JPH02160145A - 急冷薄帯製造用の冷却ロール及びその製造方法 - 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及びその製造方法に関するもので
ある。

（従来の技術） 溶融金属（以下溶湯という）から直接金属薄板を製造す
る方法として、高速回転するロールのロール胴表面に溶
湯をノズルから噴出させて接触させ冷却凝固する方法が
知られている。

この方法にはロールを１つ用いる単ロール法とロールを
２つ用いる双ロール法とがある。そのうち特に双ロール
法は、第１図に示すとおり、ロールのほぼ中央部に溶湯
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に強度、じん性、硬さなどが高いこ
とが要望される。ここに図中番号ｌは注湯ノズル、２は
溶湯、そして３が冷却ロールである。

このようなロールの材質としては、たとえば特開昭５６
−１１９６５０号公報に開示されているような高速度鋼
、超硬合金などが考えられるが、かような材質では板厚
が数■以下の薄板を製造する際、ロール表面温度が６０
０°Ｃ以上になってロールへの巻付き、焼付き、さらに
はクラックなどが発生するため、長時間の操業は不可能
であった。

これに対し特開昭５７−７７９１８号公報において、熱
伝導が良好でかつ強度も大きいＣｕ−Ｚｒ５Ｃｕ−Ｂｅ
などの銅合金が急冷凝固用ロール材として提案され、現
在広く使用されている。

しかし、このような銅合金ロールを用いて連続的に板厚
数鵬以下の薄板を双ロール法により製造する場合、ヒー
トサイズが５００ｋｇを超えると操業中に、銅合金ロー
ル表面に微細な割れ（以下へアークラックあるいはマイ
クロクランクと称す）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板がロ
ールに巻付くといったトラブルが生じ、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。

この点発明者らは先に、上記の問題を解決するものとし
て特開昭５８−１１６９５６号公報において、Ｎｉもし
くはＮｉ合金めっきの被覆層を有する高珪素薄鋼帯製造
用ロールを提案した。この冷却ロールは、ロールへの焼
付き防止には効果があり、耐摩耗性にも優れていたが、
製造技術の進歩に伴なうヒートサイズの拡大により先に
述べたヘアークラックの発生が依然として免れ得ないと
ころに問題を残していた。

また特開昭５２−５４６２２号公報には連続鋳造用モー
ルドにおいて鋳片の割れの防止、耐スポーリング、耐摩
耗性向上を目的としてＮｉめっき層を設け、さらにこの
層上にＣｒめっき層を設ける技術が開示されている。

急冷薄帯製造用の冷却ロールの表面に上記のＮｉ。

Ｃｒめっきを被覆させて、テストを行ったところロール
のへアークラック発生は少なくなり、長時間の操業が可
能となったが、ロールの肌荒れ、摩耗の問題は、依然と
して免れ得ながった。

（発明が解決しようとする課題） この発明が解決しようとする問題点は、次のとおりであ
る。

ｌ）　ロール表面の焼付き、巻付き・・・特にｌ■以下
の薄物では冷却ロール周速が速く、鉄系ロールや一部銅
合金ロール（熱伝導が良好でないもの）ではロール表面
に板が巻付いたり場合によっては焼付く、また冷却ロー
ルに表面被覆をしてもその材質、施工条件によっては巻
付き、焼付きが生じる。

２）　ロール表面の肌荒れ、摩耗・・・高熱伝導の銅合
金ロールでは高温硬度が低く、長時間の操業で肌荒れ、
摩耗が生じる。

３）　ロールの変形・・・双ロール法ではロールにて圧
下し圧延しているためロールキス部（２本のロールが圧
下接触している点）では高温雰囲気（５００℃以上程度
）になると高温変形し易く、かかるロールの変形により
作製した薄板の板厚偏差や肌荒れが促進する。

４）　ロール表面クラック・・・上記ｌ）〜３）項の要
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冷却ロールに用いられている
が、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−Ｚｒ−Ｃｒなど）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。

