed upon solidification of the metal upstream of the nip are flattened by the rolls. Therefore, the roll cast aluminum includes the particles drawn at an angle with respect to the rolling direction.

보다 얇은 스트립(S)을 생산하기 위하여 닙(N)에서의 롤 갭이 감소될 수 있다. 그러나, 롤 갭이 감소될 때 롤(R1, R2) 사이의 고체 금속에 의해 발생되는 롤 분리력은 증가한다. 롤 분리력의 크기는 롤 닙(N)에 대한 응고 전방(F)의 위치에 의해 영향을 받는다. 롤 갭이 감소될 때, 금속 시트의 감소율은 증가되고 롤 분리력은 증가한다. 몇몇 지점에서는 소정의 롤 갭을 성취하기 위한 롤(R1, R2)의 상대 위치가 롤 분리력을 극복할 수 없고 최소 두께는 응고 전방(F)의 위치에서 이루어진다. The roll gap in the nip N can be reduced to produce a thinner strip S. However, the roll separation force generated by the solid metal between the rolls R1 and R2 increases when the roll gap is reduced. The magnitude of the roll separation force is influenced by the position of the solidification front F relative to the roll nip N. When the roll gap is reduced, the reduction rate of the metal sheet is increased and the roll separation force is increased. At some point the relative position of the rolls R1 and R2 to achieve the desired roll gap cannot overcome the roll separation force and the minimum thickness is at the position of the solidification front F.

롤 분리력은 응고 전방(F)을 닙(N)을 향해 하류로 이동하도록 롤의 속도를 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 응고 전방이 하류로 이동될 때(닙(N)을 향해서), 롤 갭이 감소될 수 있다. 이러한 응고 전방(F)의 이동은 응고 초기 시점에서의 스트립의 두께와 닙(N)에서의 롤 갭 사이의 비율을 감소시키고, 따라서 덜 응고된 금속이 압축되고 열간 압연되는 것에 비례하여 롤 분리력을 감소시킨다. 이러한 방식에서 응고 전방(F)의 위치가 닙(N)을 향하여 이동할 때 비례적으로 보다 많은 양의 금속이 응고되고 그 다음에 보다 얇은 치수로 열간 압연된다. 종래의 방식에 따라, 얇은 두께 스트립의 롤 주조는 우선 상대적으로 큰 치수의 스트립을 롤 주조하고, 최대 롤 분리력에 도달될 때까지 치수를 감소시키고, 롤 분리력을 낮추도록 응고 전방을 전진시키고(롤 속도를 증가시킴으로써) 다시 최대 롤 분리력에 도달될 때까지 치수를 더욱 감소시키고, 응고 전방을 전진시키는 과정을 반복하고 소정의 얇은 치수가 달성될 때까지 반복적인 방식으로 치수를 감소시킴으로써 달성된다. 예를 들면, 10 밀리미터 스트립(S)이 압연되고 롤 분리력이 과도하게 될 때까지 두께가 감소될 수 있으며(예를 들면 6 밀리미터), 롤 속도 증가를 필요로 한다. Roll separation force can be reduced by increasing the speed of the roll to move the solidification front F downstream to the nip N. When the solidification front is moved downstream (toward the nip N), the roll gap can be reduced. This movement of the solidification front F reduces the ratio between the thickness of the strip at the initial solidification time and the roll gap in the nip N, thus reducing the roll separation force in proportion to the less solidified metal being compressed and hot rolled. Decrease. In this way proportionally more metal is solidified and then hot rolled to thinner dimensions as the position of the solidification front F moves towards the nip N. According to the conventional method, roll casting of a thin thickness strip first rolls a strip of relatively large dimension, reduces the dimension until the maximum roll separation force is reached, advances the solidification front to lower the roll separation force (roll By increasing the speed) again until the maximum roll separation force is reached, by repeating the process of advancing solidification forward and reducing the dimension in an iterative manner until the desired thin dimension is achieved. For example, the thickness can be reduced (eg 6 millimeters) until the 10 millimeter strip S is rolled and the roll separation force is excessive, requiring a roll speed increase.

롤 속도를 증가시키는 공정은 응고 전방(F)이 소정의 하류 위치에 도달할 때까지만 실행될 수 있다. 종래의 방식은 고체 스트립이 닙(N)에서 압연되는 것을 보장하기 위하여 응고 전방(F)이 롤 닙(N)의 앞쪽으로 전진하지 않는 것으로 기술되어 있다. 열간 압연되는 주조 금속 스트립(S)의 파손을 방지하고 하류측의 와인더, 핀치 롤 등의 인장력을 견디도록 빠져나오는 스트립(S)에 충분한 인장 강도를 제공하기 위하여 닙(N)에서 고체 스트립를 압연할 필요가 있다는 것이 일반적으로 인정되었다. 결과적으로, 닙(N)에서 열간 압연되는 알루미늄 합금의 고체 스트립에서 통상적으로 작동되는 쌍롤 주조기의 롤 분리력은 1인치의 폭당 수톤의 크기이다. 비록 어느 정도의 감소가 가능하지만, 닙(N)에서 스트립의 변형을 보장하기 위하여 이와 같이 높은 롤 분리력에서의 작동은 스트립 두께를 더 감소시키는 것을 매우 어렵게 한다. 롤 주조기의 속도는 닙(N)의 상류에 응고 전방(F)을 유지하고 중심 편석을 방지하기 위한 요구에 의해 제한된다. 그러므로, 알루미늄 합금에 대한 롤 주조 속도는 상대적으로 낮았다.The process of increasing the roll speed can only be carried out until the solidification front F reaches a predetermined downstream position. The conventional approach is described as the solidification front F does not advance forward of the roll nip N to ensure that the solid strip is rolled in the nip N. Roll the solid strip in the nip (N) to prevent breakage of the hot rolled cast metal strip (S) and to provide sufficient tensile strength to the exiting strip (S) to withstand the tension of downstream winders, pinch rolls, and the like. It was generally recognized that there was a need to do so. As a result, the roll separation force of a twin roll casting machine, which is usually operated in a solid strip of aluminum alloy hot rolled in the nip N, is on the order of several tons per inch of width. Although some reduction is possible, operation at this high roll separation force makes it very difficult to further reduce the strip thickness to ensure deformation of the strip in the nip N. The speed of the roll casting machine is limited by the requirement to keep the solidification front F upstream of the nip N and to prevent center segregation. Therefore, the roll casting speed for the aluminum alloy was relatively low.

합금 원소 농도가 높은 알루미늄 합금에서 용인할 수 있는 미세조직을 얻기 위한 롤 분리력의 감소에 대한 것이 여기에 참조로 통합된 미국특허 제6,193,818에 개시되어 있다. 0.5 내지 13 중량%의 Si을 포함하는 합금은 분당 약 5 내지 9 피트의 속도로 약 5000 내지 40,000의 롤 분리력에서 약 0.05 내지 0.2 인치 스트립으로 롤 주조된다. 이것이 롤 분리력 감소에 대한 발전을 나타내고 있지만, 이러한 분리력은 여전히 상당한 공정 개선을 내포하고 있다. 게다가, 생산성은 절충된 상태로 남아 있으며 상기 미국특허 제6,193,818 특허에 따라 생산된 스트립은 그 공보의 도 3에 도시된 바와 같이 상당한 중심 편석과 입자 연신을 나타내고 있다. A reduction in roll separation force to obtain acceptable microstructure in aluminum alloys with high alloying element concentrations is disclosed in US Pat. No. 6,193,818, incorporated herein by reference. Alloys containing 0.5 to 13 weight percent Si are roll cast into strips of about 0.05 to 0.2 inches at a roll separation force of about 5000 to 40,000 at a rate of about 5 to 9 feet per minute. While this represents an advance in reducing roll separation, this separation still implies significant process improvements. In addition, productivity remains compromised and strips produced in accordance with US Pat. No. 6,193,818 exhibit significant central segregation and particle elongation as shown in FIG. 3 of the publication.

고속 롤 주조에 대한 주요한 장애는 용융 금속에서 매끄러운 표면(U1, U2)으로, 즉 용융 금속의 냉각시 균일한 열전달을 성취하는데 있어서의 어려움이다. 실제로, 표면(U1, U2)은 롤의 열전달 특성을 변화시키는 여러가지 결함을 포함하고 있다. 높은 롤 속도에서, 이러한 열전달의 불균일성은 문제가 된다. 예를 들면, 적절한 열전달이 이루어지는 표면(U, U2)의 영역은 소정 위치의 닙(N) 상류에서 용융 금속(M)을 냉각하는 반면에 불충분한 열전달 특성을 갖는 영역은 용융 금속의 일부가 소정 위치를 넘어서 전진하도록 허용하여 주조 스트립에 불균일을 생성한다. A major obstacle to high speed roll casting is the difficulty in achieving uniform heat transfer in the molten metal to the smooth surfaces U1, U2, ie cooling the molten metal. In practice, surfaces U1 and U2 contain various defects that change the heat transfer characteristics of the roll. At high roll speeds, this heat transfer nonuniformity is a problem. For example, regions of the surfaces U and U2 where proper heat transfer takes place cool the molten metal M upstream of the nip N at a given location, while regions with insufficient heat transfer characteristics may have a portion of the molten metal. Allow for advancing beyond the position creating non-uniformity in the casting strip.

얇은 두께의 강철 스트립은 높은 속도(최대 분당 약 400 피트) 및 낮은 롤 분리력으로 수직 주조기에서 성공적으로 롤 주조되었다. 수직 롤 주조기의 롤이 나란히 위치되므로 스트립은 아래쪽을 향한 방향으로 형성된다. 이러한 수직의 방위에서, 용융 강철은 용융 강철 풀을 형성하는 롤 사이의 바이트로 인도된다. The thin steel strip was successfully roll cast in a vertical casting machine at high speed (up to about 400 feet per minute) and low roll separation force. Since the rolls of the vertical roll casting machine are located side by side, the strip is formed in the downward direction. In this vertical orientation, the molten steel is led to the bite between the rolls forming the molten steel pool.

