JP2001191150A - Vertical continuous casting method of aluminum alloy billet - Google Patents
Vertical continuous casting method of aluminum alloy billetInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】複雑な設備を用いず、簡便な方法で鋳造初期段
階における割れ欠陥を確実に予防できるアルミニウム合
金ビレットの垂直連続鋳造方法を提案する。
【解決手段】アルミニウム合金を所要形状のビレットに
連続鋳造するに際し、係る鋳造過程における弾・塑性変
形解析により得られる相当塑性歪み値(ε)を、当該アル
ミニウム合金の実測破断歪み値(εc)以下の範囲内とす
るように鋳造速度(V)等の鋳造条件を制御する、アルミ
ニウム合金ビレットの垂直連続鋳造方法。また、アルミ
ニウム合金を所要形状のビレットに連続鋳造するに際
し、鋳造過程における弾・塑性変形解析により得られる
相当塑性歪み値(ε)を、当該合金の固相率が0.8以下
の温度範囲を除き、実測破断歪み値(εc)以下の範囲内
とするように鋳造条件を制御する、アルミニウム合金ビ
レットの垂直連続鋳造方法も含まれる。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To propose a vertical continuous casting method of aluminum alloy billet which can surely prevent cracking defects at the initial stage of casting by a simple method without using complicated equipment. When continuously casting an aluminum alloy into a billet having a required shape, an equivalent plastic strain value (ε) obtained by elasto-plastic deformation analysis in the casting process is equal to or less than a measured breaking strain value (εc) of the aluminum alloy. A vertical continuous casting method of an aluminum alloy billet in which casting conditions such as casting speed (V) are controlled so as to fall within the range of (1). In addition, when continuously casting an aluminum alloy into a billet having a required shape, the equivalent plastic strain value (ε) obtained by elasto-plastic deformation analysis in the casting process is determined by the temperature range in which the solid phase ratio of the alloy is 0.8 or less. Excluded is a vertical continuous casting method of an aluminum alloy billet in which casting conditions are controlled to fall within the range of the measured breaking strain value (εc) or less.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
ビレットの垂直連続鋳造において、鋳造初期段階での割
れ欠陥を確実に回避する上記ビレットの垂直連続鋳造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for vertical continuous casting of an aluminum alloy billet which can reliably avoid cracking defects at the early stage of casting in the vertical continuous casting of aluminum alloy billets.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、アルミニウム合金のビレットの
垂直連続鋳造は、図11に示すように、上下が開口するリ
ング形の強制冷却鋳型1にその上方から、図示しないス
パウト及びフロートを介して、アルミニウム合金の溶湯
Mを注湯し、凝固した鋳塊Cをその下端を支える下型4
と共に上記鋳型1の下方に引き下ろすことにより行われ
ている。即ち、上記鋳型1の下方の開口部からその内部
に下型4を挿入した状態で注湯が開始され、鋳型1と下
型4に囲まれた空間内に所定量の溶湯Mが供給され且つ
その表面が凝固した段階で、下型4と共に鋳塊Cが鋳型
1の下方に引き下ろされる。そして、鋳型1から引き下
ろされた鋳塊Cは、その周表面に鋳型1内の冷却水Wが
ノズル2から下向き円錐状に噴射され、強制冷却されて
ビレットBとなる。尚、図11中の符号Fは、溶湯Mと
鋳塊Cとの凝固界面を示す。2. Description of the Related Art Generally, as shown in FIG. 11, a billet of an aluminum alloy is vertically continuously cast into a ring-shaped forced cooling mold 1 having an opening at the top and bottom through a spout and a float (not shown). Lower mold 4 for pouring molten alloy M and solidifying ingot C to support the lower end
At the same time as the mold 1 is pulled down. That is, pouring is started in a state where the lower mold 4 is inserted from the lower opening of the mold 1 into the inside thereof, and a predetermined amount of molten metal M is supplied into a space surrounded by the mold 1 and the lower mold 4; When the surface is solidified, the ingot C is pulled down together with the lower mold 4 below the mold 1. Then, the ingot C drawn down from the mold 1 is sprayed downwardly in a conical shape from the nozzle 2 with the cooling water W in the mold 1 on the peripheral surface, and is forcibly cooled to be a billet B. The symbol F in FIG. 11 indicates a solidification interface between the molten metal M and the ingot C.
【0003】ところで、上記鋳造の初期段階において、
鋳型1から引き下ろされた鋳塊Cの下端部は冷却水Wに
より急冷され、当該部分の温度が急降下し、鋳塊Cの垂
直方向に沿う温度勾配が高くなる結果、鋳塊Cの内部に
熱応力を誘発する。同時に鋳塊Cの周表面と中心部との
温度勾配も高くなり、同様に熱応力を生じる。更に、鋳
塊Cは下型4との接触によっても急冷され、同様に熱応
力を生じる。これらの熱応力は、図11に示すように、
鋳塊Cの下端部に熱間割れ6を発生させる原因になる。
また、割れ6により引張り応力が生じ、鋳塊Cの内部に
縦割れが生じ易くなる。更に、鋳塊Cと下型4の間に隙
間8を生じると、鋳塊Cから下型4への放熱が妨げら
れ、鋳塊Cの下端部が再溶解する再溶解部分から割れが
生じることもある。尚、鋳造の初期段階を終えた定常段
階になると、上記鋳型1内に供給された溶湯Mは、鋳型
1との接触により冷却され、その周表面に厚さ約10m
m程の薄い凝固層を順次形成し、垂直方向に長いビレッ
トBとなる。In the initial stage of the casting,
The lower end of the ingot C pulled down from the mold 1 is quenched by the cooling water W, the temperature of the portion drops sharply, and the temperature gradient along the vertical direction of the ingot C increases, so that the inside of the ingot C Induces thermal stress. At the same time, the temperature gradient between the peripheral surface and the central portion of the ingot C also increases, and a thermal stress similarly occurs. Further, the ingot C is rapidly cooled by contact with the lower mold 4 and similarly generates thermal stress. These thermal stresses, as shown in FIG.
This causes hot cracks 6 at the lower end of the ingot C.
Further, a tensile stress is generated by the crack 6, and a vertical crack is easily generated inside the ingot C. Further, when a gap 8 is formed between the ingot C and the lower mold 4, heat radiation from the ingot C to the lower mold 4 is prevented, and a crack is generated from a remelted portion where the lower end of the ingot C is remelted. There is also. In the steady stage after the initial stage of casting, the molten metal M supplied into the mold 1 is cooled by contact with the mold 1 and has a thickness of about 10 m on its peripheral surface.
A thin solidified layer having a thickness of about m is sequentially formed, and the billet B is elongated in the vertical direction.
【0004】以上の鋳塊の鋳造初期段階の割れ等を防止
して、鋳塊品質を改善するため、次のような方法が提案
されている。即ち、鋳型内の湯面レベルを低くして鋳造
する低湯面レベル鋳造や、鋳造速度を減少させる鋳造方
法である。しかし、これらの方法では湯漏れが発生する
危険がある。更に、冷却水量を減らす方法もあるが、こ
れによる冷却速度の調整には限界がある。従って、何れ
の方法によっても、鋳造初期段階における割れ等の欠陥
を防ぐことは、品種によっては困難であった。[0004] The following methods have been proposed in order to improve the quality of ingots by preventing cracks and the like in the initial stage of casting of the ingots. In other words, there are low-level casting that lowers the level in the mold and casting, and a casting method that reduces the casting speed. However, in these methods, there is a risk that hot water leaks. Furthermore, there is a method of reducing the amount of cooling water, but there is a limit to the adjustment of the cooling rate. Therefore, it is difficult to prevent defects such as cracks in the initial stage of casting by any method depending on the type.
