本发明涉及用于金属铸造的铸带及制造这种铸带的方法，更具 体地，本发明涉及适用于高速连铸铝合金的铸带以及制造这种带的 方法。

在现有技术中，连铸金属薄带是公知的，但尚未广泛应用。现 有的将铝合金连铸成薄带的工艺局限于相对少量的合金和产品。一 般认为由于各种铝合金的合金含升量高而使铸态合金的表面质量 差。

相对纯的铝如箔，由于合金含量低可以原则上依据商业基准连 铸成带。类似地，建筑用材也可连续带铸，这种产品的表面质量标 准相对于其他铝制品如罐坯是低的。

现有技术中所用的一种常规带铸设备是双带式带铸机，其中两 条运动的带在其之间限定了一个用于铸造金属运动的铸模。铸带的 冷却一般是用冷却液接触该铸带的一侧，该冷却侧与接触熔融金属 的一侧相对。结果，该铸带需承受高的热梯度，即熔融金属接触该 铸带的一侧，而冷却水接触另一侧。这种动态不稳定的热梯度会使 铸带变形，结果使铸带的上下两而均不平直。这对金属铸造的表面 质量有不利的影响。

结果，对于表面要求高的合金如铝罐坯的铸造来说，带式铸造 技术还未被广泛接受。在现有技术中已提出了多种改进措施，包括 如在US3,937,270和4,002,197中所述的将铸带预热的方法，如在 US3,795,269中所述的连续涂敷和去除部分涂层的方法。

也已有提出在单筒铸机中进行连续带铸。在这种设备中，将熔 融金属料供给内部水冷的旋转筒的表面，并且将熔融金属在筒表面 拉长，在与筒表面接触后凝固形成金属薄带。这种筒式铸造也具有 表面质量问题，并且也已作出了各种努力以解决这些问题。例如， US4,793,400和US4,954,974建议通过将筒表开出槽来提高被铸造金 属的表面质量。在US4,934,443中提出了一些不同的方法，其中熔融 金属沉积在筒的表面，该筒可以开有槽，由于筒暴露于该熔融金属 产生的热以及暴露在大气中，结果在筒表面上生成了天然氧化物。 但是，在铸带上开槽相对于在筒铸机表面上开槽更为困难，这是因 为带的转向和厚度会本质地变化，通常难以控制形成的槽的宽度和 深度。

对金属如铝合金的带坯铸造的本质上的改进公开在待批申请序 列号173,663(1990年12月30日申请)以及共同待批申请序列号 184,581(1994年1月21日申请)和序列号173,369(1993年12月 23日申请)中，将这些申请所公开的内容引入本文供参考。在上述 申请中所述的铸机中，该设备包括一对环形铸带，每条铸带都有一 对皮带轮支撑。这两条铸带确定了在其之间的相应于被铸铝合金所 需厚度的铸模区。将铝合金供料于该铸模区并在该区内凝固。为了 防止现有技术中出现的双带铸机中的显著的热梯度，该设备在环形 铸带既不与熔融金属接触也不与铸造的金属带接触的同时，冷却每 条环形铸带。尽管上述申请中所述的带铸技术对现有技术作出了显 著的改进，但这对所用铸带的性质有严格的限制。用于该设备的铸 带应能在高张力的条件下运转。当铸带卷绕在其支撑皮带轮上时产 生的弯曲应力再加上在铸带上的拉应力，这需要铸带具有特别高的 抗拉强度。在20分钟的铸造时间内使铸带拉长高达12英寸的长度 不是罕见的。另外也发现，如US4,934,443中所述，直至在使用一段 时间后，并未在铸带表面形成氧化物层。结果，在开始进行铸造时， 铝趋于粘附在铸带表面。因此，在上述申请中所述的带铸需要用于 铸造工艺中铸带的性质所需的性能。

