JPH0661600B2 - 急冷薄帯製造用の冷却ロール - Google Patents

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。そのうちとくに双ロー
ル法については、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、使用冷却ロールに対してはロ
ールの面精度を高めるため、強度、靭性、硬さなどが高
いことが要望される。ここに番号１は注湯ノズル、２は
溶湯、そして３が冷却ロールであり、４が急冷薄帯であ
る。

かようなロールの材質としては、たとえば特開昭56-119
650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、かような鋼種では板厚が数mm以下
の薄板を製造する場合、ロール表面温度が600℃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−Zr、Cu−Beなどの銅合金が急
冷凝固用ロールとして提案され、現在広く使用されてい
る。

しかしながらかかる銅合金ロールを用いて連続的に板厚
数mm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を越えると操業中、銅合金ロール表面
に微細な割れ（以下ヘアークラックあるいはマイクロク
ラックと称す）が発生し、長時間にわたって操業を行う
とこのヘ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けい素鋼急冷薄帯製造用ロー
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
術の進歩に伴なうと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。

（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。

1)ロール表面の焼付き、巻付き…特に1mm以下の薄物で
は冷却ロール周速が早く、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を圧下し圧延し
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1)〜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） さて発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、銅または銅合金ロールの表面にNiめっき層を
介してCrめっき層を被覆することが、所期した目的の達
成に関し、極めて有効であ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、溶融金属の落下流を受け、その急冷凝固
を強いて薄帯化を導く冷却ロールであって、銅または銅
合金製のロール胴の表面に、厚み：0.2〜0.6mmのニッケ
ルめっきの第１層と、厚み：0.01〜0.05mmのクロムめっ
きの第２層をそなえることからなる急冷薄帯製造用の冷
却ロールである。

以下この発明を具体的に説明する。

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、急冷効果による結晶の微
細化や偏析の低減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、スレンレス鋼、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１mm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、ロールの材質とく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。例えば鉄係ロール（熱伝導
λ＝0.01〜0.05Cal/cm²/cm/sec/℃）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℃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〜
1.0Cal/cm²/cm/sec/℃）を用いた場合のロールキス部表
面温度は300〜400℃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５〜20mmである。

従ってこの発明のように板厚１mm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
技術に取組んだ結果、試行錯誤の末、第１層Niめっきを
厚み0.2〜0.6mmで、第２層Crめっきを厚み0.01〜0.05mm
で被覆した冷却ロールが最も有利に適合することを突き
止め、この発明を完成させるに至ったものである。

冷却ロールの表面被覆材としては母材銅もしくは銅合金
の熱膨張率16〜17×10^-6１／℃に近いNiめっき（熱膨張
率14〜15×10^-61/℃）が適している。

しかしながら双ロールプロセスは板の巻付きが発生しや
すく、Niめっきのみでは巻付きの発生は防げない。この
点Niめっきの上に重ねてCrめっきを被覆することにより
板の巻付きを防止することができたのである。また母材
銅とCrめっきとの間にNiめっきを介挿することは、熱膨
張差に起因する発生応力を緩和し、Crめっきの剥離を防
ぐ上でも有利である。

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な
らびにそのロール胴表面に種々の厚みでNiおよびCrめっ
きを施したロールを用いて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。

Ni−Crめっきを施さない銅合金ロールのキス部表面温度
はおよそ450℃であるが、例えばCu−Be合金は第４図お
よび第５図に示すように、400℃以上では強度、伸びと
も極端に低下する。このためCu−Be、Cu−Cr、Cu−Zr−
Crなどの銅合金ロールを連続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クラックが発生す
る。

これに対し厚み：0.2〜0.6mmのNiめっき＋Crめっきを施
した場合には、ロール表面温度は500℃以下に低減で
き、第６図に示すように表面層であるCrめっき層の硬度
はキス部最大温度域でもビッカース硬度(Hv₂₅g)で500以
上となりその結果ロール表面の肌荒れが少なくなる。ま
ためっき層と母材銅合金ロールとの界面温度も400℃以
下に保つことができ、従って引張り特性や伸び特性の極
端な劣化もない。

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、まためっき層と母材銅合金ロールとの界
面温度を400℃以下に抑制するためには、少なくとも0.2
mm厚のNiめっきが必要であるので、この発明ではNiめっ
き層厚の下限を0.2mmとした。一方Ni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めっき層厚の上限はかか
るおそれのない0.6mmとした。

さらに第２層（表面）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、0.05mm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0.01mm厚は必要なので、Crめっき厚の下限は0.01mm
に定めた。

また内部クラックの発生は、Crめっき層の硬度とも関係
し、その硬度がマイクロビッカース硬度(Hv₂₅g)で600〜
900のときにクラックの発生が最も少ないので、Crめっ
き層はその硬度をHv₂₅gで600〜900の範囲に調整するこ
とが好ましい。

（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
〜0.6mm、板幅：500mmの急冷薄帯を製造した。

製造条件 ・鋼種：4.5％Si−Fe ・冷却ロール ロール径：550mm（外径） ロール幅：500mm スリーブ厚：5mm ・ロール周速：３ｍ／ｓ ・出鋼温度：1600℃ ・ヒートサイズ：３ton 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成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、磨耗も軽
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。

【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要領説明
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したグラフ、 第４図は、Cu−Be合金の高温強度特性を示したグラフ、 第５図は、Cu−Be合金の高温伸び特性を示したグラフ、 第６図は、Crめっき層の高温硬度特性を示したグラフで
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−116956（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−56141（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−30061（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融金属の落下流を受け、その急冷凝固を
   強いて薄帯化を導く冷却ロールであって、銅または銅合
   金製のロール胴の表面に、厚み：0.2〜0.6mmのニッケル
   めっきの第１層と、厚み：0.01〜0.05mmのクロムめっき
   の第２層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. 【請求項２】クロムめっき層の硬度が、マイクロビッカ
   ース硬度(Hv₂₅g)で600以上、900以下である請求項１記
   載の冷却ロール。