【0005】[0005]
【発明が解決すべき課題】本発明は、以上に説明した従
来の技術における問題点を解決し、複雑な設備を用い
ず、簡便な方法で鋳造初期段階における割れ欠陥を確実
に予防できるアルミニウム合金ビレットの垂直連続鋳造
方法を提案することを課題とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and uses an aluminum alloy which can reliably prevent cracking defects at an early stage of casting by a simple method without using complicated equipment. An object of the present invention is to propose a vertical continuous casting method for billets.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、垂直連続鋳造の初期段階におけるビレット
の内部歪みと実測破断歪みとを比較することに着想して
得られたものである。即ち、本発明のアルミニウム合金
ビレットの垂直連続鋳造方法は、アルミニウム合金を所
要形状のビレットに連続鋳造するに際し、係る鋳造過程
における弾・塑性変形解析により得られる相当塑性歪み
値(ε)を、当該アルミニウム合金の実測破断歪み値(ε
c)以下の範囲内とするように鋳造条件を制御する、こ
とを特徴とする。これによれば、予め計算で得られる相
当塑性歪み値(ε)を基準とし、これが実測破断歪み値
(εc)以下になるように、鋳造速度や冷却速度等の鋳造
条件を制御することにより、初期段階での割れ欠陥を確
実に防止することが可能となる。尚、相当塑性歪み値
(ε)は、凝固過程におけるビレット各部に生じる最大相
当塑性歪み(計算値)であり、実測破断歪み値(εc)は、
当該合金の固液共存域及び固相域における高温引張試験
で得られた破断歪み(実測値)である。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been conceived by comparing the internal strain of a billet with an actually measured breaking strain in an initial stage of vertical continuous casting. . That is, the vertical continuous casting method of the aluminum alloy billet of the present invention, when continuously casting an aluminum alloy into a billet of a required shape, the equivalent plastic strain value (ε) obtained by elastic-plastic deformation analysis in the casting process, The measured fracture strain value (ε
c) The casting condition is controlled so as to fall within the following range. According to this, based on the equivalent plastic strain value (ε) obtained in advance by calculation, this is the measured breaking strain value.
By controlling the casting conditions such as the casting speed and the cooling speed so as to be not more than (εc), it is possible to reliably prevent crack defects at the initial stage. The equivalent plastic strain value
(ε) is the maximum equivalent plastic strain (calculated value) generated in each part of the billet during the solidification process, and the measured breaking strain value (εc) is
4 is a fracture strain (actually measured value) obtained by a high-temperature tensile test in a solid-liquid coexistence region and a solid phase region of the alloy.
【0007】本発明のもう一つのアルミニウム合金ビレ
ットの垂直連続鋳造方法は、アルミニウム合金を所要形
状のビレットに連続鋳造するに際し、係る鋳造過程にお
ける弾・塑性変形解析により得られる相当塑性歪み値
(ε)を、上記合金の固相率0.8以下に相当する温度範囲
を除き、当該アルミニウム合金の実測破断歪み値(εc)
以下の範囲内とするように鋳造条件を制御する、ことを
特徴とする。According to another vertical continuous casting method of an aluminum alloy billet of the present invention, when an aluminum alloy is continuously cast into a billet having a required shape, an equivalent plastic strain value obtained by elasto-plastic deformation analysis in the casting process.
(ε) is the measured breaking strain value (εc) of the aluminum alloy except for a temperature range corresponding to a solid fraction of 0.8 or less of the alloy.
It is characterized in that casting conditions are controlled so as to fall within the following range.
【0008】これによれば、冷却温度域のうち固相率が
0.8以下の温度範囲では、相当塑性歪み値(ε)が実測破
断歪み値(εc)を越え、変形による微細な割れが生じて
も、残留溶湯が係る割れ目内に浸入し、当該割れが治癒
され得る。従って、上記固相率0.8以下に相当する温
度範囲内は例外とし、且つそれ以外の温度域では原則通
り相当塑性歪み値(ε)を、実測破断歪み値(εc)以下の
範囲内とするように鋳造条件を制御する。これによっ
て、アルミニウム合金ビレットの垂直連続鋳造の初期段
階における割れ欠陥を確実で且つ精緻にして防止するこ
とが可能となる。According to this, in the cooling temperature range, in the temperature range where the solid fraction is 0.8 or less, the equivalent plastic strain value (ε) exceeds the measured breaking strain value (εc), and fine cracks due to deformation are generated. Even if it occurs, the residual molten metal penetrates into the crack and the crack can be healed. Therefore, the temperature range corresponding to the solid fraction of 0.8 or less is an exception, and in other temperature ranges, the equivalent plastic strain value (ε) is, as a rule, within the range of the measured breaking strain value (εc) or less. To control the casting conditions. This makes it possible to reliably and precisely prevent cracking defects in the initial stage of vertical continuous casting of an aluminum alloy billet.
【0009】また、前記連続鋳造する際、その鋳造条件
である鋳造速度(V)とビオ数(Bi)との積を冷却パラメ
ータとし、該冷却パラメータ値を、0.0055m/s以
下とする、アルミニウム合金ビレットの垂直連続鋳造方
法が含まれる。尚、上記ビオ数(Bi)は、固体と流体中
の熱流に対する抵抗を示す指標であって、ビレットの表
面と第一次冷却媒体、第二次冷却媒体、及び/又は、第
三次冷却媒体との間における総括熱伝達係数(h)とビレ
ットの半径(R)との積を、当該アルミニウム合金の熱伝
導率(κ)で除した値(h×R/κ)である。上記のよう
に、冷却パラメータを適切に選択することにより、前記
相当塑性歪み値(ε)を実測破断歪み値(εc)以下の範囲
内に保ちつつ、確実に垂直連続鋳造が行えるので、割れ
欠陥のないアルミニウム合金ビレットを確実に鋳造する
ことができる。In the continuous casting, the product of the casting speed (V) and the number of bios (Bi), which are the casting conditions, is used as a cooling parameter, and the cooling parameter value is set to 0.0055 m / s or less. Includes the method of vertical continuous casting of aluminum alloy billets. The Biot number (Bi) is an index indicating the resistance to heat flow in a solid and a fluid, and indicates the surface of the billet and the primary cooling medium, the secondary cooling medium, and / or the tertiary cooling medium. Is the value (h × R / κ) obtained by dividing the product of the overall heat transfer coefficient (h) and the radius (R) of the billet by the thermal conductivity (κ) of the aluminum alloy. As described above, by appropriately selecting the cooling parameter, vertical continuous casting can be reliably performed while maintaining the equivalent plastic strain value (ε) within the range of the measured breaking strain value (εc) or less. Can be cast reliably without any aluminum alloy billets.
【0010】上記の具体的な発明態様として、特に、前
記連続鋳造する際に、アルミニウム合金の溶湯を注湯す
る筒形状の強制冷却鋳型からなる第一次冷却媒体と、こ
の媒体の下側に配置したリング形のワイパーとを用い、
上記第一次冷却媒体における内周面の下端のノズルか
ら、ビレットの周表面を冷却する第二次冷却媒体を噴射
し、該第二次冷却媒体の下部で上記ワイパーにより該第
二次冷却媒体を外部に排出すると共に、上記第一次冷却
媒体及びワイパーから下方に垂下したビレットの周表面
に第三次冷却媒体を吹き付ける、アルミニウム合金ビレ
ットの垂直連続鋳造方法が含まれる。この多段冷却鋳造
方法によれば、ビレット内部の相当塑性歪みを緩和でき
るので、ワイパーのない状態で割れを生じた鋳造速度に
よる場合や、大径のビレットを鋳造する場合であって
も、アルミニウム合金ビレットの垂直連続鋳造の初期段
階における割れ欠陥を確実に防止することができる。As a specific embodiment of the present invention, in particular, a primary cooling medium composed of a cylindrical shaped forced cooling mold for pouring a molten aluminum alloy during the continuous casting, Using the arranged ring-shaped wiper,
From the nozzle at the lower end of the inner peripheral surface of the primary cooling medium, a secondary cooling medium that cools the peripheral surface of the billet is jetted, and the secondary cooling medium is below the secondary cooling medium by the wiper. And a method of vertically casting an aluminum alloy billet, wherein a third cooling medium is sprayed on the peripheral surface of the billet hanging down from the primary cooling medium and the wiper. According to this multi-stage cooling casting method, the equivalent plastic strain inside the billet can be alleviated, so even when casting at a casting speed where cracks occur without a wiper or when casting a large diameter billet, aluminum alloy is used. Crack defects at the initial stage of the vertical continuous casting of the billet can be reliably prevented.
