JP7155922B2 - 冷却ロールの製造方法、及び、薄肉鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの外周面に凝固シェルを形成・成長させて、薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置において用いられる冷却ロールの製造方法、この冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置を用いた薄肉鋳片の製造方法に関するものである。

金属の薄肉鋳片を製造する方法として、内部に水冷構造を有し互いに逆方向に回転する一対の冷却ロールを備え、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの外周面に凝固シェルを形成・成長させ、一対の冷却ロールの外周面にそれぞれ形成された凝固シェル同士をロールキス点で圧着して所定の厚さの薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置が提供されている。このような双ロール式連続鋳造装置は、各種金属において適用されている。

上述の双ロール式連続鋳造装置においては、冷却ロールの上方に配置された溶融金属容器から浸漬ノズルを介して溶融金属プール部に溶融金属を連続的に供給する。溶融金属は、溶融金属プール部の中央部に配置された浸漬ノズルから冷却ロールに向けて吐出され、冷却ロールに沿って一対のサイド堰側へとそれぞれ流れていく。回転する冷却ロールの外周面上では溶融金属が凝固成長して凝固シェルを形成し、各冷却ロールの外周面の凝固シェルがキス点で圧着される。

ここで、上述の双ロール式連続鋳造装置においては、冷却ロールの冷却能が高く、冷却ロールと凝固シェルとが密着した部分で局所的に強冷却となって凝固が進行してしまうため、薄肉鋳片に熱ひずみが生じ、この熱ひずみに起因して、薄肉鋳片に割れや変形が生じることがあった。
そこで、例えば特許文献１、２には、冷却ロールの外周面に酸化物からなる溶射層を形成することにより、冷却ロールの外周面における緩冷却化を図り、熱ひずみに起因した割れや変形を抑制する技術が提案されている。

しかしながら、冷却ロールの外周面に溶射粒子を衝突させて溶射層を形成した場合には、溶射層の内部において溶射粒子同士の間に気孔が生じやすく、この気孔内のガスが溶融金属側に排出されることにより、薄肉鋳片の表面にクレータ状の疵や穴あきといった欠陥が発生するおそれがあった。
そこで、例えば特許文献３においては、溶射層の表面に封孔材を塗布して封孔処理を行うことにより、気孔内のガスが溶融金属側に排出されることを抑制し、薄肉鋳片の表面欠陥の発生を抑制する技術が提案されている。

特開昭５９－１６３０５６号公報 特開昭５９－１７４２５４号公報 特開平０８－０４７７４８号公報

ところで、特許文献３のように、溶射層の表面に封孔材を塗布した場合には、適切な封孔処理を行わないと、溶射層の表面に気孔が残存し、表面欠陥の発生を抑制することができないおそれがあった。また、封孔材に起因した薄肉鋳片の表面疵が発生し、封孔処理を行わない場合に比べて、表面疵の数が増加してしまうおそれがあった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、溶射層に対して封孔処理を行うことなく、溶射層の気孔内のガスに起因する薄肉鋳片の表面疵等の発生を抑制することが可能な冷却ロールを製造できる冷却ロールの製造方法、及び、この冷却ロールを用いた薄肉鋳片の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷却ロールの製造方法は、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、溶融金属を供給し、前記冷却ロールの外周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置に用いられる冷却ロールの製造方法であって、ロール本体の外周面に本体溝部を形成する本体溝部形成工程と、前記本体溝部が形成された前記ロール本体の外周面に対して溶射処理を行って、溶射層を形成する溶射処理工程と、を備えており、前記本体溝部は、前記ロール本体の周方向に沿って周状に延在して形成されており、前記本体溝部の幅ｗ、前記本体溝部の深さｄ、前記本体溝部のピッチｐ、溶射後の前記溶射粒子の長径２ｒ、前記溶射層の厚みＤとした場合に、以下の（１）～（３）式を満足することを特徴としている。
（１）式：２ｒ≦ｗ≦１．２ｍｍ
（２）式：０＜ｄ≦Ｄ
（３）式：０＜ｐ－ｗ≦２ｒ

