KR20180091564A

KR20180091564A - Non-ferrous metal casting

Info

Publication number: KR20180091564A
Application number: KR1020170016931A
Authority: KR
Inventors: 정구상
Original assignee: 캐스팅코리아 주식회사
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2018-08-16

Abstract

The present invention relates to a method for casting a non-ferrous metal including ejection of melt non-ferrous metal alloy (M) to a casting apparatus. The casting apparatus quickly cools at least a part of non-ferrous alloy by at least a speed of 100°C per minute such that exterior layers (6, 8) of the non-ferrous metal surrounding a solid composition of a dendrite (14) and an internal layer (16) of a melting composition are cooled. The dendrite (14) is changed to produce a casting product exhibiting preferable resistance with respect to cracks. Therefore, a central section of the non-ferrous metal alloy is not segregated.

Description

METHOD FOR CASTING NON-FERROUS METAL CASTING [0002]

본 발명은 비철 금속 합금의 주조에 관한 것이며, 보다 상세하게는 신속히 응고된 셸과 파단된 덴드라이트를 포[0001]함하고 있고 편석되지 않은 중앙 구역을 생성하도록 비철 금속 합금을 주조하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to the casting of non-ferrous metal alloys and more particularly to the rapid casting of non-ferrous metal alloys with solidified shells and broken dendrites and creating an unsealed central zone .

알루미늄 합금과 같은 금속의 연속 주조는 통상적으로 쌍롤 주조기, 블록 주조기, 벨트 주조기에서 실행된다.[0002]알루미늄 합금의 쌍롤 주조기는 생산 속도가 상대적으로 낮음에도 불구하고 우수한 성과를 나타내며 상업적으로적용되고 있다. 쌍롤 주조는 통상적으로 용융 금속이 롤에 접촉할 때 응고가 시작되는 한쌍의 마주하고 회전하는 차가운 롤 사이의 맞물림부내로 용융 금속을 공급하는 것을 포함하고 있는 응고와 가공 변형 기술의 조합이다. 응고되는 금속은 롤 맞물림부내에 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 시트는롤에 의해 가공 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. [0005] Aluminum alloy twin roll casting machines are commercially available, exhibiting excellent performance despite relatively low production rates . Twin roll casting is a combination of coagulation and processing deformation techniques that typically involves feeding molten metal into the engagement between a pair of opposing, rotating, cold rolls where solidification begins when the molten metal contacts the roll. The solidifying metal forms a "freeze front" of molten metal within the roll engagement and the solid metal proceeds to a nip, which is the minimum clearance point between the rolls. The solid metal passes through the nip with a solid sheet. The solid sheet is subjected to processing deformation (hot rolling) by a roll and exits the roll.

알루미늄 합금은 1인치의 폭에 대해 시간당 50-70 파운드(lbs/hr/in)로 또는 분당 약 4-6 피트에서 1/4인치 두[0003]께의 시트로 연속적으로 롤 주조된다. 롤 주조의 속도를 증가시키려는 시도는 일반적으로 중심의 편석 때문에실패한다. 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 rolled into sheets of 1/4 inch at about 50-70 pounds per hour (lbs / hr / in) for a width of 1 inch or about 4-6 feet per minute. Attempts to increase the speed of roll casting generally fail due to center segregation. Although it is recognized that thin sheets (e.g., less than 1/4 inch) can be produced faster than thick sheets, it is possible to achieve the ability to roll aluminum at a significantly higher rate than about 70 lbs / hr / in It is difficult to do.