【0011】加えて、前記ビレットの直径が300mm
以上の場合においては、第二次冷却帯の縦寸法(L)を4
5mm以下とした、アルミニウム合金ビレットの垂直連
続鋳造方法が含まれる。これによれば、ビレット各部の
相当塑性歪み値(ε)を、実測破断歪み値(εc)よりも小
さくすることが容易にできるので、ビレットの割れ欠陥
を確実に防止することができる。尚、上記第二次冷却帯
の縦寸法(L)とは、前記鋳型の下端から噴出する第二次
冷却媒体が、ビレット表面に当たる上端の位置からワイ
パーの下端(ワイパーにおける水平片の上端)までの距離
を指す。In addition, the billet has a diameter of 300 mm.
In the above case, the vertical dimension (L) of the secondary cooling zone should be 4
A vertical continuous casting method of an aluminum alloy billet having a diameter of 5 mm or less is included. According to this, since the equivalent plastic strain value (ε) of each part of the billet can be easily made smaller than the measured breaking strain value (εc), it is possible to reliably prevent the billet from cracking. In addition, the vertical dimension (L) of the secondary cooling zone means that the secondary cooling medium ejected from the lower end of the mold is from the upper end position hitting the billet surface to the lower end of the wiper (the upper end of the horizontal piece in the wiper). Refers to the distance.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下において本発明の実施に好適
な形態を図面と共に説明する。図1は、一般的なアルミ
ニウム合金ビレットの垂直連続鋳造方法を示す。図示の
ように、略円筒形状であり垂直断面が矩形で中空構造の
強制冷却鋳型(第一次冷却媒体)1内に、その内側に立設
した注湯筒10と、これにガイドされたフロート兼用の
分流板12とを介してアルミニウム合金の溶湯Mを鋳込
む。上記鋳型1における内周面の下端には、斜め下向き
にスリット状のノズル2が形成され、ここから噴射され
る冷却水W(第二次冷却媒体)により鋳塊Cの周表面を冷
却する。溶湯Mは鋳型1及び冷却水Wにより冷却され、
凝固界面Fを経て、鋳塊Cとなる。係る鋳塊Cは、予め
鋳型1中に挿入されていた下型4をその昇降軸5と共
に、下降させることにより、鋳型1の下方に引き下ろさ
れてビレットBとなる。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a general vertical continuous casting method of an aluminum alloy billet. As shown in the figure, a pouring cylinder 10 erected inside a forced cooling mold (primary cooling medium) 1 having a substantially cylindrical shape and a rectangular vertical cross section and a hollow structure, and a float guided by the pouring cylinder 10. The molten metal M of the aluminum alloy is cast via the shared flow plate 12. At the lower end of the inner peripheral surface of the mold 1, a slit-shaped nozzle 2 is formed obliquely downward and the peripheral surface of the ingot C is cooled by cooling water W (secondary cooling medium) sprayed from the nozzle. The molten metal M is cooled by the mold 1 and the cooling water W,
Through the solidification interface F, the ingot C is formed. The ingot C is lowered below the mold 1 by lowering the lower mold 4 previously inserted into the mold 1 together with the elevating shaft 5 to form a billet B.
【0013】また、図2は、前記鋳型1の下側に平面視
でリング形で断面略L字形のワイパー3を配置した状態
を示し、その外側には冷却水Wの排水孔3aを形成して
いる。係るワイパー3を用いて、第二次冷却媒体である
冷却水Wを外部に排出し、係る冷却水Wによる冷却速度
を調整し、且つその下側で鋳塊Cの周表面に例えば工業
用エアa(第三次冷却媒体)を吹き付けることにより、鋳
塊Cの冷却速度を制御する多段冷却鋳造を行うことがで
きる。従って、鋳塊C内部における熱応力による歪みを
緩和でき、ビレットBの初期鋳造段階における割れ欠陥
を確実に防止することが可能となる。図2中の符号L
は、第二次冷却帯の縦寸法を示す。尚、第二次・第三次
冷却媒体は、上記の形態に限定されず、適切な冷却パラ
メータが得られるような他の媒体や、それらの組合せを
選定しても良い。FIG. 2 shows a state in which a wiper 3 having a ring shape and a substantially L-shaped cross section in a plan view is disposed below the mold 1, and a drain hole 3a for cooling water W is formed outside the wiper 3. ing. By using the wiper 3, the cooling water W as the secondary cooling medium is discharged to the outside, the cooling speed by the cooling water W is adjusted, and the lower surface of the cooling water W By spraying a (tertiary cooling medium), it is possible to perform multi-stage cooling casting for controlling the cooling rate of the ingot C. Therefore, distortion due to thermal stress in the ingot C can be reduced, and crack defects in the initial casting stage of the billet B can be reliably prevented. Symbol L in FIG.
Indicates the vertical dimension of the secondary cooling zone. Note that the secondary and tertiary cooling media are not limited to the above-described embodiment, and other media that can obtain appropriate cooling parameters and combinations thereof may be selected.
【0014】本発明では、図1及び図2に示した鋳造装
置を用いることを前提とし、鋳造されるビレットBにつ
いて、凝固熱及び熱変形応力解析を行うことにより、ビ
レットB内部の相当塑性歪み(ε)を算出する。そして、
この相当塑性歪み(ε)のビレットB内部における分布の
推移を検討した結果、後述するように、鋳造初期段階に
おけるビレットBの割れ欠陥は、その鋳込み先端(下端)
の中心部から発生することを見出した。尚、相当塑性歪
み値(ε)は、凝固過程におけるビレットBの各部に生じ
る最大相当塑性歪み(計算値)である。In the present invention, it is assumed that the casting apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is used, and the equivalent plastic strain inside the billet B is analyzed by performing the heat of solidification and the thermal deformation stress analysis on the billet B to be cast. Calculate (ε). And
As a result of examining the transition of the distribution of the equivalent plastic strain (ε) inside the billet B, as will be described later, the crack defect of the billet B in the initial stage of casting is caused by the casting tip (lower end).
Found to occur from the center. The equivalent plastic strain value (ε) is the maximum equivalent plastic strain (calculated value) generated in each part of the billet B during the solidification process.