용융 금속 풀로부터의 수직 쌍롤 주조가 강철에 대해서는 성공적이지만, 산화에 민감한 합금(예를 들면 알루미늄)의 수직 주조는 추가적인 제어를 필요로 한다. 실험실 수준의 수직 롤 주조에서 산화되는 알루미늄의 문제를 극복하기 위한 한가지 제안이 Haga 등에 의한 "알루미늄 합금을 위한 고속 롤 주조기", Proceedings of ICAA-6, Aluminum Alloys, Vol. 1, pp.327-332(1998)에 개시되어 있다. 그 방법에 따르면, 용융 알루미늄 합금의 스트립은 가스 가압 노즐로부터 수직 롤 주조기의 쌍롤의 하나 또는 양쪽으로 직접 방출된다. 비록 알루미늄 합금 스트립의 고속 주조가 보고되어 있지만, 이 기술의 주요한 단점은 주조 스트립에서의 균일성을 보장하기 위하여 용융 알루미늄 합금의 방출 속도가 세심하게 제어되어야만 한다는 것이다. 단일 스트림이 롤에 방출될 때, 그 스트림은 스트립으로 응고된다. 만약 스트림이 각각의 롤에 방출되면, 각각의 스트림은 절반 두께의 주조 스트립이 된다. 두 경우에서, 용융 알루미늄 합금의 방출 속도 또는 가스 압력의 변화는 주조 스트립의 불균일을 초래한다. 이러한 타입의 알루미늄 합금 롤 주조를 위한 제어 파라미터는 상업적인 장치에 대해 실용적인 것이 아니다.Vertical twin roll casting from molten metal pools is successful for steel, but vertical casting of oxidation sensitive alloys (eg aluminum) requires additional control. One proposal to overcome the problem of aluminum being oxidized in laboratory-level vertical roll casting is described by Haga et al., "High Speed Roll Casting Machine for Aluminum Alloys," Proceedings of ICAA-6, Aluminum Alloys, Vol. 1, pp. 327-332 (1998). According to the method, the strip of molten aluminum alloy is discharged directly from the gas press nozzle to one or both pairs of pairs of vertical roll casting machines. Although high speed casting of aluminum alloy strips has been reported, a major drawback of this technique is that the release rate of the molten aluminum alloy must be carefully controlled to ensure uniformity in the casting strips. When a single stream exits the roll, the stream solidifies into a strip. If the stream is discharged on each roll, each stream becomes a half-thick cast strip. In both cases, a change in the release rate or gas pressure of the molten aluminum alloy results in nonuniformity of the casting strip. Control parameters for this type of aluminum alloy roll casting are not practical for commercial devices.

약 1400(lbs/hr/in)의 생산성 수준에 도달하는 약 3/4 인치(19 mm) 두께에서 분당 약 20-25 피트의 속도로, 알루미늄 합금의 연속 주조가 벨트 주조기에서 달성되었다. 여기에 참조로 통합된 미국특허 제4,002,197에 개시된 바와 같은 종래의 벨트 주조에서, 용융 금속은 한쌍의 회전하는 가요성 금속 벨트의 마주하는 부분 사이의 주조 영역내로 공급된다. 각각의 가요성 주조 벨트는 주조 영역의 한 단부에 배치된 상류 롤러와 주조 영역의 다른 단부에 배치된 하류 롤러 사이에 한정된 경로에서 회전한다. 이 방식에서, 주조 벨트는 상류 롤러 사이의 닙의 주조 영역에 입구를 형성하기 위하여 상류 롤러 주위에서 서로 직접 마주하도록 수렴한다. 용융 금속은 닙내로 직접 공급된다. 벨트를 따라 이동될 때 용융 금속은 이동하는 벨트 사이에 한정되어 응고된다. 응고되는 금속에 의해 방출된 열은 주조되는 금속에 인접한 두개의 벨트 부분을 통하여 빠져나간다. 이 열은 벨트의 반대 표면과 연통하고 유동하는 실질적으로 연속적인 물의 막을 신속하게 이동시켜 벨트의 반대 표면을 냉각시킴으로써 방출된다. At a speed of about 20-25 feet per minute at a thickness of about 3/4 inch (19 mm) reaching a productivity level of about 1400 (lbs / hr / in), continuous casting of aluminum alloys was achieved in a belt casting machine. In conventional belt casting as disclosed in US Pat. No. 4,002,197, incorporated herein by reference, molten metal is fed into the casting region between opposite portions of a pair of rotating flexible metal belts. Each flexible casting belt rotates in a defined path between an upstream roller disposed at one end of the casting zone and a downstream roller disposed at the other end of the casting zone. In this way, the casting belts converge to directly face each other around the upstream roller to form an inlet in the casting region of the nip between the upstream rollers. Molten metal is fed directly into the nip. As it is moved along the belt, the molten metal is confined and solidified between the moving belts. Heat released by the solidified metal escapes through two belt portions adjacent to the metal being cast. This heat is released by rapidly moving a film of substantially continuous water that is in communication with the opposite surface of the belt and thereby cools the opposite surface of the belt.

벨트 주조를 위한 작동 파라미터는 롤 주조를 위한 것과 상당히 다르다. 실제로, 스트립의 의도적인 열간 압연이 존재하지 않는다. 3/4 인치의 두께에 대한 금속의 응고는 닙의 하류 약 12-15 인치(30-38 mm)의 거리에서 완료된다. 벨트는 한쪽 표면상에 용융 금속이 접촉될 때 고온에 노출되고 내부 표면상의 물에 의해 냉각된다. 이것은 벨트의 변형을 야기할 수 있다. 스트립의 일관된 표면 품질을 성취하기 위하여 벨트의 장력은 온도 변화로 인한 벨트의 팽창 또는 수축을 감안하여 조정되어야 된다. 벨트 주조기에서 알루미늄 합금의 주조는 주로 최소의 품질 표면을 요구하는 제품 또는 도장되는 제품을 위해 최근까지 이용되었다. The operating parameters for belt casting are quite different from those for roll casting. Indeed, there is no intentional hot rolling of the strip. Solidification of the metal to a thickness of 3/4 inch is completed at a distance of about 12-15 inches (30-38 mm) downstream of the nip. The belt is exposed to high temperatures when molten metal is contacted on one surface and cooled by water on the inner surface. This can cause deformation of the belt. In order to achieve a consistent surface quality of the strip, the tension of the belt must be adjusted to account for the expansion or contraction of the belt due to temperature changes. Casting of aluminum alloys in belt casting machines has been used until recently, mainly for products that require minimal quality surfaces or for painted products.

벨트의 열적 불안정의 문제는 블록 주조기에서 회피된다. 블록 주조기는 한쌍의 마주하는 트랙에 서로 인접하여 장착된 복수의 급냉 블록을 포함하고 있다. 각각의 급냉 블록의 세트는 용융 금속이 그 사이로 인도되는 주조 영역을 형성하도록 반대 방향으로 회전한다. 급냉 블록은 용융 금속의 열이 전달되는 히트 싱크로 작용한다. 3/4 인치 두께에서의 금속의 응고는 주조 영역 입구의 약 12-15 인치 하류에서 완료된다. 급냉 블록에 전달된 열은 복귀 루프 동안에 제거된다. 벨트와 달리, 급냉 블록은 열전달에 의해 변형되지 않는다. 그러나, 블록 주조기는 주조 스트립에 불균일 및 결함을 야기하는 블록 사이의 갭을 방지하기 위하여 정밀한 치수 제어를 요구한다.The problem of thermal instability of the belt is avoided in block casting machines. The block casting machine includes a plurality of quench blocks mounted adjacent to each other on a pair of opposing tracks. Each set of quench blocks rotates in opposite directions to form a casting region through which molten metal is guided therebetween. The quench block acts as a heat sink through which heat of molten metal is transferred. Solidification of the metal at 3/4 inch thick is completed about 12-15 inches downstream of the inlet of the casting zone. Heat transferred to the quench block is removed during the return loop. Unlike the belt, the quench block is not deformed by heat transfer. However, block casting machines require precise dimensional control to prevent gaps between blocks causing unevenness and defects in the casting strips.

주조 표면에 용융 금속의 열을 전달하는 이러한 개념은 여기에 참조로 통합된 미국특허 제5,515,908 및 제5,564,491에 개시된 바와 같이 개량된 벨트 주조기에 사용되었다. 히트 싱크 벨트 주조기에서, 용융 금속은 닙의 전에 응고가 개시되는 닙 상류의 벨트(주조 표면)에 인도되고 금속으로부터 닙의 하류 벨트에 열전달이 계속된다. 이 시스템에서, 용융 금속은 상류 롤의 커브를 따라 벨트에 공급되므로 금속은 상류 롤 사이의 닙에 도달하는 시간까지 실질적으로 응고된다. 용융 금속 및 주조 스트립의 열은 주조 영역(닙의 하류를 포함)내의 벨트에 전달된다. 그 후에 벨트가 용융 금속 또는 주조 스트립의 하나와 접촉 해제하면서 열이 벨트로부터 제거된다. 이 방식에서 주조 영역내의 벨트 부분은 통상적인 벨트 주조기에 발생하는 큰 온도 변화를 경험하지 않는다. 스트립의 두께는 주조가 일어나는 벨트의 열용량에 의해 제한될 수 있다. 두께 0.08-0.1 인치(2-2.5 mm) 스트립에 대해 2400(lbs/hr/in)의 생산율이 달성되었다.This concept of transferring heat of molten metal to the casting surface has been used in an improved belt casting machine as disclosed in US Pat. Nos. 5,515,908 and 5,564,491, incorporated herein by reference. In a heat sink belt casting machine, the molten metal is led to a belt (cast surface) upstream of the nip where solidification begins before the nip and heat transfer continues from the metal to the belt downstream of the nip. In this system, the molten metal is fed to the belt along the curve of the upstream rolls so that the metal solidifies substantially until the time of reaching the nip between the upstream rolls. The heat of the molten metal and the casting strip is transferred to the belt in the casting area (including downstream of the nip). The heat is then removed from the belt while the belt is in contact with either the molten metal or the cast strip. In this way the belt portion in the casting zone does not experience the large temperature changes that occur in conventional belt casting machines. The thickness of the strip can be limited by the heat capacity of the belt where the casting takes place. A production rate of 2400 (lbs / hr / in) was achieved for a 0.08-0.1 inch (2-2.5 mm) strip of thickness.

그러나, 종래의 벨트 주조에 사용된 벨트와 관련된 문제가 존속한다. 특히, 주조 스트립의 불균일은 벨트의 안정성(즉, 벨트의 장력)에 의존한다. 통상적인 또는 히트 싱크 타입 벨트 주조기에 있어서, 벨트와 고온 용융 금속의 접촉 및 응고되는 금속으로부터 벨트로의 열전달은 벨트에 불안정을 생성한다. 게다가, 벨트는 생산을 중단하고 정기적으로 교체되어야 한다. However, problems associated with belts used in conventional belt castings persist. In particular, the non-uniformity of the cast strip depends on the stability of the belt (ie the tension of the belt). In a conventional or heat sink type belt casting machine, the contact of the belt with the hot molten metal and heat transfer from the solidified metal to the belt creates instability in the belt. In addition, the belts must be discontinued and replaced regularly.

