JP7243405B2 - 冷却ロール、双ロール式連続鋳造装置、薄肉鋳片の鋳造方法、及び、冷却ロールの製造方法 - 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、この冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置、薄肉鋳片の鋳造方法、冷却ロール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１－３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。

特開昭５９－１６３０５６号公報 特開平０８－０４７７４８号公報 特開平０８－２６７１８３号公報

ところで、上述の双ロール式連続鋳造装置においては、粗大な結晶組織を有する薄肉鋳片を製造することが可能となる。これにより、例えばＳｉを質量比で３％以上含む高Ｓｉ鋼等の特性向上を図ることができる。ここで、双ロール式連続鋳造装置において製造される薄肉鋳片の結晶粒を均一に粗大化させるためには、緩冷却化する必要がある。
しかしながら、上述の特許文献１－３に示すように、冷却ロールの外周面に酸化物からなる溶射層を形成した場合には、酸化物と溶鋼との濡れ性が悪いため、凝固核起点が少なくなり、凝固が不均一になりやすくなる。このため、均一で粗大な結晶組織を有する薄肉鋳片を、安定して製造することはできなかった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、均一で粗大な結晶組織を有する薄肉鋳片を、安定して製造することが可能な冷却ロール、この冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置、薄肉鋳片の鋳造方法、及び、冷却ロール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、本発明者らが鋭意検討した結果、以下に示す知見を得た。
溶射層を形成する酸化物としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、イットリア、シリカ、チタニア等が挙げられる。この中で、チタニアは、溶鋼との濡れ性が比較的良好で、溶鋼の接触角が９０°未満となる。
しかしながら、チタニアは耐熱性が低く、耐熱性に優れたアルミナやジルコニア等と混合して使用されるため、溶鋼との濡れ性が悪くなる。

また、溶鋼との濡れ性（接触角）については、その表面の粗化率によって変化する。濡れ性が悪く接触角が９０°以上の酸化物においては、粗化率が大きくなると、濡れ性が劣化して接触角がさらに大きくなる。一方、濡れ性が良く接触角が９０°未満の酸化物においては、粗化率が大きくなると、濡れ性が良好となり、接触角がさらに小さくなる。なお、通常、溶射層の表面には凹凸が生じており、粗化率が大きいため、溶鋼との濡れ性（接触角）が９０°以上の酸化物を用いた場合には、さらに溶融金属との濡れ性が劣化することになり、凝固遅れが生じやすくなる。
以上のことから、溶射層を構成する酸化物の組成（すなわち、溶射層を構成する酸化物の平滑面における接触角）に応じて、溶射層表面の粗化率を調整することにより、溶射層表面の濡れ性（接触角）を制御することが可能となる。

ここで、上述のように、溶融金属との濡れ性が悪くなると、凝固核起点が少なくなり、凝固遅れ部が生じ、結晶粒が不均一となる。
そこで、予め溶融金属への浸漬実験等によって、溶融金属において凝固遅れが生じない臨界接触角αを把握しておく。
そして、溶射層表面の濡れ性（接触角）を、臨界接触角αよりも小さくなるように構成すれば、凝固遅れの発生を抑制することが可能となる。

本発明は、上述した知見に基づいてなされたものであって、本発明に係る冷却ロールは、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であって、ロール本体と、このロール本体の外周面に形成された溶射層と、を有し、前記溶射層は、チタニア含有酸化物で構成されており、前記チタニア含有酸化物におけるチタニアの含有量（質量比）をＷ_Ｔ、前記チタニアの平滑面における溶融金属との接触角θ_Ｔ、前記チタニア以外の酸化物の含有量（質量比）をＷ_Ｍｉ、前記チタニア以外の酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θ_Ｍｉとして、前記溶射層を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θが以下の（１）式で定義され、
（１）式：θ＝Ｗ_Ｔ×θ_Ｔ＋Σ（Ｗ_Ｍｉ×θ_Ｍｉ）
この前記溶射層を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θと、前記溶射層の粗化率ｒと、前記溶融金属の凝固遅れが生じない限界接触角αとが、以下の（２）式を満足するように、前記溶射層の表面の粗化率ｒが調整されていることを特徴としている。
（２）式：ｃｏｓ^－１（ｒ×ｃｏｓθ）＜α

