(57)【要約】【課題】双ロール式連続鋳造圧延法において金属材料１が鋳造ロール３，３間に導入されるときの空気の巻き込みを防止する。【解決手段】金属材料１の凝固界面Ａの後端が、該金属材料１と鋳造ロール３との接触開始点Ｂよりも先側若しくは手前側に存する状態で連続鋳造圧延を行なう。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を一対の鋳造ロール間に導入して圧延材を得る双ロール式連続鋳造圧延法による連続鋳造圧延材の製造方法であって、
上記金属材料の凝固界面の後端が、該金属材料と上記鋳造ロールとの接触開始点よりも先側若しくは手前側に存する状態で連続鋳造圧延を行なうことを特徴とする連続鋳造圧延材の製造方法。
【請求項２】
液相線温度が６４９℃以上６５３℃以下であり且つ固相線温度が５７５℃以上６１０℃以下であるＡｌ合金材料を一対の鋳造ロール間に導入して圧延材を得る双ロール式連続鋳造圧延法による連続鋳造圧延材の製造方法であって、
鋳造速度０．９ｍ／分以上又は鋳造時圧下荷重７．３５ＭＰａ以下の条件で連続鋳造圧延を行なうことを特徴とする連続鋳造圧延材の製造方法。
【請求項３】
Ｍｇ：０．８〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜１．０質量％を含むＡｌ合金材料を一対の鋳造ロール間に導入して圧延材を得る双ロール式連続鋳造圧延法による連続鋳造圧延材の製造方法であって、
鋳造速度０．９ｍ／分以上又は鋳造時圧下荷重７．３５ＭＰａ以下の条件で連続鋳造圧延を行なうことを特徴とする連続鋳造圧延材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法による連続鋳造圧延材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
双ロール式連続鋳造圧延法は、溶湯を一対の鋳造ロール間に導入して鋳造圧延材を得る方法として知られている。この連続鋳造圧延法によれば、従来のＤＣ法に比べて工程が簡略になり、コスト低減が図れる。そのため、当該圧延法は自動車のボディ、各種のパーツのＡｌ合金化に有用な技術として注目され、その開発が進められている。例えば、特許文献１には、自動車外板に用いるＡｌ合金製連続鋳造圧延材に関し、鋳造圧延材表面のリップルマークや鋳造圧延材中心部の中心線偏析の発生を抑制すべく、鋳造ロールと鋳造板との接触面積を調整することが記載されている。
【特許文献１】特開２００６−１３０５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の連続鋳造圧延法によって得られる鋳造圧延材は、通常、表面欠陥を除去すべく面削加工や冷延加工が施され、しかる後に溶体化処理を行なって所定形状にプレス加工するようにされている。
【０００４】
これに対して、本発明者は、工程の簡略化及びコスト低減を図るべく、上記面削加工や冷延加工を行わずに、連続鋳造圧延材をそのまま溶体化処理してプレス加工することを試みた。しかし、その場合、溶体化処理前の鋳造圧延材表面には異常が認められないにも拘わらず、溶体化処理を行なうとブリスター（膨れ）を発生することがあった。従来は溶体化処理前に面削又は冷延が行われていたために、ブリスターの発生という現象は知られていなかったものである。
【０００５】
そこで、本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法において、上記ブリスターを生じない連続鋳造圧延材を製造することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく双ロール式連続鋳造圧延法を見直したところ、上記ブリスターの発生に関して以下の知見を得た。
【０００７】
図９は従前の双ロール式連続鋳造圧延法によって得られた鋳造圧延材の断面を撮影した顕微鏡写真であり、その表層部に微細な空隙欠陥が見られる。図１０は同様の鋳造圧延材を溶体化処理したときに、その表面に現れたブリスターを示す写真である。このブリスター中のガス成分を分析したところ、５０％強の水素の他に窒素が４０％含まれていた。溶湯の脱ガス不足によって生ずるブリスターの場合、内部ガスは略１００％が水素となる。従って、上記窒素は空気由来のもの、すなわち、ガス中に窒素を含むブリスターは当該鋳造圧延材が空気を巻き込んで生じた空隙欠陥が原因になっていると考えられる。