【0015】係る知見に基づき、鋳造速度を変えて、ビ
レットBの鋳込み先端の各部において、係る先端からの
距離ごとに応じた相当塑性歪み(ε)と、当該合金組成を
有するビレットBの破断歪み(εc)の測定値とを比較し
た。この結果、原則として予め解析で得られた相当塑性
歪み(ε)が、実測破断歪み(εc)よりも小さい場合、割れ
欠陥が発生しないことを見出した。尚、実測破断歪み値
(εc)は、400℃から全固液共存域の温度範囲での引
張試験で得られた破断歪み(実測値)である。また、アル
ミニウム合金において固相率が低い範囲、即ち固相率が
0.8以下の範囲では、溶湯Mがある程度残留しているた
め、相当塑性歪み(ε)が実測破断歪み(εc)より大きく
ても割れを生じにくいことも見出した。これは、熱変形
により生じた微細な割れ内に、残留する溶湯Mが浸入す
ることによって、割れが修復されるためである。Based on the knowledge, the casting speed was changed, and the equivalent plastic strain (ε) corresponding to the distance from the tip and the breaking strain of the billet B having the alloy composition were determined at each part of the casting tip of the billet B. The measured value of (εc) was compared. As a result, it has been found that, in principle, when the equivalent plastic strain (ε) obtained in advance by analysis is smaller than the measured breaking strain (εc), no crack defect occurs. The measured breaking strain value
(εc) is a breaking strain (actually measured value) obtained by a tensile test in a temperature range from 400 ° C. to a total solid-liquid coexistence region. Further, in the range where the solid phase ratio is low in the aluminum alloy, that is, in the range where the solid phase ratio is 0.8 or less, since the molten metal M remains to some extent, the equivalent plastic strain (ε) is larger than the measured breaking strain (εc). However, it was also found that cracking hardly occurred. This is because the remaining molten metal M penetrates into fine cracks generated by thermal deformation, thereby repairing the cracks.
【0016】また、上記の適正な範囲は、鋳造条件であ
るアルミニウム合金の鋳造速度(V)とビオ数(Bi)との
積である冷却パラメータが、0.0055m/s以下と
なるように鋳造条件を制御することにより求められる。
尚、上記ビオ数(Bi)は、固体と流体中の熱流に対する
抵抗を示す指標で、ビレットの表面と第一次冷却媒体
(鋳型1)、第二次冷却媒体(冷却水W)、及び/又は、第
三次冷却媒体(エアa)との間における総括熱伝達係数
(h)とビレットの半径(R)との積を、当該合金の熱伝導
率(κ)で除した値(h×R/κ)である。従って、上記冷
却パラメータが、0.0055m/s以下となる総括熱
伝達係数(h)を得るべく、第一次冷却媒体、第二次冷却
媒体、及び/又は、第三次冷却媒体の種類や流量の組合
せ等を、事前に選択・計算することにより、ビレットの
適正な鋳造条件を容易に設定することができる。The above-mentioned appropriate range is set so that the cooling parameter, which is the product of the casting speed (V) of the aluminum alloy and the bio number (Bi), which is the casting condition, is 0.0055 m / s or less. It is determined by controlling the conditions.
The Biot number (Bi) is an index indicating the resistance to heat flow in a solid and a fluid, and indicates the surface of the billet and the primary cooling medium.
Overall heat transfer coefficient between (mold 1), secondary cooling medium (cooling water W), and / or tertiary cooling medium (air a)
This is a value (h × R / κ) obtained by dividing the product of (h) and the radius (R) of the billet by the thermal conductivity (κ) of the alloy. Therefore, in order to obtain the overall heat transfer coefficient (h) in which the cooling parameter is 0.0055 m / s or less, the type of the primary cooling medium, the secondary cooling medium, and / or the tertiary cooling medium, By selecting and calculating a combination of flow rates in advance, it is possible to easily set appropriate billet casting conditions.
【0017】[0017]
【実施例】以下において、本発明の具体的な実施例につ
いて説明する。先ず、前記図1に示した垂直連続鋳造装
置によって得られる直径325mmの6000系のアル
ミニウム合金のビレットBに対して、凝固熱解析と、こ
れにて得られる温度場を温度荷重としてビレット鋳造過
程の熱変形応力解析により、内部相当塑性歪み(ε)を計
算した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. First, a solidification heat analysis was performed on a billet B of 6000 series aluminum alloy having a diameter of 325 mm obtained by the vertical continuous casting apparatus shown in FIG. The internal equivalent plastic strain (ε) was calculated by thermal deformation stress analysis.
【0018】凝固熱解析は、上記ビレットBの鋳込み先
端から600mmを対象とし、幾何学的および熱的に軸
対称と仮定する軸対称モデルとした。また、解析領域
は、ビレットBのメタル(溶湯M+鋳塊C)、鋳型1、及
び、下型4を含め、ビレットBの半径方向で165mm、
軸方向で675mmとし、両方向共に5mm間隔で等分
割した。更に、解析手法は、直接差分外節点法により鋳
塊Cの凝固過程における非定常熱伝導解析を行った。上
記合金の凝固潜熱は、示差走査熱量測定器(DSC)を用
い、室温から720℃までの範囲で測定した。また、熱
伝導率の測定は、レーザフラッシュ法を用いて、室温、
300℃、及び600℃の三点で行った。係る凝固解析
で使用したビレットB、鋳型1、及び下型4の各物性値
を表1に示す。The heat of solidification analysis was an axially symmetric model which was assumed to be geometrically and thermally symmetrical with respect to 600 mm from the casting tip of the billet B. The analysis area includes the metal of the billet B (the molten metal M + the ingot C), the mold 1, and the lower mold 4, and is 165 mm in the radial direction of the billet B.
It was set to 675 mm in the axial direction, and equally divided at 5 mm intervals in both directions. Further, as an analysis method, an unsteady heat conduction analysis in a solidification process of the ingot C was performed by a direct difference outer node method. The latent heat of solidification of the alloy was measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in a range from room temperature to 720 ° C. The thermal conductivity was measured at room temperature using the laser flash method.
The test was performed at 300 ° C. and 600 ° C. Table 1 shows the physical property values of the billet B, the mold 1, and the lower mold 4 used in the solidification analysis.
【0019】尚、固相率は、発明者らが提案した方法で
固相率と温度との関係により計算した。これは、断熱型
比熱測定装置(真空理工(株)製)を用いて、室温から97
3Kまでの比熱を連続的に測定し、測定した固液共存域
における比熱−温度曲線から固相率を求める方法であ
る。この場合、ある温度における固相率(fs)は、その温
度を通過した際に吸収した熱量(Si)を全吸収熱量(Sto
tal)で割った値とする。図3に、比熱−温度曲線から計
算したあるアルミニウム合金の固相率と温度の関係の一
例を示す。即ち、図3中ではハッチングで示す上記熱量
(Si)と全吸収熱量(Stotal)を示し、且つ図3中の(注)
内にこれらの算出式(※1,※2)を示した。The solid fraction was calculated from the relationship between the solid fraction and the temperature by the method proposed by the inventors. This was measured by using an adiabatic specific heat measurement device (manufactured by Vacuum Riko Co., Ltd.) from room temperature to 97
In this method, the specific heat up to 3 K is continuously measured, and the solid fraction is determined from the specific heat-temperature curve in the measured solid-liquid coexistence region. In this case, the solid fraction (fs) at a certain temperature is obtained by dividing the amount of heat absorbed (Si) when passing through that temperature by the total absorbed heat (Sto).
tal). FIG. 3 shows an example of the relationship between the solid fraction and the temperature of an aluminum alloy calculated from the specific heat-temperature curve. That is, the amount of heat indicated by hatching in FIG.
(Si) and total absorbed heat (Stotal), and (Note) in FIG.
The calculation formulas (* 1 , * 2 ) are shown in parentheses.