この構成の冷却ロールの製造方法によれば、ロール本体の外周面に本体溝部を形成する本体溝部形成工程と、前記本体溝部が形成された前記ロールの外周面に対して溶射処理を行って、溶射層を形成する溶射処理工程と、を備えているので、ロール本体の外周面に形成された本体溝部に沿って溶射層が形成されることにより、溶射層を備えた冷却ロールの外周面に溝部が形成される。そして、溶射層の気孔内のガスは、冷却ロールの溝部を介して排出されるため、気孔内のガスに起因した表面疵の発生を抑制することができる。

そして、本体溝部の幅ｗが溶射後の溶射粒子の長径２ｒ以上とされているので、溶射処理工程において本体溝部の内部にまで溶射粒子が入り込むことになり、ロール本体に形成された本体溝部に沿って溶射層が形成され、溶射層を備えた冷却ロールの外周面にも確実に溝部を形成することができる。さらに、本体溝部の幅ｗが１．２ｍｍ以下とされているので、鋳造時において冷却ロールの外周面に形成された溝部の内部に溶融金属が入り込むことを抑制することができ、この溝部を介してガスを良好に排出することができる。
また、本体溝部の深さｄが、溶射層の厚みＤに対して、０＜ｄ≦Ｄの範囲内とされているので、冷却ロールの外周面全面を溶射層で覆うことができ、緩冷却効果が期待できる。
さらに、ピッチｐと本体溝部の幅ｗとの差ｐ－ｗが、溶射後の溶射粒子の長径２ｒ以下とされているので、本体溝部同士の間の領域には、一つの溶射粒子が積層する構造となる。溶射粒子自体には気孔が存在していないことから、本体溝部同士の間の領域に形成された溶射層には気孔が存在せず、鋳造時に溝部同士の間の領域からガスが発生せず、ガスに起因する薄肉鋳片の表面疵の発生を抑制することができる。

また、本発明の冷却ロールの製造方法においては、前記本体溝部の延在方向と前記ロール本体の周方向とがなす角度θが、以下の（４）式を満足することが好ましい。
（４）式：０°≦θ≦８０°
この場合、前記本体溝部の延在方向と前記ロール本体の周方向とがなす角度θが、０°≦θ≦８０°の範囲内とされているので、溶射層を備えた冷却ロールの外周面に形成された溝部も前記ロール本体の周方向とがなす角度θが、０°≦θ≦８０°の範囲内とされることになり、鋳造時において、溶射層の気孔内のガスが冷却ロールの周方向に沿って溶融金属プール部の湯面に向けて排出されることになり、凝固シェル内にガスが巻き込まれることを抑制できる。

また、本発明の冷却ロールの製造方法においては、前記ロール本体の外周面における単位面積当たりの前記本体溝部の体積Ｖｓが、前記冷却ロールの外周面における単位面積当たりの前記溶射層から発生するガス体積Ｖｅに対して、以下の（５）式を満足することが好ましい。
（５）式：Ｖｓ＞Ｖｅ
この場合、前記ロール本体の外周面における単位面積当たりの前記本体溝部の体積Ｖｓを、前記冷却ロールの外周面における単位面積当たりの前記溶射層から発生するガス体積Ｖｅよりも大きくすることで、溶射層を備えた冷却ロールの外周面に形成された溝部を介して、溶射層の気孔内のガスを確実に排出することができる。

本発明の薄肉鋳片の製造方法は、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、溶融金属を供給し、前記冷却ロールの外周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法であって、上述の冷却ロールの製造方法で製造された前記冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置を用いることを特徴としている。

この構成の薄肉鋳片の製造方法によれば、上述の冷却ロールの製造方法で製造された前記冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置を用いているので、溶射層の気孔内のガスを、冷却ロールの溝部を介して排出することができ、ガスに起因する薄肉鋳片の表面疵の発生を抑制することができる。また、ロール本体の外周面に溶射層を形成しているので、冷却ロールの緩冷却化を図ることができ、熱ひずみに起因した割れや変形を抑制することが可能となる。よって、高品質な薄肉鋳片を製造することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、溶射層に対して封孔処理を行うことなく、溶射層の気孔内のガスに起因する薄肉鋳片の表面疵等の発生を抑制することが可能な冷却ロールを製造できる冷却ロールの製造方法、及び、この冷却ロールを用いた薄肉鋳片の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態である冷却ロールの製造方法で製造された冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置の説明図である。 本発明の実施形態である冷却ロールの製造方法で製造された冷却ロールの一部拡大説明図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は外周面に形成された溝部の拡大図である。 溶射層を備えた冷却ロールにおいて、鋳造時における溶射層の気孔内のガスの挙動を説明する説明図である。（ａ）は溶射層に溝部が形成されていない従来の冷却ロール、（ｂ）は溶射層に溝部が形成された本実施形態の冷却ロールである。 ロール本体に形成された本体溝部の説明図である。（ａ）は本体溝部の拡大図、（ｂ）は本体溝部が形成されたロール本体の外観図である。 本発明の実施形態である冷却ロールの製造方法を示すフロー図である。

