JPH05212506A - 薄板連続鋳造用鋳造ロール及び鋳造板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄板連鋳法においてアルミニウム又はアルミ
ニウム合金鋳造板に生じる筋欠陥を無くす技術を提供す
る。 【構成】 アルミニウム及びアルミニウム合金を双ロー
ル式鋳造法にて４〜１０mm厚に鋳造する際に用いる鋳造
用ロールにおいて、該ロールが周囲に冷却水通路を備え
たロールコアと該ロールコアの周囲に配されたロールシ
ェルからなり、少なくともロールシェルと接する部分の
ロールコア部分は、その硬度がロールシェルの硬度より
高く、かつ、腐食し難い材料からなることを特徴として
いる。このロールを用いることにより、特に３.５wt％
以上のＭgを含有するＡl−Ｍg合金の場合でも、板幅方
向の板厚分布が１％以内で、筋欠陥のない鋳造板が得ら
れる。ディスク用基盤材料に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄板連続鋳造技術に係
り、より詳細には、双ロール式連続鋳造法にて溶湯より
直接アルミニウム又はアルミニウム合金の薄板を鋳造・
圧延する装置並びに得られた鋳造薄板に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ等の記録媒体として使用さ
れる磁気ディスクには、アルミニウムが基盤材として使
用されている。近年では、高密度化への要求から、磁気
ディスクの殆どが薄膜メディアとなっている。

【０００３】この薄膜メディアの製造工程には、アルミ
ニウム基盤へのＮi−Ｐ下地メッキが一般に行われてい
る。この技術については、「磁気ディスクにおけるメッ
キ技術の現状と将来」(「アルトピア」Ｖol.１６、Ｎo.
５)、特公平３−１９３０２号等、様々な研究・提案が
なされている。

【０００４】ところで、このＮi−Ｐメッキ工程では、
１５μm前後の厚さにメッキした後、２μm前後の研磨が
行われている。これは、メッキ後の表面を平滑とし、且
つ欠陥を除去するために行われる工程である。しかし、
このメッキ研磨工程を省略すること、すなわち、メッキ
欠陥をなくすことができるならば、コストダウンが可能
になることから、特公昭６２−２０１８号等により、メ
ッキ面がより平滑であるようなアルミニウム材料及びメ
ッキ方法が提案されている。この技術は、メッキ欠陥の
生じる原因として、粗大なＭg−Ｓi系晶出物はノジュ
ール(メッキ面の突起状欠陥)の原因となること、粗大
なＡl−Ｆe系晶出物はピット(メッキ面の窪み状欠陥)の
原因となること、等に基づいて開発されたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、アルミニウム基
盤の素材の製造法としては、造塊法、薄板連鋳法などが
あり、後者の場合、薄板連鋳法を適用することによって
急冷が可能であり、晶出物を微細とすることができる利
点がある。但し、冷間圧延後に均一微細な再結晶組織を
得るためには、圧下量５０％以上とすることが必要であ
る。また、急冷の効果を得るためには板厚を１０mm以下
に薄くする必要があり、圧下量を考慮すると、４mm以上
の板厚が望まれる。

【０００６】しかし、薄板連鋳法では以下のような鋳造
欠陥が生じることが知られている。 中央偏析：板厚中央部に生じる溶質の濃度偏析。 サーフェスラインパターン：鋳造方向と垂直に生じる
表面欠陥。 筋欠陥：鋳造方向と平行に生じる表面欠陥。

【０００７】これらの鋳造欠陥のうち、筋欠陥は、生じ
る頻度が他の欠陥より多いにも拘らず、その原因が判明
しておらず、またこの欠陥の生じた材料にメッキを行う
と、欠陥が軽度の場合にはメッキ面にノジュールが多発
し、重度の場合にはメッキ前処理のエッチングにより溝
が形成されてしまうことが判明している。そこで、この
ような筋欠陥が生じた場合には、メッキ研磨工程が必須
となり、薄板連鋳材をディスク基盤に適用するメリット
(圧延工程の省略)がなくなってしまう。

【０００８】本発明は、かゝる状況のもとで、薄板連鋳
法において筋欠陥の生じないアルミニウム又はアルミニ
ウム合金鋳造板を得る技術を提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】従来、筋欠陥の原因とし
ては、溶湯中のガス及び溶湯流れが考えられていた。そ
こで、本発明者等は、双ロール式薄板連鋳法において以
下のような対策を講じて筋欠陥の発生防止に努めた。

