CN103930225B - 金属薄带的制造方法及制造设备 - Google Patents

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Abstract

一种金属薄带的制造方法，将熔融金属浇注在高速旋转的冷却辊的外周面上，使熔融金属骤冷凝固而形成宽度W为50～350mm的金属薄带，接着，从冷却辊的大致切线方向朝向金属薄带喷吹压缩气体而将金属薄带从冷却辊上剥离，将该剥离下来的金属薄带吸附在吸引式带式输送机的透气性传送带上并输送至卷轴，卷绕成卷状，所述金属薄带的制造方法中，以使冷却辊与吸引式带式输送机的最近距离L为2～50mm且使设置在吸引式带式输送机中的吸引箱的吸引宽度S相对于金属薄带的宽度W为1.2～2.5倍的方式使所述金属薄带吸附在传送带上，由此，减少通过骤冷工艺制造宽幅金属薄带时产生在金属薄带的边缘部的微小裂纹。

Description

金属薄带的制造方法及制造设备
技术领域
本发明涉及利用高速旋转的冷却辊使熔融金属急速凝固的金属薄带的制造方法及该制造方法中使用的制造设备。
背景技术
利用高速旋转的冷却辊使熔融金属急速凝固的所谓“骤冷工艺”是作为用于制造金属薄带的技术而开发的，将以高速制造的金属薄带在不产生损伤的情况下从冷却辊上剥离并输送至卷轴而卷绕成卷状成为重要的课题之一。
作为金属薄带的输送和卷绕技术，例如，在专利文献1中提出了下述的金属薄带的制造方法：将熔融金属浇注在高速旋转的冷却辊的表面上，使熔融金属骤冷凝固而形成金属薄带后，将该金属薄带从冷却辊上剥离，输送至卷绕装置，利用卷绕装置卷绕成卷状，其中，沿冷却辊的切线方向喷吹压缩气体将金属薄带从冷却辊上剥离，将该剥离下来的金属薄带吸附在相对于输送方向从后方开始移动的吸引式输送机的透气性传送带上，在吸附状态下输送至卷绕装置。
但是，该专利文献1的技术中，将吸引式输送机的透气性传送带的速度设定得高于刚从冷却辊上剥离下来的金属薄带的速度即制板速度而使传送带与金属薄带之间产生摩擦力，由此，在施加张力的同时输送金属薄带。但是，在骤冷工艺中，将高温的熔融金属急速冷却，因此，传送带的温度必然上升至接近100℃。因此，在耐热性低的尼龙制等的传送带的情况下，金属薄带与传送带成为熔敷状态，摩擦系数变大。结果，在使用卷轴卷绕成卷状时，存在施加于金属薄带的张力过大而容易引起断裂的问题。该问题通过使用不锈钢制的网带得以解决，但是相反地会产生容易因传送带与金属薄带的摩擦而在金属薄带上产生划痕的另一问题。
作为解决这种问题的技术，例如，在专利文献2中提出了下述的金属薄带的卷绕方法：将从冷却辊上剥离下来的金属薄带吸附在配置于冷却辊附近的吸引式输送机的传送带上并输送至卷轴，在对金属薄带施加张力的同时将其卷绕到卷轴上，此时，使吸引式输送机的带速比制板速度慢，由此，减小施加于金属薄带的张力而防止断裂，另外，在专利文献3中提出了下述的金属薄带的卷绕方法：同样地使用吸引式输送机吸附剥离下来的金属薄带并输送至卷轴，在对金属薄带施加张力的同时将其卷绕到卷轴上，此时，在上述吸引式输送机中使用表面覆盖有氟树脂的传送带，由此来减小摩擦，减小施加于金属薄带的张力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平06-182508号公报