비철 합금의 스트립 재료는 자동차 및 항공 산업 그리고 캔 보디와 캔 단부 및 탭의 제조시에 시트 제품으로 사용하기 위해 바람직하다. 캔 보디의 통상적인 제조는 개별 단계의 광범위한 연속절차를 포함하는 배치 프로세스를 채용하고 있다. 프로세스를 위한 잉곳이 필요할 때, 잉곳은 먼저 표면을 스칼핑하고 합금을 균질화하도록 열처리하고, 냉각되고 여전히 고온의 상태에서 다수의 패스로 압연되고, 마무리 열간 압연되고, 최종적으로 코일로 감겨지고 냉간되어 보관된다. 코일은 배치 단계에서 어닐링될 수 있다. 그 후에 코일 시트는 코일풀림장치, 코일되감기장치, 단일 및/또는 탠덤 압연기를 사용하는 냉간 압연에 의해 최종 치수로 더욱 감소된다. 일반적으로 이러한 배치 프로세스는 별개의 공정 사이에 잉곳과 코일을 이동하기 위하여 상이하고 많은 재료 취급 작업을 요구하는 알루미늄 산업에 이용된다.Strip materials of non-ferrous alloys are preferred for use as sheet products in the automotive and aerospace industries and in the manufacture of can bodies and can ends and tabs. Conventional manufacture of can bodies employs batch processes that involve extensive sequential procedures of individual steps. When ingots are needed for the process, the ingots are first heat treated to scalp the surface and homogenize the alloy, rolled in multiple passes in a cooled and still hot condition, finished hot rolled, finally coiled and cold Are kept. The coil may be annealed in a placement step. The coil sheet is then further reduced to final dimensions by cold rolling using a coil unwinder, coil rewinder, single and / or tandem rolling mill. This batch process is generally used in the aluminum industry, which requires different and much material handling operations to move the ingots and coils between separate processes.

캔 보디의 흐름 생산에 대한 성과는 직접 급냉 주조를 통한 미국특허 제4,260,419 및 소규모 연속 스트립 주조를 통한 미국특허 제4,282,044에 개시되어 있다. 이 프로세스는 잉곳과 코일을 이동하기 위하여 많은 재료 취급 작업을 요구한다. 이러한 작업은 과도한 노동력, 에너지 소비 및 제품 손상을 초래한다. Performance on flow production of can bodies is disclosed in US Pat. No. 4,260,419 through direct quench casting and US Pat. No. 4,282,044 via small scale continuous strip casting. This process requires a lot of material handling work to move the ingots and coils. This work leads to excessive labor, energy consumption and product damage.

여기에 참조로 통합된 미국특허 제5,772,802 및 5,772,799에는 캔 또는 뚜껑의 벨트 주조 방법 및 낮은 합금 농도의 알루미늄 합금이 고온 스트립 주조 원료를 형성하도록 스트립 주조하는 제조 방법이 개시되어 있으며, 원료는 실질적인 석출을 방지하도록 신속하게 급냉되고, 합금 원소의 실질적인 석출을 방지하도록 어닐링되고 급냉되며, 그 다음에 냉간 압연된다. 이 프로세스는 달성할 수 있는 상대적으로 낮은 생산 속도에도 불구하고 최근까지 성공적이었다.U.S. Pat.Nos. 5,772,802 and 5,772,799, incorporated herein by reference, disclose a belt casting method of cans or lids and a manufacturing method of strip casting such that a low alloy concentration aluminum alloy forms a hot strip casting raw material, the raw material being subjected to substantial precipitation. It is quenched quickly to prevent, annealed and quenched to prevent substantial precipitation of the alloying elements, and then cold rolled. This process has been successful until recently despite the relatively low production rates achievable.

추가적으로, 알루미늄 이외의 마그네슘 합금과 같은 다른 합금은 상업적인 규모로 연속적으로 주조되지 않았다. 마그네슘 금속은 특히 저온에서 적용할 수 있는 변형량을 현저하게 제한하는 6방정계 구조를 갖고 있다. 그러므로 가공용 마그네슘 합금 제품의 생산은 일반적으로 300-500℃의 열간 가공에 의해 수행된다. 이러한 조건하에서, 복수의 압연 패스 및 중간 어닐링처리가 요구된다. 통상적인 방법에서, 0.5 mm 두께의 최종 제품을 만들기 위하여 중간 어닐링처리와 더불어 최대 25회의 전체 압연 패스가 사용된다. 결과적으로, 마그네슘 가공 제품의 가격은 높아진다.In addition, other alloys, such as magnesium alloys other than aluminum, have not been continuously cast on a commercial scale. Magnesium metal has a hexagonal structure that significantly limits the amount of deformation that can be applied, especially at low temperatures. The production of the working magnesium alloy product is therefore usually carried out by hot working at 300-500 ° C. Under these conditions, a plurality of rolling passes and intermediate annealing treatments are required. In a conventional method, up to 25 total rolling passes are used with intermediate annealing to make a 0.5 mm thick final product. As a result, the price of magnesium processed products is high.

따라서, 주조 표면에 균일성을 달성하는 비철 합금의 저렴한 주조 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다.Thus, there is still a need for a low cost method of casting nonferrous alloys that achieves uniformity on the casting surface.

도 1 은 용융 금속 방출 팁과 한쌍의 롤을 구비한 주조기의 부분적인 개략도;1 is a partial schematic view of a casting machine having a molten metal discharge tip and a pair of rolls;

도 2 는 종래기술에 따라 작동되는 도 1에 도시된 용융 금속 방출 팁과 롤의 확대 단면도;2 is an enlarged cross-sectional view of the molten metal release tip and roll shown in FIG. 1 operated according to the prior art;

도 3 은 본 발명의 주조 방법의 플로우차트;3 is a flowchart of the casting method of the present invention;

도 4 는 본 발명에 따라 작동되는 용융 금속 주조의 개략도;4 is a schematic view of a molten metal casting operated in accordance with the present invention;

도 5 는 스트립 지지 기구 및 선택적인 냉각 수단을 가진 본 발명에 따라 만들어진 주조기의 개략도; 및5 is a schematic view of a casting machine made according to the invention with a strip support mechanism and optional cooling means; And

도 6 은 다른 스트립 지지 기구 및 선택적인 냉각 수단을 가진 본 발명에 따라 만들어진 주조기의 개략도.6 is a schematic view of a casting machine made in accordance with the present invention with another strip support mechanism and optional cooling means.

이러한 요구는 한쌍의 이격된 주조 표면에 용융 비철 합금을 방출하고 적어도 분당 약 100℃의 속도로 비철 합금의 일부를 신속하게 응고시킴으로써 덴드라이트의 고체 성분과 용융 성분의 내부층을 둘러싸는 비철 합금의 외부층을 응고시키는 것을 포함하고 있는 본원 발명의 비철 합금 응고 방법에 의해 해결된다. 적합한 합금은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 티타늄 합금을 포함한다. 합금이 주조될 때 응고되는 외부층은 두께가 증가한다. 내부층이 응고될 때, 덴드라이트를 보다 작은 조직으로 파단 또는 분리하는 것에 의해서 내부층의 덴드라이트는 변경된다. 주조 장치를 빠져나온 제품은 합금의 외부 고체층에 의해 둘러싸인 변경된 덴드라이트(중심 편석을 실질적으로 회피하거나 또는 최소화 시킨)를 갖고 있는 고체의 내부층을 포함하고 있다. 주조 장치에 따라서 제품은 시트, 플레이트, 슬래브, 포일, 와이어, 로드, 바 등의 형태가 될 수 있다. 적합한 최종 제품은 자동차 시트(sheet) 제품, 항공기 시트 제품, 음료수 캔 보디 원료 및 음료수 캔 단부 및 탭 원료를 포함한다. This demand is due to the release of molten nonferrous alloys on a pair of spaced cast surfaces and to rapidly solidify a portion of the nonferrous alloys at a rate of at least about 100 ° C. per minute, thereby enclosing the nonferrous alloys surrounding the solid and molten components of the dendrite. It is solved by the nonferrous alloy solidification method of the present invention which includes solidifying the outer layer. Suitable alloys include aluminum alloys, magnesium alloys and titanium alloys. The outer layer that solidifies when the alloy is cast increases in thickness. When the inner layer solidifies, the dendrite of the inner layer is altered by breaking or separating the dendrites into smaller tissues. The product exiting the casting apparatus includes a solid inner layer with altered dendrite (substantially avoided or minimized center segregation) surrounded by an outer solid layer of the alloy. Depending on the casting device, the product may be in the form of sheets, plates, slabs, foils, wires, rods, bars and the like. Suitable final products include automotive sheet products, aircraft seat products, beverage can body raw materials and beverage can end and tab raw materials.

주조 표면은 롤 주조기에서의 롤 표면 또는 벨트 주조기에서의 벨트 표면 또는 서로 접근하는 종래의 이격된 주조 표면이 될 수 있다. 반고체층을 응고하는 단계는 주조 표면 사이의 최소 거리의 위치에서 완료된다. 하나의 실시예에서, 주조 표면은 그 사이에 한정된 닙을 가진 회전 롤의 표면이며, 응고 단계의 완료는 닙에서 일어난다. 그 사이로 전진하는 금속에 대하여 롤에 의해 적용되는 힘은 제품의 폭 1인치당 최대 약 300 파운드이다. 다른 실시예에서, 주조 표면은 회전 롤 위로 진행하는 벨트의 표면이며, 롤은 그 사이에 닙을 형성하고, 응고 단계의 완료는 닙에서 일어난다. 내부층을 갖고 있는 응고된 제품은 분당 약 25 내지 약 400 피트, 또는 분당 적어도 약 100 피트의 속도로 주조 표면 사이의 최소 거리의 위치를 빠져나온다.The casting surface may be a roll surface in a roll casting machine or a belt surface in a belt casting machine or conventional spaced casting surfaces approaching each other. Solidification of the semisolid layer is completed at the location of the minimum distance between the casting surfaces. In one embodiment, the casting surface is the surface of a rotating roll with a nip defined therebetween, and completion of the solidification step occurs at the nip. The force applied by the rolls on the metal advancing in between is up to about 300 pounds per inch of width of the product. In another embodiment, the casting surface is the surface of the belt running over the rotating rolls, the rolls forming a nip between them, and the completion of the solidification step occurs at the nip. The solidified product with the inner layer exits the location of the minimum distance between the casting surfaces at a speed of about 25 to about 400 feet per minute, or at least about 100 feet per minute.