この構成の冷却ロールによれば、溶射層を構成するチタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θを、上述の（１）式で算出しており、この接触角θと、前記溶射層の粗化率ｒと、前記溶融金属の凝固遅れが生じない限界接触角αと、が（２）式を満足しているので、凝固遅れの発生を抑制することができ、均一で粗大な結晶粒を有する薄肉鋳片を安定して製造することができる。

本発明の双ロール式連続鋳造装置は、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であって、上述の冷却ロールを備えていることを特徴としている。
この構成の双ロール式連続鋳造装置によれば、上述の冷却ロールを備えているので、均一で粗大な結晶粒を有する薄肉鋳片を安定して製造することができる。

本発明の薄肉鋳片の鋳造方法は、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鋳造方法であって、上述の冷却ロールを用いることを特徴としている。
この構成の薄肉鋳片の鋳造方法によれば、上述の冷却ロールを用いているので、均一で粗大な結晶粒を有する薄肉鋳片を安定して製造することができる。

本発明の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、前記冷却ロールは、ロール本体と、このロール本体の外周面に形成された溶射層と、を有し、前記溶射層は、チタニア含有酸化物で構成されており、前記チタニア含有酸化物におけるチタニアの含有量（質量比）をＷ_Ｔ、前記チタニアの平滑面における溶融金属との接触角θ_Ｔ、前記チタニア以外の酸化物の含有量（質量比）をＷ_Ｍｉ、前記チタニア以外の酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θ_Ｍｉとして、前記溶射層を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θが以下の（１）式で定義され、
（１）式：θ＝Ｗ_Ｔ×θ_Ｔ＋Σ（Ｗ_Ｍｉ×θ_Ｍｉ）
この前記溶射層を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θと、前記溶射層の粗化率ｒと、前記溶融金属の凝固遅れが生じない限界接触角αとが、以下の（２）式を満足するように、前記溶射層の表面の粗化率ｒを調整することを特徴としている。
（２）式：ｃｏｓ^－１（ｒ×ｃｏｓθ）＜α

この構成の冷却ロールの製造方法によれば、溶射層を構成するチタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θを、上述の（１）式で算出し、この接触角θと、前記溶射層の粗化率ｒと、前記溶融金属の凝固遅れが生じない限界接触角αと、が（２）式を満足するように、前記溶射層の粗化率ｒを調整しているので、凝固遅れの発生を抑制可能な冷却ロールを製造することが可能となる。

ここで、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の粗化率を調整するロール本体表面処理工程を有し、粗化率が調整された前記ロール本体の外周面に溶射処理を行うことにより、前記溶射層の粗化率を調整する構成としてもよい。
この場合、予め粗化率を調整したロール本体の外周面に溶射層を形成することで、溶射層の表面の粗化率ｒを所定の範囲に調整することができ、凝固遅れの発生を抑制可能な冷却ロールを安定して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、均一で粗大な結晶組織を有する薄肉鋳片を、安定して製造することが可能な冷却ロール、この冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置、薄肉鋳片の鋳造方法、及び、冷却ロール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一部拡大説明図である。 粗化率ｒの説明図である。 アルミナにおける粗化率ｒと接触角との関係を示すグラフである。 チタニア含有酸化物におけるチタニアの含有量と接触角との関係を示すグラフである。 チタニア含有酸化物におけるチタニアの含有量及び粗化率と凝固遅れの発生との関係を示すグラフである。 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。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、酸化物からなる溶射粒子がロール本体２１の外周面に堆積することで形成されている。

このように、酸化物からなる溶射層２５を形成して緩冷却化を図ることにより、熱ひずみに起因した薄肉鋳片の割れや変形を抑制するが可能となるとともに、結晶粒を粗大化することができる。ここで、例えば、Ｓｉを質量比で３％以上含む高Ｓｉ鋼においては、結晶粒が粗大化することにより、特性の向上を図ることが可能となる。

しかしながら、溶鋼３との濡れ性が悪い（接触角が大きい）酸化物からなる溶射層２５を形成すると、凝固核起点が少なくなって凝固が不均一となり、凝固遅れが生じるおそれがある。このため、溶射層２５においては、溶鋼３との濡れ性を改善し、凝固遅れの発生を抑制することが求められる。
ここで、溶射層２５を構成する酸化物の一例を表１に示す。

