TW200404629A - Twin roll casting of magnesium and magnesium alloys - Google Patents

Description

200404629 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於鎂金屬及鎂合金（在此一般合起來稱為「鎂 合金」）之雙滾輪鑄造。 【先前技術】 金屬之雙滾輪鑄造的概念是彳艮舊的，至少可回溯到 1 900年代中期Henry Bessemer的發明。然而，雙滾輪鑄造 的可能商業用途直到大約100年後才開始有人探討。如 Bessemer所提出的概念乃基於使用金屬進給系統來製造條 π ,在該系統中，熔融的金屬向上進給，經過由兩個側向 隔開的平行滾輪之間所界定的輥縫（bite)。最近的提議是 基於熔融金屬向下進給至滾輪。然而，已經接受的較佳安 排則是滾輪垂直地隔開（而非較早提議中的水平隔開），並 且合金的進給實質上是水平的。雖然滾輪是垂直地隔開， 但是它們的軸最好是在與垂直面最多可呈大約15。傾斜的 平面中。以此傾斜方式，相對於合金進給和超料縫的方 向而言，下滾輪相對於上滾輪來看是置於下游。 雖然雙滾輪鑄造已經有一些商業用途，但是程度上仍 有限。同時可應用的合金範圍也有限，此乃因為^基本 上已限制於適合的鋁合金。就此階段而言，建立適合鎂合 金的雙滾輪鑄造製程僅有限度的成功。 在達到成功的鎂合金之雙滾輪鑄造的實用製程令，例 如以實質上連續的或半連續的為基礎，有幾個問題需要克 200404629 服。第-個問題是鎮合金炫融物傾向於氧化和起火，同時 來自任何來源的漫氣造成可能爆炸的風險。已建立幾種基 於使用適當之助熔劑或適者 、田之乳矾的私序，以避免氧化和 失火的風險，同時座氣也能夠加以排除。此外，鎮和某些 不含或僅添加低量姑的禮 y、 以古，古，的鎂合金(例如則），在熔融狀態可 乂有很南的氧化傾向，择 使侍傳統的助熔劑或氣氛控制在雙 滾…操作期間就不太足夠。然而， 加雙滾料造製程的複雜度，使得複雜度也成了—問題 一 問題在於：鎂合金的熱容量相對於銘合金而 一 f t^、，人 疋也凍、、，0。问時亦相對於鋁合金而 声夕Η且古士木丄 牙ΑΖ91)在固相線和液相線溫 度之I有相U的凌結範圍或溫度間隙。相較於，多銘 合金的這個溫度範圍或間隙為大約10 可以從大約70到loot：啖f古 ,^ 、、’幻 ' 士. h ° 東結範圍或間隙導致 雙滾輪每造片在剛鑄造的情況中右 缺陷。 以中有表面缺陷和内部的偏析 重要的是持續要求降低操作成本的問題 和鑄造準備的成本，藉此使雙滚輪鑄 祕口口 競爭、更有彈性地用於短期操作（例如_ 人/、他的科技 如數週）兩者，而讓其應用範圍得 天和長期操作（例 滾輪鑄造科技而言是-般的問題 I @然攻對於雙 仁疋鑑於上面討啥的I 他問題，這對於鎂合金的鑄造而古4 $、 了順的其 ° /Υ、更為嚴峻。同睹 展雙滾輪麵造科技以便提昇所製成 讲 ' ^ 問題。雖然這對於該科技而言也i f材的物理性質也有 也--般的問題，但是在鎂 200404629 =?1兄中’由於製造實質上無裂隙的帶子(其具良好 且實質上沒有内部的偏析缺陷）仍有 緣故，延就特別地迫切。 【發明内容】 發明的：向在於提供—種鎮金屬及鎂合金之雙滾輪 广、万法，共主少在較佳的形式中能 多個問題。 疋工通的取 本杂明的方向在於提供_錄 声方牛 , 種鎂合金之雙滾輪鑄造的改 本發明的方^見度的M合金帶。根據需要， ，例如l/13 °使帶子的寬度高達和超過大約_公厘 例如-達大約麵公厘。一般而 以從大約1公厘或更小而最高到大約15八：#度祀圍可 好是從^3公厘至大約8公厘^15么厘’不過厚度最 金至腔室月=法提供鎮合金的轉造，其係供應炼融的合 平行的滾輪^室乃形成於喷嘴與一對相對旋轉、實質上 輪大致呈一者二滾輪内部有流體加以冷卻，並且兩滾 。該方法包括者之上地隔開’以於其中界定出輥縫 卻的滚輪藉由熱=的：合金經由喷嘴引入，並且以冷 滚輪之間所^ ❿~部錢合金，藉此在合金通過 的固化。’弋的輥縫之前，於腔室中實質完成了鎂合金 本發明方法的、士 需的特色相 ' 绝二一般特色與鋁合金之雙滾輪鑄造所 相问。然而，基本上這只是鎮合金和銘合金的個 200404629 別方法之間在程度上的相似。事實上儘管㈣指出的相似 度，銘合金的鑄造方法對於適合鎮合金的方法而言只提供 很少的指引(如果有的話）。同時，就曾以其他合金嘗試雙 滾輪鑄造的程度而t，這些特色也發現是有㈣類似铭合 金所需要的方法，並且該方法對於適合鎮合金的方法而言 亦只提供很少的指引（如果有的話）。 口此根據本發明，提供一種以雙滾輪鑄造方式來製造 鎂合金帶的方法，其中該方法包括下列的步驟： (a)將熔融合金從供應來源通往進給裝置； — (b)從進給裝置經由噴嘴將溶融合金進給至腔室，該 月工至乃沿成於噴嘴的延長出口與一對實質上平行的滾輪之 1兩滚輪呈一者在另一者之上地隔開，以於其中界定 出輥縫； (+C)以相反方向旋轉該滾輪，藉此隨著步驟進給 的同時’將合金從腔室抽拉經過輥縫；以及 (d)在步驟（c)旋轉的期間，將冷卻流體流經每個滾 輪，以提供滾輪的内部冷卻，而以冷卻的滾輪藉由熱能抽 取：冷部腔室裡接收的合金，藉此在合金通過滾輪之間所 :定的輥縫之前’於腔室中實質完成了鎖合金的固化，而 從其流出熱輥軋的合金帶； 亚且其中該方法進一步包括： 、隹持來源禋的合金在一溫度，該溫度足以維持進給裝 置裡的合金是在高於其液相線溫度的過熱溫度； 維持進給裝置裡的熔融合金深度是在受控制的、實質 200404629 上固定不變的高度，其高於在 中線大約5公厘至大約22公厘；以及輪軸之+面中的報縫 維持步驟(C)之冷卻的滾輪所做的熱能抽取在一程产， 該程度足以維持輥縫流出的人 又 〇c . 〇 *平表面溫度低於大約4〇〇 藉此熱輥軋合金帶實質上沒 表面品質。 /又有衣隙，並且具有良好的 在本發明的方法中，钱入 … 万凌甲鎂合金可以供應至喷嘴的入口端 ，以彳文進給裝置經由喷嘴的出 用日7出口知而流動進入腔室， 給裝置包括從適當的熔融合金來 至來源供應合金至此的澆鑄斗 (tundish)。然而，可以使用淫 了 置，以敌讲、… 史用子相或其他選擇形式的進給裝 置，以取代澆鑄斗。對於炫融 峨的鎂合金而言，進給裝置雲 要提供受控制的、實質上固定 个艾的烙融頭（melt head) 〇 也就疋說’澆鑄斗、浮箱或類 飞頦似者裡的熔融合金需要維持 在一洙度，使得當中的熔融合今H 子 在文控制的、實質上固 疋不k的咼度（或熔融頭），苴古 同於贺嘴水平延伸的中央平 面和包含滾輪軸的平面之間 ^ 間的父線。相對於該交線（其實 貝上對應於在該平面中之滾_ 、 造本發明所提供的上述條帶厚 % 予度之鎂合金的熔融頭最好是 仗大約5公厘至大約22公厘。 主、， 對於添加較低程度之合金元 素的鎂金屬和鎮合金，例如商案 同菜上的純鎂和AZ31，熔融頭 可以從5公厘至10公厘；對 > 外加較南程度之合金元素的 鎂合金，例如AM60和AZ91，烷％破1 &融碩可以從7公厘至22公 厘0 200404629 相對於1呂合金之雙滾輪鑄造的要求而言，本發明所要 求之5至22公厘的溶融頭是报顯著。在結合金之雙滚輪鑄 造的情況中，_一般保持在大約〇至】公厘的最小程 度。此-差異本身就很顯著’並且與一些其他重要的差異 彼此相關，此從以下敘述將會變得更明顯。 本U的方法中’供應至洗鑄斗或其他進給裝置的 合金乃過熱至高於其液相線溫度。過熱的程度可以達到 於液相線溫度大約15t;至大約6(rc的溫度。一般來說，