专利文献2：日本特开平09-262646号公报
专利文献3：日本特开平09-262648号公报
发明内容
发明所要解决的问题
通过应用上述专利文献2或专利文献3的技术，能够大幅减少金属薄带的断裂和宽度方向的长度超过1mm的裂纹。但是，根据本发明人的考察，即使使用上述技术，也未解决产生在金属薄带的宽度方向端部(边缘部)、属于只有使用显微镜才能确认的级别且宽度方向长度(深度)为1mm以下的微小裂纹。这种微小裂纹的产生特别是在宽度为250mm以上的宽幅金属薄带中有变得显著的倾向。
另一方面，近年来，在以金属薄带作为原材料来制造产品的加工工艺中，从提高生产率、省力化、低成本化的观点出发，正在积极地推进金属薄带的宽幅化和加工工艺的自动化。但是，在使用金属薄带作为原材料加工成产品时，微小裂纹有时成为断裂的起点，即使产生频率低，也会成为使生产率显著降低的原因。因此，强烈期待解决以往不太被重视的微小裂纹。
本发明鉴于现有技术存在的上述问题而完成，其目的在于，提出在通过使用冷却辊的骤冷工艺制造金属薄带、特别是制造宽幅金属薄带时能够大幅减少产生在边缘部的微小裂纹的金属薄带的制造方法，并且提供该方法中使用的制造设备。
用于解决问题的方法
为了解决上述问题，本发明人对微小裂纹的产生原因的查明及其解决对策反复进行了深入研究。结果发现，通过优化使从冷却辊上剥离下来的金属薄带吸附在吸引式带式输送机上时的条件，能够大幅减少产生在边缘部的微小裂纹，从而完成了本发明。
即，本发明提出了一种金属薄带的制造方法，将熔融金属浇注在高速旋转的冷却辊的外周面上，使熔融金属骤冷凝固而形成宽度W为50～350mm的金属薄带，接着，从冷却辊的大致切线方向朝向金属薄带喷吹压缩气体而将金属薄带从冷却辊上剥离，将该剥离下来的金属薄带吸附在吸引式带式输送机的透气性传送带上并输送至卷轴，卷绕成卷状，所述金属薄带的制造方法的特征在于，以使冷却辊与吸引式带式输送机的最近距离L为2～50mm且使设置在吸引式带式输送机中的吸引箱的吸引宽度S相对于金属薄带的宽度W为1.2～2.5倍的方式使上述金属薄带吸附在传送带上。
本发明的金属薄带的制造方法的特征在于，上述金属薄带的宽度W为250～350mm。
另外，本发明为一种金属薄带的制造设备，具备：高速旋转的冷却辊、具有将熔融金属浇注在上述冷却辊的外周面上的宽度为50～350mm的狭缝喷嘴的金属熔液浇注部、从上述冷却辊的外周面的大致切线方向朝向金属薄带喷出压缩气体而使金属薄带剥离的空气喷嘴、利用吸引箱吸引空气而使上述剥离下来的金属薄带吸附在透气性传送带上并进行输送的吸引式带式输送机和将上述输送来的金属薄带卷绕成卷状的卷轴，所述金属薄带的制造设备的特征在于，上述冷却辊与吸引式带式输送机的最近距离L为2～50mm，且设置在上述吸引式带式输送机中的吸引箱的吸引宽度S相对于金属薄带的宽度W为1.2～2.5倍。
本发明的金属薄带的制造设备的特征在于，上述狭缝喷嘴的宽度为250～350mm。
发明效果
根据本发明，对冷却辊与吸引式带式输送机之间的最近距离L和将从冷却辊上剥离下来的金属薄带的宽度W与设置在将该金属薄带输送至卷绕设备的吸引式带式输送机中的吸引箱的吸引宽度S的比(S/W)进行了优化，因此，能够大幅减少产生在金属薄带的边缘部的微小裂纹。
附图说明
图1是说明利用骤冷工艺的金属薄带的制造设备的概要的图。
图2是说明本发明的金属薄带的制造设备中的吸引式带式输送机的图。
