JPH0255645A - 急冷薄帯製造用の冷却ロール - Google Patents

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） この発明は、双ロール法や単ロール法などロールを使用
して溶融金属から直接金属薄帯を製造するプロセスに用
いて好適な冷却ロールに関するものである。

（従来の技術） 溶融金属（以下溶湯という）から直接金属薄帯を製造す
る方法としては、高速回転する冷却ロールの周面に溶湯
をノズルから流下させて周面上で急冷凝固させる方法が
よく知られている。この冷却ロールを用いる方法には単
ロール法と双ロー、ル法とがあり、例えばアモルファス
合金薄帯、高珪素鋼薄帯およびステンレス鋼薄帯などの
板厚１ｍｍ以下の広幅薄板を製造する場合は板の表面性
状、形状の点から双ロール法が有利とされ、その工業化
が進められている。

双ロール法は第１図に示すように、１対の冷却ロールｌ
ａ、　ｌｂが圧下接触するロールキス部に注湯ノズル２
から溶湯３を注入し、ロール間にかみ込ませて冷却と同
時に圧延を行うことから、使用する冷却ロールに対して
はロールの面精度を高めるため、強度、じん性および硬
さなどが高いことが要望される。

かような冷却ロールの材質としては例えば特開昭５６−
１１９６５０号公報に開示されているような、高速度鋼
、超硬合金などを用いることができるが、熱伝導が小さ
く抜熱が不十分になるばかりか、冷却ロールへの薄帯の
巻付きが発生し、さらにはりラックが発生するため、急
冷薄帯の製造には不向きである。

そこで通常は銅ロールが主に使用され、例えば特開昭５
７−７７９１８号公報に開示されている、熱伝導が良好
でかつ強度も大きいＣｕ−Ｃｒ、　Ｃｕ−ＺｒおよびＣ
ｕ−Ｂｅなどの銅合金が急冷凝固用ロールとして広く使
用されている。かかる銅合金ロールは実験室規模あるい
はヒートサイズ５００　ｋｇ以下の小規模なプロセスで
は有効であるが、ロール表面の微細な割れ（以下へアー
クラックと称す）が発生し、長時間にわたって操業を行
うとこのへアークラックに溶鋼が差し込んで薄帯がロー
ルに巻付き、結局はブレークアウト等により操業の中断
を余儀なくされることがあった。

（発明が解決しようとする課題） ここに従来の調合金製の冷却ロールの問題点をまとめる
と次の通りである。

（１）冷却ロール表面の焼付き、薄帯の巻付き・・・特
に厚さｌ　ｍｍ以下の薄帯を製造する場合は冷却ロール
の周速が速くなり冷却ロールの熱伝導率が小さいと焼付
き等の問題が生じる。

（２）冷却ロール表面の肌荒れ、摩耗・・・上記（１）
の条件を満足する高熱伝導性の材質を冷却ロールに適用
してもその種の材料は一般に硬度、特に高温硬度が低い
ため、長時間の操業で肌荒れや摩耗が生じ、これが薄帯
表面に転写され、製品板を汚染する。

（３）　　ロールの変形・・・とくに双ロール法ではロ
ール圧下し圧延しているためロールキス部が高温雲囲気
（４００℃以上）になると高温強度が劣化して高温変形
し易くなり、ロールの変形により薄帯の板厚変動が顕著
になる。

（４）　　ロール表面へアークラック・・・上記（１）
〜（３）の要求を満足するロール材質として高熱伝導性
を有しかつ、高温強度の高い銅合金が適合するが、これ
ら銅合金ロールを双ロール法に適用した場合、高温高圧
下での熱疲労のため、例えば析出硬化型銅合金（Ｃｕ−
Ｂｅ、　Ｃｕ−ＣｒおよびＣｕ　−ＺｒＣｒ等）では粒
界割れ、いわゆるヘアークラックが発生し、長時間の操
業が不可能である。

そこでこの発明は上記した種々の問題を解消し得る冷却
ロールを提供することが目的である。

（課題を解決するための手段） 発明者らは上記した問題を解決すべく鋭意研究を重ねた
結果、下記の特性を有する材質の冷却ロールを適用する
ことが、所期した目的の達成に極めて有効であるとの知
見を得た。

すなわちこの発明は、溶融金属の落下流を受け：その急
冷凝固を強いて薄帯化を導く冷却ロールであって、 熱伝導率：０．５　ｃａｆ／Ｃｍ　−ｓ　・を以上で、
さらに４００℃において、０．２％耐力：　３０　ｋｇ
ｆ　／　ｍｍ２以上、ビッカース硬さ（Ｈｖ　５ｇ）　
＋　１５０以上、引張り強さ：　４０ｋｇｆ　／　ｍｍ
２以上および伸び２５％以上を満足する材質になること
を特徴とする急冷薄帯製造用の冷却ロールである。