본 발명은 본 발명의 방법에 따라 생산된 제품을 포함한다. 이 제품은 약 0.06 내지 약 0.25 인치의 두께를 가진 금속 스트립의 형태가 될 수 있다. 내부층의 두께는 스트립 두께의 약 20 내지 약 30 퍼센트를 구성할 수 있다. 본 발명의 방법의 한가지 결과는 금속의 응고된 내부층의 조성이 금속의 외부층의 조성과 다르다는 것이다. 게다가, 금속의 내부층의 파단된 덴드라이트는 구형(가공되지 않은)의 형태로 남아 있다. The invention includes products produced according to the method of the invention. The product may be in the form of a metal strip having a thickness of about 0.06 to about 0.25 inches. The thickness of the inner layer may constitute about 20 to about 30 percent of the strip thickness. One result of the method of the present invention is that the composition of the solidified inner layer of metal differs from that of the outer layer of metal. In addition, the broken dendrite of the inner layer of metal remains in the form of a sphere (unprocessed).

본 발명은 동일한 부분에 대하여 동일한 도면 부호로 식별되어 있는 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 통하여 명확하게 이해될 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be clearly understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, wherein like reference numerals identify like parts.

이후 설명의 목적을 위해서, 분명하게 명시하는 경우를 제외하고 본 발명은 다양한 변경적인 변화와 단계의 순서를 생각할 수 있다. 또한 첨부된 도면에 예시되고 이하에서 설명되는 특별한 장치 및 프로세스는 본 발명의 예시적인 실시예이다. 그러므로, 여기에 개시된 실시예에 관한 특정 치수 및 다른 물리적인 특성은 제한하는 것으로 고려되어서는 안된다. 어떤 수치적인 범위값을 언급할 때, 이러한 수치는 언급된 범위의 최소와 최대 사이의 각각의 모든 값 및/또는 소수값을 포함하는 것으로 이해된다.For the purposes of the following description, the invention is contemplated of various modifications and sequences of steps, except where expressly specified. Also particular apparatus and processes illustrated in the accompanying drawings and described below are exemplary embodiments of the present invention. Therefore, specific dimensions and other physical characteristics relating to the embodiments disclosed herein should not be considered as limiting. When referring to any numerical range value, it is understood that this figure includes each and every value and / or decimal value between the minimum and maximum of the stated range.

본 발명은 용융 비철 합금을 주조 장치로 방출하는 것을 포함하는 비철 합금의 주조 방법을 포함한다. 비철 합금은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 구리, 니켈, 아연 또는 주석과 같은 원소의 합금을 의미한다. 본 발명에 사용하기 위해 특히 적합한 비철 합금은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 티타늄 합금이다.The present invention includes a method of casting a nonferrous alloy that includes releasing a molten nonferrous alloy into a casting device. By non-ferrous alloy is meant an alloy of elements such as aluminum, magnesium, titanium, copper, nickel, zinc or tin. Particularly suitable nonferrous alloys for use in the present invention are aluminum alloys, magnesium alloys and titanium alloys.

"알루미늄 합금", "마그네슘 합금" 및 "티타늄 합금"은 적어도 50%의 언급된 원소와 적어도 하나의 개질 원소를 포함하는 합금을 의미하는 것이다. 경량, 무게 대비 높은 강도 비율, 실온 및 고온에서의 높은 강성 때문에 알루미늄, 마그네슘 및 티타늄 합금들은 항공 및 자동차 산업에서 구조적인 용도를 위한 매력적인 합금이다. 적합한 알루미늄 합금은 AA 3xxx계 및 5xxx계의 합금을 포함한다. 마그네슘 합금의 예로서는 Mg-Al 합금, Mg-Al-Zn 합금, Mg-Al-Si 합금, Mg-Al-RE(Rare Earth) 합금, Mg-Th-Zr 합금, Mg-Th-Zn-Zr 합금, Mg-Zn-Zr 합금, Mg-Zn-Zr-RE 합금이 있다."Aluminum alloy", "magnesium alloy" and "titanium alloy" mean an alloy comprising at least 50% of the mentioned elements and at least one modifying element. Aluminum, magnesium and titanium alloys are attractive alloys for structural applications in the aviation and automotive industries because of their light weight, high strength-to-weight ratio, high stiffness at room temperature and high temperatures. Suitable aluminum alloys include AA 3xxx based and 5xxx based alloys. Examples of magnesium alloys include Mg-Al alloys, Mg-Al-Zn alloys, Mg-Al-Si alloys, Mg-Al-RE (Rare Earth) alloys, Mg-Th-Zr alloys, Mg-Th-Zn-Zr alloys, Mg-Zn-Zr alloy and Mg-Zn-Zr-RE alloy.

가장 기본적인 형태의 본 발명이 도 3의 플로우차트에 개략적으로 도시되어 있다. 단계(100)에서, 용융 비철 금속은 주조 장치로 방출된다. 주조 장치는 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이 한쌍의 이격되어 회전하는 주조 표면을 포함한다. 단계(102)에서, 주조 장치는 반고체 내부층을 유지하면서 비철 합금의 외부층을 응고시키기 위하여 비철 합금의 적어도 일부를 신속하게 냉각한다. 내부층은 금속의 덴드라이트의 고체 성분과 용융 금속 성분을 포함한다. 합금이 주조될 때 응고되는 외부층은 두께가 증가한다. 내부층의 덴드라이트는 덴드라이트를 보다 작은 조직으로 파단하는 것에 의해서 단계(104)에서 변경된다. 주조 장치를 빠져나온 제품은 합금의 외부 고체층내에 샌드위치된 파단된 덴드라이트를 포함하는 단계(106)에서 형성된 고체 내부층을 포함한다. 제품은 제한되는 것은 아니지만 시트, 플레이트, 슬래브, 포일과 같은 다양한 형태가 될 수 있다. 압출타입 주조에 있어서, 제품은 와이어, 로드, 바 또는 다른 형태가 될 수 있다. 어느 경우에서나, 제품은 단계(108)에서 더 가공 및/또는 처리될 수 있다. 100 - 108 단계의 순서는 본 발명의 방법에서 고정된 것은 아니며 순차적으로 일어나거나 또는 어떤 단계들이 동시에 일어날 수 있다.The invention in its most basic form is schematically illustrated in the flowchart of FIG. In step 100, the molten nonferrous metal is discharged to the casting apparatus. The casting apparatus includes a pair of spaced apart rotating casting surfaces as described in detail below. In step 102, the casting apparatus rapidly cools at least a portion of the nonferrous alloy to solidify the outer layer of the nonferrous alloy while maintaining the semisolid inner layer. The inner layer comprises the solid component of the metal dendrites and the molten metal component. The outer layer that solidifies when the alloy is cast increases in thickness. The dendrites of the inner layer are changed in step 104 by breaking the dendrites into smaller tissues. The product exiting the casting apparatus includes a solid inner layer formed in step 106 comprising broken dendrite sandwiched in an outer solid layer of the alloy. The product may be in various forms such as, but not limited to, sheets, plates, slabs, foils. In extrusion casting, the product may be in the form of a wire, rod, bar or other form. In either case, the product may be further processed and / or processed at step 108. The order of steps 100-108 is not fixed in the method of the present invention and may occur sequentially or certain steps may occur simultaneously.

본 발명은 최종 제품에서 원하는 특성을 얻기 위하여 용융 금속의 응고 속도, 응고되는 금속에서 덴드라이트의 형성 및 덴드라이트의 변경을 조화시킨다. 냉각 속도는 금속의 외부층의 신속한 응고를 달성하도록 선택된다. 알루미늄 합금 및 다른 비철 합금에 있어서, 금속의 외부층의 냉각은 분당 적어도 약 100℃의 속도로 일어난다. 적합한 주조 장치는 쌍롤 주조기, 벨트 주조기, 슬래브 주조기 또는 블록 주조기에서와 같은 냉각된 주조 표면을 포함한다. 또한 수직 롤 주조기가 본 발명에 사용될 수 있다. 연속 주조기에서, 일반적으로 주조 표면은 이격되어 있으며 그 사이의 거리가 최소로 되어 있는 영역을 가지고 있다. 롤 주조기에서, 주조 표면 사이의 최소 거리의 영역이 닙이다. 벨트 주조기에서, 벨트의 주조 표면 사이의 최소 거리의 영역은 주조기의 입구 풀리 사이의 닙이 될 수 있다. 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 방식에서 주조 장치의 작동은 주조 표면 사이의 최소 거리의 위치에서 금속의 응고 포함한다. 본 발명의 방법이 쌍롤 주조기를 사용하여 실행되는 것으로 이하에 설명되어 있지만, 이것이 제한하는 것을 의미하는 것은 아니다. 본 발명을 실행하기 위하여 다른 연속적인 주조 표면이 사용될 수 있다.The present invention harmonizes the solidification rate of the molten metal, the formation of dendrites in the solidified metal and the modification of the dendrites in order to obtain the desired properties in the final product. The cooling rate is chosen to achieve rapid solidification of the outer layer of metal. In aluminum alloys and other nonferrous alloys, cooling of the outer layer of metal occurs at a rate of at least about 100 ° C. per minute. Suitable casting apparatuses include cooled casting surfaces such as in twin roll casting machines, belt casting machines, slab casting machines or block casting machines. Vertical roll casting machines can also be used in the present invention. In a continuous casting machine, the casting surface generally has an area that is spaced apart and the distance between them is minimal. In roll casting machines, the area of the minimum distance between the casting surfaces is the nip. In a belt casting machine, the area of the minimum distance between the casting surfaces of the belt may be the nip between the inlet pulleys of the casting machine. As explained in more detail below, the operation of the casting apparatus in the manner of the present invention involves the solidification of the metal at the location of the minimum distance between the casting surfaces. Although the method of the present invention is described below as being performed using a twin roll casting machine, this does not mean to be limiting. Other continuous casting surfaces can be used to practice the invention.

