JPH02274345A

JPH02274345A - 金属の鋳造方法

Info

Publication number: JPH02274345A
Application number: JP9303989A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Takeuchi; 栄一竹内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1990-11-08
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JP2955863B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、金属の半凝固鋳造方法（レオキャスティング
）に係り、更に詳しくは、成品金属材の材質欠陥の原因
となる粗大凝固組織、あるいは。

凝固偏析を軽減する方法に関する。

従来の技術従来より連続鋳造や造塊においては、凝固時の溶質の偏
析および粗大結晶粒のために、鋳造のまま、あるいは僅
かに加工を加える程度では１強度をはじめとした成品材
質に十分なものを期待することができなかった。そのた
め、薄板、厚板、形鋼などのニアネットシェイプａ　％
　ヤスティング（成品形状に極めて近いサイズの鋳造）
において、形状はどうにか得られるものの、その材質に
ついては、従来の圧延工程を経たものと比較して劣性で
あった。

レオキャスティングは、金属の固液共存温度域において
、機械的な回転撹拌や、電磁撹拌（特開昭５９−３５８
８４号）、超音波撹拌などを加えることにより、従来の
鋳造組織のデンドライト形態を破壊して半固体状の合金
スラリーを製造し、微細かつマクロ偏析のない、均一性
の高い金属組織を得る方法である。

しかしながら、機械式撹拌によるときは、回転子の破損
や設置スペース等の装置上の問題がある。

また、電磁撹拌によるときは、液体金属に流れを発生さ
せるある程度の広さの場が必要なことや、機械的撹拌で
得るのと同等な撹拌剪断力を得るためには、設備的な負
担が大きくなる欠点がある。

更に、超音波振動では、エネルギー減衰が大きく、半固
体状金属スラリーの搬送時に凝固して。

ノズル詰りを起こしやすいなどの問題点があり。

十分な効果が均一に期待できない。

従って、上記いずれの方法も未だ実用的ではない。

発明が解決しようとする課題本発明は、上記レオキャスティング・プロセスを実用化
する上で、そのキーとなる半凝固金属の製造とその搬送
に関する方法を提供するものである。

課題を解決するための手段本発明は。

（１）溶融金属を鋳型に注入するに先立って、その前工
程に半凝固スラリー製造容器及び鋳型への搬送部を設け
、それぞれを構成する耐火物周囲に電磁コイルを設置し
て、まず半凝固スラリー製造容器において、溶融金属に
低周波交流磁界を付与して低周波振動を与えつつ冷却し
、これによって形成された半凝固スラリーを搬送部へ送
り、ここでも同様にして低周波振動を与えながら鋳型へ
導いて鋳造することを特徴とする。金属の鋳造方法。

（２）低周波振動を与えるコイル電流周波数が１〜３０
Ｈｚ、コイル内平均磁束密度が１０（１０ガウス以上で
あり、半凝固スラリーの固相率が１０〜８０％である上
記（１）項記載の金属の鋳造方法、である。

作用以下本発明の詳細な説明する。

本発明における溶融金属とは、鋼、あるいはレオキャス
ティング可能な対象であれば、特に限定するものではな
いが、ここでは以下鋼を中心として説明する。

本発明は、液体金属を鋳型に注入するに先立って半′！
Ｍｌ１４Ｉｆスラリーを形成し、これを鋳型に注入する
ことによって、鋳型内での短時間凝固を実現させるため
、偏析の形成阻止に極めて有効な方法を提供する。

゛ト凝固スラリーの形成は、たとえば鋳型直上に半凝固
スラリー製造容器を設置し、ここから注入ノズル等の搬
送系を経て鋳型に注入するに際し、半凝固スラリー製造
容器及び注入ノズル等の搬送系周囲に電磁コイルを設置
し、冷却と共に低周波の交流静止磁界を印加する。

電磁コイルの種類は、ソレノイド型が代表的である。

溶湯金属の冷却は、容器壁を通しての伝熱・放射あるい
は冷却系を介しての抜熱や微小鋼チップの話加による。

交ｆｉ磁界の周波数を下げていくと、振動成分が大きく
なって、液体金属が振動しながら緩やかな流れを生ずる
ようになる。この低周波領域での電磁場の特徴は、導電
性の物質に作用させても磁場の減衰は小さく、物質全体
にわたって電磁力、すなわち電磁振動を作用させること
ができる点にある０本発明はこの現象を利用し、液体金
属全体の温度を均一に低下させると共に、液相線以下の
温］ｆでも流動性を持たせつつ鋳型に導き、これを凝固
させ、均一かつ微細な凝固組織を得ることにある。

すなわち、溶融金属を保持した容器周囲の一部あるいは
全体に低周波磁界を励起させる電磁コイルを施し、溶融
金属の温度低下により、液相線以下固相線以上の所定の
、好ましくは１０〜８０％の固相率になるまで冷却しな
がら２周波数１〜３０Ｈｚ。

好ましくは１〜ｔＯＨｚのコイル電流を流す０周波数が
３０Ｈｚ１１ｉｆｉえると溶融金属の撹拌が顕著になっ
てくるため好ましくない、コイル内平均磁束密度が１０
００ガウス未満では振動の力が弱くなり充分な効果が得
られなくなるので、　ｔｏｏｏがウス以上の磁界を付与
する。このような低周波磁界を溶融金属に付与すること
により、マクロ的な流れを殆ど起さず、ミクロ的な強力
な振動を均一に得ることができ、容器内で冷却されつつ
ある溶融金属から半凝固状スラリーを得ることができる
。また、末完１ｊＪでは、低周波磁界による振動を！ｊ
えつつ鋳型に注入するので、搬送中に固化してノズル詰
りを起すこともない。