因此，本发明的目的是提供用于铸造金属、特别是铝合金的铸 带，以及用于制造这种铸带的方法，以克服了上述缺点。

本发明的更具体的目的是提供用于连铸金属、特别是铝合金的 铸带，其中该铸带的屈服强度被明显改进以降低该铸带在升温条件 下所产生的延伸，并且同时处理铸带的表面以减少铸带与铸造金属 之间粘附的趋势。

本发明的再一个目的是提供用于铸造金属的铸带，其中使与熔 融金属接触的铸带表面形成表面粗糙物，以改进其间的热传导和使 气体逸出，从而改进铸造金属的表面特性。

由下面对本发明的详述，可以更全面地了解本发明的这些和其 他目的以及优越性。

发明概述

本发明的主题在于用于铸造熔融金属特别是铝合金的铸带，以 及制造这种铸带的方法，其中将该铸带进行三次不同的热处理步骤。 在第一热处理步骤中，将铸带加热至足以固溶热处理该铸带的高温， 然后淬火以提高其强度并减小铸带延伸的趋势。随后将铸带回火热 处理以提供所需的强度值。

在本发明最优选的实施方案中，优选地，该固溶热处理在可控 气氛中进行以使铸带的表面氧化最小。可用于本发明最优选实施方 案中的可控气氛可以是真空或是由惰性气体或还原气氛如一氧化碳 所提供的非氧化气氛。

在本发明的优选实施例中，在将铸带强化以提高其强度和硬度 并降低其可延伸性之后，优选地处理铸带以在与熔融金属接触的铸 带表面形成粗糙物。本文所用“粗糙物”是指并包括用于改善铸带 和沉积其上的熔融金属之间传热均匀性的表面粗糙物，该作用是提 供可容纳释放出的表面气体或使其在铸带和沉积在铸带上的熔融金 属之间逸出的空穴。本发明中所用的表面粗糙物可以是在铸带表面 上的起两种作用的沟槽、凹坑或其他任何花样形式。

一旦对铸带进行处理以引入表面粗糙物后，将接触面(lands)磨光 以去除毛刺及可能形成的任何表面氧化物。之后，将铸带进行第三 次热处理，该热处理在升温的控制条件下进行以氧化铸带表面。形 成在铸带上的表面氧化层显著地减小了熔融金属或由其形成的凝固 金属粘附于铸带表面上的趋势。为得到最佳效果，该氧化物还必须 具有所需的2-20微米的厚度以为用于凝固的高热流作准备。

本发明不受理论的限制，但相信通过控制温度和时间条件，可 以得到比US4,934,443所述得到的更均匀的氧化层。在后者中，形成 在铸带上的氧化层必须是通过暴露于铸带产生的热和大气中而形成 的，这些条件是随时间变化的。在实施本发明中，通过控制时间和 温度而预先调整铸带，这可以保证由此形成的氧化层在开始铸造之 前的铸带表面上基本均匀。

因此，本发明的铸带在铸造之前具有可靠铸造所必需的性能。 这保证了本发明的铸带在铸造操作一开始就具有提供改善表面质量 的能力，而且直至铸带老化也没有熔融金属粘附在铸带表面上的趋 势。

本发明中所用的铸带优选是由可热处理钢制成。然而应理解地 是，其他类似的金属带也可使用。例如已发现铜带也能提供满意的 效果。已经发现，用本发明方法制造的铸带非常适用于在上述共同 待审批的申请中所述的带铸方法中。

附图简述

图1是说明可使用本发明铸带的铸造设备的示意图。

图2是说明如何焊接铸带以形成环形金属铸带。

图3是说明本发明铸带的侧视图，其中该铸带的表面被处理成 沟槽形式的粗糙表面物。

图4是表示图3所示沟槽表面的平面视图。

图5是体现本发明特征的铸带的平面视图，其中表面粗糙物为 凹坑形式。本发明的详述

本发明的铸带优选用于共同待审批的申请序列号184,581中的带 铸技术中。如图所示，该设备包括由一对上皮带轮14和16及一对 相对应的下皮带轮18和20支撑的一对环形铸带10和12。每个皮带 轮均是可旋转式安装，并且是一种合适的耐热皮带轮。上皮带轮14 和16中的一个或两个由合适的电机装置或类似的驱动装置驱动，为 简单起见，这些驱动装置在图中未示出。对于下皮带轮18和20也 是如此。铸带10和12的每条均是环形带，并优选是由金属制成， 其形成与铸造的铝具有低反应活性的氧化物。