얇은 두께의 쌍롤 주조기의 전형적인 작동은 여기에 참조로 통합된 미국특허 제5,518,064에 개시되어 있으며 도[0004]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 수평경로를 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)의폭에 의해 결정된다. 평면(L)은 롤 닙(N)이라고 말하는 롤(R1, R2) 사이의 최소 클리어런스의 영역을통과한다. 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.The typical operation of a thin-wall twin roll casting machine is disclosed in US Pat. No. 5,518,064, incorporated herein by reference, and is shown in FIGS. The molten metal holding chamber H is connected to a feeding tip T for distributing the molten metal M between the water-cooled double rolls R1 and R2 rotating in the directions of arrows A1 and A2, respectively. The rolls R1 and R2 have smooth surfaces U1 and U2 and the roughness of the surface is the product of the roll grinding technique employed in roll manufacturing. The centerline of the rolls R1 and R2 is present in a vertical or substantially vertical plane L (e.g., from about vertical to about 15 degrees) so that the cast strip S forms a generally horizontal path. Another form of this method produces strips in the vertical direction. The width of the cast strip (S) is determined by the width of the tip (T). The plane L passes through a region of minimum clearance between the rolls R1 and R2, which is referred to as roll nip N. The solidification zone is present between the solid cast strip (S) and the molten metal (M) and comprises a liquid-solid phase mixing zone (X). The solidification front (F) is defined between the region (X) and the cast 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[0005]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 가공 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 원소가농후해지고 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 속도를제한하는 인자이다. 주조 스트립은 또한 롤에 의한 가공의 징후를 나타낸다. 닙의 상류에서 금속의 응고시에형성된 입자는 롤에 의해 납작해진다. 그러므로, 롤 주조 알루미늄은 압연 방향에 대하여 각도를 이루어 연신된 입자를 포함하고 있다.In a typical roll casting of an aluminum alloy, the heat of the molten metal M is transferred to the rolls R 1, R 2 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 greater than the dimension of the nip N. The solid cast strip (S) is processed and deformed by rolls (R1, R2) to achieve the final strip thickness. Hot rolling of the solidified strip between the rolls R1 and R2 according to conventional roll casting exhibits properties unique to the strip characteristics of the rolled aluminum alloy strip. In particular, the central zone of the strip thickness is rich in process-forming elements such as Fe, Si, Ni, and Zn in the alloy and depletes the peridotite elements (Ti, Cr, V, Zr). The fact that the process forming elements (i.e., alloying elements other than Ti, Cr, V, and Zr) are enriched in the central region in this manner means that the portion of the strip S finally coagulates and corresponds to the solidification front (F) Because. Excessive center segregation in the cast strip is a factor limiting the speed of a conventional roll casting machine. Cast strips also indicate signs of processing by rolls. The particles formed at the time of solidification of the metal upstream of the nip are flattened by the roll. Therefore, the roll cast aluminum contains elongated particles at an angle to the rolling direction.

롤 분리력은 응고 전방(F)을 닙(N)을 향해 하류로 이동하도록 롤의 속도를 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 응[0007]고 전방이 하류로 이동될 때(닙(N)을 향해서), 롤 갭이 감소될 수 있다. 이러한 응고 전방(F)의 이동은 응고초기 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)을향하여 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 롤분리력에 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. The roll separating force can be reduced by increasing the speed of the roll so as to move the solidification front F toward the nip N 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 beginning of solidification and the roll gap at the nip N and thus the roll separation force in proportion to the less coagulated metal being compressed and hot rolled . In this way, as the position of the solidification front F moves toward the nip N, a larger amount of metal is proportionally coagulated and then hot rolled to a thinner dimension. In accordance with conventional methods, roll casting of thin-walled strips involves first roll-casting strips of relatively large dimensions, advancing the solidification front to reduce the dimensions until the maximum roll separation force is reached, Further reducing the dimension until the maximum roll separating force is again reached and repeating the process of advancing forward in the direction of solidification and reducing the dimensions in a repetitive manner until a desired thin dimension is achieved. For example, the thickness can be reduced (e.g., 6 millimeters) until a 10 millimeter strip S is rolled and the roll separating force becomes excessive, requiring an increase in roll speed.

