JPS62259645A - 急冷金属薄帯の製造方法およびその装置 - 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、溶融金１を急冷凝固させることにより、溶
湯から直接、結晶質または非晶質の金属薄帯を製造する
のに有利な製造方法およびその実施に用いて好適な製造
装置に関するものである。

（従来の技術） 結晶質や非晶質の金属薄帯を連続して製造する方法とし
て、近年溶融金属（溶融合金を含む。以下同じ）を冷却
体表面で急速凝固させ、直接連続薄帯を製造する方法が
数多く提案されている。特に非晶質合金薄帯を作る場合
には、必要とされる１０４〜１０６°Ｃ／ｓ程度の冷却
速度が容易に得られ、また操作、取扱いも簡便なことか
ら単ロール法が多用され、０．０２〜０　、０５ｍｍ程
度の板厚を有する連続金属薄帯がこの単ロール法で製造
されている。

単ロール法による代表的な非晶質金属薄帯の製造方法に
ついては、たとえば特開昭５３−５３５２５号公報に開
示されている。この製造法では注湯ノズルのスリット状
オリフィスは冷却表面の移動方向に対して、はぼ直角の
配置とされ、ノズル底面と冷却体表面との間隔は０．０
３ないし１ｍｍに設定されている。

しかしながら一般に単ロール法では、加圧されてスリッ
トから射出される溶融金属は冷却ロールの回転方向に引
き出されるばかりでなく、ロールの回転の向きとは逆方
向にも飛散し、パドルブレークが発生し易いという欠点
があった。飛散した溶融金属は、作業性を著しく損うだ
けでなく、連続金属薄帯の形成には関与しないから、歩
留りの著しい低下を招くことは云うまでもない。

この点上掲の特開昭５３−５３５２５号公報においては
、溶融金属流をロールの回転方向により容易に引き出す
ために、ロールの回転方向から見て、上流側の注湯ノズ
ルのスリットの縁を第１リツプ、下流側のスリット縁を
第２リツプと定義したとき、第２リツプと冷却体表面と
の間隔を、第１リツプと冷却体表面との間隔よりも大き
く設定して、パドルブレークの発生防止を図っている。

他方、特開昭５９−１４４５５９号および同５９−１４
４５６０号各公報で号各上記したようなパドルブレーク
による歩留り低下を防ぐために、ノズルの溶融金属噴出
方向を、冷却ロールの回転方向に沿う方向とし、かつ噴
き付けられた溶融金属が回転ロールに当たる位置におけ
るロール接線方向に近付けることを提案している。また
同様なノズル配置に関する提案は国際公開ＷＯ３４１０
３８５２号公報にも見られる。

これらのパドルブレークを防止する従来技術によって、
確かにノズル後方への溶融金属の飛散を抑えることがで
きる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの従来技術によって、急冷金属薄
帯を製造した場合には、冷却ロールに接する側の薄帯表
面にフィッシュスケールと呼ばれる表面欠陥が発生する
ことが新たに判明した。これはパドル後面が冷却ロール
表面に接する部分で、空気の巻込みが生じたためにでき
たもので、薄帯の表面粗さが大きくなって表面性状が損
なわれるが、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系等の非晶質合金薄帯を変
圧器の鉄心材料として使用する場合、このような表面荒
れは占積率を低下させるので好ましくない。

さらに特開昭５９−１４４５５９号、同５９−１４４５
６０号および国際公開ＷＯ３４１０３８５２号各公報に
開示され７いるように、注湯ノズル位置を冷却ロールの
中心直上からオフセットさせ、同時にノズル−ロール間
間隔を近接させる方式には工業的に大きな制約がある。

すなわら性状のすぐれた連続金属薄帯を製造するには注
湯開始前、および注湯中でもノズル−ロール間ギヤツブ
を精確に計測し、極めて近接させた所定の値に制御する
必要があるが、ノズル位置がロール中心直上からずれて
いる場合、例えば光学式のギヤツブ計測器を最適位置に
セットすることは極めて困難である。さらにロール中心
直上からずれているノズル先端底面を冷却ロールの表面
形状に沿うように研磨することは工業的不利が著しい。