以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。以下の実施形態においては、鋳造する対象金属を鋼として説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態では、溶融金属として溶鋼を用いており、鋼材からなる薄肉鋳片１を製造するものとされている。なお、鋼種としては、例えば０．００１～０．０１％Ｃ極低炭鋼、０．０２～０．０５％Ｃ低炭鋼、０．０６～０．４％Ｃ中炭鋼、０．５～１．２％Ｃ高炭鋼、ＳＵＳ３０４鋼に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０鋼に代表されるフェライト系ステンレス鋼、３．０～４．０％Ｓｉ方向性電磁鋼、０．１～６．５％Ｓｉ無方向性電磁鋼等（なお、％は、質量％）が挙げられる。
また、本実施形態では、製造される薄肉鋳片１の幅が２００ｍｍ以上１８００ｍｍ以下の範囲内、厚さが０．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内とされている。

まず、本発明の実施形態である冷却ロールの製造方法で製造された冷却ロール２０を備えた双ロール式連続鋳造装置１０について説明する。
図１に示す双ロール式連続鋳造装置１０は、一対の冷却ロール２０（２０Ａ，２０Ｂ）と、薄肉鋳片１を支持するピンチロール１２，１２及び１３，１３と、一対の冷却ロール２０（２０Ａ，２０Ｂ）の幅方向端部に配設されたサイド堰１５と、これら一対の冷却ロール２０（２０Ａ，２０Ｂ）とサイド堰１５とによって画成された溶鋼プール部１６に供給される溶鋼３を保持するタンディッシュ１８と、このタンディッシュ１８から溶鋼プール部１６へと溶鋼３を供給する浸漬ノズル１９と、を備えている。

この双ロール式連続鋳造装置１０においては、タンディッシュ１８から浸漬ノズル１９を介して溶鋼プール部１６に溶鋼３が供給される。溶鋼プール部１６においては、溶鋼３が回転する冷却ロール２０（２０Ａ，２０Ｂ）に接触して冷却されることにより、冷却ロール２０の外周面の上で凝固シェル５、５が成長する。そして、一対の冷却ロール２０（２０Ａ，２０Ｂ）にそれぞれ形成された凝固シェル５、５同士がロールキス点で圧着されることによって、所定厚みの薄肉鋳片１が鋳造される。

そして、本実施形態である冷却ロール２０は、図２（ａ）に示すように、ロール本体２１と、このロール本体２１の外周面に形成された溶射層２５とを備えている。
ロール本体２１は、熱伝導性に優れた金属で構成されており、本実施形態では、銅又は銅合金で構成されている。
溶射層２５は、図２（ｂ）に示すように、酸化物からなる溶射粒子２６がロール本体２１の外周面に堆積することが形成されている。なお、溶射層２５（溶射粒子２６）は、例えば、アルミナ、チタニア、クロミア、ジルコニア、イットリアから選択される一種又は二種以上で構成されたものを用いることが好ましい。

そして、ロール本体２１の外周面には、図２（ｂ）に示すように、本体溝部２２が形成されており、この本体溝部２２に沿って溶射粒子２６が堆積して溶射層２５が形成されているので、溶射層２５を備えた冷却ロール２０の外周面には、本体溝部２２と同様の形状の溝部２８が形成されることになる。

ここで、図３を用いて、本実施形態である冷却ロール２０を用いた場合の作用効果について説明する。
外周面に溝部が形成されていない従来の冷却ロール１２０においては、図３（ａ）のように、溶鋼３が冷却ロール１２０の表面に接触して凝固シェル５が形成される際に、溶射層１２５の表層部に位置する気孔１２７内のガスが凝固シェル５側に排出され、ガスの巻き込みや凝固遅れが発生し、凝固シェル５の冷却ロール１２０に接触した側の表面にクレータ状の表面疵が生じることになる。