롤 속도를 증가시키는 공정은 응고 전방(F)이 소정의 하류 위치에 도달할 때까지만 실행될 수 있다. 종래의 방[0008]식은 고체 스트립이 닙(N)에서 압연되는 것을 보장하기 위하여 응고 전방(F)이 롤 닙(N)의 앞쪽으로 전진하지않는 것으로 기술되어 있다. 열간 압연되는 주조 금속 스트립(S)의 파손을 방지하고 하류측의 와인더, 핀치 롤등의 인장력을 견디도록 빠져나오는 스트립(S)에 충분한 인장 강도를 제공하기 위하여 닙(N)에서 고체 스트립를압연할 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 가공 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 be performed only until the solidification front F reaches a predetermined downstream position. The conventional equation is described as not allowing the solidification front F to advance forward of the roll nip N in order to ensure that the solid strip is rolled in the nip N. The solid strip is rolled in the nip N in order to prevent the breakage of the hot-rolled cast metal strip S and to provide sufficient tensile strength to the strip S exiting so as to withstand the tensile force of the downstream side winder, It was generally recognized that there was a need. As a result, the roll separating force of a twin roll casting machine normally operated in a solid strip of an aluminum alloy hot-rolled in the nip N is the size of several tons per 1 inch width. Although a certain reduction is possible, operation at such a high roll separating force in order to ensure the processing deformation of the strip in the nip (N) makes it very difficult to further reduce the strip thickness. The speed of the roll casting machine is limited by the need to maintain the solidification front (F) upstream of the nip N and prevent center segregation. Therefore, the roll casting speed for the aluminum alloy was relatively low.

주조 장치 표면에 용융 금속의 열을 전달하는 이러한 개념은 여기에 참조로 통합된 미국특허 제5,515,908 및 제[0016]5,564,491에 개시된 바와 같이 개량된 벨트 주조기에 사용되었다. 히트 싱크 벨트 주조기에서, 용융 금속은 닙의 전에 응고가 개시되는 닙 상류의 벨트(주조 장치 표면)에 인도되고 금속으로부터 닙의 하류 벨트에 열전달이계속된다. 이 시스템에서, 용융 금속은 상류 롤의 커브를 따라 벨트에 공급되므로 금속은 상류 롤 사이의 닙에도달하는 시간까지 실질적으로 응고된다. 용융 금속 및 주조 스트립의 열은 주조 영역(닙의 하류를 포함)내의벨트에 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 경험하지않는다. 스트립의 두께는 주조가 일어나는 벨트의 열용량에 의해 제한될 수 있다. 두께 0.08-0.1 인치(2-2.5mm) 스트립에 대해 2400(lbs/hr/in)의 생산율이 달성되었다.This concept of transferring the heat of molten metal to the surface of the casting apparatus was used in an improved belt casting machine as disclosed in U.S. Patent Nos. 5,515,908 and 5,564,491 incorporated herein by reference. In the heat sink belt casting machine, the molten metal is delivered to the belt upstream of the nip where the solidification begins before the nip (casting device surface) and heat transfer continues from the metal to the downstream belt of the nip. In this system, the molten metal is fed to the belt along the curve of the upstream roll so that the metal substantially coagulates to the time it reaches the nip between the upstream rolls. The heat of the molten metal and the cast strip is transferred to the belt in the casting zone (including downstream of the nip). The heat is then removed from the belt as the belt is released from contact with one of the molten metal or cast strip. In this way, the belt portion in the casting region does not experience a large temperature change occurring in a conventional belt casting machine. The thickness of the strip can be limited by the heat capacity of the belt where casting takes place. Production rates of 2400 (lbs / hr / in) were achieved for strips 0.08-0.1 inches (2-2.5 mm) thick.

그러나, 종래의 벨트 주조에 사용된 벨트와 관련된 문제가 존속한다. 특히, 주조 스트립의 불균일은 벨트의 안[0017]정성(즉, 벨트의 장력)에 의존한다. 통상적인 또는 히트 싱크 타입 벨트 주조기에 있어서, 벨트와 고온 용융금속의 접촉 및 응고되는 금속으로부터 벨트로의 열전달은 벨트에 불안정을 생성한다. 게다가, 벨트는 생산을중단하고 정기적으로 교체되어야 한다.However, problems associated with belts used in conventional belt casting persist. In particular, the unevenness of the cast strip depends on the stability of the belt (i.e., 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 the heat transfer from the solidified metal to the belt creates instability in the belt. In addition, the belt must be discontinued and replaced regularly.