この発明は、上記の該問題を有利に解決するもので、工
業的見地からの制約を受けることなしに、パドルブレー
クの発生を効果的に抑制した上で、表面の滑らかな金属
薄帯を得ることができる急冷金属薄帯の製造方法を製造
装置と共に提案することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） すなわルこの発明は、横軸のまわりに高速回転する冷却
ロールの外周表面上に、その母線に沿ってのびるスリッ
ト状のオリフィスを有するノズルから溶融金属を流出さ
せ、急冷凝固によって溶融金属から直接、金属薄帯を製
造するに当り、冷却ロールを２０〜５０ｍ／ｓの周速で
回転させ、この冷却ロールの回転軸を含む鉛直面と該ロ
ールの外周表面とが交わる位置の近傍にて、該鉛直面に
対し５〜４５“の範囲の角度で後傾するノズル流路を通
し、溶融金属を連続供給することから成る急冷金属薄帯
の製造方法であり、この製造法の実施に当たっては、ス
リット状のオリフィスの前リップおよび後スリップと冷
却ロール表面との距離をそれぞれａおよびｂとしたとき
、これらａ、ｂが次式（イ）。

（ロ） （イ）０≦ｂ−ａ≦０．５　　（ｍｍ）（ロ）　　ａ　
＝０．１〜１．０　（ｍｍ）の条件下に行うことが望ま
しい。

またこの発明は、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と、この冷却ロール
の外周表面上に溶融金属を供給するノズルとからなり、
該ノズルを冷却ロールのロール中心のほぼ直上に配置し
、かつ該ノズルはその先端に、冷却ロールの回転軸を含
む鉛直面に対し５〜４５°の範囲の角度で後傾したスリ
ット状の流路をそなえることから成る急冷金属薄帯の製
造方法であり、とくにノズル底面の表面粗さが、中心線
平均粗さＲａで１．０μｍ以下とすることが望ましい。

以下この発明を由来するに到った実験結果について説明
する。

さてこの発明においては、工業的な量産設備への適用を
重視し、注湯ノズルの位置は高速回転する冷却ロール中
心のほぼ直上にすることとしたが、この配置において、
ノズル後方への熔融金属の飛散、すなわちパドルブレー
クを抑制すべく種々検討したところ、第１図に示したよ
うにスリット状のオリフィスから流出すべき溶融金属の
流路をロールの回転軸を通る鉛直面に対して後傾させる
ことが、所期した目的の達成に極めて有効であることを
突止めた。

第１図において番号１はノズル、２は冷却ロール、３は
前リップ、４は後リップ、５は流路、そして６がパドル
、７が得られた急冷金属薄帯である。ここに流路５の後
傾角度θが５°よりも小さいとパドルブレークの発生防
止効果に乏しく、一方４５°を超えて傾けると、パドル
ブレークは発生しないものの、パドル後面での空気巻込
みが多くなって得られた薄帯のロール面側の表面粗さが
大きくなり、製品として許容される平均粗さＲａで１．
０μｍ以下にすることができなくなるので、ノズル流路
５の後傾角度θは５〜４５゛の範囲に制限することが肝
要である。

第２図および第３図にＦｅ、ｅＢ＋ｏｓｉ　１２組成（
ａｔχ）の合金溶湯を溶融石英製の細スリツトノズルか
ら、周速３５ｍ／ｓで高速回転する調合金製の冷却ロー
ル表面上に、スリット状流路の、冷却ロールの回転軸を
含む鉛直面に対する傾斜角度を種々に変化させて供給し
、急冷凝固させて非晶質金属薄帯を製造した場合におけ
る、リボン製造状況およびリボン表面性状について調べ
た結果を、スリット状流路の後傾角θとの関係で示す。

なおその他の実験条件は次のとおりである。リップ先端
と冷却ロール表面との距離：０．３鰭、スリット状オリ
フィス形状：０．５龍ＸＩ（ｈｍ、リップ厚み＝２１職
。

第２図および第３図から明らかなように、ノズルスリッ
トの後傾斜角度θを５°より小さくして、鉛直に近付け
ると、パドルブレークの発生頻度が急上昇し、一方４５
°を超えて傾けると、パドルブレークは発生しないもの
の、パドル後面での空気巻込みが多くなって得られた薄
帯の表面粗さは大きくなった。