このような交流磁界による低周波振動付与によって、レ
オキャスティングプロセスを実用化することかり能とな
った。

以下実施例により具体的に説明する。

実施例実施例１液相線が１５１７℃、固相線が１４７５℃である組成の
溶鋼を、本発明による半凝固プロセスで鋳造した。

第１図にこの実施例に相当する末完［Ｊｌの実施態様例
を示す、この図において、半凝固スラリー製造容器ｌは
、その周囲をソレノイド状電磁コイル４で囲まれており
、容器全体にわたって均一に電磁振動力を付与すること
ができるものである。また、容器内の溶鋼は容器壁中の
冷却系５による抜熱を受け、徐冷される。

■の位置にΔＴ＝２０℃の過熱度で注入された溶鋼は、
電磁力によって振動を受け、かつ同時に引き起こされる
局所的な流動によって、温度分布。

組成が均一化されつつ、■の位置に向かって移動する。

ここで作用させた磁界発生のためのコイル電流周波数は
１０Ｈｚ、平均磁束密度は３０００ガウスであった。そ
の結果、■の位置において鋼は約１５００℃まで冷却さ
れていたが、まだ十分な流動性を有していた。このとき
の固相率は約３０％に相当する。

次にこの半凝固スラリーは、搬送系２で低周波電磁振動
を受けつつ、その下に接続された冷却系５′を有する鋳
型３に供給されるが、この途中の搬送系２での抜熱は行
なわなかった。鋳型３に流入した鋼のスラリーは、振動
が付与されずに抜熱を受けるため、急速に凝固し、その
結果、微細かつ偏析の少ない均質な凝固組織が得られた
。

実施例２実施例１と同様に、（Φの位置における鋼の温度を制御
することによってスラリーの固相率を１０％、２０％、
４５％、８０％に調整したところ、生成した鋼の半凝固
スラリーは、何れの場合も十分な流動性を有し、それに
統〈搬送系２以降でもトラブルなく、所定の材質の鋳片
を得ることができた。しかし、固相率が８０％を超えて
６５％になると、スラリーの粘度が急激に大きくなり、
流動性がなくなる結果、鋳造不能となった。

実施例３実施例１において、コイル電流周波数をｌＨｚ、２Ｈｚ
、５Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈ２に変化させ、検討したと
ころ、　２０Ｈｚ、　３０Ｈｚでは緩やかな半凝固スラ
リーの撹拌が観察されたが、ｌＨｚ、　２Ｈｚ、　５Ｈ
ｚでは認められなかった。しかし、何れの場合も特にト
ラブルはなく、微細かつ偏析の少ない均質な凝固組織が
得られた。

実施例４実施例１で、コイル電流周波数はそのまま１０Ｈｚとし
、コイル内平均磁束密度を５００ガウス、１０００ガウ
ス、　２０００ガウス、　５０００ガウス、　　１００
００ガウスに変化させてみた。その結果、１０００ガウ
ス以」二では溶鋼のスラリーは十分な流動性を有し、鋳
片は微細な均質凝固組織のものが得られたが、５００ガ
ウスでは振動力が弱いために、半凝固スラリーの粘度が
大きくなって流動性が悪くなり、凝固組織も不均質とな
り、結晶粒の大きさもバラツキが目立った。

比較例第１図の■の位置から■の位置までの領域に、商用周波
数５０Ｈｚのコイル電流で強度３０００ガウスの磁場を
発生させ、上記の実施例と同じ組成の溶鋼を処理した。

この場合には容器内の溶鋼は加熱、撹拌の影響を大きく
受け、上記の実施例と同様の抜熱条件では、半凝固状態
が得られなかった。

次に、■の位置において、温度を、固相率３０％に相当
するｔｓｏｏ℃となるように調整したところ２流動状況
が極めて悪くなり、その直下の搬送系２において流動性
を失い、鋳造できなかった。

発明の効果本発明により、各種金属について、半凝固鋳造法（レオ
キャスティング）が実施可能となり、これによって、組
織の均質化及び結晶粒微細化を容易に達成できる。

また、装置Ｅも簡単で、搬送上の問題も起こらない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施態様例を示す。１１１・・半凝固スラリー製造容器、２・・・搬送系、
３・―・鋳型、４・舎番電磁コイル、５゜５′拳・・冷
却系、６・・・耐火物、７・・・溶融金属、８−−ｅ固
相鋳片。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶融金属を鋳型に注入するに先立って、その前工
程に半凝固スラリー製造容器及び鋳型への搬送部を設け
、それぞれを構成する耐火物周囲に電磁コイルを設置し
て、まず半凝固スラリー製造容器において、溶融金属に
低周波交流磁界を付与して低周波振動を与えつつ冷却し
、これによって形成された半凝固スラリーを搬送部へ送
り、ここでも同様にして低周波振動を与えながら鋳型へ
導いて鋳造することを特徴とする、金属の鋳造方法。
（２）低周波振動を与えるコイル電流周波数が１〜３０
Ｈｚ、コイル内平均磁束密度が１０００ガウス以上であ
り、半凝固スラリーの固相率が１０〜８０％である請求
項（１）記載の金属の鋳造方法。