图3是图2的制造设备的A-A’截面图。
图4是图2的制造设备的A-A’的另一个截面图。
图5是说明冷却辊与吸引式带式输送机的位置关系的图。
具体实施方式
图1是表示本发明中使用的单辊方式的金属薄带的制造设备的概要的图。该图中，标号1为铜合金制的冷却辊，在该冷却辊1的上方配设有金属熔液浇注部5，所述金属熔液浇注部5具有储存调节至预定成分组成的熔融金属2(金属熔液)的金属熔液保持容器3和在其下部具有宽度为W的开口的狭缝喷嘴4，从上述狭缝喷嘴4将金属熔液浇注在高速旋转的冷却辊1的外周面上部，使金属熔液骤冷凝固而形成宽度为W的金属薄带6。接着，从朝向冷却辊1的外周面切线方向的具有狭缝状开口的空气喷嘴7向形成在冷却辊外周面上的金属薄带6喷出压缩气体，使金属薄带6在冷却辊1的剥离点P剥离。然后，使剥离下来的金属薄带6吸附在配设于剥离点P的下方且相对于金属薄带6的输送方向以剥离点P的后方作为移动起点的吸引式带式输送机8(以下，也仅称“输送机”)的具有透气性的传送带9上，在该状态下使其移动而输送至输送机的末端，经由挤压辊10引导到卷轴11上而卷绕成卷状。
如图2所示，上述的吸引式带式输送机8由具有透气性的传送带9、输送辊13、吸引箱12和未图示的真空泵构成，通过利用上述真空泵吸引吸引箱12上方的空气，使从未图示的配设在右侧上部的冷却辊1上剥离下来的金属薄带6吸附在具有透气性的传送带9的上表面。图3是图2所示的A-A’的截面图，吸引箱12的上表面具有孔，以便能够吸引空气且不会将传送带吸入吸引箱内部。另外，普遍的设计是使吸引箱12的宽度C大于金属薄带的宽度W。
本发明人对使用上述制造设备制造金属薄带时产生在金属薄带的宽度方向边缘部的微小裂纹的产生机制进行了考察。结果查明了，微小裂纹是由将金属薄带吸附在输送机的传送带上时和吸附后发生的金属薄带的微小振动引起的。而且，进一步对该微小振动的发生机制进行了考察，结果明确了，设置在输送机中的吸引箱的宽度C和金属薄带的宽度W有很大影响。
即，在金属薄带的宽度W比设置在输送机中的吸引箱的宽度C窄且两者的宽度差异小的情况下，具体而言，在吸引箱的宽度C相对于金属薄带的宽度W的比(C/W)小于1.2的情况下，从产生在图3所示的吸引箱的两个宽度方向端部的间隙D吸引的空气的流入速度增大。结果，在金属薄带的边缘部产生空气的紊流，金属薄带的边缘部发生微小振动而产生微小裂纹。
另一方面，在吸引箱的宽度C与金属薄带的宽度W的差异大、产生在吸引箱的两个宽度方向端部的间隙D大的情况下，具体而言，在吸引箱的宽度C相对于金属薄带的宽度W的比(C/W)超过2.5的情况下，被吸引的空气的流入速度减小，但是流入量增多，因此，难以确保吸引箱内的负压，吸引力降低。结果，金属薄带发生微小振动而在边缘部产生微小裂纹。
因此，本发明将设置在输送机中的吸引箱的宽度C限制在相对于金属薄带的宽度W为1.2～2.5倍((C/W＝1.2～2.5))的范围内。优选的(C/W)的范围为1.2～1.5。另外，可以认为上述金属薄带的宽度W与将金属熔液浇注在冷却辊上的狭缝喷嘴的开口宽度大致相同。