また前掲第１図のように、注湯ノズルのスリット状流路
５を傾斜させた場合、得られる金属薄帯の自由表面側の
表面性状は従来の鉛直ノズルの場合以上に、前リップ３
の底面性状に影響を受けることが判明した。その際、重
要な因子はリップ底面の表面粗さであり、この表面粗さ
が大きくなると、金属薄帯の自由面側表面粗さに悪影響
を与えるすなわちスリットを通過した溶融金属の流れが
リップ底面の凹凸によって、乱れを受けるものと考えら
れる。

ここにノズル底面の平均粗さが１．０μｍを超えると、
薄帯自由面側の平均粗さを１．０μｍ以下にすることは
容易ではないので、ノズル底面の平均表面粗さは１．０
μｍ以下とすることが好ましい。

つぎにノズル・ロール間のギャップの好適範囲について
述べる。

前述したとおり、スリット状流路をロールの回転軸を通
る鉛直面に対して、ロール回転の逆方向に傾斜させるす
なわち後傾させることによって、パドルブレークを抑え
ることができるが、パドル後面で空気巻込みを伴ないが
ちである。そこでこのパドル後面での空気巻込みに関し
て、計算機シミュレーションによる溶融金属の流動に関
する解析や、実験的検討を重ねた結果、パドル後面での
空気巻込みを防止するには、溶湯流内の圧力分布をパド
ル後面で下方に向う大きな流動を生むようにする必要が
あることが判明した。具体的には前リップと冷却体表面
間のギャップａを、後リップと冷却体表面間のギャップ
ｂと同じくするか、または小さくするすなわちｂ≧ａと
することにより、パドル後面での流動を制御し、空気の
巻込みを防止することができた。

しかしながらｂをａよりも０．５ｍｍ以上大きくすると
パドル後方への溶融金属流が著しくなり、パドルブレー
クに到った。またａが１．０ｍｍよりも大きくなると、
パドルの自由面側が不安定となり、薄帯表面の凹凸が増
大するばかりでなく、穴の発生にまで達する傾向が確認
された。なおａの下限については確証するデータは得ら
れなかったが、少なくとも０．１ｍｍに設定した場合、
美麗な表面性状を有する急冷金属薄帯を作製することが
できた。

以上述べたところから、実際の操業においては、オリフ
ィスの前リップ３および後リップ４と冷却ロール表面と
のギャップａ、ｂにつき、次式（イ）。

（ロ） ０≦ｂ−ａ≦０．５　（ｍｍ）　　−−−−−（イ）ａ
　＝０．１〜１．０　（ｎｕｎ）　　−−−−−・・−
・・・　（ロ）の関係を満足させることが好ましい。

オリフィスのスリット間隔は０゜工ないし１．２１にす
るのが望ましい。というのはスリット間隔が０．１ｍｍ
に満たないと、精度良く長いスリットを切るのが困難で
あるばかりでなく、溶融金属の表面張力のために、細ス
リットを通して溶融金属を流すことが極めて難しく、一
方スリット間隔が１．２ｍｍを超えた場合には得られる
金属薄帯の厚みを一定、均一に維持するのが困難だから
である。

次にリップ厚みの好適範囲について述べる。後リップの
厚みが１．ｍｍに満たないと、ノズル後方への溶融金属
の飛散、すなわちパドルブレークを完全に抑えることは
難しいので、後リップの厚みは少なくとも１ｍｍ以上あ
ることが望ましい。なお上限に関する確かなデータを得
ることはできなかったが、少なくとも後リップが１０ｍ
ｍ厚の場合でも良好な金属薄帯を製造することができた
。

一方、前リップの厚みは０．１ないし１０ｍｍであるこ
とが望ましい。ここに前リップの下限０．１ｍｍに関す
る制限は金属薄帯製造上の制約からくるものでは無く、
工業的に量産する場合に、ノズルリップの厚みを０．１
ｍｍ以下にすると、摩耗等による損傷を無視できなくな
り、厳密な注湯条件の確保が困難となるからである。一
方、１０ｍｍ以上にすると、凝固した金属薄帯との摩擦
により損耗が生じがちになるからである。なお各リップ
とくに前リップのスリット側エツジを滑らかに仕上げる
必要があるのはいうまでもない。