チタニア（ＴｉＯ_２）は、酸化物の中でも、溶鋼３との濡れ性が比較的良好であり、接触角が７２°である。しかしながら、チタニア（ＴｉＯ_２）は耐熱性が低いため、耐熱性に優れたアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）といった他の酸化物と混合して使用することが好ましい。
そこで、本実施形態においては、溶射層２５は、チタニアを含有するチタニア含有酸化物で構成されている。

ここで、溶射層２５を構成するチタニア含有酸化物における溶鋼３との接触角θは、溶鋼３と接触する面における各種酸化物の割合に依存すると考えられる。
このため、本実施形態では、溶射層２５を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶鋼３との接触角θを、チタニア含有酸化物におけるチタニアの含有量（質量比）をＷ_Ｔ、チタニアの平滑面における溶鋼３との接触角θ_Ｔ、チタニア以外の酸化物の含有量（質量比）をＷ_Ｍｉ、チタニア以外の酸化物の平滑面における溶鋼３との接触角θ_Ｍｉとしたとき、以下の（１）式で定義した。
（１）式：θ＝Ｗ_Ｔ×θ_Ｔ＋Σ（Ｗ_Ｍｉ×θ_Ｍｉ）

また、溶射層２５における溶鋼３との濡れ性については、溶射層２５の表面粗度の指標である粗化率が影響する。そこで、本発明では表面粗度の指標として粗化率ｒを用いた。一般的に、固体表面の濡れ性に対する粗化率の影響は、以下の（Ａ）式（Ｗｅｎｚｅｌの式）で表される。ここで、（Ａ）式において、θは平滑な固体面と液滴のなす角度（接触角）であり、φは粗化率の影響を考慮した実質接触角であり、ｒは粗化率である。
（Ａ）式：ｃｏｓφ＝ｒ×ｃｏｓθ

上述の粗化率ｒは、粗化率ｒ＝（実際の表面積）／（水平面への投影表面積）で定義されるものである。
ここで、図３に示すように、表面の凹凸の幅をＸ、深さをＲｚと定義すると、見かけの表面積はＸ、実際の表面積は（Ｘ^２＋Ｒｚ^２）^０．５であるため、粗化率ｒは、図３の（Ｂ）式で表すことができる。

上述のように、溶射層２５を構成するチタニア含有酸化物の成分割合と、溶射層２５の表面の粗化率ｒと、を調整することにより、溶射層２５における溶鋼３との濡れ性を制御することが可能となる。
そこで、本実施形態においては、鋳造する溶鋼３において凝固遅れが生じない限界接触角αを予め求めておき、下記の（２）式を満足するように、溶射層２５を構成するチタニア含有酸化物の成分割合（チタニア含有酸化物の平滑面における接触角θ）と、粗化率ｒと、を設定している。
（２）式：ｃｏｓ^－１（ｒ×ｃｏｓθ）＜α

以下に、凝固遅れが生じないように、溶射層２５の成分割合及び粗化率ｒを設定する手順について具体例を用いて説明する。

まず、凝固遅れが生じずに良好な材質の薄肉鋳片１を製造可能な冷却ロール２０の表面（溶射層２５の表面）における接触角の条件を求めた。
本実施形態では、双ロール式連続鋳造法を模擬した鋳型浸漬実験を実施した。１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍ厚の銅板の表面にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる溶射層を成膜し、表面の粗化率を変更した各種鋳型板を準備した。これらの鋳型板を、大気溶解炉に貯留された温度１５７５℃の溶鋼（本実施形態では、質量比で３．０％のＳｉを含有するＳｉ含有鋼）に、２０ｍｐｍの速度で浸漬させ、０．８秒浸漬した後、同様の速度で引き上げ、鋳型板（溶射層）の表面に鋳片を形成した。

この鋳片の幅方向において中央から±３０ｍｍの領域の鋳片厚を５ｍｍピッチでマイクロメータを用いて測定した。その後、鋳片の断面を切り出して研磨し、ナイタールエッチングを施し、光学顕微鏡観察した。
以下の（Ｃ）式で定義した凝固不均一度ＣＶ値が１５以上のときに、凝固遅れが生じたと判断した。ここで、ｄ_ＡＶＥは鋳片厚の平均値、σは鋳片厚の標準偏差である。
（Ｃ）式：ＣＶ＝（σ／ｄ_ＡＶＥ）×１００