これに対して、本実施形態のように、冷却ロール２０の表面に溝部２８が形成された本実施形態の冷却ロール２０においては、図３（ｂ）に示すように、溶鋼３が冷却ロール２０の表面に接触して凝固シェル５が形成される際に、溶射層２５の表層部に位置する気孔２７内のガスは、溝部２８を介して排出されることになり、凝固シェル５側にガスが排出されることを抑制でき、ガスの巻き込みや凝固遅れの発生を抑制し、クレータ状の表面疵の発生が抑制されることになる。

ここで、本実施形態においては、溶射層２５の気孔２７内のガスを良好に排出することが可能な溝部２８を形成するために、ロール本体２１に形成される本体溝部２２の構造を以下のように規定している。

図２及び図４に示すように、本体溝部２２は、本体溝部２２の幅ｗ、本体溝部２２の深さｄ、本体溝部２２のピッチｐ、溶射後の溶射粒子２６の長径２ｒ、溶射層２５の厚みＤとした場合に、以下の（１）～（３）式を満足する。
（１）式：２ｒ≦ｗ≦１．２ｍｍ
（２）式：０＜ｄ≦Ｄ
（３）式：０＜ｐ－ｗ≦２ｒ
なお、本発明に使用する溶射前の溶射粒子は、球体であることを前提としている。したがって、溶射後の溶射粒子は、ほぼ円形であり、長径（２ｒ）と短径との差はほとんど無い。

また、本実施形態においては、本体溝部２２の延在方向とロール本体２１の周方向とがなす角度θが、以下の（４）式を満足することが好ましい。
（４）式：０°≦θ≦８０°

さらに、本実施形態においては、ロール本体２１の外周面における単位面積当たりの前記本体溝部の体積Ｖｓが、冷却ロール２０の外周面における単位面積当たりの溶射層２５から発生するガス体積Ｖｅに対して、以下の（５）式を満足することが好ましい。
（５）式：Ｖｓ＞Ｖｅ

以下に、本実施形態において、本体溝部２２の構造を上述のように規定した理由について説明する。

（本体溝部の幅ｗ）
ロール本体２１の外周面に形成された本体溝部２２の幅ｗが、溶射後の溶射粒子２６の長径２ｒよりも小さい場合には、溶射層２５を形成する際に、本体溝部２２の内部に溶射粒子２６が入り込むことがなく、本体溝部２２に沿って溶射層２５を形成することができず、溶射層２５を備えた冷却ロール２０の外周面に溝部２８を形成することができなくなる。一方、本体溝部２２の幅ｗが１．２ｍｍを超える場合には、溶射層２５を備えた冷却ロール２０の外周面に形成された溝部２８の幅も大きくなり、鋳造時において溝部２８の内部に溶鋼３が入り込み、気孔２７内のガスが溝部２８を介して排出されず、溶鋼３側に排出されてしまい、ガスの巻き込みや凝固遅れが発生し、クレータ状の表面疵が生じるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、本体溝部２２の幅ｗを、（１）式：２ｒ≦ｗ≦１．２ｍｍを満足するように規定している。
なお、本体溝部２２の幅ｗの下限は、０．３ｍｍ以上とすることが好ましく、０．４ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。また、本体溝部２２の幅ｗの上限は、１．０ｍｍ以下とすることが好ましく、０．８ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

（本体溝部の深さｄ）
ロール本体２１の外周面に形成された本体溝部２２の深さｄが、溶射層２５の厚みＤを超えると、本体溝部２２の内部に溶射粒子２６が十分に堆積せず、溶射層２５を安定して形成することができないおそれがある。なお、本体溝部２２の深さｄの下限は、ガスが通過することが可能であればよい。
以上のことから、本実施形態では、本体溝部２２の深さｄを、（２）式：０＜ｄ≦Ｄを満足するように規定している。
なお、溶射層２５の厚みＤは０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の範囲内であることが好ましいため、本体溝部２２の深さｄも０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。