次に、冷却ロール表面の周速度は２０〜５０ｍ／５（１
２００〜３０００ｍ／ｍｊｎ）にする必要がある。とい
うのはロール周速が２０ｍ／ｓに満たないと十分な冷却
速度が得られず、一方５０ｍ／ｓを超えると５０ｍｍ以
上の広幅の金属薄帯を連続して製造する場合に商業的に
価値のある表面性状を有する金属薄帯を安定して得るこ
とができないためである。

なおこの発明では、ノズルの配置位置は、冷却ロールの
ロール中心の直上とすることが好ましいが、前後に３〜
１０ｍｍ程度のずれであればほぼ同様の結果が得られる
。

（作　用） この発明に従い、ノズル流路を後傾させ、さらにはリッ
プと冷却ロール表面との間隙を適切に調節することによ
り、歩留り低下を招くパドルブレークを起すことなく、
また空気巻き込みや表面溶湯流の乱れによる表面荒れを
伴わない表面の美麗な急冷金属薄帯の連続的な安定した
製造を図り得る。また、ノズルとロールとのギャップを
制御する際の工業的なギヤツブ計測も極めて容易となる
。

（実施例） 実施例Ｉ Ｐｅ、ａＢ＋ｏｓｉ＋ｚ組成（ａｔ％）の合金溶湯から
、以下の要領で非晶質合金薄帯を製造した。

ノズルとしては窒化けい素製のものを、また冷却ロール
としては内部強制冷却式のＣｕ　−Ｂｅ合金製のものを
用い、下記の条件の下に前掲第１図に示したような配置
とした。

・ノズル流路の後傾角θ：１５゜ ・ノズル底面の表面平均粗さ二〇、５μｍ・前リップと
冷却ロール表面との距ｉ１ｉ’ｌａ　：　　０．４ｍｒ
ｎ・後リップと冷却ロール表面との距離ｂ　：　　０．
５ｍｍ・前リップの厚み：２ｍｍ ・後リップの厚み：４ｍｍ ・スリット状オリフィスの寸法：　　０．６ｍｍ　Ｘ　
１００ｍｍ・冷却ロールの周速：　　２８ｍ／ｓ ・？容？’５　？Ｌ　度二１２８０℃ 上記の条件下に急冷金属薄帯の製造を開始したところ、
製造期間中パドルブレークは全く発生せず、板厚：２４
μｍ、板幅：　１．００ｍｍで表面性状も良好な広幅非
晶質合金薄帯が連続的に得られた。

Ｘ線回折により、得られた薄帯は非晶質であることが確
認された。また薄帯の表面平均粗さは約０．６μｍと良
好であった。

実施例２ 実施例１と同様にして、下記 ・ノズル流路の後傾角θ：２０゜ ・ノズル底面の表面平均粗さ二０．３μｍ・前リップと
冷却ロール表面との距離ａ　：　　０．３ｍｍ・後リッ
プと冷却ロール表面との距離ｂ　：　　０．５ｍｍ・前
り・７プの厚み：３■ ψ後リップの厚み：３１ ０スリツト状オリフイスの寸法：　　０．７ｍｍＸ１０
０ｍｍ・冷却ロールの周速：　　２５ｍ／ｓ の条件下にＦｅｔｓＢ＋ｏＳｉ１□組成の非晶質合金薄
帯を製造したところ、パドルブレークの発生は皆無であ
り、板厚：２６μｍ、板厚：　１００＋ｙｕｙ＋の表面
性状が良好な連続金属薄帯が得られた。

得られた金属薄帯は非晶質であり、平均表面粗さは約０
．５μｍであった。

比較例１ ・ノズル流路の後傾角θ：０゜ ・ノズル底面の表面平均粗さ：１．５μｍ・前リップと
冷却ロール表面との距離ａ　：　　０．９ｍｍ・後リッ
プと冷却ロール表面との距離ｂ　：　　１．５ｍｍとす
る以外は実施例１と同一の条件で注湯したところ、ノズ
ル後方へ激しいパドルブレークが発生した。