如图2所示，将一个皮带轮置于另一个之上，如此放置，在它 们之间形成一个铸模空隙，该空隙相应于被铸铝带的所需厚度。

用合适的金属供料装置如中间包28将要被铸造的熔融金属供料 于铸模空隙中。中间包28内侧的宽度基本上相应于铸带10和12的 宽度，并且包括一个输送金属料的铸造喷嘴30以将熔融金属输送到 铸带10和12之间的铸模空隙中。

该铸造设备还包括一对冷却装置32和34，它们与在两条铸带间 的铸模空隙内铸造的金属相接触的环形铸带的位置相对地安装。冷 却装置32和34由此用于分别将铸带10和12在与熔融金属接触之 前冷却。在如图2所示的优选实施方案中，冷却装置32和34分别 安装在铸带10和12的返程中。在该实施方案中，该冷却装置32和 34可以是常规冷却设备，例如安装的液体喷嘴，用来将冷却液直接 喷向铸带10和12的内侧和/或外侧以经其厚度冷却铸带。关于该带 铸设备的详细说明见上述共同待审批的申请。

在本发明的优选实施中，本发明的铸带是由可热处理的钢制成 的，优选碳钢。很多种碳钢可用于本发明的实施，部分地取决于在 带铸操作中所用的条件。使用AISI标准的4100系统的铬一钼钢得到 了好的结果。本发明中特别优选的是AISI的4130钢。这种钢一般含 有高达约1％的铬、高达约0.5％的钼以及0.2-0.4％的碳(以重量 计)。除了钢外，对本领域熟练人员来说可以用多种铜合金制成。

通常，本申请的钢制铸带由用于形成该铸带的金属薄板卷制成。 通过用现有技术的常规方法将薄板卷切成预定的长度并将铸带的两 端彼此焊在一起而制成环形铸带。如图2所示，铸带10包括焊缝52。 尽管对于本发明来说焊缝的位置不是关键性的，但优选地是焊缝以 相对垂直线为锐角的角度横向穿过铸带，如图2所示。通常，优选 地是该焊缝与垂直线成10-45°角。

一旦形成环形铸带后，将其在高温下于非氧化条件下进行处理， 处理时间能足以提高铸带的强度。进行该热处理以使抗拉强度升高 至至少90,000psi，优选100,000-150,000psi，使屈服强度至少为 70,000psi，优选为80,000-120,000psi。通过在足以形成碳和铁固溶 体的高温下处理铸带，可以实现该目的。这种温度一般在1400- 1800°F。对于热处理时间没有限制，该时间应足以形成碳在铁中的固 溶体。一般地，热处理时间某种程度上取决于温度，但一般为0.1- 10小时。

如上所述，本发明的一个重要原理就是在非氧化或还原条件下 热处理铸带，以增加其强度并降低其延伸趋势。本领域内的技术人 员可以理解，用于带铸的铸带一般是由厚度为0.05-0.15英寸的钢 制成，强烈的氧化反应会不利于后续的表面构造的操作。为此原因， 在用以提高铸带强度和降低延伸趋势的热处理步骤中，希望使任何 氧化反应最小化。

在铸带被固溶热处理以改善其强度和降低可延伸性后，将其淬 火，优选淬火至小于700°F以下。已发现该淬火步骤应按能基本上避 免铸带变形的方式进行。淬火至热油或热盐中能特别有效地阻止铸 带在淬火过程中变形。