另外，在图3所示的吸引箱的情况下，为了使(C/W)的值为1.2～2.5的范围，需要根据金属薄带的宽度W的变动而改变吸引箱的宽度C。但是，每当金属薄带的宽度W变更都要更换吸引箱时，会显著妨碍作业效率。因此，如图4所示，优选先将吸引箱的宽度制作得较宽，使两个宽度方向端部的密封可变部14的密封宽度可变，根据金属薄带的宽度W的变动而改变密封宽度，从而改变吸引空气的有孔部分的宽度(吸引宽度)S。这种情况下，代替上述(C/W)，使(S/W)为1.2～2.5的范围即可。因此，在吸引箱的总宽度C成为吸引空气的有效部分的情况下，为(C/W)＝(S/W)＝1.2～2.5的范围。
另外，本发明人发现，微小振动的发生、进而微小裂纹的产生除了受到上述吸引箱的宽度C或吸引箱的吸引宽度S与金属薄带的宽度W的关系的影响之外，还受到冷却辊与吸引式带式输送机的最近距离L的影响，需要将上述最近距离L控制在2～50mm的范围内。在此，冷却辊与吸引式带式输送机的最近距离L是指图5所示的、冷却辊的外周与吸引式带式输送机表面最近的距离。
冷却辊与输送机的最近距离L小于2mm时，如图5所示，存在于高速旋转的冷却辊的周围且伴随辊的旋转而流动的空气在冷却辊与输送机之间被压缩。结果，压缩后的空气进入金属薄带的下面，金属薄带不吸附在传送带上而成为不稳定的状态，从而引起微小振动。
另一方面，冷却辊与输送机的最近距离L大于50mm时，图5所示的金属薄带的剥离点P与传送带吸附点Q之间的距离变得过大，金属薄带成为不稳定的状态，在这两点之间引起微小振动，从而产生微小裂纹。
因此，本发明中，在将上述(S/W)限制在1.2～2.5的范围内的基础上，进一步将冷却辊与输送机的最近距离L限制在2～50mm的范围内。优选的L的范围为2～15mm。
另外，对图1的金属薄带的制造设备的说明中，使用吸引式带式输送机输送的金属薄带由挤压辊10引导到卷轴11上并卷绕成卷状，但是也可以使用该卷绕方式以外的方法。例如，可以先在卷轴的外周面涂布胶粘性物质，在与制造的金属薄带的速度(制板速度)同步地进行旋转的同时与金属薄带接触而胶粘，并进行卷绕。或者，可以使用使主体部安装有磁铁的卷轴接近金属薄带而进行吸附的方法、最后使输送机偏斜而引导到主体部安装有磁铁的卷轴上的方法等任意的方法。
另外，利用卷轴开始卷绕后，可以使吸引式带式输送机中的吸引箱的吸引或利用传送带的金属薄带的输送停止。
另外，在卷绕中想要在冷却辊与卷轴之间配置任何测定装置等的情况下，为了避免与吸引式带式输送机的干扰，可以使用未图示的退避装置使吸引式带式输送机从图示的位置退避。
此外，在冷却辊与卷轴的间隔空得较大的情况下，可以将2台以上的吸引式带式输送机串联连接来配设。
另外，如上所述，本发明所要解决的微小裂纹在宽度为250mm以上的宽幅金属薄带中有变得显著的倾向。因此，本发明应用于250mm以上的宽幅金属薄带的制造是有效的。
实施例
使用具有图4所示结构的吸引箱的、图1所示的金属薄带的制造设备，进行制造成分组成为含有1.2原子％的C、8.7原子％的Si和9原子％的B且余量实质上由Fe构成的金属薄带的实验。具体而言，将具有上述成分组成且加热至1320℃的温度的熔融金属保持在金属熔液保持容器内，从配设在金属熔液保持容器的下部的狭缝喷嘴将金属熔液浇注在以30m/s的圆周速度高速旋转的铜合金制冷却辊的外周面上，使金属熔液急速凝固而形成厚度25μm的金属薄带后，从朝向冷却辊外周面的大致切线方向的空气喷嘴向该金属薄带以30m/s喷吹压缩空气，使金属薄带从冷却辊外周面上剥离。接着，使该剥离下来的金属薄带吸附在设置于冷却辊的下方的吸引式带式输送机的具有透气性的传送带上，在吸附状态下输送至配置在输送机的末端的卷轴，经由挤压辊在卷轴上卷绕成卷状。