【０００８】
この点を検討するに、図１１は従前の双ロール式連続鋳造圧延法によって金属材料（溶湯）１が圧延されている状態を模式的に示す。金属材料１はノズル２を出た直後では液相（完全液相）Ｌであり、通常は鋳造ロール３，３との接触開始点Ｂより先側（前方）が固相（完全固相）Ｓになり、接触開始点の直前付近が固液共存領域ＳＬになっている。つまり、固相Ｓと固液共存領域ＳＬとの境界面である凝固界面Ａの後端が、金属材料１と鋳造ロール３との接触開始点Ｂ付近に存する。そのために、図１２に示すように、上記接触開始点Ｂ付近において鋳造ロール３の振動等によって固液乖離が断続的に起こり（凝固界面Ａに裂け目ができ）、それに伴って空気が鋳造圧延材に巻き込まれて鋳造圧延材の表層部に微細空隙４を生じたものと考えられる。
【０００９】
一方、上記凝固界面Ａの後端が、金属材料１と鋳造ロール３との接触開始点Ｂよりも先側（前方）になるようにして連続鋳造圧延を行なうと（図２参照）、上記ブリスターの発生が見られなくなった。
【００１０】
以上の知見を踏まえ、請求項１に係る発明は、上記課題を解決するために、金属材料を一対の鋳造ロール間に導入して鋳造圧延材を得る双ロール式連続鋳造圧延法による連続鋳造圧延材の製造方法において、上記金属材料の凝固界面の後端が、該金属材料と上記鋳造ロールとの接触開始点よりも先側若しくは手前側に存する状態で連続鋳造圧延を行なう構成とした。
【００１１】
この場合、上記凝固界面の後端が上記接触開始点よりも先側に存する状態とは、上記接触開始点では金属材料は液相又は固液共存領域になっているということである。このため、当該接触開始点付近では固液乖離による空気の巻き込みを生じ難く、仮に空気の巻き込みを生じたとしても、その空気は液相又は固液共存領域の液相部分から直ちに抜け、空隙欠陥にはなり難くなる。
【００１２】
また、凝固界面の後端が上記接触開始点よりも手前側に存する状態とは、上記接触開始点では金属材料は既に固相になっているということであり、このため、該接触開始点での鋳造圧延材への空気の巻き込みは生じない。
【００１３】
従って、本発明によれば、得られる鋳造圧延材には空気の巻き込みによる空隙欠陥を生じないから、その後に面削や冷延を行なうことなく、溶体化処理、その他の熱処理を行なっても、ブリスターを生ずることが避けられる。
【００１４】
好ましいのは、上記金属材料が液相のまま上記鋳造ロールに接触していくこと、つまり、上記接触開始点の金属材料が液相となるようにすることである。
【００１５】
請求項２に係る発明は、上記凝固界面の後端が上記接触開始点よりも先側に存する状態で連続鋳造圧延を行なうべく、液相線温度が６４９℃以上６５３℃以下であり且つ固相線温度が５７５℃以上６１０℃以下であるＡｌ合金材料を一対の鋳造ロール間に導入して鋳造圧延材を得る双ロール式連続鋳造圧延法による連続鋳造圧延材の製造方法において、鋳造速度０．９ｍ／分以上又は鋳造時圧下荷重７．３５ＭＰａ（７５ｋｇｆ／ｃｍ２）以下の条件で連続鋳造圧延を行なうことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、上記凝固界面の後端が上記接触開始点よりも先側に存する状態で連続鋳造圧延を行なうべく、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜１．０質量％を含むＡｌ合金材料を一対の鋳造ロール間に導入して鋳造圧延材を得る双ロール式連続鋳造圧延法による連続鋳造圧延材の製造方法において、鋳造速度０．９ｍ／分以上又は鋳造時圧下荷重７．３５ＭＰａ以下の条件で連続鋳造圧延を行なうことを特徴とする。
【００１７】
すなわち、上記凝固界面の位置は、鋳造速度（鋳造ロール周速）によって変化し、鋳造速度が早くなるほど当該凝固界面が先側へ位置付けられる。また、上記凝固界面の位置によって鋳造時圧下荷重の大きさが異なり、該圧下荷重が小さいときほど当該凝固界面は先側に位置付けられている。つまり、圧下荷重は凝固界面の位置の指標となる。
【００１８】