ここでこの発明に従う冷却ロールに好適な材質の具体例
について示すと、下記の通りである。

（１）　Ｚｒ：Ｏ，旧〜０．Ｉｗｔ％（以下単に％と示
す）Ｃｒ：０．３　〜０．５　　　％ Ｎｉ＋１．５　〜２．５　　　％ Ｔｉ：１．Ｏ〜２．０　　　％ Ｆｅ：０．０１〜０．１　　　％ を含有し、残りがＣｕと不可避不純物とからなる組成。

（２）　Ｂｅ：０．５〜１．０　　％ （：ｏ：１．４〜２．５　　％ 八ｇ：０．９　〜２．０　　　％ を含有し、残りがＣｕと不可避不純物とからなる組成。

（３）　Ｂｅ：０．２〜０．８　　％ Ｎｉ：１．４〜２．５　　％ Ｚｒ：０．１〜０．９　　％ を含有し、残りがＣｕと不可避不純物とからなる組成。

（作　用） 次にこの発明に従う冷却ロールの材質に関して限定した
理由を説明する。

熱伝導率：Ｑ、５　ｃａｉ！　／ａｍ−ｓ　・℃この発
明で対象とするような板厚１ｍｍ以下の薄帯を製造する
場合第２図に示すように、ロールキス部の表面温度（最
高表面温度）はロールの材質とくに熱伝導率の差に起因
した抜熱効果の違いにより異なる。同図に示すように、
例えば鉄系ロール（熱伝導率λ＝０．０１０．０５ｃａ
Ａ／ｃｍ−ｓ　・ｔ）を用いた場合にはロールキス部の
表面温度は６００〜９００℃となり、同様に銅系ロール
（λ−０，２〜１、Ｏｃａｎ／ａｍ　−ｓ　・ｔ）では
３００〜４００℃となる。

一方発明者らの実験ではロールキス部の温度が４００℃
をこえると巻付きが生じ、９００℃近辺ではロール材質
が変化し、界面で反応層が生成され焼付きを生じること
を確認している。従ってロールへの巻付きおよび焼付き
や作製した薄帯の凝固組織への悪影響を回避するには、
鉄系ロールに比し熱伝導率の高い銅系ロールが有利であ
る。

そこで発明者らは、銅系ロール（スリーブ厚５〜２０ｍ
ｍ、内部水冷）を用いる急冷薄帯の製造における、ロー
ルキス部の温度と熱伝導率との関係を調べた。その結果
を第３図に示すように、ロールキス部の温度を４００℃
以下に保つには熱伝導率を０．５ｃａｌ／ｃｍ−ｓ・℃
以上にすればよいことがわかる。

４００℃における０、２％耐力：　３０　ｋｇｆ　／　
ｍｍ２以上通常冷却ロールはスリーブを軸に焼ばめされ
ている。焼ばめ代は１／ｌ０００Ｄ〜２／１００ＯＤ　
（Ｄ　：ロール外径）程度で、引張り応力がロールに負
荷され、また双ロール法では２本のロール間で圧下して
圧延凝固を行うため、その圧下刃にみあう圧縮応力がロ
ール表面に負荷され、さらにロール表面温度の上昇によ
り熱応力（圧縮応力）が発生する。したがって冷却ロー
ルはこれらの応力に対する十分な耐力をそなえることが
肝要になる。

ここに冷却ロールに働く熱応力、圧下刃および焼ばめ応
力を計算により求めた結果について、第４図に示す。な
お同図はロール外径：５５０ｍｍ、ロール幅：５００ｍ
ｍおよびスリーブ厚：１０ｍｍの冷却ロールを２本用い
て圧下刃１ｔで製造した場合の例で、計算は有限要素法
にて行った。

同図において、ロールキス部の最大発生応力は３０ｋｇ
ｆ／ｍｍ２未満である。そこで降伏点応力を３０ｋｇｆ
／ｍｍ２程度に抑えれば大きな塑性変形は生じないため
、０．２％耐力を目安としテ３０ｋｇｆ　／　ｍｍ２以
上とした。

４００℃におけるピンカース硬さ（Ｈｖ　５ｇ）　：　
１５０以上 冷却ロールの表面粗さとビッカース硬さとの関係を第５
図に示すように、ロール表面の肌荒れが著しく巻付きや
焼付きが生じる領域Ａおよび肌荒れが生じて板形状に悪
影響を及ぼす領域Ｂを避けるには、Ｈｖ　５ｇを１５０
以上にすればよいことがわかる。

４００℃における引張り強さ’　４０ｋｇｆ／　ｍｍ２
以上双ロール法においては第６図に示すように、高温で
の加熱、冷却の繰り返しにょる熱疲労が発生し、冷却ロ
ール表面にヘアークラックが発生する。