そして、上述のＣＶ値が１５未満であって凝固遅れが生じなかったときの粗化率とアルミナの平滑面における接触角とから実質接触角φを算出するとともに、凝固遅れが生じない限界接触角αを求めた。
図４に、アルミナの場合の粗化率ｒと実質接触角φとの関係を示す。上述の鋳型浸漬実験の結果、粗化率ｒ＝１．２（実質接触角φ＝１２６°）では凝固遅れが確認されず、粗化率ｒ＝１．３（実質接触角φ＝１３１°）では凝固遅れが確認された。
そこで、本実施形態では、質量比で３．０％のＳｉを含有するＳｉ含有鋼における限界接触角αを１２６°とした。

次に、溶射層２５を構成するチタニア含有酸化物の成分割合について検討した。
図５に、チタニアとアルミナの２元系のチタニア含有酸化物、及び、チタニアとジルコニアの２元系のチタニア含有酸化物において、チタニアの含有量と上述の（１）式で算出される接触角θとの関係を示す。なお、アルミナとジルコニアは、表１に示すように、いずれも接触角が１２０°であることから、図５において同様の関係を示すことになる。
この図５から、チタニアの含有量が６０％を超えると接触角θが９０°未満となり、粗化率ｒを大きくすることで実質接触角φがさらに小さくなり、濡れ性が向上する。一方、チタニアの含有量が６０％以下の場合には接触角θが９０°以下となり、粗化率ｒを大きくすることで実質接触角φがさらに大きくなり、濡れ性が劣化する。

そして、限界接触角α＝１２６°とした場合において、粗化率ｒとチタニアの含有量との関係を図６に示す。
この図６に示すように、チタニアの含有量が増加するにつれて粗化率ｒが大きくなっても凝固遅れが生じなくなることが確認される。この図６のグラフから、チタニア含有酸化物におけるチタニアの含有量、及び、溶射層２５表面の粗化率ｒを、設定することが可能となる。

次に、図７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。

（溶射層設定工程Ｓ０１）
まず、上述した手順によって、鋳造対象となる溶鋼の凝固遅れが生じない限界接触角αを確認し、（１）式及び（２）式から、溶射層２５を構成するチタニア含有酸化物の成分割合、溶射層２５表面の粗化率ｒを設定する。

（ロール本体表面処理工程Ｓ０２）
まず、ロール本体２１に対して表面処理を行い、ロール本体２１の外周面の粗化率を調整する。このとき、上述の溶射層設定工程Ｓ０１において設定された溶射層２５表面の粗化率ｒに応じて、ロール本体２１の外周面の粗化率を調整する。
なお、表面処理方法について特に限定はなく、ショットブラスト加工、切削加工や研磨加工等の表面処理手段を適宜選択して適用すればよい。

（溶射層形成工程Ｓ０３）
次に、粗化率を調整したロール本体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。このとき、上述の溶射層設定工程Ｓ０１において設定されたチタニア含有酸化物を用いて溶射層２５を形成する。
溶射処理は、溶射粒子を加熱・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。本実施形態では、爆発溶射によって溶射層２５を形成する。
また、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。

この溶射層形成工程Ｓ０３においては、ロール本体２１の外周面に沿って溶射粒子が堆積して溶射層２５が形成されるため、溶射層２５（冷却ロール２０）の外周面の粗化率ｒは、ロール本体２１の外周面の粗化率とほぼ同等となる。
その後、乾式研磨を行い、溶射層２５の外周面の粗化率ｒを目的の粗化率に調整する。

上述の工程によって、本実施形態における冷却ロール２０が形成される。

以上のような構成とされた本実施形態である冷却ロール２０、双ロール式連続鋳造装置１０及び薄肉鋳片１の製造方法によれば、鋳造対象となる溶鋼の凝固遅れが生じない限界接触角αを把握し、これに応じて、（１）式及び（２）式を満足するように、溶射層２５を構成するチタニア含有酸化物の成分割合、及び、溶射層２５の粗化率ｒが設定されているので、鋳造時において凝固遅れの発生を抑制することができ、均一で粗大な結晶粒を有する薄肉鋳片１を安定して製造することができる。