【0020】[0020]
【表1】 [Table 1]
【0021】次に、熱変形応力解析を行った。これの対
象もメタル(溶湯M+鋳塊C)、鋳型1、及び下型4であ
るが、鋳型1と下型4は剛体と仮定し熱変形を考慮しな
い。解析対象は、ビレットBにおける鋳込み先端から鋳
造長さ300mmまでとし、幾何学的および力学的に軸
対称と仮定し、二次元軸対称弾塑性モデルとした。ま
た、解析コードは、有限要素法汎用解析プログラム「A
NSYS Ver5.4」であり、要素としてメタル領域
は二次元構造ソリッド(PLANE42)を、鋳型1と下
型4は二次元ポイント(CONTACT12)を用いた。Next, a thermal deformation stress analysis was performed. The objects of this are also a metal (melt M + ingot C), a mold 1, and a lower mold 4, but the mold 1 and the lower mold 4 are assumed to be rigid bodies and do not consider thermal deformation. The analysis target was a casting length of 300 mm from the casting tip of the billet B, assumed to be geometrically and mechanically axisymmetric, and a two-dimensional axisymmetric elasto-plastic model was used. The analysis code is a finite element method general-purpose analysis program “A
NSYS Ver 5.4 ", the metal region was a two-dimensional structural solid (PLANE42) as an element, and the mold 1 and the lower mold 4 were two-dimensional points (CONTACT 12).
【0022】以上の各解析を基にして、弾塑性解析で計
算したビレットB内部の相当塑性歪み(ε)の分布を図4
に示す。図4(A)に示すように、鋳込み開始から100
mmまでの範囲では、相当塑性歪み(ε)は当該ビレット
B1の表層(周面)近傍で最大となっている。また、図4
(B),(C)に示すように、鋳込み長さの増加に伴って溶湯
Mの凝固収縮により、相当塑性歪み(ε)の最大部分は、
該ビレットB2,B3の中心部へ移動する。特に、鋳造
長さが200mmの時点において、鋳込み先端から40
〜70mmの中心部の位置で相当塑性歪み(ε)の値が最
大となった。FIG. 4 shows the distribution of equivalent plastic strain (ε) inside billet B calculated by elasto-plastic analysis based on each of the above analyses.
Shown in As shown in FIG.
In the range up to mm, the equivalent plastic strain (ε) is maximum near the surface layer (peripheral surface) of the billet B1. FIG.
As shown in (B) and (C), the largest part of the equivalent plastic strain (ε) is caused by the solidification shrinkage of the molten metal M with the increase in the casting length.
The billet moves to the center of the billets B2 and B3. In particular, when the casting length is 200 mm, 40 mm from the casting tip
The value of the equivalent plastic strain (ε) became the maximum at the position of the center of 70 mm.
【0023】これは、鋳型1からの冷却水Wの急冷によ
り、ビレットBにおける表層部と中心部との温度が大き
くなるため、表層部及び中心部間における剛性の差も大
きくなり、中心部における凝固収縮が表層部に阻害され
た結果、中心部に大きな引張歪みが発生したことによ
る。更に、図4(B),(C)に示すように、ビレットB2,
B3の鋳込み長さに拘わらず、相当塑性歪み(ε)の最大
部分は、何れも鋳込み先端から約40〜70mmの範囲
内で発生している。これにより、ビレットBの割れは、
鋳込み先端の中心部から発生する危険が高いことが判
る。This is because the quenching of the cooling water W from the mold 1 increases the temperature between the surface layer and the center of the billet B, so that the difference in rigidity between the surface layer and the center also increases. This is because a large tensile strain was generated in the center as a result of the solidification shrinkage being inhibited in the surface layer. Further, as shown in FIGS. 4B and 4C, billets B2 and
Regardless of the casting length of B3, the maximum part of the equivalent plastic strain (ε) is generated within a range of about 40 to 70 mm from the casting tip. Thereby, the crack of billet B is
It can be seen that there is a high danger generated from the center of the casting tip.
【0024】次いで、図5(A)に示すように、前記図1
の鋳造装置及び前記アルミニウム合金を用い、鋳造速度
(V)を42mm/分とし、ビレットBの中心部における
鋳込み先端から30〜120mmの各位置における相当
塑性歪み(ε)の計算値と、引張試験で得られたビレット
Bの破断歪み(εc)とを、鋳造時における温度履歴のグ
ラフで示した。このグラフで示すように、前記解析で計
算された相当塑性歪み(ε)は、各位置において全て破断
歪み(εc)よりも小さかった。従って、上記鋳造速度で
鋳造したビレットBには、割れが発生しないことが予測
できる。Next, as shown in FIG.
Casting speed using the casting device and the aluminum alloy
(V) was set to 42 mm / min, the calculated value of the equivalent plastic strain (ε) at each position 30 to 120 mm from the casting tip in the center of the billet B, and the breaking strain (εc) of the billet B obtained by the tensile test Are shown in a graph of the temperature history at the time of casting. As shown in this graph, the equivalent plastic strain (ε) calculated in the above analysis was smaller than the breaking strain (εc) at each position. Therefore, it can be predicted that the billet B cast at the above casting speed does not crack.
【0025】また、図5(B)に示すように、前記同様の
条件で且つ鋳造速度(V)を50mm/分とし、ビレット
Bの前記と同じ位置における相当塑性歪み(ε)の計算値
と、破断歪み(εc)の変化をグラフとした。図5(B)の
グラフに示すように、鋳込み先端から50,100mm
の位置における相当塑性歪み(ε)は、それぞれ611
℃、614℃の時点で破断歪み(εc)よりも大きくなっ
たが、その他の温度及びその他の位置では相当塑性歪み
(ε)は全て破断歪み(εc)よりも小さくなった。ところ
で、破断歪み(εc)よりも相当塑性歪み(ε)が大きくな
った上記50,100mmの位置では本来割れが発生す
る筈である。しかし、実際の鋳造では、鋳造速度50m
m/分でも得られたビレットBには割れは認められなか
った。Further, as shown in FIG. 5 (B), under the same conditions as above and at a casting speed (V) of 50 mm / min, the calculated value of the equivalent plastic strain (ε) at the same position of the billet B as described above was obtained. The change in breaking strain (εc) was plotted as a graph. As shown in the graph of FIG.
Equivalent plastic strain (ε) at the position of
° C, at 614 ° C, it became larger than the breaking strain (εc), but at other temperatures and other positions, the equivalent plastic strain
(ε) were all smaller than the breaking strain (εc). By the way, cracks should be originally generated at the 50 and 100 mm positions where the equivalent plastic strain (ε) is larger than the breaking strain (εc). However, in actual casting, the casting speed is 50 m
No crack was observed in the billet B obtained at m / min.
【0026】上記相当塑性歪み(ε)が破断歪み(εc)よ
りも大きくなった状態が生じた温度範囲は、固相率0.8
以下(具体的には612℃〜620℃)の範囲にある。こ
のため、変形によりビレットBに微細な割れが生じて
も、上記温度範囲では固相率が低く、残留する溶湯Mが
ある程度存在しているので、係る溶湯Mが上記割れ内に
浸入するため、割れが修復されたものである。換言すれ
ば、固相率が0.8以下となる温度範囲では、例外とし
て相当塑性歪み(ε)が破断歪み(εc)よりも大きくなっ
ても割れの修復は可能である。しかし、これ以下の温度
域では原則通り相当塑性歪み(ε)を破断歪み(εc)より
も小さくなるように、鋳造速度等を選択することによっ
て、ビレットBの割れ欠陥を確実に予防することが可能
となる。The temperature range in which the above-mentioned equivalent plastic strain (ε) became larger than the breaking strain (εc) occurred when the solid fraction was 0.8.
(Specifically, 612 ° C. to 620 ° C.). For this reason, even if fine cracks occur in the billet B due to deformation, the solid fraction is low in the above-mentioned temperature range, and the remaining molten metal M exists to some extent, so that the molten metal M enters the cracks. The crack has been repaired. In other words, in the temperature range where the solid fraction is 0.8 or less, even if the equivalent plastic strain (ε) becomes larger than the breaking strain (εc), the crack can be repaired. However, in the temperature range below this, it is possible to reliably prevent the crack defect of the billet B by selecting the casting speed and the like so that, in principle, the equivalent plastic strain (ε) becomes smaller than the breaking strain (εc). It becomes possible.