예를 들면, 롤 주조기(도 1)가 도 4에 상세히 도시된 바와 같은 본 발명을 실행하기 위하여 작동될 수 있다. 도 1을 참조하면(종래 기술 및 본 발명에 따른 수평의 연속적인 주조를 대략적으로 예시하는), 본 발명은 화살표(A1, A2) 방향으로 각각 회전하는 마주하는 한쌍의 회전 냉각 롤(R1, R2)을 사용하여 실행된다. 수평이라는 용어는, 주조 스트립이 수평 방향으로, 또는 수평으로부터 위 또는 아래로 약 30°의 각도로 생산되는 것을 의미한다. 도 3에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 내화성 재료 또는 다른 세라믹 재료로 만들어진 공급 팁(T)은 화살표(A1, A2) 방향으로 각각 회전하는 롤(R1, R2)에 직접적으로 화살표(B) 방향으로 용융 금속(M)을 분배한다. 용융 금속의 누출을 방지하고 팁(T)과 롤(R1, R2) 사이의 접촉을 회피하면서 롤(R1, R2)을 따라서 용융 금속이 대기에 노출되는 것을 최소화하기 위하여 공급 팁(T)과 각각의 롤(R1, R2) 사이의 갭(G1, G2)은 가능한 작게 유지된다. 갭(G1, G2)의 적합한 치수는 약 0.01 인치(0.25 mm)이다. 롤(R1, R2)의 중심을 지나는 평면(L)은 롤 닙(N)이라고 말하는 롤(R1, R2) 사이의 최소 클리어런스의 영역을 통과한다. For example, a roll casting machine (FIG. 1) can be operated to practice the invention as shown in detail in FIG. 4. Referring to FIG. 1 (approximately illustrating a horizontal continuous casting in accordance with the prior art and the present invention), the present invention provides a pair of opposing rotating cooling rolls R1 and R2 that each rotate in the direction of arrows A1 and A2. Is executed using). The term horizontal means that the casting strip is produced in the horizontal direction, or at an angle of about 30 ° up or down from the horizontal. As shown in more detail in FIG. 3, the feed tip T made of refractory material or other ceramic material is directed in the direction of arrow B directly to the rolls R1 and R2 which respectively rotate in the direction of arrows A1 and A2. The molten metal (M) is distributed by The feed tip T and each to minimize the exposure of the molten metal to the atmosphere along the rolls R1 and R2 while preventing leakage of the molten metal and avoiding contact between the tip T and the rolls R1 and R2. The gaps G1 and G2 between the rolls R1 and R2 are kept as small as possible. Suitable dimensions of the gaps G1 and G2 are about 0.01 inch (0.25 mm). The plane L passing through the center of the rolls R1 and R2 passes through the region of the minimum clearance between the rolls R1 and R2 referred to as the roll nip N.

용융 금속(M)은 롤 주조기의 냉각 표면, 즉 냉간 롤(R1, R2)에 공급된다. 용융 금속(M)은 영역(2, 4)에서 각각 롤(R1, R2)과 직접 접촉한다. 롤(R1, R2)과 접촉할 때, 금속(M)은 냉각되어 응고하기 시작한다. 냉각되는 금속은 롤(R1)에 인접한 응고된 금속의 상부 셸(6)과 롤(R2)에 인접한 응고된 금속의 하부 셸(8)로 응고한다. 금속(M)이 닙(N)을 향하여 전진할 때 셸(6, 8)의 두께는 증가한다. 응고된 금속의 커다란 덴드라이트(10)가 용융 금속(M)과 각각의 상부 및 하부 셸(6, 8) 사이의 계면에 산출된다. 커다란 덴드라이트(10)는 파단되어 용융 금속(M)의 보다 느리게 이동하는 유동의 중앙부(9)내로 끌려들어가고 화살표(C1, C2) 방향으로 운반된다. 유동의 끌어들이는 작용은 커다란 덴드라이트(10)를 보다 작은 덴드라이트(14)로 파단되도록 한다. 영역(16)으로 표시되는 닙(N)의 상류의 중앙부(12)에서, 금속(M)은 반고체이며 고체 성분(응고된 작은 덴드라이트(14))과 용융 금속 성분을 포함하고 있다. 영역(16)에서의 금속(M)은 부분적으로 그 안의 작은 덴드라이트(14)의 분산에 기인하여 걸쭉한 농도를 갖고 있다. 닙(N)의 위치에서, 약간의 용융 금속이 화살표(C1, C2)와 반대방향으로 뒤로 압착된다. 닙(N)에서 롤(R1, R2)의 전진 회전은 금속이 닙(N)의 지점을 떠날 때 금속이 완전히 고체가 되도록 닙(N)으로부터 상류의 중앙부(12)에서 용융 금속을 강제하면서 실질적으로 금속의 고체 부분(중앙부(12)의 작은 덴드라이트(14)와 상부 및 하부 셸(6, 8))만을 전진시킨다. 닙(N)의 하류에서, 중앙부(12)는 상부 셸(6)과 하부 셸(8) 사이에 샌드위치된 작은 덴드라이트(14)를 포함하는 고체 중간층이다. 중앙층(18)에서, 작은 덴드라이트(14)는 크기가 약 20 내지 약 50 마이크론이며 대체로 구형 형태를 가지고 있다. 스트립 제품에서, 고체 내부 부분은 스트립 전체 두께의 약 20 내지 약 30퍼센트로 구성된다. 도 4의 주조기는 대체로 수평 방향으로 스트립(S)을 생산하는 것으로 도시되어 있지만, 스트립이 각도를 이루고 또는 수직으로 주조기를 빠져나가는 것으로 제한되는 것을 의미하는 것은 아니다.Molten metal M is supplied to a cooling surface of the roll casting machine, that is, cold rolls R1 and R2. Molten metal M is in direct contact with rolls R1 and R2 in regions 2 and 4, respectively. Upon contact with the rolls R1, R2, the metal M cools and starts to solidify. The metal to be cooled solidifies with an upper shell 6 of solidified metal adjacent to roll R1 and a lower shell 8 of solidified metal adjacent to roll R2. The thickness of the shells 6, 8 increases as the metal M advances toward the nip N. Large dendrites 10 of solidified metal are produced at the interface between the molten metal M and the respective upper and lower shells 6, 8. Large dendrites 10 are broken and attracted into the central portion 9 of the slower moving flow of molten metal M and carried in the direction of arrows C1, C2. The attraction of the flow causes the large dendrites 10 to break into smaller dendrites 14. In the central portion 12 upstream of the nip N represented by the region 16, the metal M is semisolid and comprises a solid component (small solidified dendrites 14) and a molten metal component. The metal M in the region 16 has a thick concentration due in part to the dispersion of the small dendrites 14 therein. At the position of the nip N, some molten metal is pressed back in the opposite direction to the arrows C1, C2. The forward rotation of the rolls R1 and R2 in the nip N substantially forces the molten metal in the central portion 12 upstream from the nip N such that the metal is completely solid when the metal leaves the point of the nip N. Only the solid portion of the metal (small dendrites 14 and upper and lower shells 6 and 8 of the central portion 12) is advanced. Downstream of the nip N, the central portion 12 is a solid intermediate layer comprising small dendrites 14 sandwiched between the upper shell 6 and the lower shell 8. In the middle layer 18, the small dendrites 14 are about 20 to about 50 microns in size and have a generally spherical shape. In strip products, the solid inner portion consists of about 20 to about 30 percent of the total thickness of the strip. Although the casting machine of FIG. 4 is shown to produce a strip S in a generally horizontal direction, this does not mean that the strip is limited to exiting the casting machine at an angle or vertically.

도 4와 관련하여 설명된 주조 프로세스는 상술한 방법 단계를 따른다. 단계(100)에서 롤 주조기로 방출된 용융 금속은 단계(102)에서 냉각되고 응고되기 시작한다. 냉각되는 금속은 냉각된 주조 표면(R1, R2) 부근 또는 가까이에서 응고된 금속의 외부층(6, 8)으로 나타난다. 금속이 주조 장치를 통하여 전진할 때 응고된 층(6, 8)은 증가한다. 단계(102)에 의해, 덴드라이트(10)가 응고된 외부층(6, 8)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여지는 내부층(12)의 금속에 형성된다. 도 4 에서, 외부층(6, 8)은 두개의 욉층(6, 8) 사이에 내부층의 샌드위치로서 내부층(12)을 실질적으로 둘러싼다. 다른 주조 장치에서 외부층이 내부층을 완전히 둘러싸는 것도 가능하다. 단계(104)에서, 덴드라이트(10)는 예를 들면 작은 조직(14)으로 파단되어 변경된다. 금속의 완전 응고 이전의 내부층(12)에서, 금속은 반고체이며 고체 성분(응고된 작은 덴드라이트(14))와 용융 금속 성분을 포함한다. 이 단계에서 금속은 부분적으로 그 안의 작은 덴드라이트(14)의 분산에 기인하여 걸쭉한 농도를 갖고 있다. 주조 장치에서 금속의 완전 응고 위치의 단계(106)에서, 응고된 제품은 외부 부분에 의해서 적어도 부분적으로 둘러싸인 작은 덴드라이트(14)를 포함하는 내부 부분(18)을 포함하고 있다. 내부 부분의 두께는 제품 두께의 약 20 내지 약 30 퍼센트가 될 수 있다. 내부 부분에서, 작은 덴드라이트는 크기가 약 20 내지 약 50 마이크론이고 주조 장치에 의해 실질적으로 가공되지 않으며 대체로 구형 형태를 가지고 있다. The casting process described in connection with FIG. 4 follows the method steps described above. The molten metal released to the roll casting in step 100 begins to cool and solidify in step 102. The metal to be cooled appears as the outer layers 6, 8 of solidified metal near or near the cooled casting surfaces R1, R2. The solidified layers 6, 8 increase as the metal advances through the casting apparatus. By step 102, dendrites 10 are formed in the metal of the inner layer 12 which is at least partially surrounded by the solidified outer layers 6, 8. In FIG. 4, the outer layers 6, 8 substantially surround the inner layer 12 as a sandwich of the inner layer between the two layers 6, 8. In other casting devices it is also possible that the outer layer completely surrounds the inner layer. In step 104, the dendrites 10 break and change into small tissue 14, for example. In the inner layer 12 prior to complete solidification of the metal, the metal is semisolid and comprises a solid component (small solidified dendrites 14) and a molten metal component. At this stage the metal has a thick concentration due in part to the dispersion of small dendrites 14 therein. In step 106 of the complete solidification position of the metal in the casting apparatus, the solidified product comprises an inner portion 18 comprising a small dendrite 14 at least partially surrounded by an outer portion. The thickness of the inner portion can be about 20 to about 30 percent of the product thickness. In the inner portion, the small dendrites are about 20 to about 50 microns in size and are not substantially processed by the casting device and have a generally spherical shape.

본 발명에 따라, 내부층(12)의 용융 금속은 주조 장치를 통과하는 유동 방향과 반대방향으로 압착(롤 사이에서의 주조를 참조하여 설명된 바와 같이) 및/또는 외부층(6, 8)내로 강제되고 외부층(6, 8)의 외부 표면에 도달할 수 있다. 압착 및/또는 내부층에 용융 금속을 강제하는 특성은 여기에서 설명된 주조 장치에서 일어난다. According to the invention, the molten metal of the inner layer 12 is pressed in the direction opposite to the flow direction through the casting device (as described with reference to casting between rolls) and / or the outer layers 6, 8. It can be forced into and reach the outer surface of the outer layers 6, 8. The property of pressing and / or forcing molten metal to the inner layer takes place in the casting apparatus described herein.

