JPH08281383A

JPH08281383A - 金属薄板の連続鋳造用ロール

Info

Publication number: JPH08281383A
Application number: JP8246395A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Shirai; 善久白井; Masashi Takaso; 正志高祖; Fumio Kawahigashi; 文雄川東
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】溶射ロール本来の緩冷却を確保しつつ、噛み
込み疵や線状の凹み欠陥という鋳片の表面欠陥を防止し
つつ、品質の良好な鋳片を安定して連続的に製造できる
冷却ロールを提供すること。【構成】耐火製ノズル２を冷却ロール１の外周面に接
触させつつ、ノズル２を介して溶湯３を冷却ロール１の
表面に供給し、薄板４を連続的に鋳造する連続鋳造用ロ
ールである。ノズル２と摺動する冷却ロール１の表面
に、その表面粗さ（中心線平均粗さ；Ra）が１μｍ以上
の耐熱金属，サーメット又はセラミックスの溶射被膜を
形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼，ステンレス鋼
や銅合金等の各種金属の薄板（鋳片）を溶融金属（以
下、「溶湯」という）から直接、連続鋳造法によって製
造する場合に使用する冷却ロールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶湯から直接薄板を連続鋳造によって製
造する方法はいくつかあるが、その中の一つに溶湯を冷
却ロールに供給し、湯溜まりを形成するための耐火製ノ
ズルを冷却ロールの外周面に接触させる方法がある。な
お、ここでノズルを接触させるということの意味は、ノ
ズルを冷却ロールに押し付けることだけでなく、ノズル
を溶湯が漏れない程度（０．３ｍｍ以下）に冷却ロール
から離して固定することも含んでいる。この方法には、
冷却ロールの位置や数によって下記の３つの方法があ
る。

【０００３】図３は回転する１つの冷却ロール１に耐火
製ノズル２を接触させて、このノズル２を介し溶湯３を
冷却ロール１に供給して湯溜まりを形成し、冷却ロール
１の表面で溶湯３を凝固させて薄板４を製造する方式
（単ロール方式）である。

【０００４】図４は水平かつ平行に配置した一対の冷却
ロール１の上部周面に四方を壁部で構成した耐火製ノズ
ル２を接触させ、このノズル２を介し溶湯３を冷却ロー
ル１に供給して湯溜まりを形成し、左右の冷却ロール１
の表面で溶湯３を凝固させて圧着して薄板４を製造する
方式（双ロール上注ぎ方式）である。この場合、溶湯３
の湯面位置が冷却ロール１上にないので、多少の湯面位
置の変動が生じても、板厚の変動，湯じわや表面割れが
発生しにくい等の利点がある。

【０００５】図５は回転軸心の相対高さ位置が異なり、
かつ回転軸線が平行で互いに逆方向に回転する双ロール
の下側の冷却ロール１だけ、あるいは両方ともに耐火製
ノズル２を接触させ、このノズル２を介し溶湯３を冷却
ロール１に供給して湯溜まりを形成し、上下の冷却ロー
ル１の表面で溶湯３を凝固させて圧着し、薄板を製造す
る方式（双ロール横注ぎ方式）である。

【０００６】上記した方式の場合、冷却ロールは高温の
溶湯と接触するので、一般的な連続鋳造方法で使用され
ている上下開放で振動させる鋳型と同様、一般的には内
部を水冷した銅合金からなり、表面にNi等のめっきを施
している。このような冷却ロールを使用した場合、凝固
シェルの冷却速度（溶湯から冷却ロールへの抜熱速度）
が大き過ぎて、凝固したシェルが熱収縮差により変形し
て凝固シェルと冷却ロール間に空気層ができる。このた
め、凝固シェル厚さが不均一となり、薄板表面の割れや
内部に空洞（ポロシティ）が発生していた。

【０００７】これらの欠陥を低減あるいは無くして薄板
の品質を向上させるために、下記の２つの方法が提案さ
れている。その１つは、冷却ロールの外周面と接触する
ノズルがない薄板の連続鋳造法、例えば冷却ロールの側
面にサイドダム（耐火板）を配置して湯溜まりを形成す
る双ロール上注ぎ方式において、表面割れやポロシティ
を低減して薄板の品質を向上させるために、表面に溶射
層を設けた冷却ロールを使用する方法（サイドダム方
式）である（例えば特公平５−２３８５８号）。

【０００８】このサイドダム方法では、溶射層によって
溶湯から冷却ロールへの抜熱速度を緩和（緩冷却）し
て、凝固したシェルの熱収縮による変形を抑制し、凝固
シェル厚さの不均一を防止して、表面割れやポロシティ
の発生を低減あるいはなくすことができる。しかし、ロ
ール表面粗さの規定がなく、冷却ロールの上部周面に四
方を壁部で構成した耐火製ノズルを接触させた図４に示
す方式では問題があった。また、このサイドダム方法で
は、四方を壁部で構成した耐火製ノズルを接触させた図
４に示す方式と比較して、湯面位置がロール上になるの
で、湯面変動により凝固時間が変動して板厚が変動し、
湯じわや表面割れが発生しやすいという問題もある。