【0027】更に、図6に示すように、前記同様の条件
で且つ鋳造速度(V)を55mm/分とし、ビレットBの
前記と同じ位置における相当塑性歪み(ε)の計算値と、
ビレットBの破断歪み(εc)の変化をグラフとした。図
6のグラフに示すように、鋳込み先端から30,50,7
0,100mmの位置における相当塑性歪み(ε)は、それ
ぞれ615℃、614℃、594℃、613℃の時点で破
断歪み(εc)よりも大きくなったが、その他の温度及び
その他の位置では相当塑性歪み(ε)は全て破断歪み(ε
c)よりも小さかった。Further, as shown in FIG. 6, under the same conditions as above and at a casting speed (V) of 55 mm / min, the calculated value of the equivalent plastic strain (ε) at the same position of the billet B as
The change in breaking strain (εc) of billet B was plotted as a graph. As shown in the graph of FIG.
The equivalent plastic strain (ε) at the position of 0,100 mm was larger than the breaking strain (εc) at 615 ° C., 614 ° C., 594 ° C., and 613 ° C., respectively, but was significant at other temperatures and other positions. All plastic strains (ε)
It was smaller than c).
【0028】さて、破断歪み(εc)よりも相当塑性歪み
(ε)が大きくなった上記30,50,100mmの位置に
おける温度では、固相率が0.8以下であるため、本来発
生する割れが治癒され得ると予測できる。一方、上記7
0mmの位置での相当塑性歪み(ε)が破断歪み(εc)よ
りも大きくなった温度域は、対応する固相率が0.88と
高いため、割れの治癒は不可能になると予測できる。そ
して、実際の鋳造において、鋳造速度55mm/分で得
られたビレットBの上記位置付近には割れ欠陥が認めら
れ、上記予測の正確さが裏付けられた。また、割れを有
する上記ビレットBの破断面を観察した結果、この割れ
は固液共存域で発生していたことが判明し、上述の予測
通りであった。Now, the equivalent plastic strain is larger than the breaking strain (εc).
At the temperatures at the above-mentioned 30, 50, and 100 mm positions where (ε) has increased, since the solid fraction is 0.8 or less, it can be predicted that cracks originally occurring can be cured. On the other hand, 7
In the temperature range where the equivalent plastic strain (ε) at the position of 0 mm becomes larger than the breaking strain (εc), the corresponding solid phase ratio is as high as 0.88, so that it can be predicted that the crack cannot be cured. Then, in actual casting, a crack defect was observed in the vicinity of the above position of the billet B obtained at a casting speed of 55 mm / min, confirming the accuracy of the prediction. Further, as a result of observing the fracture surface of the billet B having cracks, it was found that the cracks occurred in the solid-liquid coexistence region, which was as predicted above.
【0029】図7は、前記図1の鋳造装置と前記アルミ
ニウム合金を用いた場合において、鋳造条件である鋳造
速度(V)とビオ数(Bi)との積である冷却パラメータを
変化させた際、ビレットBの中心部における相当塑性歪
み(ε)と実測破断歪み(εc)の比(ε/εc)の変化を示
すグラフである。尚、ビオ数(Bi)は、固体と流体中の
熱流に対する抵抗を示す指標で、ビレットの表面と第一
次冷却媒体、第二次冷却媒体、及び/又は、第三次冷却媒
体との間における総括熱伝達係数(h)とビレットの半径
(R)との積を当該合金の熱伝導率(κ)で除した値(h×
R/κ)である。FIG. 7 is a graph showing a case where a cooling parameter, which is a product of a casting speed (V) and a bio number (Bi), which is a casting condition, is changed when the casting apparatus of FIG. 1 and the aluminum alloy are used. 7 is a graph showing a change in the ratio (ε / εc) between the equivalent plastic strain (ε) and the measured breaking strain (εc) at the center of the billet B. The Biot number (Bi) is an index indicating resistance to heat flow in a solid and a fluid, and is a value between the billet surface and the primary cooling medium, the secondary cooling medium, and / or the tertiary cooling medium. Heat transfer coefficient (h) and billet radius in the field
(R) divided by the thermal conductivity (κ) of the alloy (h ×
R / κ).
【0030】図7のグラフに示すように、冷却パラメー
タ(V×Bi)の増加に伴って、上記比(ε/εc)も増加
する。そして、比(ε/εc)が1である冷却パラメータ
(V×Bi)は、上記グラフ中に破線で示す0.0055m
/sである。従って、係るパラメータ(V×Bi)を0.
0055m/s以下とするよう、鋳造速度等の条件を制
御することにより、垂直連続鋳造方法において、アルミ
ニウム合金のビレットBの割れ欠陥を確実に予防するこ
とができる。尚、図5(A),(B)及び図6に示した各グ
ラフを含め、前記図1の鋳造装置とアルミニウム合金を
用い、鋳造速度(V)及び冷却パラメータ(V×Bi)を変
化させた実施例1〜3及び比較例1〜3を表2に示す。
表2の結果においても、前述した鋳造速度(V)と割れの
関係や上述した冷却パラメータ(V×Bi)と割れの関係
が裏付けられる。As shown in the graph of FIG. 7, as the cooling parameter (V × Bi) increases, the ratio (ε / εc) also increases. And a cooling parameter with a ratio (ε / εc) of 1
(V × Bi) is 0.0055 m shown by a broken line in the above graph.
/ S. Therefore, the parameter (V × Bi) is set to 0.
By controlling the conditions such as the casting speed so as to be 0055 m / s or less, it is possible to reliably prevent the crack defect of the billet B of the aluminum alloy in the vertical continuous casting method. In addition, using the casting apparatus of FIG. 1 and the aluminum alloy, including the respective graphs shown in FIGS. 5 (A), (B) and FIG. 6, the casting speed (V) and the cooling parameter (V × Bi) were changed. Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 2.
The results in Table 2 also support the relationship between the casting speed (V) and the crack described above, and the relationship between the cooling parameter (V × Bi) and the crack described above.
【0031】[0031]
【表2】 [Table 2]
【0032】前記図2のワイパー3を併有する鋳造装置
及び前記と同じアルミニウム合金を用い、第二次冷却帯
の縦寸法L(前記鋳型1の下端から噴出する第二次冷却
媒体たる冷却水WがビレットB表面に当たる上端の位置
からワイパー3における水平片の上端までの距離)と、冷
却パラメータ(V×Bi)を変化させた多段冷却鋳造方法
を行った。図8〜図10は、係る鋳造方法において、ビ
レットBの中心部における鋳込み先端から20〜140
mmの各位置における相当塑性歪み(ε)の計算値と、実
際に鋳造したビレットBにおける破断歪み(εc)の、鋳
造時における温度履歴のグラフで示す。Using a casting apparatus having the wiper 3 shown in FIG. 2 and the same aluminum alloy as above, the vertical dimension L of the secondary cooling zone (the cooling water W as a secondary cooling medium ejected from the lower end of the mold 1) (A distance from the upper end position of the wiper 3 to the upper end of the horizontal piece of the wiper B) and the cooling parameter (V × Bi) were changed to perform a multi-stage cooling casting method. FIGS. 8 to 10 show that in the casting method, 20 to 140 from the casting tip at the center of the billet B.
The graph shows the calculated value of the equivalent plastic strain (ε) at each position of mm and the temperature history at the time of casting of the breaking strain (εc) of the actually cast billet B.