롤 사이에서 주조시 단계(104)에서 내부층의 덴드라이트의 파단은 용융 금속의 내부층과 외부층 사이에 속도 차이에서 초래되는 전단력에 의해 달성된다. 분당 10 피트 이하의 통상적인 속도에서 작동되는 롤 주조기는 이러한 덴드라이트를 파단하기 위하여 필요한 전단력을 발생시키지 못한다. 상술한 바와 같은 응고 제어와 더불어 통상적인 롤 주조기의 고속 작동(적어도 분당 25 피트)이 본 발명의 방식에서의 주조를 허용하지만, 다른 종래의 주조 장치가 또한 본 발명의 프로세스를 나타내는 방식으로 작동하도록 적합하게 될 수 있다. 본 발명의 중요한 관점은 내부층에서의 덴드라이트의 파단이다. 덴드라이트의 파단은 중심 편석을 최소화 또는 회피하며, 중심 편석을 갖고 있는 종래의 롤 주조 또는 벨트 주조 제품에 존재하는 조대한 조성물의 감소 또는 부재로 인하여 최종 제품에 향상된 성형성과 연신 특성을 나타낸다. 내부층의 덴드라이트를 파단하기 위한 다른 적합한 메커니즘은 액체의 기계적인 교반(예를 들면 프로펠러), 회전 스테이터 교반과 선형 스테이터 교반을 포함하는 전자기적 교반, 고주파수 초음파 진동에 대한 적용을 포함한다.The breaking of the dendrites of the inner layer in step 104 during casting between the rolls is achieved by the shear force resulting from the difference in velocity between the inner and outer layers of molten metal. Roll casting machines operated at typical speeds of less than 10 feet per minute do not produce the shear forces necessary to break these dendrites. While the high speed operation (at least 25 feet per minute) of a conventional roll casting machine with solidification control as described above allows casting in the manner of the present invention, other conventional casting apparatuses also operate in a manner that represents the process of the present invention. Can be adapted. An important aspect of the present invention is the breaking of dendrites in the inner layer. Breaking of dendrites minimizes or avoids center segregation and exhibits improved formability and stretching properties in the final product due to the reduction or absence of coarse compositions present in conventional roll casting or belt cast products having center segregation. Other suitable mechanisms for breaking the dendrites of the inner layer include mechanical agitation of liquids (eg propellers), electromagnetic agitation including rotary stator agitation and linear stator agitation, and application to high frequency ultrasonic vibrations.

주조 표면은 용융 금속의 열에 대한 히트 싱크의 역할을 한다. 본 발명에서, 열은 주조 제품의 표면에 균일성을 보장하도록 균일한 방식으로 용융 금속으로부터 냉각된 주조 표면으로 전달된다. 냉각된 주조 표면은 강철 또는 구리로 만들어질 수 있으며 용융 금속과 접촉하는 표면 불균일을 포함한다. 표면 불균일은 냉각된 주조 표면의 표면에서의 열전달을 증가시키는 역할을 한다. 냉각된 주조 표면의 표면 불균일 정도에 대한 제어는 그 표면을 가로질러 균일한 열전달을 나타내도록 할 수 있다. 표면 불균일은 홈, 딤플, 널링 가공면 또는 다른 형태일 수 있으며 인치당 약 20 내지 120개의 불균일 또는 인치당 약 60개의 불균일을 가진 규칙적인 패턴으로 이격되어 있다. 표면 불균일은 약 5 내지 50 마이크론 또는 약 30 마이크론의 높이를 가질 수 있다. 냉각된 주조 표면은 주조 제품의 분리를 향상시키기 위하여 크롬 또는 니켈과 같은 재료로 코팅될 수 있다. The casting surface serves as a heat sink for the heat of the molten metal. In the present invention, heat is transferred from the molten metal to the cooled casting surface in a uniform manner to ensure uniformity on the surface of the cast article. The cooled casting surface may be made of steel or copper and includes surface irregularities in contact with the molten metal. Surface irregularities serve to increase heat transfer at the surface of the cooled cast surface. Control over the degree of surface unevenness of the cooled cast surface can result in uniform heat transfer across the surface. The surface irregularities can be grooves, dimples, knurled surfaces or other forms and are spaced in a regular pattern with about 20 to 120 nonuniformities per inch or about 60 nonuniformities per inch. Surface irregularities can have a height of about 5 to 50 microns or about 30 microns. The cooled cast surface may be coated with a material such as chromium or nickel to enhance separation of the cast product.

일반적으로 주조 표면은 주조시에 가열되고 고온에서 산화되는 경향이 있다. 주조하는 동안에 주조 표면의 불균일한 산화는 주조 표면의 열전달 특성을 변화시킬 수 있다. 그러므로, 주조시에 주조 표면의 변화를 최소화하기 위하여 사용하기 전에 주조 표면은 산화처리 될 수 있다. 때때로 또는 계속적으로 주조 표면을 부러싱하는 것이 비철 합금의 주조시에 형성되는 파편을 제거함에 있어서 유리하다. 주조 제품의 작은 조각들이 제품에서 부서져서 주조 표면에 부착될 수 있다. 비철 합금 제품의 이러한 작은 조각들은 산화되기 쉽고, 주조 표면의 열전달 특성에 불균일을 초래한다. 주조 표면을 부러싱하는 것은 주조 표면에 모일수 있는 파편에 기인한 불균일 문제를 방지한다. In general, the casting surface tends to be heated at the time of casting and oxidized at high temperatures. Uneven oxidation of the casting surface during casting can change the heat transfer properties of the casting surface. Therefore, the casting surface can be oxidized before use to minimize the change of the casting surface during casting. Sometimes or continuously brushing the casting surface is advantageous in removing debris formed during casting of the nonferrous alloy. Small pieces of the cast product can break from the product and attach to the cast surface. These small pieces of nonferrous alloy products are susceptible to oxidation, resulting in nonuniformity in the heat transfer properties of the cast surface. Brushing the casting surface prevents non-uniformity problems caused by debris that may collect on the casting surface.

본 발명의 방식으로 작동되는 롤 주조기에서, 롤(R1, R2)의 적절한 속도의 선택, 유지 및 제어가 본 발명의 작동에 영향을 줄 수 있다. 롤 속도는 용융 금속(M)이 닙(N)을 향하여 전진하는 속도를 결정한다. 만약 속도가 너무 느리면, 커다란 덴드라이트(10)는 중앙부(12)에 혼입 및 작은 덴드라이트(14)로 파단되는 충분한 힘을 받지 못한다. 따라서, 본 발명은 분당 약 25 내지 400 피트 또는 분당 100 내지 400 피트 또는 분당 약 150 내지 약 300 피트와 같이 빠른 속도로 작동하기에 적합한다. 용융 알루미늄이 롤(R1, R2)로 방출되는 단위 면적당 선형 속도는 롤(R1, R2)의 속도보다 작거나 또는 롤 속도의 약 1/4이 될 수 있다. 본 발명에 따른 고속의 연속 주조는 부분적으로 달성될 수 있는데 왜냐하여 직조패턴 표면(D1, D2)이 용융 금속(M)으로부터 균일한 열전달을 보장하기 때문이다.In a roll casting machine operated in the manner of the present invention, the selection, maintenance and control of the appropriate speeds of the rolls R1 and R2 can affect the operation of the present invention. The roll speed determines the speed at which the molten metal M advances toward the nip N. If the speed is too slow, the large dendrites 10 do not receive sufficient force to enter the central portion 12 and break into small dendrites 14. Thus, the present invention is suitable for operating at high speeds, such as about 25 to 400 feet per minute or 100 to 400 feet per minute or about 150 to about 300 feet per minute. The linear speed per unit area at which molten aluminum is released to the rolls R1 and R2 may be less than the speed of the rolls R1 and R2 or about one quarter of the roll speed. High speed continuous casting according to the invention can be achieved in part because the woven pattern surfaces D1 and D2 ensure uniform heat transfer from the molten metal M.

롤 분리력은 본 발명을 실행하는데 중요한 파라미터이다. 본 발명의 중요한 이점은 금속이 닙(N)에 도달할 때까지 고체 스트립이 생산되지 않는 것이다. 두께는 롤(R1, R2) 사이의 닙(N)의 치수에 의해 결정된다. 롤 분리력이 충분히 크므로 용융 금속을 닙(N)으로부터 멀어지게 상류로 압착한다. 닙(N)을 통과하는 과도한 용융 금속은 상부 및 하부 셸(6, 8)의 층과 고체 중앙부(18)가 서로 멀어지게 하며 오정렬을 야기한다. 닙(N)에 도달하는 불충분한 용융 금속은 종래의 롤 주조 프로세스에서 일어나는 것과 같은 스트립의 때 이른 형성을 야기한다. 때 이른 상태에서 형성된 스트립(20)은 롤(R1, R2)에 의해 변형되고 중심 편석을 갖는다. 적절한 롤 분리력은 폭 1인치당 약 25 내지 약 300 파운드 또는 폭 1인치당 약 100 파운드이다. 일반적으로, 두께가 보다 두꺼운 비철 합금을 주조할 때 두꺼운 합금으로부터 열을 제거하기 위하여 보다 느린 주조 속도가 요구된다. 종래의 롤 주조와 달리, 완전히 고체인 비철 스트립이 닙의 상류에서 생산되지 않기 때문에 이와 같이 느린 주조 속도가 본 발명에서는 과도한 롤 분리력을 초래하지 않는다.Roll separation force is an important parameter for practicing the present invention. An important advantage of the present invention is that no solid strip is produced until the metal reaches the nip (N). The thickness is determined by the dimensions of the nip N between the rolls R1 and R2. Since the roll separation force is large enough, the molten metal is pressed upstream away from the nip (N). Excess molten metal passing through the nip N causes the layers of the upper and lower shells 6, 8 and the solid central portion 18 to be far from each other and cause misalignment. Insufficient molten metal reaching the nip N causes premature formation of the strip as occurs in conventional roll casting processes. The strip 20 formed in the early state is deformed by the rolls R1 and R2 and has a center segregation. Suitable roll separation force is about 25 to about 300 pounds per inch wide or about 100 pounds per inch wide. In general, slower casting speeds are required to remove heat from thick alloys when casting thicker nonferrous alloys. Unlike conventional roll casting, this slow casting speed does not result in excessive roll separation in the present invention because no solid iron strip is produced upstream of the nip.