【００１０】脱ガス装置を改善して溶湯中のガスをで
きるだけ低くする。 溶湯中のガスを含む不純物の除去を徹底的に行う。 ノズルチップを改善して溶湯の流れの分布をコントロ
ールする。 溶湯の流れ量を増減させ、流れ・凝固等をコントロー
ルする。

【００１１】更には、流れ・凝固解析等を含む様々な試
験を行った。しかしながら、いずれの改善策によって
も、筋欠陥の問題を解決できなかった。

【００１２】そこで、更に本発明者等はこの問題の解決
のために鋭意調査を行った結果、薄板連鋳法により作成
した筋欠陥を有する鋳造板には、Ｗ型クラウンと呼ばれ
る板厚分布が生じることを究明した。このＷ型クラウン
は、板幅方向の中心部から左右約２００mm程度の位置
に、板厚の薄い部分が生じる現象である。この板厚の薄
い部分と筋欠陥の生じる位置は同じであり、対応関係が
あることを究明した。

【００１３】更に、筋欠陥の生じている部位に粗大晶出
物が生じていることが判明した。この粗大晶出物の生じ
る原因につき調査を行ったところ、同部位では、以下の
理由により粗大晶出物が生じ易くなっていることが判明
した。 同部位では、溶質が濃化している。 同部位では、冷却速度が他部位より低い。

【００１４】更に、これらの原因の解明を進めた結果、
上記２つの原因については、この部分で溶湯からロール
への熱伝達が不十分となっており、冷却が遅くなってい
るためであることを究明し、これが筋欠陥の原因である
ことが判明した。

【００１５】図１及び図２は双ロール式薄板連鋳法に用
いられる鋳造用ロールの摸式図である。この鋳造用ロー
ルは、周囲に冷却水通路を備えたロールコアと、このロ
ールコアの周囲に配されたロールシェルからなってい
る。

【００１６】ここで、上述の熱伝達の悪化する理由を調
査したところ、鋳造用ロール中のコア部に摩耗があり、
これが抜熱量減少の原因であることが判明した。すなわ
ち、実際に薄板連鋳を行っている時にはロールシェルに
圧力がかかり、変形するが、新しい鋳造用ロールでは、
その変形はロールシェルの実質上の支えであるロールコ
アにより正常な形状を保っている。ところが、実際に薄
板鋳造を行うと、以下の現象が生じることを究明した。

【００１７】ロールに圧力のかかっていない状況で
は、ロール表面は正常な形状(ロール研磨時の形状)とな
っている。 鋳造・圧延が行われるとロールに圧力がかかり、この
時、板幅方向の中央部から約２００mmの位置では局部的
に強い力がかかり、ロールシェルとロールコアが強く接
触して、材質的により柔らかいロールコアが摩耗する。 このの段階よりロールコアの摩耗が進むと、ローシ
ェルとロールコアが接触しなくなり、この部分で冷却が
行われ難くなる。 このの現象により冷却が行われ難くなると凝固遅れ
が生じ、結果として溶質がこの部分に濃縮し筋欠陥が生
じる。また、同部位では、周囲が既に凝固してしまって
いるため溶湯の供給が少なく、板厚が薄くなる。 この現象は、Ａl−Ｍg合金等の凝固温度範囲の広いア
ルミニウム合金に生じ、特に３.５wt％以上のＭgを含有
するアルミニウム合金の場合に顕著である。

【００１８】以上の結果から、筋欠陥の防止のためにロ
ールコアの摩耗を防止し得る方策について更に検討を行
った結果、ここに本発明を完成したものである。

【００１９】すなわち、本発明は、アルミニウム及びア
ルミニウム合金を双ロール式連続鋳造法にて４〜１０mm
厚に鋳造する際に用いる鋳造用ロールにおいて、該ロー
ルが周囲に冷却水通路を備えたロールコアと該ロールコ
アの周囲に配されたロールシェルからなり、少なくとも
ロールシェルと接する部分のロールコア部分は、その硬
度がロールシェルの硬度より高く、かつ、腐食し難い材
料からなることを特徴とする薄板連続鋳造用鋳造ロール
を要旨とするものである。

【００２０】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【００２１】

【作用】

【００２２】上述のように、本発明では、鋳造用ロール
のロールコアとロールシェルとの硬度差に関し、少なく
ともロールシェルと接する部分のロールコア部分の硬度
がロールシェルの硬度より高くするものである。そのた
めには、ロールコア全体の硬度を上げる方法も可能であ
るが、コスト的な点も考慮すれば、ロールコアの周囲を
肉盛溶接するのが望ましく、ステンレスの肉盛溶接が最
も望ましい。なお、メッキ等により硬度を上げる方法も
可能である。