【0033】図8のグラフに示すように、鋳造速度が5
5mm/分でも、第二次冷却帯の縦寸法Lを30mmと
した徐冷の連続鋳造方法では、相当塑性歪み(ε)は、各位
置において全て破断歪み(εc)よりも小さくなり、冷却
パラメータも0.0051m/sで、0.0055m/
s未満となっている。そして、実際に上記と同じ条件で
鋳造したビレットBに割れは生じなかった。即ち、第二
次冷却帯の縦寸法L(ワイプオフ位置)を30mmとする
と、鋳型1からの冷却水Wによる急冷が緩和されるた
め、ビレットBの中心部における相当塑性歪み(ε)が破
断歪み(εc)よりかなり小さくなったため、割れなかっ
たものである。As shown in the graph of FIG.
Even at 5 mm / min, in the slow cooling continuous casting method in which the vertical dimension L of the secondary cooling zone is 30 mm, the equivalent plastic strain (ε) becomes smaller than the breaking strain (εc) at each position, and the cooling parameter 0.0005m / s at 0.0051m / s
s. The billet B actually cast under the same conditions as above did not crack. That is, if the vertical dimension L (wipe-off position) of the secondary cooling zone is 30 mm, rapid cooling by the cooling water W from the mold 1 is alleviated, and the equivalent plastic strain (ε) at the center of the billet B is reduced by the breaking strain. Since it was much smaller than (εc), it did not break.
【0034】一方、図9のグラフに示すように、鋳造速
度が55mm/分で且つ第二次冷却帯の縦寸法Lを45
mmとした弱冷の連続鋳造方法では、冷却パラメータ(V
×Bi)が0.0054m/sとなり、相当塑性歪み(ε)
は、鋳込み先端から30mm〜140mmの各位置で破
断歪み(εc)よりも全て小さくなった。しかも、実際に
上記と同じ条件で鋳造したビレットBでは、割れは生じ
なかった。これは、ワイパー3の縦寸法Lが45mmで
は冷却水Wによる急冷がかなり抑制されるため、ビレッ
トB中心部の相当塑性歪み(ε)が破断歪み(εc)より大
きくなっても割れなかったものである。On the other hand, as shown in the graph of FIG. 9, the casting speed is 55 mm / min, and the vertical dimension L of the secondary cooling zone is 45 mm.
mm, the cooling parameter (V
× Bi) becomes 0.0054 m / s, and the equivalent plastic strain (ε)
All became smaller than the breaking strain (εc) at each position of 30 mm to 140 mm from the casting tip. Moreover, the billet B actually cast under the same conditions as above did not crack. This is because when the vertical dimension L of the wiper 3 is 45 mm, the quenching by the cooling water W is considerably suppressed, so that even if the equivalent plastic strain (ε) at the center of the billet B becomes larger than the breaking strain (εc), it does not crack. It is.
【0035】更に、図10のグラフに示すように、鋳造
速度が55mm/分で且つ第二次冷却帯の縦寸法Lを5
0mmとした弱冷の連続鋳造方法では、冷却パラメータ
(V×Bi)が0.0061m/sとなり、相当塑性歪み
(ε)は鋳込み先端から120mmと140mmの位置で
破断歪み(εc)よりも大きくなった。また、実際に上記
と同じ条件で鋳造したビレットBには、割れが生じてい
た。これは、上記縦寸法Lが50mmでは冷却水Wによ
る急冷があまり緩和されないため、ビレットB中心部の
相当塑性歪み(ε)が破断歪み(εc)より大きくなり割れ
たものである。以上のように、前記図6のグラフの場合
と同じ鋳造速度55mm/分で鋳造したビレットBで
も、第二次冷却帯の縦寸法Lを調整する等によって冷却
パラメータを制御することにより、ビレットBの割れ発
生を予防し得ることが判る。割れを防ぐための係る第二
次冷却帯の縦寸法Lは、ビレットBのサイズにもよる
が、直径300mm以上のビレットBに対し第二次冷却
媒体として冷却水Wを使用する場合は、45mm以下に
することが望ましい。Further, as shown in the graph of FIG. 10, the casting speed was 55 mm / min, and the vertical dimension L of the secondary cooling zone was 5 mm.
In the continuous casting method with a low cooling of 0 mm, the cooling parameter
(V × Bi) becomes 0.0061 m / s and the equivalent plastic strain
(ε) became larger than the breaking strain (εc) at 120 mm and 140 mm from the casting tip. Further, the billet B actually cast under the same conditions as above had cracks. This is because when the vertical dimension L is 50 mm, the quenching by the cooling water W is not so much eased, so that the equivalent plastic strain (ε) at the center of the billet B becomes larger than the breaking strain (εc), and the billet B is broken. As described above, even in the billet B cast at the same casting speed of 55 mm / min as in the case of the graph of FIG. 6, the billet B is controlled by controlling the cooling parameter by adjusting the longitudinal dimension L of the secondary cooling zone. It can be seen that cracks can be prevented from occurring. The longitudinal dimension L of the secondary cooling zone for preventing cracking depends on the size of the billet B, but when using the cooling water W as the secondary cooling medium for the billet B having a diameter of 300 mm or more, 45 mm It is desirable to make the following.
【0036】尚、本発明の垂直連続鋳造方法は、前記合
金以外の6000系や7000系等のアルミニウム合金
を適用する場合にも、その高温引張試験での破断歪みを
実測することにより可能である。また、冷却パラメータ
値を0.0055m/s以下の範囲に設定すれば、これを
構成する鋳造速度(V)を鋳込み開始以降にて適宜変化さ
せることも可能である。例えば、ビレットBの径、鋳造
速度(V)、或いは冷却水量等を変化させた場合でも、冷
却パラメータを上記値以下の範囲に設定すれば、鋳造割
れを防止し得る。It should be noted that the vertical continuous casting method of the present invention can be applied to the case where an aluminum alloy other than the above alloys, such as 6000 series or 7000 series, is applied by actually measuring the strain at break in a high temperature tensile test. . If the cooling parameter value is set within the range of 0.0055 m / s or less, the casting speed (V) constituting the cooling parameter value can be appropriately changed after the start of casting. For example, even when the diameter of the billet B, the casting speed (V), the amount of cooling water, or the like is changed, casting cracks can be prevented by setting the cooling parameter within the above range.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上において説明したように、本発明の
垂直連続鋳造方法によれば、実測破断歪み値(εc)を基
準とし、予め計算により得られる相当塑性歪み値(ε)が
実測破断歪み値(εc)を上回らない範囲で、鋳造速度や
冷却速度等の鋳造条件を制御することにより、割れの主
原因である初期段階でのビレットの割れ欠陥を確実に防
止することが可能となる。従って、既存のアルミニウム
合金は勿論、種々の用途に応じた開発アルミニウム合金
についても、割れのないビレットとして、効率良く垂直
連続鋳造を行うことができる。As described above, according to the vertical continuous casting method of the present invention, the equivalent plastic strain value (ε) obtained in advance by the calculation based on the measured breaking strain value (εc) is used. By controlling the casting conditions such as the casting speed and the cooling speed within a range not exceeding the value (εc), it is possible to reliably prevent the billet crack defect in the initial stage, which is the main cause of the crack. Therefore, not only existing aluminum alloys but also developed aluminum alloys for various applications can be efficiently subjected to vertical continuous casting as crack-free billets.
【図1】本発明の垂直連続鋳造方法を示す概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a vertical continuous casting method of the present invention.
【図2】異なる形態の垂直連続鋳造方法を示す概略断面
図。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a vertical continuous casting method of a different form.
【図3】あるアルミニウム合金の比熱−温度曲線を示す
グラフ。FIG. 3 is a graph showing a specific heat-temperature curve of a certain aluminum alloy.
【図4】(A)乃至(C)は、鋳込み長さ毎におけるビレッ
ト内部の相当塑性歪みの分布を示す模式的断面図。FIGS. 4A to 4C are schematic cross-sectional views showing distribution of equivalent plastic strain inside a billet for each casting length.