비철 합금 스트립은 분당 약 25 내지 약 400 피트의 주조 속도에서 약 0.1 인치 또는 그 이하(예를 들면 0.06 인치)의 두께로 생산될 수 있다. 또한 본 발명의 방법을 사용하여, 예를 들면 약 0.25 인치의 두꺼운 비철 합금 스트립이 생산될 수 있다. 본 발명에 의해 시도된 선형 속도(즉 분당 약 25 내지 약 400 피트)에서의 주조는 비철 합금 제품을 잉곳과 같은 비철 합금 주조보다 약 1000배 빠르게 응고시키고 잉곳과 같은 비철 합금 주조를 능가하여 제품의 특성을 향상시킨다. Non-ferrous alloy strips may be produced at a thickness of about 0.1 inches or less (eg 0.06 inches) at a casting speed of about 25 to about 400 feet per minute. In addition, using the method of the present invention, for example, about 0.25 inch thick non-ferrous alloy strip can be produced. Casting at the linear speeds (ie, about 25 to about 400 feet per minute) attempted by the present invention solidifies the nonferrous alloy product about 1000 times faster than nonferrous alloy castings such as ingots and outperforms nonferrous alloy castings such as ingots. Improve properties.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 비철 합금 제품을 포함한다. 비철 합금 제품은 외부 부분에 의해 실질적으로 둘러싸이는 내부 부분을 포함하고 있다. 내부 부분과 외부 부분 사이에 합금 원소의 농도가 다를 수 있다. 용융 합금은 포정 형성 합금 원소와 공정 형성 합금 원소를 포함한 합금 원소의 초기 농도를 가질 수 있다. 합금 원소의 농도는 외부 부분과 내부 부분 사이에 상이할 수 있다. 제품의 내부 부분은 금속 및 외부 부분 각각에서의 공정 형성 원소와 포정 형성 원소의 농도와 비교하여 어떤 원소(공정 형성 원소)는 고갈되고 다른 원소(포정 형성 원소)는 농후해 질 수 있다. 본 발명의 비철 합금 제품의 결정은 실질적으로 변형되지 않은 상태, 즉 예를 들면 구형과 같은 등축적인 조직을 갖고 있다. 제품 내부 부분에 단단한 입자가 없어서, 대부분의 주조 비철 합금에서 보편적인 중앙 편석 및 균열이 최소화되거나 또는 회피된다. The invention also comprises a nonferrous alloy product according to the invention. The nonferrous alloy article includes an inner portion that is substantially surrounded by the outer portion. The concentration of alloying elements may differ between the inner and outer parts. The molten alloy may have an initial concentration of alloying elements, including well-formed alloying elements and process forming alloying elements. The concentration of the alloying element may be different between the outer part and the inner part. The inner part of the product may be depleted of certain elements (process forming elements) and enriched in others (compound forming elements) as compared to the concentrations of the process forming and trap forming elements in the metal and the outer parts, respectively. The crystals of the nonferrous alloy product of the present invention have a substantially undeformed state, that is, an equiaxed structure, for example spherical. The absence of hard particles in the interior parts of the product minimizes or avoids the central segregation and cracking common in most cast nonferrous alloys.

본 발명을 실행하는데 있어서, 제품이 자체적으로 지지될 정도로 충분히 냉각될 때까지 주조 장치를 빠져나오는 제품을 지지하는 것이 유리할 수 있다. 도 5에 도시된 지지 기구는 롤(R1, R2)을 빠져나오는 스트립(S) 아래에 위치된 연속적인 컨베이어 벨트(B)를 포함한다. 벨트(B)는 풀리(P) 주위로 이동하고 약 10 피트의 거리에 걸쳐 스트립(S)을 지지한다. 풀리(P) 사이에 벨트(B)의 길이는 주조 프로세스, 스트립(S)의 출구 온도 및 스트립(S)의 합금에 의해 결정된다. 벨트(B)를 위한 적합한 재료는 유리섬유, 고체 형태의 금속(예를 들면 강철) 또는 메시를 포함한다. 변경적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 지지 기구는 냉각되는 동안 스트립이 그 위로 이동하는 금속 슈와 같은 고정 지지 표면(J)을 포함할 수 있다. 슈(J)는 고온의 스트립(S)이 쉽게 달라붙지 않는 재료로 만들어 질 수 있다. 스트립(S)이 롤(R1, R2)을 빠져나올 때 손상되는 경우에, 스트립(S)은 위치(E)에서 공기 또는 물과 같은 유체로 냉각될 수 있다. 보편적으로 알루미늄 합금에 있어서, 스트립(S)은 약 1000℉ 에서 롤(R1, R2)을 빠져나오며, 약 8 내지 10 인치의 닙(N)내에서 알루미늄 합금 스트립 온도를 약 1000℉로 내리는 것이 바람직하다. 이 정도의 냉각을 달성하도록 위치(E)에서 스트립을 냉각하기 위한 한가지 적합한 메카니즘이 여기에 참조로 통합된 미국특허 제4,823,860에 개시되어 있다. In practicing the present invention, it may be advantageous to support the product exiting the casting apparatus until the product is cooled sufficiently to support itself. The support mechanism shown in FIG. 5 comprises a continuous conveyor belt B positioned under the strip S exiting the rolls R1, R2. Belt B moves around pulley P and supports strip S over a distance of about 10 feet. The length of the belt B between the pulleys P is determined by the casting process, the outlet temperature of the strip S and the alloy of the strip S. Suitable materials for the belt B include fiberglass, metal in solid form (eg steel) or mesh. Alternatively, as shown in FIG. 6, the support mechanism may comprise a stationary support surface J, such as a metal shoe, in which the strip moves over while cooling. The shoe J may be made of a material in which the hot strip S does not easily stick. If the strip S is damaged when it exits the rolls R1 and R2, the strip S can be cooled with a fluid such as air or water at the location E. Typically for aluminum alloys, strip S exits rolls R1 and R2 at about 1000 ° F., and it is desirable to lower the aluminum alloy strip temperature to about 1000 ° F. in a nip N of about 8 to 10 inches. Do. One suitable mechanism for cooling the strip at position E to achieve this degree of cooling is disclosed in US Pat. No. 4,823,860, which is incorporated herein by reference.

Yes

중량% 0.75 Si, 0.20 Fe, 0.80 Cu, 0.25 Mn, 2.0 Mg을 함유한 알루미늄 합금이 본 발명에 따라 주조된 후에 0.015 인치 두께까지 연속적으로 열간 압연 및 냉간 압연되었다. 두가지 제품에 대한 최종적인 특성이 표 1에 기록되어 있다. 예 1은 코일 냉각후에 압연된 상태에서 얻은 특성을 나타내고 있다. 고강도 및 우수한 성형성(연신)의 조합은 주목할 만하다. 예 1 및 2에서 얻은 높은 항복 강도 및 연신율의 조합은 5xxx계 Al-Mg 합금에서 이전에는 달성되지 못하였다. 비교해 보면, 최고의 5182 알루미늄 합금은 54 ksi의 항복강도 및 7%의 연신율을 갖고 있다. 예 2는 실험실에서 시트를 용체화처리하고 275℉에서 시효처리한 후에 얻은 특성을 나타내고 있다. 우수한 항복 강도 및 뛰어난 굽힘 특성이 성취되었다. Aluminum alloys containing by weight 0.75 Si, 0.20 Fe, 0.80 Cu, 0.25 Mn, 2.0 Mg were subsequently hot rolled and cold rolled to a thickness of 0.015 inches after being cast in accordance with the present invention. The final characteristics for both products are listed in Table 1. Example 1 has shown the characteristic obtained in the state rolled after coil cooling. The combination of high strength and good moldability (stretching) is noteworthy. The combination of high yield strength and elongation obtained in Examples 1 and 2 has not previously been achieved with 5xxx-based Al-Mg alloys. In comparison, the best 5182 aluminum alloy has a yield strength of 54 ksi and an elongation of 7%. Example 2 shows the properties obtained after the sheet was solution treated in the laboratory and aged at 275 ° F. Excellent yield strength and excellent bending properties have been achieved.

특성characteristic 예 1Example 1 예 2Example 2 항복 강도(ksi)Yield strength (ksi) 6060 4343 최대인장강도(ksi)Tensile strength (ksi) 6565 5555 연신율(%)Elongation (%) 1010 1616 굽힘 반경(r/t)Bending radius (r / t) 1.71.7 0.3(평탄한 경계)0.3 (flat boundary) 뤼더스 밴드Luther's band 없음none 없음none 올슨 높이(in)-윤활Olsen height (in) -lubrication 0.1950.195 해당 없음Not applicable 부식corrosion 해당 없음Not applicable 해당 없음Not applicable 오렌지 필Orange peel 없음none 없음none 마무리Wrap-up 반광택Semi-gloss 압연상태Rolling state O-열처리O-heat treatment 실시practice 실시practice

본 발명의 방법을 실행함으로써, 비철 주조 합금 제품은 종래의 주조 제품과 비교하여 향상된 항복 강도 및 연신율을 갖도록 생산될 수 있다. 이와 같이 향상된 특성은 상업적으로 바람직한 보다 얇은 제품의 생산을 허용한다. By practicing the method of the present invention, non-ferrous cast alloy articles can be produced with improved yield strength and elongation compared to conventional cast articles. This improved property allows the production of thinner products that are commercially desirable.

주조 장치를 빠져나온 제품은 그 후에 롤링 등에 의해서 다른 형태로 성형되거나 또는 캔 시트, 탭 원료, 자동차 시트 그리고 리토그래픽 시트 및 광택 시트를 포함하는 다른 최종 제품을 제조하기 위하여 처리될 수 있다. 주조 장치를 빠져나온 제품의 후속 공정은 주조 상태 시트의 열에 의한 이점을 얻기 위하여 즉시 연속적으로 압연에 의해 실행될 수 있다(여기에 참조로 통합된 미국특허 제5,772,799; 5,772,802; 5,356,495; 5,496,423; 5,514,228; 5,470,405; 6,344,096 및 6,280,543 에 따라). 변경적으로, 주조 상태 시트는 냉각되고 그 후에 별도의 공정에서 압연될 수 있다. 시트의 다른 프로세스가 상기 특허의 하나 이상에 따라 실행될 수 있다. The product exiting the casting apparatus can then be molded into other forms by rolling or the like or processed to produce can sheets, tab stock, automotive sheets and other final products including lithographic sheets and glossy sheets. Subsequent processing of the product exiting the casting apparatus may be carried out by rolling immediately immediately in order to benefit from the heat of the cast sheet (US Pat. Nos. 5,772,799; 5,772,802; 5,356,495; 5,496,423; 5,514,228; 5,470,405, incorporated herein by reference). ; According to 6,344,096 and 6,280,543). Alternatively, the cast sheet can be cooled and then rolled in a separate process. Other processes of the sheet can be carried out in accordance with one or more of the above patents.