之后，将铸带进行回火的第二次热处理，以得到所需的强度值。 可以在已知的回火或时效条件下进行钢、铜等铸带的回火。这种回 火条件优选地包括在600-1400°F温度下回火0.1-5小时，这在某 种程度上取决于铸带是由钢还是铜制成的。

之后，将其处理，在与熔融金属接触的表面形成表面粗糙物。 如图3和4所示，铸带10优选地处理以在铸带表面形成横向延伸的 沟槽54。可按常规方法通过机械加工铸带形成沟槽。另一种方法， 有时希望用激光切割出所需的沟槽以在铸带表面形成沟槽。激光的 使用尤其是所希望的，因为这比传统的工具机加工方法可切的更深 并可在每英寸上形成更多的沟槽。另外，使用激光还具有优越之处， 即当铸带被硬化至比能用工具机加工的更高强度水平时，激光可更 有效地将铸带表面切出沟槽。激光还具有一个优点，就是可有效地 将铸带切出比用单一工具机加工方法所切出的沟槽更长和更宽的沟 槽，这是因为单一工具机加下方法受到过度工具磨损的限制。

如有时所希望的那样，也可以用位于铸带表面上的一系列凹坑56 来代替沟槽。这些凹坑也用于增加熔融金属与铸造金属之间的热传 导，以及提供空穴以容纳当熔融金属沉积在铸带上时所形成的气体。

对于实施本发明来说，并不限制表面粗糙物的尺寸，并且可在 相当宽的范围内变化。通常所希望的是表面粗糙物彼此之间等距， 并且具有每英寸20-120个粗糙物的频数。一般地，这种沟槽或这 种粗糙物具有占铸带厚度1-40％的深度。

一旦在铸带表面形成表面粗糙物后，优选地磨光该铸带，以去 除毛刺以及在热处理过程中在表面形成的任何表面氧化物。这种磨 光使用逐级细化的石英砂尺寸，并用于将在形成表面粗糙物时形成 的任何尖锐边角磨平。

在磨光步骤之后，将本发明的铸带在控制温度的条件下进行第 二次热处理，以在铸带上引入或形成表面氧化物层。一般地，可以 在500-1000°F温度下热处理铸带1-5小时。已发现空气和燃烧气 氛均可提供良好的氧化物厚度。

如同本技术领域技术人员所理解的那样，在某些情况下也可使 用多种化学试剂以用于降低铸造金属粘附于铸带上的趋势。这些化 学添加剂是本领域技术人员所熟知的那些。

该第三热处理是用于在铸带表面形成薄氧化层。已经发现，由 于该氧化层是预先形成的，非常均匀，因而它对于防止金属粘附于 铸带表面上是特别有效的，尤其是在铸操作开始时。一旦该铸带被 烘烤而在其上形成了氧化层，则该铸带即可用于金属的带铸，优选 用于铝合金的带铸。

现参照实施例说明本发明的上述原理，该实施例用于说明本发 明但不限制本发明实施。 实施例

该实施例说明用于本发明原理的铸带的制备。

用于制造本发明铸带的铸带薄板卷材是厚0.08英寸的AISI 4130 钢薄板卷，将其沿与垂直线成30°角焊接形成环形铸带。然后于约 1600°F温度将铸带热处理3小时，再淬火以硬化铸带；之后于1300°F 回火2小时，使铸带具有约115,000psi的抗拉强度和95,000psi的屈 服强度。

然后将铸带进行机加工使其表面形成每英寸60条沟槽且深0.005 的沟槽。之后将铸带磨光至#320光洁度。

之后，将铸带在空气中于900°F的温度下烘烤2小时。发现该铸 带在带铸铝合金中可使用延长的时间，并且在开始时没有粘附。

应理解地是，在不脱离由权利要求书所特别确定的本发明的精 神的条件下，在生产过程的细节上可以作出各种变化和改变并使用 这些变化和改变。

发明背景