此範圍的下端（例如從15°C至大㈣35t：，最好是從大約2〇 C至25°C)比較適合添加較低程度之合金元素的鎂金屬和 鎂合金。此範圍的上端（從大約35t至大約5〇。〇、6〇。〇 一 般而言比較適合添加較高程度之合金元素的合金。 鎂口金之雙滾輪鑄造所需要的過熱程度乃類似於鋁合 金所需要的。相較於本發明所要求的添加程度較低之鎂合 金的15C至35°C或是添加程度較高之鎂合金的35。〇至5〇 C、60°C，以鋁合金的雙滾輪鑄造而言，過熱的程度是高

於合金液相線溫度大約20°C至6(TC，通常大約4〇r。儘 官有此一相似性，兩種明確不同的鋁合金和鎂合金之間有 著重要的基本差異。鋁合金和鎂合金（尤其是添加較高程度 之合金元素的鎂合金）之間的一個重要差異在於液相線溫度 和固相線溫度之間的個別溫度間隙。因此，有鑑於铭合金 的液相線/固相線溫度間隙通常從大約丨0^到2(rc，該間 隙至少對於添加較高程度之合金元素的鎮合金而言更常常 從大約70°C到1 〇〇°c，但是可以實質上超出該範圍。即使 12 200404629 在鋁口至和镇纟金的凌結範圍為類似的情形了，例如以添 加車父低卷^度之合金元去沾乂呈人 素的鎂a金而言，鎂合金的可鑄造性 仍要比I呂合金好报多。 在添加較高程度的合金元素之鎮合金的雙滾輪鑄造中 ]谷融合金的固化必須控制在喷嘴出口和輥縫之間比較窄 ，品或裡一考慮此點，則顯著高於合金液相線溫度的過熱 是適當的乃令人驚歸。將會體會此種過熱乃顯著地增加達 到合金完全固化所需要從溶融金屬抽取的熱量。也將會體 會之比較寬的液相線/固相線溫度間隙，例如添加 較南程度的合金元素者，也使完全固化的控制很難達到。 =而一般來說，在提供從滚輪出來的合金帶具有所要求範 圍裡之表面溫度的條件下來進行鑄造的情況下，可 所要求的控制。尤其，從滾輪出 要在大約峨以下。 I之…的表面溫度需 以錢合金的雙滾輪鑄造來說，炫融合金的固 須控制在喷嘴出口㈣縫之間比較窄的區域裡。對於於 較低程度之合金元素的合金而言， ' ώ Α Α ^域不像添加較高程 度之5金元素的合金那樣窄。儘管有這一點以及適合於予 加較低程度合金元素之合金的較低程度過熱，這些合金的 :熱程度再次令人訝異，即使比較能夠接受，而有較窄的 康結範圍可資應用。同時，在提供從;袞輪出 ㈣大約㈣之表面溫度的條件下來進行鱗造的情2 八了 要求的控制。然而’對於添加較低程度之合 …的合金而言，此溫度最好是實質低於大、約·。c， 13 200404629 例如從大約18 0 °C到大約3 〇 〇。〇。 、如之前所指出的，低於大約40(TC的條帶表面溫度是 必要的；、、、:而想、要低於該溫度的程度則是隨著合金元素 的添：程度而變化。對於添加較高程度之合金元素的鎂合 金而曰D袞輪出來的合金帶有大約3〇(rc到4〇〇c>c的表面 溫度是必要的’以便能夠製造具有良好表面加工的無裂隙 條帶#方'添加較低程度之合金元素的合金而言，範圍從 300 C低到大約18。。。的表面溫度是必要的，以便能夠製造 具有良好表面加工的無裂隙條帶。 馨 隨著溫度逐漸升高’則裂隙、表面缺陷和最後熱點的 機會也就增加。然而’在從滾輪出來的條帶中達到此種溫 度=需要極高程度的熱能抽取’尤其是對於添加較低程度 之合金元素的合金。冑會體會：熱能的抽取乃需要允許由 於過熱的熱此有能連接合金液相線溫度和固相線溫度之間 的溫度間隙所需要的熱能程度，並且需要達到實質上低於 固相線溫度的表面溫度。然而，要達到在18(TC到40(TC之 整個範圍的表面溫度，係取決於給^合金的固相線溫度。_ ,、亦可以隧著條帶厚度的增加而降低，因為表面溫度是要 能夠造成在條帶中心處有低於固相線溫度的適合溫度。 所指出的400°C條帶表面溫度上限乃位在比鑄造鎂合 $的固相、線溫度低大約批到190t的程度1 了痛保條 可中心的溫度是在適合的程度，表面溫度最好不要比給定 合金的固相線溫度低不到大約85t ^對於此點的需求並非 單純為了確保條帶已經徹底固化’而是為了確保合金帶的 14 200404629 整個厚度具有足夠的強度，以便 須^加至滾輪的特定 負何下，此夠製造出沒有裂隙或表面缺陷者。 