비철 합금의 스트립 재료는 자동차 및 항공 산업 그리고 캔 보디와 캔 단부 및 탭의 제조시에 시트 제품으로 사[0018]용하기 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 균질화하도록열처리하고, 냉각되고 여전히 고온의 상태에서 다수의 패스로 압연되고, 마무리 열간 압연되고, 최종적으로 코일로 감겨지고 냉각되어 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 취급작업을 요구하는 알루미늄 산업에 이용된다.Strip materials of non-ferrous alloys are preferred for use in automotive and aerospace industries and as sheet products in the manufacture of can bodies and can ends and taps. Conventional fabrication of can bodies employs a batch process that includes a wide range of sequential procedures of individual steps. When an ingot for the process is required, the ingot is first heat treated to scour the surface and homogenize the alloy, cooled and still rolled in multiple passes in the hot state, finish hot rolled, finally coiled and cooled . The coil may be annealed in the batch step. The coil sheet is then further reduced to final dimensions by cold rolling using a coil unwinder, a coil rewinder, a single and / or tandem mill. Generally, this batch process is used in the aluminum industry, which requires different and many material handling operations to move ingots and coils between separate processes.

캔 보디의 흐름 생산에 대한 성과는 직접 급냉 주조를 통한 미국특허 제4,260,419 및 소규모 연속 스트립 주조[0019]를 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 for flow production of Canbody is disclosed in U.S. Patent No. 4,260,419 through direct quench casting and U.S. Patent No. 4,282,044 through small continuous strip casting. This process requires a lot of material handling work to move ingots and coils. Such work results in excessive labor, energy consumption and product damage.

알루미늄 이외의 마그네슘 합금과 같은 다른 합금은 상업적인 규모로 연속적으로 주조되지 않았다.[0021]마그네슘 금속은 특히 저온에서 적용할 수 있는 가공 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 제품을만들기 위하여 중간 어닐링처리와 더불어 최대 25회의 전체 압연 패스가 사용된다. 결과적으로, 마그네슘 가공제품의 가격은 높아진다.Other alloys, such as magnesium alloys other than aluminum, have not been continuously cast on a commercial scale. [0004] Magnesium metal has a six-ring structure that significantly limits the amount of workable deformation, particularly at low temperatures. The production of alloy products is generally carried out by hot working at 300-500 ° C. Under these conditions, a plurality of rolling passes and an intermediate annealing process are required. In a conventional method, up to 25 total rolling passes are used with an intermediate annealing treatment to produce a final product of 0.5 mm thickness. As a result, the price of magnesium processed products increases.

따라서, 주조 제품 표면에 균일성을 달성하는 비철 합금의 저렴한 주조 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다.Therefore, there is still a need for a low cost casting method of non-ferrous alloys that achieves uniformity on the surface of cast products.

이러한 요구는 한쌍의 이격된 주조 장치 표면에 용융 비철 합금을 방출하고 적어도 분당 약 100℃의 냉각 속도[0023]로 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 외부층은두께가 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. 적합한최종 제품은 자동차 시트(sheet) 제품, 항공기 시트 제품, 음료수 캔 보디 원료 및 음료수 캔 단부 및 탭 원료를 포함한다.This requirement releases the molten nonferrous alloy to the surface of a pair of spaced casting devices and quickly solidifies a portion of the nonferrous alloy at least at a cooling rate of about 100 ° C. per minute, And solidifying the outer layer of the surrounding non-ferrous alloy by the non-ferrous alloy solidification method of the present invention. 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 coagulates, the dendrite of the inner layer is changed by breaking or separating the dendrite into smaller tissue. The product exiting the casting apparatus includes a solid inner layer having a modified dendrite (substantially avoiding or minimizing center segregation) surrounded by an outer solid layer of the alloy. Depending on the casting apparatus, Plates, slabs, foils, wires, rods, bars, and the like. Suitable end products include automotive sheet products, aircraft sheet products, beverage can body raw materials and beverage can end and tap raw materials.