【００２３】一般に、ロールシェルの硬度は、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金を鋳造・圧延するため並びに
コスト的な観点から、ＨsＤ６４以下が望ましい。した
がって、ロールコアの硬度はＨsＤ６４以上とすること
が好ましく、また、両者の硬度差はＨsＤ１０以上が好
ましい。

【００２４】また、双ロール式薄板連鋳法の場合、鋳造
用ロールの内部に冷却水を流す必要があるため、ロール
コア周囲に冷却水通路が設けられており、ロールコアの
円周部分は水との接触が必須である。したがって、ロー
ルコアの硬度を上げる場合には、少なくともその周囲部
分の材質は腐食し難い材質とする必要がある。

【００２５】鋳造用ロールの材質は、特に制限されるも
のではなく、上述のように硬度、耐食性を考慮して選定
されるが、例えば、ロールシェルの材質としては、熱間
工具鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、鋳鋼、銅などが挙げられ
る。また、ロールコアの材質は、ロールコア全体を一体
的に構成する場合には、熱間工具鋼、ステンレス鋼など
が挙げられ、ロールコアの中心部と周囲部を異なる材質
とする場合には、ロールコアの中心部を熱間工具鋼、ス
テンレス鋼などで構成し、その周囲をステンレス鋼など
の肉盛溶接、メッキ等々で構成することができる。

【００２６】また、本発明をするアルミニウム材料とし
ては、アルミニウム並びに各種の成分系及び組成のアル
ミニウム合金が可能であるが、特にＭgを３.５wt％以上
含有するＡl−Ｍg合金に対して顕著な効果が得られる。
すなわち、このＡl−Ｍg合金の場合には特に筋欠陥が発
生し易いが、本発明によれば、板幅方向の板厚分布が１
％以内の薄板が得られ、しかも、この正常な板厚分布の
持つ薄板を鋳造ロールの長期にわたる使用によつても安
定して製造することができる。

【００２７】なお、本発明を適用しない場合、ロールコ
アを定期的に研磨して常に形状を正常(外径基準で０.０
０１テーパ)にしておくことによっても、鋳造初期には
筋欠陥をなくすことができるが、１００トン程度の鋳造
により、望ましくない形状にロールコアが摩耗してしま
う。

【００２８】次に本発明の実施例を示す。

【００２９】

【比較例】図１及び図２に示す形状の鋳造用ロールにお
いて、ロールシェル及びロールコアを

【表１】 に示す材質で製作した。その際、ロールコアについては
研磨を行い、圧力が掛っている状況でのロール形状を正
常なものとした。この時のロール形状、硬度を表１に併
記する。

【００３０】まず、この鋳造用ロールを使用して、ロー
ルギャップ(上ロール・下ロール間の距離)を測定した。
測定は、ＴiＢ製ロッドを鋳造ロール間に挿入し、圧延
されてきたロッドの厚さを測定することにより行った。
すなわち、実際に鋳造を行う際には、鋳造ロールに圧力
が掛かるが、この方法を用いれば、同様に圧力のかかっ
た状態でのロールギャップを測定することができる。そ
の結果を図３に示す。図３より、ロールコアの研磨を行
うと、実際のロールギャップを正常な形状とすることが
できることがわかる。

【００３１】次に、この鋳造用ロールを使用して双ロー
ル式薄板連鋳機により、

【表２】 に示す合金Ｎo.１のアルミニウム合金の鋳造・圧延を行
った。得られた鋳造板の板厚分布を図４に示す。同図よ
り、ロールコアの研磨を行った鋳造用ロールを使用した
場合には、板厚分布を正常なものとすることができたこ
とがわかる。また、筋欠陥の発生頻度を調査した結果、
鋳造板長さ方向約１／６の部位にて筋欠陥が生じてい
た。但し、これらの欠陥が生じているのは、鋳造開始時
における熱的条件等の不安定な領域であった。

【００３２】しかし、この鋳造用ロールを使用して同じ
鋳造法により前記アルミニウム合金を１５４トン鋳造し
たところ、得られた鋳造板の板厚分布が大きくＷ型とな
り、筋欠陥が生じた。この時のロールギャップを図５
に、また板厚分布を図６に示す。これらの図より、ロー
ルコアの研磨を行った鋳造用ロールでは、長期にわたっ
て使用すると、鋳造板に筋欠陥が発生することが明らか
である。