【０００９】他の１つは、双ロール方式の薄板連続鋳造
法において、銅，鋼等の金属製ロールの表面に１０〜２
００μｍの凹凸を設けることによって薄板の品質を改善
する方法である（例えば特開昭６２−２５４９５３
号）。しかし、この方法は冷却ロールの表面にセラミッ
クス等の溶射を施していないので薄板は緩冷却されず、
また凹凸により拘束されるので、凹凸の周囲で小さな割
れが生じる場合があり、前記サイドダム方法ほどの効果
は得られていない。

【００１０】なお、薄板よりもさらに薄い薄帯を製造す
るに際し、冷却ロールの耐久性を増すために、セラミッ
クス溶射を施し、その表面粗さを０．１μｍ以下とした
冷却ロールが提案されている（特開昭５９−６１５５１
号）が、この冷却ロールが適用される製造方法は本発明
の冷却ロールを適用しようとする製造方法とは全く異な
り、また、製造しようとする鋳片の厚さも全く異なるも
のである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、耐火製
ノズルを冷却ロールに接触させつつ、このノズルを介し
て溶湯を冷却ロールの表面に供給する図３〜図５に示し
たような薄板の連続鋳造法において、薄板の品質を向上
させるために、表面に溶射層を設けた冷却ロールを使用
した場合には、以下のような鋳片表面の欠陥が発生し、
積極的には使用できなかった。

【００１２】先ず、ノズルと接触する冷却ロール側の薄
板表面に、薄板幅方向の線疵を起点として疵が鋳造方向
に尾を引いたように見える面状欠陥（以下、「噛み込み
疵」と称する）が発生する。この噛み込み疵は、幅数ｍ
ｍ〜数十ｍｍ，長さ数ｍｍ，深さ０．２〜１ｍｍ程度の
大きさであり、鋳片の表面研削では除去できないので切
断除去しなければならない。従って、所定の長さのコイ
ルが得られなかった。また、時には幅が鋳片の全幅に及
び、また長さも１００ｍｍ以上に達する場合もあり、こ
のような場合には操業中に鋳片が破断し、操業停止にな
る。

【００１３】また、ノズルと接触する冷却ロール側の薄
板表面に鋳造方向に延びる線状凹み（深さ１０〜３０μ
ｍ，幅５０〜２００μｍ，長さ２０ｍｍ以上）が発生す
る。さらにこの溝に沿って表面割れ（深さ０．１〜０．
３ｍｍ）も発生する。このため、これらの疵を除去する
ために、鋳片表面を０．１〜０．３ｍｍ程度削る必要が
あり、製品の歩留りを悪くしていた。

【００１４】本発明は、溶射ロールを使用した場合にお
ける上記した従来の問題点を解決できる、連続鋳造用の
溶射ロールを提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、薄板表面
の噛み込み疵の発生原因を凝固組織観察等により種々検
討したところ、次のような知見を得た。図１に示すよう
に、ノズル三重点（ノズル２，冷却ロール１，溶湯３が
接する部分）で冷却ロール１からの抜熱により形成した
凝固シェル４ａが連続して冷却ロール１の回転とともに
移動して薄板４になるのであるが、生成した凝固シェル
４ａの一部（固着シェル５）がノズル２に固着して（地
金付き）そのまま成長し、ある時、ノズル２から離れて
凝固シェル４ａにくっつくと、これが噛み込み疵となる
ことが判明した。

【００１６】このようなノズルの先端に生成する固着シ
ェルを防止するために、三重点で生成した凝固シェルが
ノズルの先端に固着しないように、冷却ロールが常に凝
固シェルを下流側へ持ってゆくようにすることが必要で
ある。そのため、本発明者らは冷却ロールと凝固シェル
間の摩擦係数を大きくする、すなわち冷却ロールの表面
を粗くすることを考えた。

【００１７】本発明者らは、さらに薄板表面の線状凹み
の生成原因についても種々検討を行った。溶射層内には
気孔が多数存在し、冷却ロールが溶湯と接触して温度が
上昇すると気孔内に存在したガス（主に空気）が膨張し
て溶射表面から放出される。従来のように、冷却ロール
の表面が平坦な場合には鋳片と冷却ロール間には空気層
が存在しないので、前記膨張し放出したガスは外部に逃
げられず、溶湯側に出て線状の凹み欠陥を生成すると推
測される。従って、冷却ロールの表面を粗くして、鋳片
と冷却ロール間に空気層を設ければ、膨張したガスは空
気層を通って外部（大気）へ逃げることができる。

【００１８】なお、従来は、ノズルと冷却ロールが接触
して摺動するために、冷却ロールの表面の粗さは小さい
ものが望ましいと考えられており、冷却ロールの表面粗
さはRa＝０．１〜０．５μｍ程度以下であった。