（ピッチｐと本体溝部の幅ｗとの差ｐ－ｗ）
本体溝部２２のロール軸方向のピッチｐと本体溝部２２の幅ｗとの差ｐ－ｗは、隣り合う本体溝部２２同士の間の領域の幅となる。ここで、本体溝部２２のロール軸方向のピッチｐと本体溝部２２の幅ｗとの差ｐ－ｗが溶射後の溶射粒子の長径２ｒを超える場合には、隣り合う本体溝部２２同士の間の領域に、複数の溶射粒子２６が積層する構造となり、溶射粒子２６と溶射粒子２６との間に気孔２７が形成されるおそれがある。なお、本体溝部２２のロール軸方向のピッチｐと本体溝部２２の幅ｗとの差ｐ－ｗの下限は、本体溝部２２同士が連結しなければよい。
以上のことから、本実施形態では、ピッチｐと本体溝部の幅ｗとの差ｐ－ｗを、（３）式：０＜ｐ－ｗ≦２ｒを満足するように規定している。
なお、ピッチｐと本体溝部の幅ｗとの差ｐ－ｗの下限は、０．０１ｍｍ以上とすることが好ましく、０．１ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。また、ピッチｐと本体溝部の幅ｗとの差ｐ－ｗの上限は、０．３ｍｍ以下とすることが好ましく、０．２ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

（本体溝部の延在方向とロール本体の周方向とがなす角度θ）
本実施形態において、本体溝部２２の延在方向とロール本体２１の周方向とがなす角度θが、（４）式：０°≦θ≦８０°を満足する場合には、本体溝部２２がロール本体の周方向に向くように延在しており、冷却ロール２０の外周面に形成された溝部２８も冷却ロール２０の周方向に向くように延在することになり、この溝部２８を介して排出されたガスが、溶鋼プール部１６の湯面に向かって排出され、凝固シェル５内にガスが巻き込まれることを抑制できる。
なお、本体溝部２２の延在方向とロール本体２１の周方向とがなす角度θは、０°とすることが最も好ましい。

（本体溝部の体積Ｖｓ）
本実施形態において、ロール本体２１の外周面における単位面積当たりの本体溝部２２の体積Ｖｓが、冷却ロール２０の外周面における単位面積当たりの溶射層２５から発生するガス体積Ｖｅに対して、（５）式：Ｖｓ＞Ｖｅを満足する場合には、溶射層２５の気孔２７内のガスを、溝部２８を介して確実に排出することが可能となる。

溶射層２５の表面から発生するガス体積Ｖｅは、ボイルシャルルの法則により、下記の式のように表される。なお、Ｖｅ：冷却ロールの外周面における単位面積当たりの溶射層２５の表面から発生するガス体積（ｃｍ^３）、Ｔ_０：溶鋼３と接触する前のロール温度（℃）、Ｔ：溶鋼３と接触したときのロール温度（℃）、Ｖｐ：冷却ロールの外周面における単位面積当たりの気孔２７の総体積（ｃｍ^３）、である。

ここで、気孔率をｘ（％）、冷却ロールの外周面における単位面積当たりの溶射層２５の体積をＶ_１（ｃｍ^３）とすると、冷却ロールの外周面における単位面積当たりの気孔２７の総体積Ｖｐ（ｃｍ^３）は、以下の式で表される。なお、気孔率ｘ（％）は、溶射粒子の衝突エネルギーによって決まり、衝突時の速度を調整することで、気孔率ｘ（％）を変更できる。また、気孔率ｘ（％）は、浮力法により測定した。浮力法は、基材から溶射皮膜を剥がし、その表面に薄くワセリンを塗布して空中及び水中でその質量を測定することで、溶射皮膜の密度を求め、溶射皮膜と同一の材料の本来の密度との比から気孔率ｘ（％）を求める方法である。

よって、冷却ロールの外周面における単位面積当たりの溶射層２５の表面から発生するガス体積Ｖｅ（ｃｍ^３）は、下記の式で表すことができる。

ロール本体２１の外周面における単位面積当たりの本体溝部２２の体積Ｖｓは、本体溝部２２の幅ｗ×本体溝部２２の深さｄ×単位面積当たりの本体溝部２２の本数、によって算出される。冷却ロール２０の表面に形成される溝部２８は、本体溝部２２に応じた構造とされるため、ロール本体２１の外周面における単位面積当たりの本体溝部２２の体積Ｖｓが、冷却ロール２０の外周面における単位面積当たりの溶射層２５の表面から発生するガス体積Ｖｅよりも大きいと、溶射層２５の気孔２７内のガスを、溝部２８を介して確実に排出することが可能となる。