在製造錢合金帶中，兩i、告丨 ▼中而要達到低於彻。C之所示範圍 的表面溫度，係區分本#明 刀本^明方法與製造鋁合金帶之方法的 項特色。从在呂合令而t，甘說 〃 & 僅品要條帶的整個厚度都已 !化，使得：帶的中心能夠恰低於固相線溫度。在此情況 卜，鋁合金帶具有足夠的強度 ^ 使又此夠板熱棍乳。然而 其需要實質上整個厚度是充分低於固相線 /皿又，以便條帶可以接受熱輥軋。 特定負荷的程度是本發明顯著異於製造紹合金帶之方 步特色。在本發明對於鎂合金的方法中，施加至 二輪：定1荷是每1公厘的滾輪長度大約2公斤到大約 ^斤。此範圍最料從每公厘1G(公斤。然而 明=可以低到每公厘大約2到大約2〇公斤，因此本發 所田 特定負荷可以比以雙滾輪禱造來製造銘合金帶 >的特定負荷還低超過一個數量級。對於紹合金來說， ::厘大約30。到大約12。〇公斤的特定負荷是很普通的。 :種I·月形中’合金最後會移動至並通過滚輪的親縫而熱 二。用於銘合金的特定負荷程度導致熱輥軋產生大約 大为25%的厚度縮減。相對而言，本發明所需的特定 0何在所製造的鎂合金帶中造成從大約侧大約_ 細減。 ?由。於合金帶的表面溫度範圍為i說到權。c，施加負 “王度和所得的厚度縮減是要便於製造實質上沒有裂隙 15 200404629 並且具有良好之表面品質的鎮合金帶 負荷和厚度縮減下，紫造^-私度的轭加 達到，同睥矣 只貝上，又有裂隙的條帶比較難以 、 $表面缺陷也比較可能產生。 析二液相線：固相線溫度間隙並且也為了避免偏 W抽取熱能和固化鎂合金需要比較_ ϋ 4 ~ 。接觸每個滾於#而沾人Α 女比季乂 夬速地進仃 度以…、？ 其溫度快速地掉到固相線溫 就沒那麼迅速。P荖…、 成的條帶中心，冷卻 而前進，顯-入A 形成的條帶朝著滾輪之間的輥縫 段的料： 在液相線溫度的經過條帶厚度之縱向區 奴的堵條線乃且右V犯 * W + ，並且",入/、 7、、所才曰的方向為條帶前進的方向 :二二金接觸每個滾輪的諸點而延伸。顯示合金在固 向亦^古a 條線也具有V形，其所指的方 臂： 且從那些接觸點而延伸，但是V形的雙 ϋ比較大的夾角。因此，對於在液相線和固相線溫度 到那些線之間的溫度間隙，乃隨著從每個滾輪表面 择加条帶中心之距離的移動方向上增加。此間隙的 ιΐ之^ 在最小的程度。一般而言，發現如果從滾 “出來的條帶表面溫度低於大約彻。c，例如在_ I 4〇〇c的範圍裡’則可以達成此點。 在喷嘴和滾輪之間所形成的腔室中，平行於經過滾輪 之平面的諸截面，由於滾輪之f曲表面的緣故，其在面 ^係逐漸減少，直到在滚輪之間的輥鏠處達到最小值。 ^嘴出口到該平面的距離稱為「阻滞」（set_bacj〇。在 ^虫的鎂合金流過阻滯的距離當中，在其從喷嘴出口流出 16 200404629 而接觸滾輪之前，會先經過阻滯距 每個滾輪的接觸乃沿著滾輪表面=起始部分。與 個滾輪之個別接觸線的距離是鱼界^向線。從出口到每 、滾輪之間喷嘴裝配的靠近程度、、見度 發明的方法中，阻滯也隨著 7徑有關。在本 大…厘的滾輪:言者:=而變化;對於直徑 -J以在大約i 2公盾$ 士 17公厘的範圍裡。阻滞隨著滾 “ #4·从士，· 议^日減而媢減，嬖如 直徑大約255公厘的滾輪而言，阻滞最好是從大約°28 a厘至大約33公厘，例如大約3〇公厘。 ?帶的起始部分(從喷嘴出口到上述合金接觸每個滚輪 ^面的幻是與滾輪的直徑以及阻滞有關。然而 =::ΓΓ使得包括鎂合金表面張力和炫融頭的因素能 月：起始部分長度上的每個溶融金屬上和下表面維持彎 以古W依據所要製造的條帶厚度而定，該起始部分可 剩：部：：的35%’例如從大約10%到30%，而在該長度的 …h h及在滾輪的輥縫之前相合金的削 二的彎月形凸面與滾輪接觸的線起，上和下表面之間的： =之^好是進行於㈣立即進4輪輥料最後⑽ 0則目此，正在形成之條帶整個厚度裡的合金固化， 2需要在不超過大約50%的阻滞距離中達成。然而，從 、、、、溫度的冷卻有些會發生在喷嘴和阻滯的起始部分。 相對於和銘合金有關的標準常規，本發明之鎮人全雙 =鑄造的特色能夠有實際的利益。此點係關於開始禱造 盾衣的啟動。相較於鋁合金之標準常規的啟動要花高達