（課題を解決するための手段） 発明者らは上記の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、銅又は銅合金よりなる水冷ロールの基体の胴周面上
に、Ｎｉめっき層、Ｎｉ−Ｗ合金めつき層及びＮｉ−Ｗ
−Ｆｅ合金めっき層からなる下地めっき層を介してＣｒ
めっき層からなる表面めっき層を形成させることが、所
期した目的の達成に関して有効であることまた下地めっ
き層は、厚み方向の硬度勾配をそなえることが好ましく
、このようなめっき層は、Ｎｉめっき浴中のＷまたはＦ
ｅ量を次第に増加、減少させることにより有利に形成さ
ることの知見を得た。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、溶融金属から、その急冷凝固を強
いて直接の薄帯化を導く冷却ロールであって、銅又は銅
合金製のロール胴周面上にＮｉめっき層Ｎｌ−Ｗ合金め
っき層とＮｔ−Ｗ−Ｆｅ合金めっき層とからなる厚さ０
．１〜０．４Ｍの下地めっき層と、Ｃｒめっきからなる
厚さｏ、ｏｉ〜０．０３５ｍの表面めっき層とをそなえ
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
。

また銅又は銅合金よりなる水冷ロール基体の胴周面上に
スルファミン酸ニッケル浴中でニッケルめっきを施し、
次いで上記スルファミン酸ニッケル浴中にタングステン
を添加してめっきを行い、さらにこのめっき浴中に鉄を
、時間の経過に従い添加量を増加させながら添加して高
硬度のＮｉ−Ｗ−Ｆｅ３元合金めっきを施した後、スル
ファミン酸ニッケル−タングステン−鉄浴中のタングス
テン及び鉄を次第に減少させて低硬度のＮｉ−Ｗ−Ｆｅ
３元合金を施し、その後クロムめっきを施して冷却ロー
ル表面に複合めっき層を被覆させることを特徴とする急
冷薄帯の製造用の冷却ロールの製造方法である。

ここに下地めっき層は、めっき厚み方向に硬度変化した
、硬度勾配を有することが好ましく、また下地めっき層
最外殻の硬度はＨν２００〜３００であることが好まし
い。

まずこの発明の解明経緯について説明する。

例えば炭素鋼、ステンレス鋼、けい素鋼、Ｎｉ基あるい
はＣｏ基合金などの高融点材料の溶湯から、工業的規模
で直接薄板を製造する直接圧延法と呼ばれる双ロール法
においては、ロールの抜熱効果を高めて、溶湯の薄板化
を促進する（凝固安定）とともに、急冷効果により結晶
を微細化し、かつ偏析を低減するなどの利点があること
が知られている。この際使用されるロールは、表面の肌
荒れ、クラック、耐食性を考慮して、高速度鋼、ステン
レス鋼、ダイス鋼などの鉄系材料と純銅、ベリリウム銅
、クロム銅などの銅系材料とに分類される。

ところでこの発明で対象とするような板厚ｌｌ１１１１
以下の薄板を製造する場合、第２図に示すようにロール
キス部の表面温度（最大表面温度）は、ロールの材質特
に熱伝導度の差に起因した抜熱効果の違いにより異なる
。例えば鉄系ロール（熱伝導率λ＝　０．０１〜０．０
５Ｃａ　ｌ　／ｃ＋ｓ”／ｃ＋＊／ｓｅｃ／　”Ｃ）を
用いた場合には、第２図に示すようにロールキス部の表
面温度は６００〜９００°Ｃとなり、発明者らの実験で
は、６００℃以上で巻付きが生じ、また９００℃近辺で
はロール材質が変質し、界面で反応層が生成され焼付き
が生じ、従って直接薄板製造用のロールとしては適して
いないことが判明した。また作製した薄板も未凝固部が
多く、ブレークアウトが発生した。これに対し、銅及び
銅合金ロール（λ＝０．２〜１．ＯＣａｉ！／ｃｍ！／
ｃｍ／ｓｅｃ／’Ｃ）を用いた場合のロールキス部表面
温度は３００〜４００°Ｃ程度で巻付きや焼付きの発生
は全くなく、ブレークアウトも生じなかった。なおいず
れも内部水冷式で、スリーブ厚は５〜２０ｎｎである。

従ってこの発明のように板厚ｌｌｌ１１１以下の薄帯を
製造する双ロール法では、銅もしくは銅合金ロールが適
している。しかしながらかかる銅または銅合金ロールを
、工業的に連続長時間使用した場合には、その表面に肌
荒れが生じ、製品となる薄板の表面が汚くなることの他
、板厚変動も顕著になり、ひいてはその表面に割れが生
じ、その後の操業が不可能となる。

上記の問題を解決するため発明者らは、種々の表面被覆
技術に取組み、例えば従来の連続鋳造用モールドで知ら
れているニッケル、クロムめっきのマルチコーティング
を適用してみた。冷却ロールの表面被覆材としては、基
体の銅又は銅合金の熱膨張率（１６〜１７）　Ｘｌ０−
’／”Ｃに近いＮｉめっき（熱膨張率１４〜１５Ｘ１０
−”／”Ｃ）を用い、また最外層にＣｒめっきを被覆す
ることにより薄板の巻付きを防止することができると考
えられる。