次に、図５のフロー図を用いて、本実施形態である冷却ロールの製造方法について説明する。

（本体溝部形成工程Ｓ０１）
まず、ロール本体２１の外周面に本体溝部２２を形成する。ここで、本実施形態においては、後述の溶射処理工程Ｓ０２において形成される溶射層２５及び溶射粒子２６を考慮して、形成する本体溝部２２の構造を決定する。
なお、本体溝部２２の形成方法について特に限定はなく、既存の加工手段を適宜選択して適用すればよい。

（溶射処理工程Ｓ０２）
次に、本体溝部２２が形成されたロール本体２１の外周面に対して溶射処理を行って、溶射層２５を形成する。
溶射処理は、溶射粒子２６を加熱・加圧し、高速で母材に衝突させ、母材の表面を被覆する表面処理方法である。本実施形態では、上述のように、各種酸化物からなる溶射粒子２６を用いている。溶射方法には、フレーム溶射、アーク溶射、プラズマ溶射、高速フレーム溶射、爆発溶射などがあるが、それぞれで溶射粒子の加熱・加圧方法が異なる。ここで、溶射粒子のエネルギーが高いほど、形成される溶射層２５の気孔率ｘが低くなる。
よって、冷却ロール２０の外周面における単位面積当たりの溶射層２５の体積Ｖ１及び気孔率ｘは、溶射粒子２６の径、溶射粒子２６を衝突させるときのエネルギー、溶射時間を調整することで制御可能である。

なお、溶射層２５の厚みＤは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の範囲内とすることがさらに好ましい。
また、溶射後の溶射粒子２６は、衝突によって扁平しており、その長径２ｒは、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。本実施形態では、この溶射後の溶射粒子２６の長径２ｒは、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて１００個の溶射粒子２６の長径を測定し、この平均値として求めた。

この溶射処理工程Ｓ０２においては、ロール本体２１の外周面に形成された本体溝部２２に沿って溶射粒子２６が堆積して溶射層２５が形成されることにより、溶射層２５を備えた冷却ロール２０の外周面に、本体溝部２２と同様の形状の溝部２８が形成されることになる。
以上のようにして、本実施形態における冷却ロール２０が形成されることになる。

以上のような構成とされた本実施形態の冷却ロールの製造方法によれば、ロール本体２１の外周面に本体溝部２２を形成する本体溝部形成工程Ｓ０１と、本体溝部２２が形成されたロール本体２１の外周面に対して溶射処理を行って、溶射層２５を形成する溶射処理工程Ｓ０２と、を備えているので、ロール本体２１に形成された本体溝部２２に沿って溶射層２５が形成され、溶射層２５を備えた冷却ロール２０の外周面にも溝部２８が形成されることになる。そして、溶射層２５の気孔２７内のガスは、溝部２８を介して外部に排出されるため、気孔２７内のガスが凝固シェル５側に排出されることが抑制され、薄肉鋳片１の表面疵の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、本体溝部２２の幅ｗが、溶射後の溶射粒子２６の長径２ｒ以上とされているので、溶射処理工程Ｓ０２において本体溝部２２の内部に溶射粒子２６が入り込み、ロール本体２１に形成された本体溝部２２に沿って溶射層２５が形成され、溶射層２５を備えた冷却ロール２０の外周面に、本体溝部２２に応じた形状の溝部２８を形成することができる。さらに、本体溝部２２の幅ｗが１．２ｍｍ以下とされているので、鋳造時に、冷却ロール２０の外周面に形成された溝部２８の内部に溶鋼３が入り込むことを抑制することができ、この溝部２８を介してガスを良好に排出することが可能となり、気孔２７内のガスが凝固シェル５側に排出されることを抑制できる。