一方策４図に示したように、ロールキス部での最大応力
はおよそ３０ｋｇｆ／ｍｍ２で、この応力が第６図の繰
返し熱疲労パターンで増幅される。これらの背景と種々
の実験から４００　ｔ：での引張り強さが４０ｋｇｆ／
ｍｍ２以上であればロールにかがる応力に十分に耐える
ことができる。

４００℃における伸び＝５％以上 冷却ロールの延性もヘアークラックの発生に影響を及ぼ
すと考えられ、ここに銅系ロールにおける熱変形の目安
として次式 ％式％） ただしα：線膨張係数（＝１６．５ｘｌＯ−１ｌ′／ｌ
）を参照すると、４００℃での熱変形は１％未満である
が、局部集中変形や圧下刃の影響を考慮すると４％程度
の変形伸びをみておく必要があり、したがって４００℃
における伸びは５％以上にする。

更に上記のすぐれた機械的性質は、前記課題解決のため
の手段で述べた本発明冷却ロールに好適な材質によって
得られ、（１）Ｃｕ−Ｚｒ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｔｉ−Ｆｅ合
金（２）Ｃｕ　−Ｂ　ｅ　−Ｃｏ　−Ａ　ｇ合金（３）
Ｃｕ−Ｂｅ−Ｎ　１−Ｚｒ合金といった析出硬化型合金
が主たるものである。

本合金ではいずれも金属間化合物例えば（１）では（Ｆ
ｅ、　Ｎ＋、　Ｃｏ）　ｘＴＩｙ相の粒子微細化と＜ｌ
ｒ、　Ｃｒ）　ｘＣｕｙ相共存、（２）ではＣＵ＋ｔ−
（Ｂｅ、　（：ｏ、　Ａｇ）　ｙ相、（３）ではＣｕ−
（Ｂｅ、Ｎｉ）、　Ｃｕ−Ｚｒ相の微細粒子が粒界に析
出し、高強度、高延性の合金を構成している。

（実施例） 表１に示す素材になる種々のスリーブにて作製した冷却
ロールを用いて双ロール法により以下の条件で板厚０．
５〜０．６＋ｎｍ、板幅５００　ｍｍの急冷薄帯を製造
した。

製造条件 鋼種：４．５％Ｓｉ　−Ｆｅ 冷却ロール二　ロール径　５５０ｍｍ　（外径）ロール
幅　５００ｍｍ スリーブ厚：ＩＯ市 ロール周速：　　５ｍ／ｓ 出鋼温度：　　　１６００℃ ヒートサイズ：３を 薄帯製造時の薄帯のロールへの巻付き及び製造後のロー
ル表面を観察するとともに冷却ロールの表面粗さを測定
した結果を、表１に併記する。

同表より明らかなように、この発明に従う冷却ロール（
Ｎｏ、１〜５）を用いた場合はロールの損耗は軽微であ
り、巻付きや焼付きは勿論のことクラックの発生も全く
なかったのに対し、熱伝導率と高温での硬さ、引張強さ
、０．２％耐力および伸びとが発明範囲からはずれた比
較例（Ｎｏ、６〜１５）では何かしらの弊害が生じてい
た。

（発明の効果） かくしてこの発明に従う冷却ロールによれば、急冷薄帯
製造中、ロール変形やロール表面への焼付き、巻付きが
生じることがなく、またロール表面の肌荒れ、摩耗も軽
微で表面クラックが発生することもないため、表面性状
に優れた急冷薄帯を長時間にわたり安定して製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は双ロールによる急冷金属薄帯の製造要領の説明
図、 第２図は冷却ロールとして鉄系ロールと銅系ロールを用
いた場合におけるロールキス部表面温度の経時変化を示
したグラフ、 第３図はロールキス部温度と熱伝導率との関係を示した
グラフ、 第４図は銅合金ロールを用いた場合のスリーブ表面の円
周方向応力の分布を示すグラフ、第５図はビッカース硬
さとロール表面粗さとの関係を示すグラフ、 第６図は熱疲労サイクルパターンを示すグラフ、である
。 ｌａ、　ｌｂ・・・冷却ロール　　２・・・注湯ノズル
３・・・溶湯

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、溶融金属の落下流を受け、その急冷凝固を強いて薄
   帯化を導く冷却ロールであって、熱伝導率：０．５ｃａ
   ｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上で、さらに４００℃において、０
   ．２％耐力：３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上、ビッカース硬
   さ（Ｈｖ５ｇ）：１５０以上、引張り強さ：４０ｋｇｆ
   ／ｍｍ＾２以上および伸び：５％以上を満足する材質に
   なることを特徴とする急冷薄帯製造用の冷却ロール。