17 200404629 刀知本舍明的程序能夠在不超過幾分鐘内啟動，例如從 0· 5最高到3到5分鐘。 在鋁口金之雙滾輪鑄造的標準常規中，乃使用解放 ㈣-。⑴啟動或者硬片（hard_sheet)啟動。在解放啟動中 ，當開始轉造循環時，滾輪以實質上超過製造速度（例如 超過權)的方式旋轉。熔融的合金無法在較高的滾輪速度 下填滿^噴嘴和滾輪之間所界定的腔室。因此，只製造出 比所而還薄、還窄的破片，即使寬度會逐漸地增加。當達 到完全的寬度時，滾輪的速度就逐漸降低，使合金片:厚 增加。最後’腔室就填滿了 ’並且建立了在滾輪 製造速度下的穩定操作。 對於更片啟動而吕，滾輪的速度開始時實質上要比梦 造速度來得低’例如低儀。比較低的速度能夠填滿由喷 鳴和滾輪所界定的腔宮 、 办 妁瓜至並且能迅速開始製造完全厚度和 見度的硬片」。滾輪的速度乃逐漸地增加，以達到在滾 輪製造速度下的穩定操作。 又 對於銘合金之雙滾輪鑄造的標準常規中這些形式的每 -種而言’乃需要實質—段時間來達到滾輪的製造速度， 此排除了對於有成效和有效率之溫度穩定化的需求。因此 ’製造的啟動是藉由將過熱的熔融合金供應至澆鑄斗，而 從後者流到喷嘴。㈣斗和噴嘴被進來的合 的’並且需要花實質-段時間在整個禱造設備達成:：： 平衡溫度。 在本發明中，發現能夠藉由預熱淹鑄斗（或其他進給裳 18 200404629 置）和喷嘴，而於短時間内有效率地達到操作的平衡溫度 。關於此點，熱空氣最好是吹人經過堯鑄斗，’然後經過喷 嘴，如此從喷嘴出口離開。埶空翁早 、 …乳疋在足以快速加熱澆鑄 斗至接近所需的操作溫度，並且可^丄