さらに、本実施形態では、本体溝部２２の深さｄが、溶射層２５の厚みＤに対して、０＜ｄ≦Ｄの範囲内とされているので、ロール本体２１の外周面全面を溶射層２５で覆うことができ、緩冷却効果が期待できる。なお、ｄ＞Ｄであると、ロール本体２１の外周面の一部が被覆されず、鋳片の全面に対して緩冷却効果が得られない。
また、ピッチｐと本体溝部２２の幅ｗとの差ｐ－ｗが、溶射後の溶射粒子２６の長径２ｒ以下とされているので、隣接する本体溝部２２、２２同士の間の領域には、一つの溶射粒子２６が積層する構造となり、本体溝部２２，２２同士の間の領域に形成された溶射層２５には気孔２７がほとんど存在せず、鋳造時に気孔２７が溶鋼３と接触することを抑制でき、気孔２７内のガスが凝固シェル５側に排出されることが抑制され、薄肉鋳片１の表面疵の発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態において、本体溝部２２の延在方向とロール本体２１の周方向とがなす角度θが、０°≦θ≦８０°を満足する場合には、溶射層２５を備えた冷却ロール２０の外周面に形成された溝部２８もロール本体２１の周方向とがなす角度θが、０°≦θ≦８０°の範囲内とされ、溶射層２５の気孔２７から排出されたガスを冷却ロール２０の周方向に沿って溶鋼プール部１６の湯面に向けて排出することができ、凝固シェル５側に気孔２７内のガスが排出されることを抑制できる。

また、本実施形態において、ロール本体２１の外周面における単位面積当たりの本体溝部２２の体積Ｖｓを、冷却ロール２０の外周面における単位面積当たりの溶射層２５から発生するガス体積Ｖｅよりも大きくした場合には、溶射処理工程Ｓ０２において、本体溝部２２の形状に応じて冷却ロール２０の外周面に溝部２８が形成されることになり、溶射層２５の気孔２７内のガスを、この溝部２８を介して確実に排出することが可能となる。

さらに、本実施形態である薄肉鋳片の製造方法によれば、上述の冷却ロール２０の製造方法で製造された冷却ロール２０を備えた双ロール式連続鋳造装置１０を用いているので、溶射層２５の気孔２７内のガスを、冷却ロール２０の溝部２８を介して排出することができ、ガスに起因する薄肉鋳片１の表面疵の発生を抑制することができる。また、ロール本体２１の外周面に酸化物からなる溶射層２５を形成しているので、冷却ロール２０の緩冷却化を図ることができ、熱ひずみに起因した薄肉鋳片１の割れや変形を抑制することが可能となる。よって、高品質な薄肉鋳片１を製造することが可能となる。

以上、本発明の実施形態である冷却ロールの製造方法、及び、薄肉鋳片の製造方法について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、図１に示すように、ピンチロールを配設した双ロール式連続鋳造装置を例に挙げて説明したが、これらのロール等の配置に限定はなく、適宜設計変更してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。

図１に示す構成の双ロール式連続鋳造装置を用いて、質量％で、０．０５％Ｃ、０．６％Ｓｉ、１．０％Ｍｎ、０．０１０％Ｐ、０．００１５％Ｓ、０．０３％Ａｌ、残部Ｆｅ及び不純物とされた組成の鋼からなる薄肉鋳片を、表１に示す鋳造速度で６０トン鋳造した。

ここで、冷却ロールは、直径６００ｍｍ、幅６００ｍｍとし、ロール本体の外周面に、表１に示す構成の本体溝部を形成し、本体溝部を形成したロール本体に対して、表１に示す溶射層を形成した。今回は、すべてアルミナを溶射した。また、溶射粒子の衝突時の速度を変更し、気孔率が５％、１０％の溶射層を形成させた。このとき、本体溝部が、上述の（１）～（５）式を満たすか否かを表２に示した。
なお、（５）式については、溶鋼と接触する前の溶射層の温度Ｔ_０を８０℃、溶鋼と接触したときの溶射層の温度Ｔを１０００℃として計算した。

そして、得られた薄肉鋳片について、表面観察を行った。鋳片の全面にクレータ状の疵や穴あきが観察されたものを「×」、鋳片の一部にクレータ状の疵や穴あきが観察されたものを「△」、にクレータ状の疵や穴あきが観察されなかったものを「〇」と評価した。評価結果を表２に示す。

ロール本体に本体溝部を形成しなかった比較例１においては、薄肉鋳片の全面にクレータ状の疵や穴あきが観察された。溶射層の気孔内のガスが凝固シェル側に排出され、凝固シェルにガスが巻き込まれるとともに、このガスに起因した冷却不良が生じたためと推測される。