そうして、液相線温度が６４９℃以上６５３℃以下であり且つ固相線温度が５７５℃以上６１０℃以下であるＡｌ合金材料の場合、並びにＭｇ：０．８〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜１．０質量％を含むＡｌ合金材料の場合、鋳造速度０．９ｍ／分以上又は鋳造時圧下荷重７．３５ＭＰａ以下の条件とすることにより、上記凝固界面の後端を上記接触開始点よりも先側に存する状態で連続鋳造圧延を行なうことができ、これにより、ブリスターの発生を避けることができるものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、双ロール式連続鋳造圧延法において、金属材料の凝固界面の後端が、該金属材料と鋳造ロールとの接触開始点よりも先側若しくは手前側に存する状態で連続鋳造圧延を行なうようにしたから、空気の巻き込みによって鋳造圧延材に空隙欠陥を生ずることが避けられ、その後に面削や冷延を行なうことなく、当該鋳造圧延材の熱処理及びプレス加工を行なっても、ブリスターのない成形品を得ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２１】
図１は双ロール式連続鋳造圧延法を模式的に示す。同図において、５は金属材料としてのＡｌ合金材料１の溶湯を溜めるヘッドボックスであり、このヘッドボックス５から延びるノズル２の先端が一対の鋳造ロール３，３間に臨んでいる。鋳造ロール３，３の前方には鋳造圧延材６を受けるローラ７が配設されている。本実施形態では、得られた鋳造圧延材６は、面削加工や冷延加工は行われず、シャーリングによってシート状にされるか、或いはコイル状に巻き取られ、その後、再結晶温度以上に加熱する溶体化処理がなされ、次いでプレス加工によって製品形状とされ、さらに人工時効処理が施される。
【００２２】
＜凝固界面と接触開始点との関係＞
図２は本発明に係る連続鋳造圧延法の第１の形態を模式的に示す。すなわち、Ａｌ合金材料１は、ノズル２を出た直後では液相Ｌであるが、Ａｌ合金材料１と鋳造ロール３との接触開始点Ｂでは液相Ｌ又は固液共存領域ＳＬになっている。従って、固液共存領域ＳＬと固相Ｓとの境界である凝固界面Ａの後端Ａｒは、Ａｌ合金材料１と鋳造ロール３との接触開始点Ｂよりも先側に存する。
【００２３】
図３は本発明に係る連続鋳造圧延法の第２の形態を模式的に示す。すなわち、Ａｌ合金材料１は、第１の形態と同じく、ノズル２を出た直後では液相Ｌであるが、凝固界面Ａの後端Ａｒは接触開始点Ｂよりも手前側に存する。つまり、接触開始点Ｂでは既に固相Ｓになっている。
【００２４】
＜鋳造速度及び鋳造時圧下荷重＞
上記第１の形態での連続鋳造圧延を行なうための鋳造速度及び鋳造時圧下荷重について検討した。すなわち、上記凝固界面Ａの位置には鋳造速度（鋳造ロール周速）が大きく影響する。また、鋳造時圧下荷重は上記凝固界面Ａの位置の指標となる。
【００２５】
そこで、まず、Ａｌ合金材料としてＪＩＳ６０６１番を採用し、鋳造速度を０．８５ｍ／分とし、さらにセットバック（ノズル２の位置）や溶湯温度を調節することにより、鋳造時圧下荷重を８．０３６ＭＰａ（８２ｋｇｆ／ｃｍ２）として連続鋳造圧延を行なった。そして、得られた鋳造圧延材の空隙欠陥の有無を超音波探傷法によって調べた。結果を図４に示す。同図によれば、板表層部に超音波の反射が強く表れており、鋳造圧延材内部に空隙欠陥があることがわかる。同鋳造圧延材を溶体化処理した後、表面を観察すると、複数のブリスターが認められた。
【００２６】
同じくＡｌ合金材料としてＪＩＳ６０６１番を採用し、鋳造速度を０．９０ｍ／分とし、鋳造時圧下荷重を５．８８ＭＰａ（６０ｋｇｆ／ｃｍ２）として連続鋳造圧延を行なった。得られた鋳造圧延材の空隙欠陥の有無を超音波探傷法によって調べた結果を図５に示す。同図によれば、板表層部での超音波の強い反射は見られない（空隙欠陥なし）。同鋳造圧延材を溶体化処理した後、表面を観察しても、ブリスターは認められなかった。
【００２７】
図６はＪＩＳ６０６１Ａｌ合金材料について鋳造速度及び鋳造時圧下荷重を種々に変化させて連続鋳造圧延を行ない、溶体化処理後のブリスターの有無を観察した結果を示す。同図の「○」はブリスターなし、「×」はブリスターあり、「△」は小さなブリスターありを示す。鋳造速度を０．９０ｍ／分以上にしたケースではブリスターは認められない。また、鋳造速度を０．９０ｍ／分未満にしたケースでも、セットバック等の調整によって鋳造時圧下荷重を７．３５ＭＰａ（７５ｋｇｆ／ｃｍ２）以下にしたときはブリスターが認められない。鋳造速度の上限は例えば１．５ｍ／分（好ましくは１．１ｍ／分）程度とし、鋳造時圧下荷重の下限は例えば１ＭＰａ（好ましくは２ＰＭａないし４ＭＰａ）程度とすればよい。
【００２８】