しかし連続鋳造モールドと同様にＮｉめっきを０．１〜
１．Ｏｍ、　Ｃｒめっきを０．０１〜０．１０５ｍの種
々の厚みで冷却ロールに被膜させ、急冷薄帯の製造に供
したところ、基体の銅又は銅合金スリーブ表面に激しい
押込傷が生じ、このような表面被覆をしない場合と同様
の結果となった。

一方、上記のＮｉめっき層の高温硬度を上げるために各
種Ｎｉめっき（Ｎｌ　−Ｆｅ、　Ｎｉ−Ｗ、　Ｎｉ　−
Ｃｏ他）をＮｉめっきの代わりに用いたが、通常の被覆
法ではＮｉ合金めっき層あるいはＣｒめっき層にクラッ
クが発生し、長時間の操業には耐え得るものではなかっ
た。

発明者らは試行錯誤の末、Ｎｉめっき層、Ｎｉ−Ｗ合金
めっき層、Ｎｉ−Ｗ−Ｆｅ合金めっき層からなる下地め
っき層を０．１〜０．４　ｍｓで、Ｃｒめっきからなる
表面めっき層を０．０１〜０．０３ｍで樋１した冷却ロ
ールが急冷薄帯製造用として適合し、特に下地めっき層
内に硬度勾配を持ち、その最外殻の硬度をＨｖ２００〜
３００とする冷却ロールが最も有利であることを突き止
め、この発明を完成させるに至ったのである。

双ロールによる急冷」帯製造操業では、板の巻付きが発
生しやすく、Ｎｉ合金めっきのみでは巻付きの発生は防
ぐことができないが、Ｃｒめっきをさらに被成させるこ
とでこの巻付きを防止でき、また銅又は銅合金の冷却ロ
ール基体とＣｒめっきとの間にＮｉ、　Ｎｉ−Ｗ、　Ｎ
ｉ−Ｗ−Ｆｅめっきからなる下地めっき層を介挿するこ
とにより熱膨張差に起因する発生応力を緩和し、Ｃｒめ
っきのクランク生成、はく離を防ぐことができる。

（作　用） 次に各めっき層の厚みを前記の範囲に限定した理由につ
いて説明する。

第３図に、冷却ロールとして内部水冷式銅合金ロール及
びこのロール胴表面上に種々の厚みのＮｉ合金めっきを
施し、さらに厚み０．０３ｓｉのＣｒめっきを施したロ
ールを用い、急冷薄帯を製造したときのロール６０周目
（定常状態）におけるロールキス部の断面方向温度分布
を示す。

めっきなしの銅合金ロールのキス部表面温度はおよそ４
５０℃であるが、例えばＣｕ−Ｂｅ５　Ｃｕ−Ｃｒ５Ｃ
ｕ　−Ｚｒ　−Ｃｒなどの銅合金は４００°Ｃ以上の温
度では強度、伸びとも極端に低下してしまうためにロー
ルとして長時間使用した場合には、熱疲労のためロール
表面に微細なりランクが発生する。

これに対し厚み：０．１〜０．４　ｍのＮｉ合金めっき
及びＣｒめっきを施した場合には、ロール表面温度は５
００℃以下となり、表面層でのＣｒめっき層の硬度はビ
ッカース硬度で５００以上を確保できることからロール
表面の肌荒れが少なくなる。まためっき層と銅合金ロー
ル基体との界面温度も４００℃以下に保つことがでるこ
とからロール基体の引張り特性や伸び特性の極端な劣化
もない、このことはＣｒめっきが０．０１ｍｍの場合で
あっても変わりがなく、また冷却ロール基体が銅であっ
ても変わらない。

上述したとおり、ロールキス部におけるロール表面温度
を５００℃以下、まためっき層と銅合金ロール基体との
界面温度を４００　：Ｃ以下に抑制するためには、少な
くとも０．１閣厚のＮｉ合金めっきが必要であるので、
この発明ではＮｉ合金めっき層厚の下限を０．１　ｍと
した。一方Ｎｉ合金めっき層厚があまりに大きくなると
第３図に２点鎖線で示したようにロール表面温度が上昇
するので、Ｎｉ合金めっき層厚の上限はかかるおそれの
ない０．４閣とした。