また、本実施形態である冷却ロール２０の製造方法によれば、鋳造対象となる溶鋼３の凝固遅れが生じない限界接触角αを把握し、これに応じて、（１）式及び（２）式を満足するように、溶射層２５を構成するチタニア含有酸化物の成分割合、及び、溶射層２５の粗化率ｒを設定し、ロール本体２１の外周面に溶射層２５を形成しているので、凝固遅れの発生を抑制可能な冷却ロール２０を製造することが可能となる。

さらに、本実施形態では、ロール本体２１の外周面の粗化率を調整するロール本体表面処理工程Ｓ０２と、粗化率が調整されたロール本体２１の外周面に溶射処理を行う溶射層形成工程Ｓ０３と、を備えているので、粗化率が調整されたロール本体２１の外周面に沿って溶射粒子が堆積して溶射層２５が形成されることで、溶射層２５（冷却ロール２０）の外周面の粗化率ｒがロール本体２１の外周面の粗化率と同等となるため、溶射層２５の表面の粗化率ｒを所定の範囲に精度良く調整することができる。

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、薄肉鋳片の鋳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。
また、図５においては、チタニアとアルミナの２元系のチタニア含有酸化物、及び、チタニアとジルコニアの２元系のチタニア含有酸化物を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、その他のチタニア含有酸化物によって溶射層を構成してもよい。

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、３．０％Ｓｉ鋼（質量％で、０．０５％Ｃ、３．０％Ｓｉ、０．２％Ｍｎ、０．０１０％Ｐ、０．００１５％Ｓ、０．５％Ａｌ、残部Ｆｅ及び不純物とされた組成の鋼）、及び、３．５％Ｓｉ鋼（質量％で、０．０５％Ｃ、３．５％Ｓｉ、０．２％Ｍｎ、０．０１０％Ｐ、０．００１５％Ｓ、０．５％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、鋳造速度０．７ｍ／ｓで６０トン鋳造した。

冷却ロールは、直径６００ｍｍ、幅６００ｍｍとし、ロール本体の外周面に表面処理を行って粗化率ｒを調整し、粗化率ｒを調整したロール本体の外周面に爆発溶射を行い、その後、乾式研磨を行うことで、表２、３に示す構造の溶射層を形成した。なお、参考として表面凹凸の幅Ｘ，深さＲｚも併せて表２、３に示す。また、溶射層は、チタニアとアルミナの２元系のチタニア含有酸化物、及び、チタニアとジルコニアの２元系のチタニア含有酸化物で構成した。
ここで、上述の実施形態の欄に記載したように鋳型浸漬実験を実施した結果、３．０％Ｓｉ鋼の限界接触角α＝１２６°、３．５％Ｓｉ鋼の限界接触角α＝１４３°であった。

そして、得られた薄肉鋳片の鋳造が安定した箇所から、鋳片の幅中央から±３０ｍｍで長さ６０ｍｍのサンプルを採取し、鋳片の凝固不均一度（凝固ＣＶ値）、平均結晶粒径、結晶粒の均一性を、以下のように評価した。

（鋳片の凝固不均一度）
上述のサンプルの幅方向において、中央から±３０ｍｍの領域の鋳片厚を５ｍｍピッチでマイクロメータを用いて測定した。そして、鋳片の厚さの平均値ｄ_ＡＶＥ、及び鋳片の厚さの標準偏差σを算出し、上述の（Ｃ）式からＣＶ値を求めた。評価結果を表２、３に示す。

（結晶粒観察）
上述のサンプルから６０ｍｍ幅の断面を研磨し、ナイタールエッチングを施し、結晶粒界を顕出し、光学顕微鏡観察した。
平均結晶粒径は、１／４厚部において切片法によって測定した。
結晶粒の均一性は、切片法で求めた平均結晶粒径よりも２倍以上大きい結晶粒が存在する場合を均一性「×」と評価し、切片法で求めた平均結晶粒径よりも２倍以上大きい結晶粒が存在しない場合を均一性「〇」と評価した。評価結果を表２、３に示す。