본 발명의 바람직한 실시예는 자동차 및 항공 산업 그리고 음료수 캔 산업을 위한 비철 합금을 생산하는데 있어서 특히 유용한 것으로 설명되었지만, 본 발명은 또한 보드, 카누, 스키, 피아노, 하프, 운송 트럭 보디, 트럭 캡, 버스, 폐기물 수집 컨테이너, 경주 보트 선체, 개인용 항공기, 소방차 호스 컨테이너, 재료 취급 설비, 도크 보드, 휴대 램프, 로켓과 인공위성을 포함한 항공 우주 설비 부품, 레이더 추적 장치, 전기 설비 캐비넷, 진동 스크린, 수송 컨테이너, 수하물 프레임 및 측면, 사다리, 물 히터 양극, 타자기, 로켓 발사대 및 박격포 베이스, 방직기 부품, 콘크리트 버킷 및 수동 마감 공구, 지그, 고정물 및 진동 검사 장치와 같은 부품들을 생산하기 위해 유용하다는 것은 당업자에게 자명하다. While the preferred embodiments of the present invention have been described as particularly useful in producing non-ferrous alloys for the automotive and aviation industry and the beverage can industry, the present invention also relates to boards, canoes, skis, pianos, harps, transport truck bodies, truck caps, Buses, waste collection containers, racing boat hulls, personal aircraft, fire truck hose containers, material handling equipment, dockboards, mobile lamps, aerospace equipment components including rockets and satellites, radar tracking devices, electrical equipment cabinets, vibrating screens, transport containers It is apparent to those skilled in the art that it is useful for producing parts such as luggage frames and sides, ladders, water heater anodes, typewriters, rocket launchers and mortar bases, weaving parts, concrete buckets and manual finishing tools, jigs, fixtures and vibration inspection devices. Do.

본 발명의 바람직한 실시예는 비철 합금의 수평 주조에 특히 유용한 것으로 설명되었지만, 본 발명은 또한 수직 주조 뿐만 아니라 수직과 수평 주조 사이의 임의의 각도에서의 주조에도 유용하다는 것은 당업자에게 자명하다.While preferred embodiments of the present invention have been described as being particularly useful for horizontal casting of nonferrous alloys, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention is also useful for casting at any angle between vertical and horizontal casting as well as vertical casting.

본 발명의 바람직한 실시예는 합금의 고체 외부층에 의해서 실질적으로 둘러싸인 변화된 덴드라이트 조직을 가진 고체 내부층을 포함하고 주조 장치를 빠져나오는 알루미늄 금속 스트립으로 설명되었지만, 제품의 형태는 시트, 플레이트, 슬래브, 와이어, 로드, 바 또는 다른 형태가 될 수 있다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described as an aluminum metal strip exiting the casting apparatus and comprising a solid inner layer with altered dendrite structure substantially surrounded by a solid outer layer of the alloy, the form of the product is a sheet, plate, slab. , Wire, rod, bar or other forms.

본 발명의 바람직한 실시예는 금속 즉, 알루미늄 금속이 응고할 때 생성된 덴드라이트를 파단하기 위하여 쌍롤의 닙을 이용하는 것으로 설명되었지만, 본 발명은 또한 티타늄, 마그네슘, 니켈, 아연, 주석, 구리를 포함하는 다른 비철 금속에 대해서도 유용한 것이라는 것은 당업자에게 자명하다. Although the preferred embodiment of the present invention has been described using a pair of nips to break the dendrites produced when the metal, ie aluminum metal solidifies, the present invention also includes titanium, magnesium, nickel, zinc, tin, copper. It will be apparent to those skilled in the art that they will also be useful for other nonferrous metals.

Claims (31)

용융 금속을 금속 제품으로 연속 주조하는 방법에 있어서,A method of continuously casting molten metal into a metal product, 이격되어 전진하는 한쌍의 주조 표면에 비철 용융 금속을 공급하는 단계;Supplying a nonferrous molten metal to a pair of spaced forward advancing casting surfaces; 고체 금속 외부층 사이에 금속의 덴드라이트를 포함하고 있는 반고체 내부층과 주조 표면에 인접한 고체 금속 외부층을 생산하기 위하여 주조 표면 사이에서 금속을 전진시키면서 주조 표면상에서 용융 금속을 응고시키는 단계;Solidifying the molten metal on the casting surface while advancing the metal between the casting surface to produce a semi-solid inner layer containing metal dendrites between the solid metal outer layer and a solid metal outer layer adjacent the casting surface; 내부층의 덴드라이트를 파단시키는 단계;Breaking the dendrites of the inner layer; 내부층과 외부층으로 이루어진 고체 금속 제품을 생산하기 위하여 반고체 내부층을 응고시키는 단계; 및Solidifying the semisolid inner layer to produce a solid metal product consisting of an inner layer and an outer layer; And 주조 표면 사이로부터 고체 금속 제품을 회수하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.And recovering the solid metal product from between the casting surfaces. 제 1 항에 있어서, 주조 표면은 롤 또는 벨트의 표면인 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein the casting surface is the surface of a roll or a belt. 제 1 항에 있어서, 주조 표면은 서로 접근하며 상기 반고체 층을 응고시키는 단계는 주조 표면 사이의 최소 거리의 위치에서 완료되는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein casting surfaces approach each other and solidifying the semisolid layer is completed at the location of the minimum distance between casting surfaces. 제 3 항에 있어서, 주조 표면은 그 사이에 형성된 닙을 갖고 있는 회전 롤의 표면이며, 상기 응고 단계의 완료가 닙에서 일어나는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.4. The method of claim 3, wherein the casting surface is the surface of a rotating roll having a nip formed therebetween, wherein the completion of the solidification step occurs at the nip. 제 3 항에 있어서, 주조 표면은 회전 롤위로 이동하는 벨트의 표면이며, 롤은 그 사이에 닙을 형성하고, 상기 응고 단계의 완료는 닙에서 일어나는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.4. The method of claim 3, wherein the casting surface is the surface of the belt moving over the rotating roll, the roll forming a nip therebetween, and the completion of the solidification step occurs at the nip. 제 4 항에 있어서, 제품은 분당 약 25 내지 400 피트의 속도를 닙을 빠져나오는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.5. The method of claim 4, wherein the product exits the nip at a speed of about 25 to 400 feet per minute. 제 4 항에 있어서, 제품은 적어도 분당 약 100 피트의 속도로 닙을 빠져나오는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.5. The method of claim 4, wherein the product exits the nip at a speed of at least about 100 feet per minute. 제 6 항에 있어서, 롤 사이에서 전진하는 금속에 롤에 의해 가해지는 힘은 제품의 폭 1인치당 최대 약 300 파운드인 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.7. The method of claim 6, wherein the force exerted by the rolls on the metal advancing between the rolls is at most about 300 pounds per inch of width of the product. 제 1 항에 있어서, 제품은 약 0.06 내지 약 0.25 인치의 두께를 가진 금속 스트립인 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein the article is a metal strip having a thickness of about 0.06 to about 0.25 inches. 제 1 항에 있어서, 금속은 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The continuous casting method according to claim 1, wherein the metal is an aluminum alloy. 제 1 항에 있어서, 금속은 마그네슘 합금인 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.A continuous casting method according to claim 1, wherein the metal is a magnesium alloy. 제 1 항에 있어서, 금속은 티타늄 합금인 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein the metal is a titanium alloy. 제 1 항에 있어서, 금속의 응고된 내부층의 조성은 금속의 외부층의 조성과 다른 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein the composition of the solidified inner layer of metal is different from the composition of the outer layer of metal. 제 1 항에 있어서, 회수된 고체 금속 제품을 연속적으로 압연(in-line rolling)하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.2. The method of claim 1, further comprising the step of continuously in-line rolling the recovered solid metal product. 제 1 항에 있어서, 회수된 고체 금속 제품을 별도의 공정에서 압연(off-line rolling)하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.2. The method of claim 1, further comprising off-line rolling the recovered solid metal product in a separate process. 제 1 항에 있어서, 금속 제품은 자동차 시트 제품을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein the metal article comprises an automotive seat article. 제 1 항에 있어서, 금속 제품은 항공기 시트 제품을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein the metal article comprises an aircraft seat article. 제 1 항에 있어서, 금속 제품은 음료수 캔 보디 원료를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein the metal product comprises a beverage can body raw material. 제 1 항에 있어서, 금속 제품은 음료수 캔 단부 원료 또는 음료수 캔 탭 원료를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.The method of claim 1, wherein the metal product comprises a beverage can end raw material or a beverage can tab raw material. 비철 합금의 스트립에 있어서,In strips of nonferrous alloys, 한쌍의 비철 합금의 외부층; 및An outer layer of a pair of nonferrous alloys; And 구형의 덴드라이트를 갖고 있고 상기 외부층 사이에 위치된 상기 비철 합금의 중앙층을 포함하고 있으며, 상기 외부층과 상기 중앙층은 상기 비철 합금 조성의 용융 금속을 연속 주조함에 의해서 스트립으로 생산되는 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.And having a spherical dendrite and comprising a central layer of the nonferrous alloy located between the outer layers, the outer layer and the central layer being produced in a strip by continuous casting of molten metal of the nonferrous alloy composition. Characterized in that the strip of nonferrous alloys. 제 20 항에 있어서, 상기 스트립의 두께는 약 0.06 내지 약 0.25 인치인 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloy of claim 20, wherein the strip has a thickness of about 0.06 to about 0.25 inches. 제 21 항에 있어서, 상기 중앙층의 두께는 상기 스트립 두께의 약 20 내지 약 30%인 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.22. The strip of non-ferrous alloy according to claim 21, wherein the thickness of the central layer is about 20 to about 30% of the strip thickness. 제 20 항에 있어서, 상기 스트립은 한쌍의 회전 롤 사이에서 상기 비철 합금 조성의 용융 금속을 연속 주조하여 생산된 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloy according to claim 20, wherein the strip is produced by continuously casting molten metal of the non-ferrous alloy composition between a pair of rotating rolls. 제 21 항에 있어서, 상기 구형 덴드라이트는 가공되지 않은 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.22. The strip of non-ferrous alloy according to claim 21, wherein the spherical dendrites are not processed. 제 20 항에 있어서, 상기 비철 합금은 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloys of claim 20, wherein the nonferrous alloy is an aluminum alloy. 제 20 항에 있어서, 상기 비철 합금은 마그네슘 합금인 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloys of claim 20, wherein the nonferrous alloy is a magnesium alloy. 제 20 항에 있어서, 상기 비철 합금은 티타늄 합금인 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloys of claim 20, wherein the nonferrous alloy is a titanium alloy. 제 20 항에 있어서, 상기 스트립은 자동차 시트 제품을 포함하는 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloy according to claim 20, wherein the strip comprises an automotive seat product. 제 20 항에 있어서, 상기 스트립은 항공기 시트 제품을 포함하는 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloy as claimed in claim 20, wherein the strip comprises an aircraft seat product. 제 20 항에 있어서, 상기 스트립은 음료수 캔 보디 원료를 포함하는 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloy according to claim 20, wherein the strip comprises a beverage can body raw material. 제 20 항에 있어서, 상기 스트립은 음료수 캔 단부 원료 또는 음료수 캔 탭 원료를 포함하는 것을 특징으로 하는 비철 합금의 스트립.21. The strip of non-ferrous alloy according to claim 20, wherein the strip comprises a beverage can end raw material or a beverage can tab raw material.
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