反 了以從大約50(TC到655°C ’例如從5阶到6_。在達到此點的短時間中，喷嘴乃 加熱至足夠的溫度’其沿著噴嘴出口的溫度範圍下降至 20(TC至40(TC。例如在噴嘴具有内部導引元件以導引合全 至出口每-端(以沿著出口長度達成均句的合金流動)的情 況下’贺嘴溫度在出口的每一端可以是大、約4，c，並且 由於熱空氣被導引元件所阻礙的緣故，在出口的中央 可以是大約200°c。 用；本七月方法的預熱能夠在不超過幾分鐘内(例如3 到5分鐘）建立起操作的平衡溫度。因此，該解放程序引發 k融合金在j過滾輪之報縫前未固化的實質風險，以致對 於鎮合金而言有菩音哲 、勺火火風險。同時，雖然該硬片程 序比較能確保所有合金在通二 過展輪之刚已固化，不過熔融 5金從噴嘴和滾輪之間的腔室氾f溢Α Μ ， U工至汜此溢出的可能性有所增加 口而¥致起火的風險。本發 鑄造的這些延長㈣除了用於18合金雙滾輪 、力私序，因為獲得溫度平衡所需@ 時間能夠使啟動接近於6八……又十衡所而的短 士办 近、兀王刼作的滾輪速度。因此，完全 0 見度之合金片或條帶的輸出就能夠快速地建立 根據本發明，在雙滚輪禱造的 輕縫或間隙出來之條帶节…滚輪的 ^ γ次片的見度上可以有著相當程度的 200404629 μ度k異。此變異使得條帶的中央區域要比邊緣區域來得 熱。溫度的變異可以高達大，約70t，並且一般乃超過大約 20°C。溫度的變異可以引入稱為熱線（h〇t_iine)的表面缺 陷，並且/或者可以由於熱應力而導致條帶扭轉。其他非 鎮合金也可以遭遇類似的溫度變異和結果。 …我們發現溫度變異至少可以使用修改過形式的噴嘴而 π低：修改過的噴嘴具有頂板和底板，而噴嘴出口的側向 程度是由每個板子的個別邊緣所界定的。在至少一板的中 央區域上，該邊緣相對於其末端區域而言是縮回來的（邮 back)。該邊緣之中央區域的長度和位置乃對應於所要禱造 之條π或片的中央區域。雖然每片板子的中央區域可 縮回的，不過最好只有頂板具有此種縮回的中央區域。 在中央區域中，縮回最好是實質上均勾的， 形式。縮回最好是小於大約7公厘，例如 Α厘。將此種縮回對齊於條帶中盛 、、西 區域，則能夠實質上減少或消除在條 轉因此，減少或避免了熱線，減少或避免 券服〜 雙滚輪鑄造有幾個問題需 克服。S中的第一個問題是氧化和起 而 未免除使用基於適當糊和氣氛之已建二序t發明 然而’其確實能夠進一步降低此—風:序的需求 能進行之有效率的啟動程序， 因此，本發明 通過滾輪前未完全固化的風險自熔融合 一 自熔融合金從喷嘴 200404629 滾輪之間的腔室氾濫溢出的風險。此外，每公厘大約2免 公斤的低滾輪負荷以及對應之低程度的輥軋縮減」 口 了輥縫之前的有限過熱和快速固化，則進一步降低了严 融合金通過輥縫以及暴露於氣氛中而發生裂隙和表面缺Z 的風險。 、曰 如所指出的’本發明並未免除使用適當氣氛以控制火 災風險的需求。^ ’本發明的—個重要的較佳形式係提 的程序加以改良。相關於火災風險控制來說， 般白丨貝疋使用六氟化硫在乾燥空氣中的混合物。SFe / 燥空氣的混合物並不適合富含紹的鎂合金，同時它在6鱗^ 製程的啟動或結束時也不總是很可靠。在每個情況下 =現藉由添加幾個百分比（例如從大約2到㈣㈣的氯 験化合物至混合物中’而可能有實質的改進 標示為HKM3…“2 —四氣乙烧化合物 '然而，： 他軋體可以與或不與使用。 在鑄造操作期間，維持著SFe/乾燥空氣或其他 氣氛的保護性氣氛’以保護避免火災的風險。在 的合金提供保護有限的情形下，所供應的混合物 =既碳化合物’最好是_4卜 :火災風險的保護 '然而，對於％，乾燥空氣混合物一 ^ =合金而言’通ff要在鑄造操作的啟動和結束 叶添加紐日守間的氫氟碳化合物。 的問題實質上由快速建立操作的平衡溫度和 南的速度所克服，而鎮合金的良好禱造性亦有所幫助。能 21 夠做到此點的 +私 ，、、、 素為例如上述的預熱，以及快速達到 速度’因此還有快速達到其他操作條件。 添力口輕定立口由 成的困難，係金元素的鎂合金之廣泛凍結範圍所造 提昇本’、本發明的特色所解決，該等特色亦有助於 h幵本發明所制 這此事彳主夕製以之鎂&金帶的物理性質。有著許多關於 二事h之交互關聯的特色。 良好接is::’：夠 而達到快速的:：：2_25°/… 度並不適合，因為其==广’此種輥軋縮減程 過由於m 曰引入表面缺陷’例如表面裂隙。不 、田於違成彎月形凸面， 有最佳的接觸 、，仏㈤的叙合金和每個滾輪 的快速固化：了均勾的固化前鋒，巾能夠充分 頭形凸面是由本發明所要求之實質_ 的輥軋％ ^ Γσ金和滚輪之M的接觸進—步由較低程度 日j祝乳^減所提昇，以 全來1 a 、缺陷，例如裂隙。以鋁合 孟來成，而程度的輥軋縮減 乃會皙v从入 J的丈谷融頭（如果有的話）， 乃貝貝上排除了彎月形凸面， 是在凹和凸之間變化。 丨產生的幫月形為凹面或 以本發明製造鎂合金帶所能 現能約、去u 〗的快速固化而言’發 現月匕夠達到許多實際的利益。因& 細至大約5到15忾半$ ^ u贡的微結構具有精 a % 1 b彳政木之一次鎂合令 可盥僂絲制、止必从 ” 9 一二人樹枝臂間隔，此 傳統製造科技所得之鎂合金 比較。此種精細導致金屬間二次相=的25至100微米做 助於改進條帶冷加工所得的機械性質。_勻的分布’因而有 22 200404629 ;速固化將金屬間二次相的粒子尺寸精細至大 至心::傳統製造科技所得之鎮合金微結構的25 可能性降到最比Γ。此種精細使裂隙起始於這些粒子周圍的 性質。取-4而有助於改進條帶冷加工所得的機械 的αΠ:可以藉由深入條帶厚度中間之起始到最終固化 度二到！變t來控制快速固化’以於正在形成之條帶厚 例如晶粒：ΓΓ枝物的等軸成長。此點連同熔融物處理( 時又唯掊’，使有害的中線偏析情形降到最少，同 鎂合金帶的整合性。這…金二 而這些合金沒有偏析的呂樹枝物總是類似柱狀，因 微心:卜2發明所製造的鎂合金帶非常適合為了控制其 以==所做的處理。因此，熱輕軋和最終熱處理可 規格的機械性質Π二細其微結構和提高最終所得 一次鎂合全曰粒尺+範圍的典型要求乃需要精細的 的性質。我二=縱:=向兩方向上實質均勻 做適當的熱處理，其可，接著 細化。同時，，…肖由再-曰曰使-次鎂合金晶粒精 者皆於-或兩：二Π:橫向應變和適當的熱處理(兩 晶粒精細化，並且有實：:b:L之後)’能夠使-次鎮合金 貝貝句勻之縱向和橫向的機械性質。 和建=:::的::體:在幾分鐘内達到穩定― 勺‘項者。建立穩定的熱分布在這方面是 23 200404629 很重要的。 了操作之間 操作。 在製造條帶期間有充分保護著鎂 的準備時間，並且允許有成本效 义谷融物， 盈的中、 減少 小型 【貫施方式】 為了更容易理解本發％，