本体溝部のピッチｐと幅ｗの差ｐ－ｗが０．５ｍｍとされ、溶射粒子の長径２ｒ＝０．２８ｍｍよりも大きく、（３）式：０＜ｐ－ｗ≦２ｒを満たさない比較例２においては、薄肉鋳片の全面にクレータ状の疵や穴あきが観察された。本体溝部同士の間の領域に形成された溶射層に気孔が生じ、この気孔内のガスが凝固シェルに巻き込まれるとともに、このガスに起因した冷却不良が生じたためと推測される。

本体溝部の幅ｗが０．１ｍｍとされ、溶射粒子の長径２ｒ＝０．２９ｍｍよりも小さく、（１）式：２ｒ≦ｗ≦１．２ｍｍを満たさない比較例３においては、薄肉鋳片の全面にクレータ状の疵や穴あきが観察された。本体溝部の内部に溶射粒子が入り込まず、本体溝部に沿った形状の溝部を形成することができなかったためと推測される。

本体溝部の深さｄが０．３０ｍｍとされ、溶射層厚みＤより大きく、（２）式：０＜ｄ≦Ｄを満たさない比較例４においては、冷却ロールの外周面の一部が被覆されず、鋳片の全面に対して緩冷却効果が得られなかった。このため、鋳片の表面に割れやしわが見られたと推測される。

また、本体溝部の幅ｗが１．５ｍｍとされ、１．２ｍｍよりも大きく、（１）式：２ｒ＜ｗ≦１．２ｍｍを満たさない比較例５においては、薄肉鋳片の全面にクレータ状の疵や穴あきが観察された。本体溝部に溶鋼が差し込み、溶射層から発生したガスが凝固シェルに巻き込まれたため、クレータ状の疵や穴あきが発生したと推測される。

これに対して、（１）～（３）式を満たすように本体溝部を形成した本発明例１～１１においては、クレータ状の疵や穴あきの発生が抑制され、高品質な薄肉鋳片を製造することができた。
特に、（１）～（５）式を満足する本発明例１～９においては、クレータ状の疵や穴あきが観察されず、さらに高品質な薄肉鋳片を製造することができた。

以上の結果から、本発明によれば、溶射層に対して封孔処理を行うことなく、溶射層の気孔内のガスに起因する薄肉鋳片の表面疵等の発生を抑制することが可能な冷却ロールを製造できる冷却ロールの製造方法を提供できることが確認された。

１ 薄肉鋳片
３ 溶鋼（溶融金属）
５ 凝固シェル
１０ 双ロール式連続鋳造装置
１５ サイド堰
１６ 溶鋼プール部（溶融金属プール部）
２０ 冷却ロール
２１ ロール本体
２２ 本体溝部
２５ 溶射層
２６ 溶射粒子
２７ 気孔
２８ 溝部

Claims (4)

1. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、溶融金属を供給し、前記冷却ロールの外周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置に用いられる冷却ロールの製造方法であって、
   ロール本体の外周面に本体溝部を形成する本体溝部形成工程と、前記本体溝部が形成された前記ロール本体の外周面に対して溶射処理を行って、溶射層を形成する溶射処理工程と、を備えており、
   前記本体溝部は、前記ロール本体の周方向に沿って周状に延在して形成されており、前記本体溝部の幅ｗ、前記本体溝部の深さｄ、前記本体溝部のピッチｐ、溶射後の前記溶射粒子の長径２ｒ、前記溶射層の厚みＤとした場合に、以下の（１）～（３）式を満足することを特徴とする冷却ロールの製造方法。
   （１）式：２ｒ≦ｗ≦１．２ｍｍ
   （２）式：０＜ｄ≦Ｄ
   （３）式：０＜ｐ－ｗ≦２ｒ
2. 前記本体溝部の延在方向と前記ロール本体の周方向とがなす角度θが、以下の（４）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の冷却ロールの製造方法。
   （４）式：０°≦θ≦８０°
3. 前記ロール本体の外周面における単位面積当たりの前記本体溝部の体積Ｖｓが、前記冷却ロールの外周面における単位面積当たりの前記溶射層から発生するガス体積Ｖｅに対して、以下の（５）式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却ロールの製造方法。
   （５）式：Ｖｓ＞Ｖｅ
4. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、溶融金属を供給し、前記冷却ロールの外周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法であって、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却ロールの製造方法で製造された前記冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置を用いることを特徴とする薄肉鋳片の製造方法。

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