주조 장치 표면은 롤 주조기에서의 롤 표면 또는 벨트 주조기에서의 벨트 표면 또는 서로 접근하는 종래의 이격[0024]된 주조 장치 표면이 될 수 있다. 반고체층을 응고하는 단계는 주조 장치 표면 사이의 최소 거리의 위치에서완료된다. 하나의 실시예에서, 주조 장치 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 1인치당최대 약 300 파운드이다. 다른 실시예에서, 주조 장치 표면은 회전 롤 위로 진행하는 벨트의 표면이며, 롤은그 사이에 닙을 형성하고, 응고 단계의 완료는 닙에서 일어난다. 내부층을 갖고 있는 응고된 제품은 분당 약25 내지 약 400 피트, 또는 분당 적어도 약 100 피트의 속도로 주조 장치 표면 사이의 최소 거리의 위치를 빠져나온다.The casting device surface can be a roll surface in a roll casting machine or a belt surface in a belt casting machine or a conventional separated casting machine surface approaching each other. The step of solidifying the semi-solid layer is completed at the position of the minimum distance between the casting device surfaces. In one embodiment, the casting apparatus surface is the surface of a rotating roll with a nip defined therebetween, and the completion of the solidification step occurs in the nip. The force applied by the roll against the advancing metal therebetween is up to about 300 pounds per inch width of the product. In another embodiment, the casting apparatus surface is the surface of the belt running over the rotary roll, the rolls forming a nip therebetween, and the completion of the solidification step occurring in the nip. The coagulated product having the inner layer exits the position of the minimum distance between the casting device surfaces at a speed of from 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 가[0025]진 금속 스트립의 형태가 될 수 있다. 내부층의 두께는 스트립 두께의 약 20 내지 약 30 퍼센트를 구성할 수있다. 본 발명의 방법의 한가지 결과는 금속의 응고된 내부층의 조성이 금속의 외부층의 조성과 다르다는 것이다. 게다가, 금속의 내부층의 파단된 덴드라이트는 구형의 형태로 남아 있다.The present invention includes products produced according to the methods of the present invention. The article 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 comprise from 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 is different from the composition of the outer layer of metal. In addition, the broken dendrites of the inner layer of metal remain in the form of spheres.

본 발명은 동일한 부분에 대하여 동일한 도면 부호로 식별되어 있는 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 통[0026]하여 명확하게 이해될 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be understood more clearly by the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference characters identify correspondingly throughout and wherein: FIG.

본 발명에 따르면, 신속히 응고된 셸과 파단된 덴드라이트를 포함하고 있고 편석되지 않은 중앙 구역을 생성하[0027]도록 비철 금속 합금을 주조할 수 있게 된다.[0027] According to the present invention, it is possible to cast a non-ferrous metal alloy so as to create a central zone that contains a rapidly solidified shell and a broken dendrite and is not segregated.

도 1 은 용융 금속 방출 팁과 한쌍의 롤을 구비한 주조기의 부분적인 개략도;[0028]도 2 는 종래기술에 따라 작동되는 도 1에 도시된 용융 금속 방출 팁과 롤의 확대 단면도;도 3 은 본 발명의 주조 방법의 플로우차트;도 4 는 본 발명에 따라 작동되는 용융 금속 주조의 개략도;도 5 는 스트립 지지 기구 및 선택적인 냉각 수단을 가진 본 발명에 따라 만들어진 주조기의 개략도; 및도 6 은 다른 스트립 지지 기구 및 선택적인 냉각 수단을 가진 본 발명에 따라 만들어진 주조기의 개략도.Figure 1 is a partial schematic view of a casting machine with a molten metal releasing tip and a pair of rolls Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of the molten metal releasing tip and roll shown in Figure 1 operated in accordance with the prior art Figure 3 Figure 5 is a schematic diagram of a casting machine made in accordance with the present invention having a strip support mechanism and optional cooling means; Figure 5 is a schematic view of a casting machine made in accordance with the present invention having a strip support mechanism and optional cooling means; And Figure 6 is a schematic diagram of a casting machine made in accordance with the present invention having another strip supporting mechanism and optional cooling means.