Ami.^ 現在筝考所附的圖式。 在圖i的示意圖中，讯据 味7 叹備10具有維持供庫 的爐子和澆镇斗勺私^ 丨、應‘融鎂合〈 缉斗匕封1 4。合金能夠如所需

裡可操作維持實質固宕又人 厅而地在包封] 7 9 丄 貝口疋不k之合金頭的安排之下，狁摅_ 12經由轉務征確其 攸爐， 豹…. 流到洗鑄斗包封14。滿溢的合金▲ 夠經由管子18 巧口孟月丨 煻+ ^ 4/瓜出以收集於容器20中。對方 盧子12、包封14、容器2〇和管子16每一者而言 =體’以維持在此之前所詳述的保護性氣氛。爐子^和溶 為20各具有出口連接器24，藉此該氣體能夠排放流到回 收容器（未顯示）。 一種用於包封14的澆鑄斗26乃顯示於圖2和3。洗 鑄斗26具有前壁26a、後壁26b、側壁26c和基底26/了 1共同界定出腔室28。洗鑄斗26也具有蓋子（未顯示）和 橫向擋板30，該擋板30延伸於側壁26c之間，但是其下 緣與基底26d隔開。擋板30因此將腔室28分成後面部分 28a和前面部分28b。 設備10也包括喷嘴30和滾輪安排32。噴嘴3〇從洗 鑄斗26的前壁26a向前延伸至滾輪安排32的上滾輪32a 24 200404629 和下滚輪32b之間的間隙裡。上、下滾輪32a # 32b水平 地延伸並且垂直地隔開，以於其間界定出輥缝或失縫 (nip)34滾輪安排32在滾輪32a和32b的一側上也包括 離開桌或傳送器35，其遠離於喷嘴30。 ° $ 3的女排以及圖4和5的安排顯示喷嘴3 〇之另

外可以遥擇的形式。這些安排的對應部分具有相同的參考 數子。在每個例子中，噴嘴30具有水平配置、垂直隔開的 上板36和下板37以及相對的側板⑽。合金流動腔穴⑽ 延伸經過噴嘴該腔穴39係由水平板36、37和側板⑽ 所，疋。澆鑄斗26裡的合金能夠經過澆鑄斗26之前 :二中的開口 4〇而流入噴嘴3〇,並且合金能夠沿著遠離 洗禱斗26的板子36、37邊緣，而從延長的ίϋ π 42排放 滾輪32a和32b之間。如圖2和4看得最清楚，板子％

37—和側板38的一端是逐漸尖細的，如此以便能夠延伸 近母-個滾輪32a和32b。然而，出口 42是從包含滾 32a、32b之轴的平面p縮回來白勺，而在噴嘴和滾輪^ 、32b之間界定出腔室44。 的使用來說，澆鑄斗26和噴嘴30起初 …至在此之前所詳述的溫度程度。為此目的，熱空 不於圖2和3)能夠插入洗鑄斗26之後壁26b中 二？達到該等溫度程度時，熱空氣搶46便抽出 才开口 48。然後讓熔融的合金從爐子j 2沿著 流入淹鑄斗26。洗眷> 斗細μ人人 ^ ^ ‘ 4 26裡的合金乃維持在圖1和 以虛線L所顯示的所兩 而尺丰，其鬲於由經過喷嘴出口 4 25 200404629 央矛滾輪32a、32b之輥縫或夾縫34的線Μ所代表的水平 面。烙融的合金乃藉由維持在此之前所詳述的適當氣氛而 ^到保護，而提供此保護的氣體係供應至連接器22。該氣 氛乃維持在稍高於大氣壓力的壓力，而溢流的氣體則從連 接器24加以收集。 合金從澆鑄斗26以受控制的速率經過開口 40流到噴 角刈的腔穴39。合金再從腔穴39經過出口 42的長度排 放至腔室44中，然後經過滾輪32a、32b之間的輥縫或夹