比較例１～６においては、溶射層の粗化率を考慮した接触角φが、３．０％Ｓｉ鋼の限界接触角α＝１２６°を超えており、凝固ＣＶ値が２２を超え、結晶粒均一性の評価が「×」となった。
比較例７，８においては、溶射層の粗化率を考慮した接触角φが、３．５％Ｓｉ鋼の限界接触角α＝１４３°を超えており、凝固ＣＶ値が２５を超え、結晶粒均一性の評価が「×」となった。

これに対して、本発明例１～１１、１７、１８においては、溶射層の粗化率を考慮した接触角φが、３．０％Ｓｉ鋼の限界接触角α＝１２６°よりも小さく、凝固ＣＶ値が１５以下となり、結晶粒均一性の評価が「〇」となった。なお、本発明例１～１１では、チタニアとアルミナの２元系のチタニア含有酸化物を用いており、本発明例１７，１８では、チタニアとジルコニアの２元系のチタニア含有酸化物を用いたが、いずれも同様の結果となった。
また、本発明例１２～１６においては、溶射層の粗化率を考慮した接触角φが、３．５％Ｓｉ鋼の限界接触角α＝１４３°よりも小さく、凝固ＣＶ値が１５以下となり、結晶粒均一性の評価が「〇」となった。

以上の結果から、本発明によれば、均一で粗大な結晶組織を有する薄肉鋳片を、安定して製造することが可能な冷却ロール、この冷却ロールを備えた双ロール式連続鋳造装置、薄肉鋳片の鋳造方法、及び、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
２５ 溶射層

Claims (5)

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であって、
   ロール本体と、このロール本体の外周面に形成された溶射層と、を有し、前記溶射層は、チタニア含有酸化物で構成されており、
   前記チタニア含有酸化物におけるチタニアの含有量（質量比）をＷ_Ｔ、前記チタニアの平滑面における溶融金属との接触角θ_Ｔ、前記チタニア以外の酸化物の含有量（質量比）をＷ_Ｍｉ、前記チタニア以外の酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θ_Ｍｉとして、前記溶射層を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θが以下の（１）式で定義され、
   （１）式：θ＝Ｗ_Ｔ×θ_Ｔ＋Σ（Ｗ_Ｍｉ×θ_Ｍｉ）
   この前記溶射層を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θと、前記溶射層の粗化率ｒと、前記溶融金属の凝固遅れが生じない限界接触角αとが、以下の（２）式を満足するように、前記溶射層の表面の粗化率ｒが調整されていることを特徴とする冷却ロール。
   （２）式：ｃｏｓ^－１（ｒ×ｃｏｓθ）＜α
2. 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であって、
   請求項１に記載の冷却ロールを備えていることを特徴とする双ロール式連続鋳造装置。
3. 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鋳造方法であって、
   請求項１に記載の冷却ロールを用いることを特徴とする薄肉鋳片の鋳造方法。
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、
   前記冷却ロールは、ロール本体と、このロール本体の外周面に形成された溶射層と、を有し、前記溶射層は、チタニア含有酸化物で構成されており、
   前記チタニア含有酸化物におけるチタニアの含有量（質量比）をＷ_Ｔ、前記チタニアの平滑面における溶融金属との接触角θ_Ｔ、前記チタニア以外の酸化物の含有量（質量比）をＷ_Ｍｉ、前記チタニア以外の酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θ_Ｍｉとして、前記溶射層を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θが以下の（１）式で定義され、
   （１）式：θ＝Ｗ_Ｔ×θ_Ｔ＋Σ（Ｗ_Ｍｉ×θ_Ｍｉ）
   この前記溶射層を構成する前記チタニア含有酸化物の平滑面における溶融金属との接触角θと、前記溶射層の粗化率ｒと、前記溶融金属の凝固遅れが生じない限界接触角αとが、以下の（２）式を満足するように、前記溶射層の表面の粗化率ｒを調整することを特徴とする冷却ロールの製造方法。
   （２）式：ｃｏｓ^－１（ｒ×ｃｏｓθ）＜α
5. 前記ロール本体の外周面の粗化率を調整するロール本体表面処理工程を有し、粗化率が調整された前記ロール本体の外周面に溶射処理を行うことにより、前記溶射層の粗化率を調整することを特徴とする請求項４に記載の冷却ロールの製造方法。

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