さらに表面めっき層のＣｒめっき層は、内部クラックを
できるだけ少なくし、加工時における割れを防止するた
めには、めっき厚はできるだけ薄い方が適しているので
、０．０３鵬厚以下で被覆するものとした。しかしなが
らめっき施工及び後加工時の研磨可能な厚みとして少な
くとも０．０１−厚は必要なので、Ｃｒめっき厚の下限
は０．０１ｍに定めた。

下地めっき層は、第４図にこの発明の下地めっき層の厚
み方向硬度分布の一例を示すように、Ｃｒめっき界面の
硬度を下げ、銅又は銅合金ロール基体に向けて硬度を上
げていくのが好ましい、これは第３図からめっき層内の
温度は、Ｃｒめっき表面から低下しているが、４００〜
５００℃の温度範囲ではＮｉ−Ｗ−Ｆｅ合金めっき層内
に熱衝撃や熱疲労によりクランクが生成するおそれがあ
り、このクランクはＮｉ合金めっきの硬度と関係するか
らであり、第３図の温度分布に従って第４図に示すよう
な硬度勾配をもたせ、特に下地めっき層最外殻の硬度が
Ｈｖ２００〜３００の時にクラックの発生が少ないので
この範囲に硬度調整するのが望ましい。

一方銅スリーブ側との界面では、銅スリーブとの界面密
着性向上のために硬度を下げ（ｗ４合金の硬度に近づけ
る）、熱疲労に対する残留応力の影響を少なくする。

従って下地めっき層は、第４図に示すような硬度分布が
最も好ましい。

すなわち表面めっき層はＣｒめっき被膜で形成し、下地
めっき層は表面から深さ方向に約０．２　ａｍまでＨｖ
　２００〜３００から次第に硬度を高め、はぼ０．２■
深さで最大Ｈｖ５００とし、母材鋼スリーブ側へは逆に
硬度を下げほぼＨｖ２００〜２２０　（Ｎｉめっき硬度
）として構成することによりロールへの押込傷を防止す
るものである。

第５図にこの発明の冷却ロールを示す。図中５は冷却ロ
ール基体、６はＮｉめっき、７はＮｉ−Ｗ２２元合金っ
き、８はＮｉ−Ｗ−Ｆｅ３元合金めっき、９はＣｒめっ
きである。この発明の冷却ロールは、銅又は銅合金の冷
却ロール基体５の胴周面上にまず０．０２ｍ＋厚程度の
電気旧めっき層６を形成させ、このＮｉめっき６の上に
０．０１〜０．０３Ｍ程度の、９５〜９９−ｔχＮｉと
１〜５ｗｔχＷからなる２元合金めっき層７を被成する
。、このＮｉ−Ｗ合金めっき層７の上ニ０．０７〜０．
３５ｍ程度（７）９０〜９８ｗｔＸ　Ｎｉト１〜５　ｗ
ｔＸＷと１〜５ｗ４ｔχＦｅからなる３元合金めっき層
８を被成する。この３元合金めっき層８は、冷却ロール
基体１の表面から０．０５〜０．１３１１＋Ｉｌの距離
範囲において最高硬度）１ｖ５００となることが望まし
く、めっき層中の最高硬度位置から溶鋼に接する外周方
向に向けて冷却ロール基体５の表面から０．１３〜０．
３鴫の距離範囲においてはＩＩＶ３００〜２００と次第
に硬度が小さくなる硬度勾配をもつめっき層とする。

次にこの発明のめっき層を被覆する方法について説明す
る。第６図はこの発明の冷却ロール製造方法を説明する
路線図である。図中５は冷却ロール基体、１０は回転装
置、１１は脱鉄脱タングステン装置である。

まずめっき浴としてスルファミン酸ニッケルを用い、こ
のめっき浴中の冷却ロール基体５の胴を浸してカソード
側に接続し、またＮｉをアノード側に接続する。冷却ロ
ール基体を回転装置１０にて１２〜１５ｒ、ｐ、■、程
度に回転させながらめっき浴温４５〜５５°Ｃ１電流密
度１．５〜３．５Ａ／ｄｍ”の条件で下地ニッケルめっ
きを行う。次いで上記めっき浴中にめっき層中のＷ含有
量が１〜５ｗｔＸの範囲になる量のＷをスルファミン酸
系タングテン塩として添加し、Ｎｉ−Ｗ２２元合金っき
層を被成させる。引き続いて時間の経過と共にＦｅを、
めっき層中のＦｅ含有量が最大量５ｗｔχになるまでス
ルファミン酸系鉄塩として漸増添加してＮｉ−Ｗ−Ｆｅ
３元合金めっき層を形成する。次にこのめっき浴中のＷ
及びＦｅ含有量を減少させるためにめっき浴を脱鉄脱タ
ングステン装２１１に流通させ、めっき層中のＷ及びＦ
ｅ含有量が２ｗｔ％以下となるＮｉ−Ｗ−Ｆｅ３元合金
めっきを形成する。