【図5】(A)及び(B)は、図1の鋳造装置を用いて鋳造
速度を変化させた場合において、ビレット中心部の各位
置における相当塑性歪みと実測破断歪みとの鋳造時にお
ける温度履歴を示すグラフ。5 (A) and 5 (B) show the temperature at the time of casting of the equivalent plastic strain and the measured breaking strain at each position in the center of the billet when the casting speed was changed using the casting apparatus of FIG. Graph showing history.
【図6】図5と異なる鋳造速度の場合にて、ビレット中
心部の各位置における相当塑性歪みと実測破断歪みとの
鋳造時における温度履歴を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the temperature history during casting of the equivalent plastic strain and the measured breaking strain at each position of the billet center at a casting speed different from that of FIG. 5;
【図7】冷却パラメータと相当塑性歪み及び実測破断歪
みの比との関係を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a cooling parameter and a ratio of equivalent plastic strain and measured breaking strain.
【図8】図2の鋳造装置を用い且つ第二次冷却帯の縦寸
法を特定した場合において、ビレット中心部の各位置に
おける相当塑性歪みと実測破断歪みとの鋳造後における
温度履歴を示すグラフ。8 is a graph showing the temperature history after casting of the equivalent plastic strain and the measured breaking strain at each position in the center of the billet when the casting device of FIG. 2 is used and the vertical dimension of the secondary cooling zone is specified. .
【図9】図2の鋳造装置を用い且つ第二次冷却帯の縦寸
法を図8に対し増加させた場合において、ビレット中心
部の各位置における相当塑性歪みと実測破断歪みとの鋳
造後における温度履歴を示すグラフ。9 shows a case where the equivalent plastic strain and the measured breaking strain at each position of the billet center portion after casting are obtained when the casting device of FIG. 2 is used and the vertical dimension of the secondary cooling zone is increased with respect to FIG. 4 is a graph showing a temperature history.
【図10】図2の鋳造装置を用い且つ第二次冷却帯の縦
寸法を図8及び図9に対し増加させた場合において、ビ
レット中心部の各位置における相当塑性歪みと実測破断
歪みとの鋳造後における温度履歴を示すグラフ。FIG. 10 shows the relationship between the equivalent plastic strain and the measured breaking strain at each position of the billet center when the casting apparatus of FIG. 2 is used and the vertical dimension of the secondary cooling zone is increased with respect to FIGS. 4 is a graph showing a temperature history after casting.
【図11】従来の垂直連続鋳造方法を示す概略断面図。FIG. 11 is a schematic sectional view showing a conventional vertical continuous casting method.
1…………………強制冷却鋳型(第一次冷却媒体) 2…………………ノズル 3…………………ワイパー B,B1,B2,B3…ビレット W…………………冷却水(第二次冷却媒体) a…………………エア(第三次冷却媒体) L…………………第二次冷却帯の縦寸法 1 ... forced cooling mold (primary cooling medium) 2 ... nozzle 3 ... wiper B, B1, B2, B3 ... billet W ... …… Cooling water (secondary cooling medium) a ……………… Air (third cooling medium) L ………………………… Vertical dimension of secondary cooling zone
Claims (5)
連続鋳造するに際し、 係る鋳造過程における弾・塑性変形解析により得られる
相当塑性歪み値(ε)を、当該アルミニウム合金の実測破
断歪み値(εc)以下の範囲内とするように鋳造条件を制
御する、 ことを特徴とするアルミニウム合金ビレットの垂直連続
鋳造方法。When an aluminum alloy is continuously cast into a billet having a required shape, an equivalent plastic strain value (ε) obtained by elasto-plastic deformation analysis in the casting process is measured by a measured fracture strain value (εc) of the aluminum alloy. A vertical continuous casting method for an aluminum alloy billet, wherein casting conditions are controlled to fall within the following range.
連続鋳造するに際し、 係る鋳造過程における弾・塑性変形解析により得られる
相当塑性歪み値(ε)を、上記合金の固相率0.8以下に
相当する温度範囲を除き、当該アルミニウム合金の実測
破断歪み値(εc)以下の範囲内とするように鋳造条件を
制御する、 ことを特徴とするアルミニウム合金ビレットの垂直連続
鋳造方法。2. An equivalent plastic strain value (ε) obtained by elasto-plastic deformation analysis in the casting process when continuously casting an aluminum alloy into a billet having a required shape is reduced to a solid fraction of 0.8 or less of the alloy. A method for vertically casting an aluminum alloy billet, wherein the casting conditions are controlled so as to fall within a range of not more than a measured breaking strain value (εc) of the aluminum alloy except for a corresponding temperature range.
鋳造速度(V)とビオ数(Bi)との積を冷却パラメータと
し、該冷却パラメータ値を、0.0055m/s以下とす
る、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアルミニ
ウム合金ビレットの垂直連続鋳造方法。尚、上記ビオ数
(Bi)は、固体と流体中の熱流に対する抵抗を示す指標
であって、ビレットの表面と冷却媒体との間における総
括熱伝達係数(h)とビレットの半径(R)との積を、当該
合金の熱伝導率(κ)で除した値(h×R/κ)である。3. The continuous casting, wherein the product of the casting speed (V) and the number of bios (Bi), which are the casting conditions, is used as a cooling parameter, and the cooling parameter value is set to 0.0055 m / s or less. The vertical continuous casting method of an aluminum alloy billet according to claim 1 or 2, wherein: The above bio number
(Bi) is an index indicating the resistance to heat flow in solids and fluids, and is the product of the overall heat transfer coefficient (h) between the billet surface and the cooling medium and the radius (R) of the billet, It is a value (h × R / κ) divided by the thermal conductivity (κ) of the alloy.
の溶湯を注湯する筒形の強制冷却鋳型からなる第一次冷
却媒体と、この媒体の下側に配置したリング形のワイパ
ーとを用い、 上記第一次冷却媒体の内周面の下端のノズルから、ビレ
ットの周表面を冷却する第二次冷却媒体を噴出し、該第
二次冷却媒体の下部で上記ワイパーにより該第二次冷却
媒体を外部に排出すると共に、 上記第一次冷却媒体及びワイパーから下方に垂下したビ
レットの周表面に第三次冷却媒体を吹き付ける、ことを
特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のアルミニウ
ム合金ビレットの垂直連続鋳造方法。4. A continuous cooling medium comprising a cylindrical forced cooling mold for pouring molten aluminum alloy and a ring-shaped wiper disposed below the medium during the continuous casting. From the nozzle at the lower end of the inner peripheral surface of the primary cooling medium, a secondary cooling medium for cooling the peripheral surface of the billet is jetted, and the secondary cooling is performed by the wiper below the secondary cooling medium. The medium according to any one of claims 1 to 3, wherein the medium is discharged to the outside, and a tertiary cooling medium is sprayed on a peripheral surface of the billet hanging downward from the primary cooling medium and the wiper. Vertical continuous casting method for aluminum alloy billet.
合においては、 第二次冷却帯の縦寸法(L)を45mm以下とした、こと
を特徴とする請求項4に記載のアルミニウム合金ビレッ
トの垂直連続鋳造方法。5. The aluminum alloy billet according to claim 4, wherein when the billet has a diameter of 300 mm or more, the vertical dimension (L) of the secondary cooling zone is 45 mm or less. Continuous casting method.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37512899A JP2001191150A (en) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | Vertical continuous casting method of aluminum alloy billet |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP37512899A JP2001191150A (en) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | Vertical continuous casting method of aluminum alloy billet |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001191150A true JP2001191150A (en) | 2001-07-17 |
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ID=18505020
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|---|---|---|---|
| JP37512899A Pending JP2001191150A (en) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | Vertical continuous casting method of aluminum alloy billet |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001191150A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-12-28 JP JP37512899A patent/JP2001191150A/en active Pending
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