이후 설명의 목적을 위해서, 분명하게 명시하는 경우를 제외하고 본 발명은 다양한 변경적인 변화와 단계의 순[0029]서를 생각할 수 있다. 또한 첨부된 도면에 예시되고 이하에서 설명되는 특별한 장치 및 프로세스는 본 발명의예시적인 실시예이다. 그러므로, 여기에 개시된 실시예에 관한 특정 치수 및 다른 물리적인 특성은 제한하는것으로 고려되어서는 안된다. 어떤 수치적인 범위값을 언급할 때, 이러한 수치는 언급된 범위의 최소와 최대사이의 각각의 모든 값 및/또는 소수값을 포함하는 것으로 이해된다.For purposes of the following description, unless the context clearly indicates otherwise, the present invention is susceptible to various modifications and alternative forms. Also, the specific devices and processes illustrated in the accompanying drawings and described below are exemplary embodiments of the present invention. Therefore, the particular dimensions and other physical characteristics of the embodiments disclosed herein should not be construed as limiting. When referring to any numerical range value, such numerical value is understood to include each and every value and / or fractional 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 합[0030]금은 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 non-ferrous alloy that includes discharging a molten non-ferrous alloy to a casting apparatus. Non-ferrous metal means an alloy of elements such as aluminum, magnesium, titanium, copper, nickel, zinc or tin. Particularly suitable non-ferrous 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[0031]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" refer to alloys containing at least 50% of the stated element 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, and high rigidity at room and high temperatures. Suitable aluminum alloys include AA 3xxx and 5xxx alloys. Examples of the magnesium alloy include Mg-Al alloy, Mg-Al-Zn alloy, Mg-Al-Si alloy, Mg-Al-RE (Rare Earth) alloy, Mg- 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[0032]금속은 주조 장치로 방출된다. 주조 장치는 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이 한쌍의 이격되어 회전하는 주조 장치 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 성분과용융 금속 성분을 포함한다. 합금이 주조될 때 응고되는 외부층은 두께가 증가한다. 내부층의 덴드라이트는덴드라이트를 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 아니며순차적으로 일어나거나 또는 어떤 단계들이 동시에 일어날 수 있다.The invention in its most basic form is schematically illustrated in the flow chart of Fig. In step 100, the molten non-ferrous metal is discharged into the casting apparatus. The casting device includes a pair of spaced apart casting device surfaces as described in detail below. In step 102, the casting apparatus quickly cools at least a portion of the non-ferrous alloy to solidify the outer layer of the non-ferrous alloy while retaining the semi-solid inner layer. The inner layer comprises a solid component of a metal dendrite and a molten metal component. The outer layer that solidifies when the alloy is cast increases in thickness. The dendrites of the inner layer are modified in step 104 by breaking the dendrites into smaller structures. The product exiting the casting apparatus comprises a solid inner layer formed in step 106 comprising a broken dendrite sandwiched in the outer solid layer of the alloy. The article can be in various forms, such as, but not limited to, a sheet, a plate, a slab, and a foil. In extrusion type casting, the article can be of 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 to 108 is not fixed in the method of the present invention, and may occur sequentially or some steps may occur at the same time.

본 발명은 최종 제품에서 원하는 특성을 얻기 위하여 용융 금속의 응고 속도, 응고되는 금속에서 덴드라이트의[0033]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 장치표면을 포함한다. 또한 수직 롤 주조기가 본 발명에 사용될 수 있다. 연속 주조기에서, 일반적으로 주조 장치표면은 이격되어 있으며 그 사이의 거리가 최소로 되어 있는 영역을 가지고 있다. 롤 주조기에서, 주조 장치표면 사이의 최소 거리의 영역이 닙이다. 벨트 주조기에서, 벨트의 주조 장치 표면 사이의 최소 거리의 영역은주조기의 입구 풀리 사이의 닙이 될 수 있다. 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 방식에서주조 장치의 작동은 주조 장치 표면 사이의 최소 거리의 위치에서 금속의 응고를 포함한다. 본 발명의 방법이쌍롤 주조기를 사용하여 실행되는 것으로 이하에 설명되어 있지만, 이것이 제한하는 것을 의미하는 것은아니다. 본 발명을 실행하기 위하여 다른 연속적인 주조 장치 표면이 사용될 수 있다.The present invention combines the solidification rate of molten metal, the formation of dendrites in a solidifying metal and the modification of dendrites to obtain the desired properties in the final product. For aluminum alloys and other non-ferrous alloys, the cooling of the outer layer of metal takes place at a rate of at least about 100 DEG C per minute. A suitable casting apparatus is a twin roll casting machine, a belt casting machine, Such as in a casting machine, a slab casting machine or a block casting machine. Vertical roll casting machines may also be used in the present invention. In a continuous casting machine, generally the casting apparatus surface is spaced apart and has a minimum distance between them. In a roll caster, the area of minimum distance between the casting device surfaces is the nip. In the belt casting machine, the area of the minimum distance between the belt casting device surfaces can be the nip between the inlet pulleys of the casting machine. As will be 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 position of the minimum distance between the casting apparatus surfaces. Although the method of the present invention is described below as being performed using a twin roll casting machine, this does not mean that this is a limitation. Other continuous casting device surfaces may be used to practice the present invention.