（実施例） 表１に示す素材になる種々のスリーブの表面に、同じく
表１に示すめっき処理を施した内部水冷式の冷却ロール
を用いて、双ロール法により、次の条件で、板厚：　０
．５〜０．６　ｒｍ、板幅：５００ｎｕａの象、冷薄帯
を製造した。

製造条件 ・鋼種：　４．５ａｔＸ　Ｓｉ　　Ｐｅ・冷却ロール　
ロール径：５５０ｒＩ１ｍ（外径）ロール幅：５００Ｍ スリーブ厚：５１１Ｉ１１ ・ロール周速：３ｍ／ｓ ・出鋼温度：　１６００°Ｃ ・ヒートサイズ：３ｔｏ口 薄帯製造後のロール表面を観察した結果を、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を
用いたときは、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、スリーブが銅合金でなかったり、またスリーブは銅
合金であってもその表面に被覆した被膜の種類や厚みが
発明範囲からずれた比較例では、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ので、表面性状
に優れた急冷薄帯を長時間にわたり安定して得ることが
できる。

またこの発明に従う冷却ロールの製造方法によれば、急
冷薄帯の製造に用いて有利な、硬度勾配をそなえる下地
めっき層を被覆させることができる。

【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プロセス
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
比較して示してグラフ、第３図は、冷却ロール表面から
内部にわたる温度分布に及ぼすめっき層の影響を示すグ
ラフ、第４図は、この発明に従う下地めっき層の厚み方
向の硬度分布の一例を示すグラフ、 第５図は、この発明の冷却ロールの説明図、第６図は、
この発明の冷却ロール製造方法の説明図である。 １・・・注湯ノズル　　　　２・・・溶湯３・・・冷却
ロール　　　　４・・・急冷薄帯５・・・冷却ロール基
体　　６・・・Ｎｉめっき層７・・・Ｎｉ−Ｗ２元合金
めっき層 ８・・・Ｎｉ−Ｗ−Ｆｅ３元合金めっき層９・・・Ｃｒ
めっき層　　　　１０・・・回転装置ｌｌ・・・脱鉄脱
タングステン装置 第１ 図 第２図 時Ｆｌｆ’ｌ　ｔｓｅｃ） （表面） 第３図 ず’−（ｍｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属から、その急冷凝固を強いて直接の薄帯化
   を導く冷却ロールであって、銅又は銅合金製のロール胴
   周面上にＮｉめっき層Ｎｉ−Ｗ合金めっき層と、Ｎｉ−
   Ｗ−Ｆｅ合金めっき層とからなる厚さ０．１〜０．４ｍ
   ｍの下地めっき層と、Ｃｒめっきからなる厚さ０．０１
   〜０．０３ｍｍの表面めっき層とをそなえることを特徴
   とする急冷薄帯製造用の冷却ロール。 ２、下地めっき層が、めっき厚み方向に硬度変化した、
   硬度勾配を有することを特徴とする請求項１記載の冷却
   ロール。 ３、下地めっき層の最外殻の硬度がＨｖ２００〜３００
   であることを特徴とする請求項２記載の冷却ロール。 ４、銅又は銅合金よりなる水冷ロール基体の胴周面上に
   スルファミン酸ニッケル浴中でニッケルめっきを施し、
   次いで上記スルファミン酸ニッケル浴中にタングステン
   を添加してめっきを行い、さらにこのめっき浴中に鉄を
   、時間の経過に従い添加量を増加させながら添加して高
   硬度のＮｉ−Ｗ−Ｆｅ３元合金めっきを施した後、スル
   ファミン酸ニッケル−タングステン−鉄浴中のタングス
   テン及び鉄を次第に減少させて低硬度のＮｉ−Ｗ−Ｆｅ
   ３元合金を施し、その後クロムめっきを施して冷却ロー
   ル表面に複合めっき層を被覆することを特徴とする急冷
   薄帯の製造用の冷却ロールの製造方法。