縫34。滾輪32a、32b的内部有水加以冷卻，並且以箭頭X 所不的個別方向一致地旋轉。由於滾輪32a、32b之冷卻效 果的緣故，熔融的合金在腔室44中逐漸地固化，而形成延 著桌子35通過的鎂合金帶5〇(如圖9所示）。如圖*和5 所不，桌子35可以具有開口 35a，其鄰近於桌子較靠近滾 輪32a、32b的邊緣，經由此等開口 35a能夠供應加壓氣體 至條帶50的下表面，以進一步冷卻條帶5〇以及幫助它移 動到桌子35上。 圖6和7顯示另外可以選擇的安排，其中噴嘴3〇的板 子36、37是由兩個類似的模組3〇a和3〇b所提供。每個模 組能夠接收來自個別澆鑄斗26的熔融合金，而每個澆鑄斗 26從爐子12經由共同的管子16(圖6)或個別的管子16(圖 7)接收合金。 圖8類似於圖6。然而，不是只有一對模組經由共同 ，官子16接收合金，而是有兩對模組，每一對具有個別的 管子1 6共通至該模組。 200404629 現在轉去參見圖9’顯示了平面Ρ#σ Μ。平面p和平行 於平面P且延伸㈣噴嘴3“σ 42的平面N之間的間距 S’界定出腔室44的水平範圍。該間距s稱為阻滯，同時 線L在平面μ上的高度（參見圖2)稱為㈣頭。如在 此之前所詳述的，對於仏宁 7…口疋的滾輪直徑而言，阻滯、熔融 頭、滾輪32a和32b的旋轉速度以及滾輪…、m施加至 合金的負荷係加以控制的，以達成所要求的合金流動速率 。這些參數和合金熱能抽取速率係加以控制的，如此使熔 融合金在出口 42以及沿著每個滾輪…、⑽的個別接觸 線52a、伽之間建立了彎月形凸面，如54所示。合金從 接觸線52a、52b血备個、、奋仏Q9。 〇〇, >、母個濃輪32a、32b做徹底的接觸，其 表面遂完全地固化。然而，在上游線56a、_，合金實質 上是完全溶融的，但在下游線58a、58b，合金實質上是完 全固化的，而在這兩組線之間，合金僅部分地固化。每一 組線會合於合金/條帶移動方向D的相對速率，乃決定了 合金從其接觸每個滾輪32a、32b的表面固化至平面Μ的速 率。線58a、58b大約在平面Μ上的會合點乃代表實質上完 全的固化，並且如在此之前所詳述的，這是要在合金抵達 輥縫或夾縫34(亦即平面Ρ)之前達成的。 +圖ίο和η顯示了具有頂板136、底板137和側板⑼ 的喷嘴13G。在其前緣，諸板界定出延長㈣嘴出口 i42。 &板1 37，、有削緣i 37a，其線性延伸於側板1 38之間。在 正常的安排中’雖然頂板136會有對應的邊緣，但是以此 系女排所、4的條$中央區域會比邊緣區域來得熱。 200404629 為了避免此點，頂板136的邊緣具有中央區域伽’其係 從練136的個別邊緣區土或136b向後凹縮。此安排如在此 之前所詳述的，能夠⑽造條帶之寬度上的溫度變異降低 ，而減少或避免此變異的不利結果。

從圖10 #口 11的描述將會理解圖12的安排。在此例子 中，頂板136的前緣乃在邊緣區域讓之間的兩個中央區 域136a處縮回，而在兩個中央區域⑽之間有中間區域 c此女排適合板子136、137之間的内部間隔物造成更 :雜，溫度變異的情形。在圖η的情況中，可以有兩個中 、間^物’其傾向於造成兩個中央熱帶，&兩個中央熱帶 =由酿度屬於熱帶和較冷之邊緣帶之間中等的中間帶所隔 最後要了解：在 述部分的構成和安排 不偏離本發明的精神和範圍之下，前 可以引入各種變化、修改和/或添加 【圖式簡單說明】 鲁 圖1是用於本發明之雙滾輪鑄造設備的示意代表圖； 。2和3刀別以側剖面圖和平面圖顯示圖1設備之声 鑄斗/噴嘴的安排； 70 圖4和5分別以侧剖面圖和部分平面圖顯示& 之噴嘴/滚輪的安排； °又備 圖6到8顯示適合如圖丨設備的多種可選擇之模組 噴嘴的安排； 、/工 28 200404629 圖9顯示關於使用如圖1設備之鎂合金固化的放大細 即 ， 圖1 0顯示適合用於本發明之改良形式的喷嘴； 圖11是取自圖10之XI — XI線的剖面圖；以及 圖1 2對應於圖1 0，但是其顯示喷嘴之另一種可選擇 的形式。 圖式元件符號說明 10 設備 12 爐子 14 澆鑄斗包封 16 轉移供應管 18 管子 20 容器 22 入口連接器 24 出口連接器 26 澆鑄斗 26a 前壁 26b 後壁 26c 側壁 26d 基底 28 腔室 28a 後面部分 28b 前面部分

29 200404629 30 橫 向擋板、喷嘴 30a、 30b 、 30c 、 30d 板 模組 32 滾輪安排 32a 上 滾輪 32b 下 滾輪 34 輥 縫或夾縫 35 離 開桌或傳送器 35a 開 V 36 上 板 37 下 板 38 側 板 39 合金流動腔穴 40 開 V 42 出 V 44 腔 室 46 熱 空氣槍 48 開 V 50 鎂 合金帶 52a、 52b 接 觸線 54 彎 月形凸面 56a、 56b 上 游線 58a、 58b 下 游線 130 喷嘴 136 頂 板 30 200404629 136a 中央區域 136b 邊緣區域 1 36c 中間區域 137 底板 137a 前緣 138 側板 142 出Π D 移動方向 L 水準 M 水平面 N 平面 P 平面 S 間距 X 旋轉方向

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Claims (1)