도 4와 관련하여 설명된 주조 프로세스는 상술한 방법 단계를 따른다. 단계(100)에서 롤 주조기로 방출된 용융[0036]금속은 단계(102)에서 냉각되고 응고되기 시작한다. 냉각되는 금속은 냉각된 주조 장치 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 외부층(6, 8) 사이에 내부층을 샌드위치하여 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 응고이전의 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 갖고있다. 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 제품두께의 약 20 내지 약 30 퍼센트가 될 수 있다. 내부 부분에서, 작은 덴드라이트는 크기가 약 20 내지 약 50마이크론이고 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 discharged to the roll casting machine in step 100 is cooled in step 102 and begins to solidify. The metal to be cooled appears as the outer layers 6, 8 of the metal solidifying near or near the cooled casting device surfaces R1, R2. The solidified layers (6, 8) increase as the metal advances through the casting device. By step 102, the dendrites 10 are formed on the metal of the inner layer 12 which is at least partially surrounded by the coagulated outer layers 6, 8. In Fig. 4, the outer layers 6, 8 substantially sandwich the inner layer 12 by sandwiching the inner layer between the two outer layers 6, 8. It is also possible for the outer layer completely surrounding the inner layer in other casting apparatuses. At step 104, the dendrites 10 are broken into small structures 14, for example, and changed. In the inner layer 12 prior to complete solidification of the metal, the metal is semi-solid and contains a solid component (solidified small dendrite 14) and a molten metal component. At this stage, the metal partially has a thick concentration due to the dispersion of the small dendrites 14 therein. In step 106 of the full solidification position of the metal in the casting apparatus, the solidified product comprises an inner portion 18 comprising a small dendrite 14 at least partly surrounded by an outer portion. The thickness of the interior portion can be from about 20 to about 30 percent of the product thickness. In the interior portion, the small dendrites are about 20 to about 50 microns in size and are substantially not machined by the casting apparatus and have a generally spherical shape.

본 발명에 따라, 내부층(12)의 용융 금속은 주조 장치를 통과하는 유동 방향과 반대방향으로 압착(롤 사이에서[0037]의 주조를 참조하여 설명된 바와 같이) 및/또는 외부층(6, 8)내로 강제되고 외부층(6, 8)의 외부 표면에 도달할수 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 (as described with reference to the casting between the rolls) and / or in the opposite direction to the direction of flow through the casting device and / , 8) and reach the outer surface of the outer layers (6, 8). The properties of forcing and / or forcing the molten metal into the inner layer occur in the casting apparatus described herein.

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 implementing the method of the present invention, non-ferrous alloy products can be produced with improved yield strength and elongation compared to conventional cast products. Such improved properties allow the production of thinner commercially desirable products.

주조 장치를 빠져나온 제품은 그 후에 롤링 등에 의해서 다른 형태로 성형되거나 또는 캔 시트, 탭 원료, 자동[0050]차 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 후에별도의 공정에서 압연될 수 있다. 시트의 다른 프로세스가 상기 특허의 하나 이상에 따라 실행될 수 있다.The product exiting the casting device can then be processed into other forms, such as by rolling or the like, or processed to produce other end products, including can sheets, tap stock, automotive car seats and lithographic sheets and glossy sheets. Subsequent processing of the product exiting the casting apparatus can be immediately followed by rolling to obtain the advantage of heat of the cast state sheet (see, for example, U.S. Patent Nos. 5,772,799; 5,772,802; 5,356,495; 5,496,423; 5,514,228 ; 5,470,405; 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 may be performed in accordance with one or more of the above patents.

Claims

An outer layer of a pair of non-ferrous alloys; And a central layer of said non-ferrous alloy having a spherical dendrite and positioned between said outer layers.