【００３３】

【本発明例】図１及び図２に示す形状の鋳造用ロール
を、表１に示す材質にて製作した。但し、ロールコアの
円周部分にステンレス(ＳＳ４２０)の肉盛溶接を行い、
ロールコアの強度を上げる(ロールコアの円周部分硬度
ＨsＤ７１)ことにより、圧力がかかっている状況でのロ
ール形状を正常なものとした。肉盛溶接の要領を図７に
示す。この時のロール形状寸法等は比較例の場合と同様
である。

【００３４】この鋳造用ロールを使用した場合のロール
ギャップを測定した。測定は、比較例の場合と同様の方
法を用いた。その結果を図８に示す。この結果から、ロ
ールコアに肉盛溶接を行ったものは、実際のロールギャ
ップを正常な形状とすることができることがわかる。

【００３５】この鋳造用ロールを使用して双ロール式薄
板連鋳機により、表２に示す合金Ｎo.２のアルミニウム
合金の鋳造・圧延を行った。得られた鋳造板の板厚分布
を図９に示す。この図から、ロールコアに肉盛溶接を行
った鋳造用ロールを使用した場合、板厚分布を正常なも
のとすることができることがわかる。また、筋欠陥の発
生頻度を調査した結果、鋳造板長さ方向約１／６の部位
にて筋欠陥が生じたが、これらの欠陥の生じている領域
は、鋳造開始時における熱的条件等の不安定な場合のみ
であった。実際にはこの部分は切り捨ててしまうため、
ディスクを作製した場合に問題となる筋欠陥は生じなか
った。

【００３６】更に、この鋳造用ロールを使用して同じ鋳
造法により表２に示す合金Ｎo.３のアルミニウム合金を
２３５トン鋳造し、その後、ロールギャップの測定、板
厚分布の測定を行った。ロールギャップを図１１に、板
厚分布を図１２に示す。この結果より、ロールコアの強
度(硬度)を上げればロールコアの摩耗がなくなり、鋳造
用ロールを長期にわたって使用しても、筋欠陥が生じ難
いことがわかる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
双ロール式薄板連鋳法によって筋欠陥等の鋳造欠陥のな
いアルミニウム又はアルミニウム合金鋳造板を得ること
ができる。したがって、鋳造板をディスク基盤用とした
場合、メッキ研磨工程の省略及び薄板連鋳法の利点(熱
延工程の省略)により経済的であり、且つ高品質の材料
を提供できる。特に３.５wt％以上のＭgを含有するアル
ミニウム合金の鋳造板に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】双ロール式薄板連鋳法に用いる鋳造用ロールの
横断面図である。

【図２】双ロール式薄板連鋳法に用いる鋳造用ロールの
縦断面図である。

【図３】ロールコアの研磨を行った直後の鋳造用ロール
を使用した時のロールギャップを示す図である。

【図４】ロールコアの研磨を行った直後の鋳造用ロール
を使用して得られた鋳造板の板厚分布を示す図である。

【図５】ロールコアの研磨を行った鋳造用ロールを使用
して１５４トン鋳造した後のロールギャップを示す図で
ある。

【図６】ロールコアの研磨を行った鋳造用ロールを使用
して１５４トン鋳造した後の鋳造板の板厚分布を示す図
である。

【図７】ロールコアに肉盛溶接を行う要領を説明する図
である。

【図８】ロールコアに肉盛溶接を行った直後の鋳造用ロ
ールを使用した時のロールギャップを示す図である。

【図９】ロールコアに肉盛溶接を行った直後の鋳造用ロ
ールを使用して得られた鋳造板の板厚分布を示す図であ
る。

【図１０】ロールコアに肉盛溶接を行った鋳造用ロール
を使用して２３５４トン鋳造した後のロールギャップを
示す図である。

【図１２】ロールコアに肉盛溶接を行った鋳造用ロール
を使用して２３５トン鋳造した後の鋳造板の板厚分布を
示す図である。

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１１】 ロールコアに肉盛溶接を行った鋳造用ロー
ルを使用して２３５トン鋳造した後の鋳造板の板厚分布
を示す図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】削除

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム及びアルミニウム合金を双
   ロール式連続鋳造法にて４〜１０mm厚に鋳造する際に用
   いる鋳造用ロールにおいて、該ロールが周囲に冷却水通
   路を備えたロールコアと該ロールコアの周囲に配された
   ロールシェルからなり、少なくともロールシェルと接す
   る部分のロールコア部分は、その硬度がロールシェルの
   硬度より高く、かつ、腐食し難い材料からなることを特
   徴とする薄板連続鋳造用鋳造ロール。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の鋳造法で鋳造されたア
   ルミニウム合金が３.５wt％以上のＭgを含有し、かつ、
   板幅方向の板厚分布が１％以内であることを特徴とする
   アルミニウム合金鋳造板。