また’ｔＪｉＷ　：　２９　ｐ　ｍ　、板幅：　１００
ｍｍのＦｅ７ｓＢ＋ｏＳｉ＋ｚ組成の非晶質合金薄帯を
得ることができたが、その表面平均粗さは約２．８μｍ
であり、表面性状に劣っていた。

実施例３ Ｓｉ　：　　６．５ｗｔ％を含有する鉄合金溶湯を、３
０ｍｍ幅のスリ・ノド状オリフィスを仔する溶融石英管
製の注湯ノズルを介して、下記の条件下に、周速：　４
０ｍ／ｓで回転する調合金製の冷却ロールの直上に注湯
し、急冷凝固させて、結晶質の高けい素鋼薄帯を製造し
た。

・ノズル流路の後傾角θ：４０゜ 曇ノズル底面の表面平均粗さ＝０．５μｍ・前リップと
冷却ロール表面との距離ａ　：　０．１５ｍｍ・後リッ
プと冷却ロール表面との距離ｂ　：　　０．２ｍｍＱ前
リップリップ：１ｍｍ ０後リツプの厚み：３ｍｍ ・スリ・７ト状オリフイスの寸法：　　０．５ｍｍ　Ｘ
　３０ｍｍ上記の条件下に溶湯温度：　１５５０℃で注
湯したところ、パドルブレークが発生することなしに、
板厚＝３０μｍ、板幅３０ｍｍの表面酸化のない美麗な
合金薄帯を製造することができた。

比較例２ ノズル流路の後傾角θを７０°とする他は、実施例３と
同し条件で注湯したところ、パドルブレークの発生ない
し板厚＝２３μｍの結晶質合金薄帯を製造することがで
きたが、薄帯表面の平均粗さは約１，９μｍであり表面
性状に劣っていた。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、工業的見地からの制約を受
けることなく、またパドルブレーク発生による歩留り低
下を招く不利なしに、表面性状に優れた急冷金属薄帯を
容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従う、溶融金属の注湯要領説明図
、 第２図は、スリット状流路の後傾角度θとパドルブレー
クの発生頻度との関係を示したグラフ、第３図は、スリ
ット状流路の後頭角度θと金属薄帯のロール面側表面粗
さとの関係を示したグラフである。 １・・・ノズル　　　　　　　２・・・冷却ロール３・
・・前リップ　　　　　　　４・・・後リップ５・・・
流路　　　　　　　　　　６・・・溶湯溜り７・・・急
冷金属薄帯

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、横軸のまわりに高速回転する冷却ロールの外周表面
   上に、その母線に沿ってのびるスリット状のオリフィス
   を有するノズルから溶融金属を流出させ、急冷凝固によ
   って溶融金属から直接、金属薄帯を製造するに当り、 冷却ロールを２０〜５０ｍ／ｓの周速で回転させ、この
   冷却ロールの回転軸を含む鉛直面と該ロールの外周表面
   とが交わる位置の近傍にて、該鉛直面に対し５〜４５°
   の範囲の角度で後傾するノズル流路を通し、溶融金属を
   連続供給することを特徴とする急冷金属薄帯の製造方法
   。 ２、スリット状のオリフィスの前リップおよび後スリッ
   プと冷却ロール表面との距離をそれぞれａおよびｂとし
   たとき、これらａ、ｂが次式（イ）、（ロ） （イ）０≦ｂ−ａ≦０．５（ｍｍ） （ロ）ａ＝０．１〜１．０（ｍｍ） の条件を満足する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、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と、この冷却ロールの外周表面上
   に溶融金属を供給するノズルとからなり、 該ノズルを冷却ロールのロール中心のほぼ 直上に配置し、かつ該ノズルはその先端に、冷却ロール
   の回転軸を含む鉛直面に対し５〜４５°の範囲の角度で
   後傾したスリット状の流路をそなえることを特徴とする
   急冷金属薄帯の製造装置。 ４、ノズル底面の表面粗さが、中心線平均粗さＲａで１
   ．０μｍ以下である特許請求の範囲第３項記載の装置。