表１はＪＩＳ６０００番台（Ａｌ-Ｍｇ-Ｓｉ系合金，展伸材，熱処理型）のＡｌ合金の液相線温度（ＴＬ）、固相線温度（ＴＳ）、組成規格（溶質濃度）等を示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上記ＪＩＳ６０６１Ａｌ合金はＭｇ：０．８〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜０．８質量％を含み、その規格中央値での液相線温度は６５２℃、固相線温度は５８２℃である。また、ＪＩＳ６０１３Ａｌ合金は、規格中央値での液相線温度は６５１℃、固相線温度は５８２℃であって、その液相線及び固相線の温度は上記ＪＩＳ６０６１Ａｌ合金と略同じであるから、その連続鋳造圧延においてはＪＩＳ６０６１Ａｌ合金と同様の挙動をとると推察することができる。このＪＩＳ６０１３Ａｌ合金のＭｇ濃度は０．８〜１．２質量％であり、Ｓｉ濃度は０．６〜１．０質量％である。
【００３１】
図７は表１の各Ａｌ合金のＭｇ＋Ｓｉ質量濃度和と液相線・固相線各温度との関係をグラフにしたものであり、図８は同じく溶質質量濃度和（Ａｌ以外の全ての合金成分の質量濃度和）と液相線・固相線各温度との関係をグラフにしたものである。両図によれば、ＪＩＳ６０００番台のＡｌ合金では、液相線温度及び固相線温度各々とＭｇ＋Ｓｉ質量濃度和及び溶質質量濃度和各々との間に相関的関係があり、Ｍｇ＋Ｓｉ質量濃度和及び溶質質量濃度和各々が増大するに従って液相線温度及び固相線温度各々が低下している。
【００３２】
上記ＪＩＳ６０６１Ａｌ合金のＭｇ＋Ｓｉ質量濃度和は１．２〜２．０質量％であり、これを図７に反映させると、ＪＩＳ６０６１Ａｌ合金は、液相線温度が６４９℃以上６５３℃以下となり、固相線温度が５７５℃以上６１０℃以下となる。
【００３３】
そうして、液相線温度及び固相線温度が類似するＡｌ合金材料は連続鋳造圧延においては同様の挙動をとると考えられるから、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜１．０質量％を含むＡｌ合金材料（ＪＩＳ６０６１，６０１３）に限らず、ＪＩＳ６０６１Ａｌ合金に相当する液相線温度が６４９℃以上６５３℃以下の範囲にあり且つ固相線温度が５７５℃以上６１０℃以下の範囲にあるＡｌ合金材料であれば、例えば表１のＪＩＳ６１５１であっても、鋳造速度を０．９０ｍ／分以上とするか、或いは鋳造速度０．９０ｍ／分未満であっても鋳造時圧下荷重を７．３５ＭＰａ以下とすることにより、上記凝固界面Ａを上記接触開始点Ｂよりも先側に位置付けて連続鋳造圧延をすることができ、その結果、熱処理後でもブリスターの発生が見られない鋳造圧延材を得ることができる、ということができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】双ロール式連続鋳造圧延装置の模式図である。
【図２】本発明方法の第１の形態の模式図である。
【図３】本発明方法の第２の形態の模式図である。
【図４】従来方法によって得られた鋳造圧延材の超音波探傷法による反射波特性図である。
【図５】本発明方法によって得られた鋳造圧延材の超音波探傷法による反射波特性図である。
【図６】様々な鋳造速度及び鋳造時圧下荷重で連続鋳造圧延を行なったときのブリスターの有無を示すグラフ図である。
【図７】Ａｌ合金のＭｇ＋Ｓｉ質量濃度和と液相線・固相線各温度との関係をグラフ図である。
【図８】Ａｌ合金の溶質質量濃度和と液相線・固相線各温度との関係をグラフ図である。
【図９】従来方法によって得られた鋳造圧延材表層部の微細空隙欠陥を示す顕微鏡写真である。
【図１０】従来方法によって得られた鋳造圧延材の表面に現れたブリスターを示す写真である。
【図１１】従来方法の模式図である。
【図１２】従来方法において空気が鋳造圧延材に巻き込まれる様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    金属材料（Ａｌ合金材料）
２    ノズル
３    鋳造ロール
４    空隙欠陥
５    ヘッドボックス
６    鋳造圧延材
Ａ    凝固界面
Ｂ    接触開始点
Ｌ    液相
Ｓ    固相
ＳＬ    固液共存領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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