1. 200404629 拾、申請專利範圍： 1·-種以冑滾輪鑄造方式來製造鎂合 其中該方法包括下列的步驟： f的方法’ (a) 將熔融合金從供應來源通往進給裝置； (b) 從進給裝置經由喷嘴將熔融合金進給至 腔室乃形成於喑噔沾h E ^ k至，該 歧W的延長出口與_對實質上平行 間’而兩滾輪呈 參 衷輪之 出輥縫； ~ ^中界定 (c) u相反方向旋轉該滾輪 的同時，將合金從脒—有乂驟仏）進給 ” <月工至抽拉經過報縫；以及 (乂在步驟(C)旋轉的期間，將冷卻流體流經每個 輪，以提供滾輪的内 、、、 固滚 取而冷卻腔室裡接/ 以冷卻的滾輪藉由熱能抽 界定的輥縫之前於 糟此在合金通過滾輪之間所 :縫之别，於腔室中實質完成了 k其流出熱輥軋的合金帶； 〕口化，而 並且其中該方法進一步包括： 維持來源裡的合金在一㈤ 置裡的合金e /古 ’皿又，忒 >皿度足以維持進給裝 、’疋鬲於其液相線溫度的過熱溫度； 、准持進給裝置裡的熔融 上固定不變的高度’且古於右二度疋在叉控制的、實質 中線大約5公厘至大約;;公厘二:輪轴之平面中的輥縫 該裎π=:之冷卻的滾輪所做的熱能抽取在-程度， °C ; 縫流出的合金帶表面溫度低於大約400 32 200404629 表面=熱輥軋合金帶實質上沒彻，並且具有良好的 :广申請專利範圍第"員所述的方法，其中來源裡 ’：金-在-溫度’該溫度足以維持進給裝置裡的合金是 在咼於其液相線溫度大約15。。至大約60t的溫度。 …3. ”請專利範圍帛1或2項所述的方法，其中冷 卻步驟（c)的熱能抽取程度乃足以維持該表 : 於400〇C。 又貝貝上低 4.如申請專利範圍第1或2項所述的方法，其中步 驟（〇的熱能抽取程度乃足以維持該表面溫度在大約刚。c 到大約300°C。 如申請專利範圍第3或4項所述的方法，其中該 表面溫度要比合金的固相線溫度低不少於大約85°c。 6·如申請專利範圍帛丨i 5，中任一項所述的方法 ，其中該滾輪施加至通過輥縫之固化合金的特定負荷是每 1公厘的滾輪長度大約2公斤到大約5〇〇公斤。 ^ 7·如申請專利範圍第6項所述的方法，其中特定的 負荷疋每1公厘的滾輪長度大約丨〇〇公斤到大約公斤。 8.如申請專利範圍第6或7項所述的方法，其中施 加的特定負荷造成熱輥軋帶有大約4%到9%的厚度縮減。 9·如申請專利範圍第丨至8項中任一項所述的方法 ，其中在從喷嘴出口到包含滾輪軸的平面之阻滯距離的起 。F刀，合金在喷嘴出口和每個滾輪表面之間維持著個別 的彎月形凸面。 33 200404629 申明專利範圍第9項所述的方法，其中每個彎 月k噴嘴出口延伸最高達到大約35%的阻滯距離。 f月p +中專利乾圍第10項所述的方法，其中每個 弓乂攸臂嘴出口延伸達到10%到30%的阻滞距離。 12·*申請專利範圍第！至u項中任一項所述的方 法’其中合今 ’ a人 ” #下表面之間的完全固化是在從噴嘴出口 到巴合滾輪轴的平面之阻滞距離的最* 5%到⑽之前 〇 法，1盆3. *申請專利範圍帛1至12工員中任一項所述的方 法’其中在步驟（a)之前’進給裝置和噴嘴都先預熱至接近 所需的操作溫度。 14*如申請專利範圍第13項所述的方法，其中是以 熱空氣吹入經過進給裝置和噴嘴而達成預熱。 15β如申請專利範圍第13或14項所述的方法，其中 進給裝置乃預熱至大約5〇〇°C到大約655t的溫度，而噴嘴 乃預熱至大約200°C至400°C的溫度。 、16,如申請專利範圍第1至15項中任一項所述的方 法，其中在進給步驟（b)中，合金從噴嘴出口的中央區域進 給’該區域相對於從該出口較外側區域所進給的合金而十 ，係往上游一小段距離（相對於合金流經噴嘴的方向來看） ’藉此減少或實質上消除在熱輥軋帶寬度上的溫度變異。 17·如申請專利範圍第16項所述的方法，其中★亥一 小段距離是小於大約7公厘。 18.如申請專利範圍第1至17項中任—項所述的方 34 200404629 法，其中保護性氣氛 氧仆“ ，A 准持於熔融的合金上，以保護避免 風化和起火的風險，並且龙* 夂克 的氫氟碳化合物。 錢包括次要比例之適當 】9 ·如申5青專利範圍第 碳化合物是1 "… 的方法，其中氫氟 疋〗，i，1，2-四氟乙烷。 氫J化=專利範圍第18或19項所述的方法，其中 化合物在該氣氛中佔大約2到6體積％。 •如申凊專利範圍第〗8 法，苴中裎祖士— ZU員中任一項所述的方 “ 、有風氟碳化合物的氣气向赵/ 的混合物。 ，、汛匕括SF6 /乾燥空氣 22· —種以申請專利範圍第i 方法所製造的鎂合金*立由 21項中任—項所述 大約5到15微米之八之條帶的微結構具有 質上均勻分布的金屬二:。的二次樹技臂間隔’《及貧 23·如申請專利範圍第22項 該金屬間二次彳H 这的鎂3金帶，其中 人相的粒子尺寸大約1微米。 宁 24·如申請專利範圍第22或23 其中微結構在修^ ^ 員所述的鎂合金帶 構在條帶厚度中具有等軸的α鎮樹枝物。T 拾壹、圖式： 如次頁。 35