此时，如表1所示，使浇注金属熔液的狭缝喷嘴的开口宽度、即金属薄带的宽度W在100mm、200mm和300mm这3个水平上变化，并且使吸引箱的吸引宽度S在100～900mm的范围内变化，使吸引宽度S相对于金属薄带的宽度W的比(S/W)发生各种变化。另外，对于冷却辊与输送机间的最近距离L，使其在0.5～80mm之间变化。
对于这样得到的金属薄带，在1m的长度上对两边缘进行显微镜观察，考察有无产生宽度方向长度(边裂深度)为1mm以下的微小裂纹。另外，在该显微镜观察中，可以确认到0.1mm以上的裂纹。
将上述考察结果与金属薄带的宽度W、吸引宽度S、(S/W)和冷却辊与输送机间的最近距离L一起示于表1。由表1确认了，通过使吸引箱的吸引宽度S相对于喷嘴狭缝的开口宽度(＝金属薄带的宽度)W的比(S/W)为1.2～2.5的范围，能够防止金属薄带边缘部的微小裂纹的产生，但是，即使使(S/W)为上述范围，如果不使冷却辊与输送机间的最近距离L为2～50mm，也不能防止微小裂纹的产生。
[表1]
标号说明
1：冷却辊
2：熔融金属(金属熔液)
3：金属熔液保持容器
4：狭缝喷嘴
5：金属熔液浇注部
6：金属薄带
7：空气喷嘴
8：吸引式带式输送机
9：透气性传送带
10：挤压辊
11：卷轴
12：吸引箱
13：输送辊
14：两个宽度方向端部的密封可变部
15：冷却辊外周面附近的空气的流动
W：金属薄带的宽度(狭缝喷嘴的开口宽度)
C：吸引箱的宽度
S：吸引箱的吸引宽度
P：金属薄带的剥离点
Q：金属薄带的吸附点
L：冷却辊与输送机的最近距离

Claims (4)

1.一种金属薄带的制造方法，将熔融金属浇注在高速旋转的冷却辊的外周面上，使熔融金属骤冷凝固而形成宽度W为50～350mm的金属薄带，接着，从冷却辊的大致切线方向朝向金属薄带喷吹压缩气体而将金属薄带从冷却辊上剥离，将该剥离下来的金属薄带吸附在吸引式带式输送机的透气性传送带上并输送至卷轴，卷绕成卷状，所述金属薄带的制造方法的特征在于，
以使冷却辊与吸引式带式输送机的最近距离L为2～50mm且使设置在吸引式带式输送机中的吸引箱的吸引宽度S相对于金属薄带的宽度W为1.2～2.5倍的方式使所述金属薄带吸附在传送带上。
2.如权利要求1所述的金属薄带的制造方法，其特征在于，所述金属薄带的宽度W为250～350mm。
3.一种金属薄带的制造设备，具备：
高速旋转的冷却辊、
具有将熔融金属浇注在所述冷却辊的外周面上的宽度为50～350mm的狭缝喷嘴的金属熔液浇注部、
从所述冷却辊的外周面的大致切线方向朝向金属薄带喷出压缩气体而使金属薄带剥离的空气喷嘴、
利用吸引箱吸引空气而使所述剥离下来的金属薄带吸附在透气性传送带上并进行输送的吸引式带式输送机、和
将所述输送来的金属薄带卷绕成卷状的卷轴，所述金属薄带的制造设备的特征在于，
所述冷却辊与吸引式带式输送机的最近距离为2～50mm，且设置在所述吸引式带式输送机中的吸引箱的吸引宽度S相对于金属薄带的宽度W为1.2～2.5倍。
4.如权利要求3所述的金属薄带的制造设备，其特征在于，所述狭缝喷嘴的宽度为250～350mm。
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