【００１９】本発明の金属薄板の連続鋳造用ロールは上
記した知見に基づいて成されたものであり、耐火製ノズ
ルを冷却ロールの外周面に接触させつつ、ノズルを介し
て溶湯を冷却ロールの表面に供給し、薄板を連続的に鋳
造する連続鋳造用ロールにおいて、前記ノズルと摺動す
る冷却ロールの表面に、その表面粗さ（中心線平均粗
さ；Ra）が１μｍ以上の耐熱金属，サーメット又はセラ
ミックスの溶射被膜を形成させたことを要旨としてい
る。

【００２０】ここで、中心線平均粗さRaとは、測定長さ
Ｌの粗さ断面曲線を中心線で折り返し、その粗さ曲線と
中心線に囲まれた面積を長さＬで割った値である（JIS
B 0601）。表面粗さの表示方法としては、最大高さRmax
（断面曲線から基準長さＬだけ抜き取った部分の平行線
に平行な２直線で抜き取り部分を挟んだときの２直線間
の間隔値）がある。RaとRmaxは必ずしも１対１に対応し
ないが、Ra＝１μｍはRmaxでおよそ１０μｍに相当す
る。

【００２１】

【作用】本発明の金属薄板の連続鋳造用ロールは、ノズ
ルと摺動する冷却ロールの表面に、その表面粗さ（中心
線平均粗さ；Ra）が１μｍ以上の耐熱金属，サーメット
又はセラミックスの溶射被膜を形成させているので、ノ
ズル先端で凝固する凝固シェルがノズルに固着すること
なく、冷却ロールとともに薄板として移動する。従っ
て、噛み込み疵は生成せず、破断することもない。ま
た、膨張して溶射層の気孔から放出されたガスは薄板と
冷却ロール間の空気層を通って逃げるので、線状の凹み
欠陥も発生しない。さらに、溶射した冷却ロールを使用
しているので、凝固シェルは緩冷却となって凝固シェル
厚さの不均一はなく、表面割れやポロシティ等の内部欠
陥も発生しない。このように、本発明の金属薄板の連続
鋳造用ロールを使用すれば、表面性状の良い、内部欠陥
の無い良好な鋳片を安定して得ることができる。

【００２２】本発明における溶射被膜の表面粗さは、本
発明者らが種々の表面粗さで試験したところ、図２に示
すように、中心線平均粗さRaで１．０μｍ以上にするこ
とで、噛み込み疵（図２（ａ））と線状凹み欠陥（図２
（ｂ））がほぼなくなることを突き止めた結果に基づく
ものである。図２において、噛み込み疵発生指数は、薄
板１ｍ長さ当たりに発生した噛み込み疵個数の平均であ
り、線状凹み欠陥発生指数は、薄板幅１ｍ当たりに発生
した凹みの本数の平均である。

【００２３】冷却ロールの表面粗さが粗くなると、ノズ
ルと冷却ロールの摺動部分の摩擦力が大きくなり、ノズ
ルが動いたり、ノズルの摺動面が削れたりするので、操
業上好ましくない。このため、ノズルの固定部位の剛性
を増加したり、ノズルの冷却ロールへの押し付け力を小
さくしたり、あるいは冷却ロールとノズルの間隔をやや
大きくしたりして、ノズルの動きや切削の問題を改善し
て試験を行った。

【００２４】その結果、中心線平均粗さRa＝１０μｍよ
り大きくなると、これらの改善を行ってもノズルの冷却
ロールへの押し付け力が小さくなりすぎたり、あるいは
冷却ロールとノズルの間隔が大きくなりすぎたりして、
冷却ロールとノズル間の溶湯のシール性が不十分となっ
て操業中に溶湯が漏れやすくなるので、好ましくない。
従って、噛み込み疵や線状凹み欠陥の発生を安定して抑
えられ、かつノズルと冷却ロール間からの溶湯漏れの心
配が全くない条件として、冷却ロールの表面粗さはRa＝
１．５〜６．０μｍが望ましい。この値は先に述べたRm
axではおよそ１０〜６０μｍに相当する。

【００２５】溶射層の表面粗さは、溶射材料の粒子の大
きさ、溶射施工条件や溶射後の研削，研磨の有無，研磨
の方法等によって必要な所定の表面粗さに仕上げる。ま
た、溶射の材料としては、ZrO₂，Al₂O₃，Cr₂O₃，Si
O₂，BN，Si₃O₄等のセラミックス、WC-Co ，ZrO₂-Ni 等
のサーメット、Ni-Cr 合金，SUS316等の耐熱金属、ある
いはこれらの混合物のいずれかが用いられる、凝固シェ
ルの緩冷却に必要な厚さになるように冷却ロールの表面
に施工する。これらの施工厚さや溶射方法（プラズマ
式，アーク式，爆発式）は使用する材料にあわせて決定
する。

【００２６】また、ロールスリーブ（母材）と溶射層の
接合強度を確保するために、スリーブの表面にNiまたは
Ni合金を下地（中間層）としてめっきし、その上から溶
射施工して溶射層を形成させてもよい。また、セラミッ
クスを溶射する場合は、めっき後さらに下地としてNi-C
r 合金を溶射してその上からセラミックスを溶射しても
よい。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために行った
実施結果に基づいて説明する。〔実施例１〕下記表に示すような、表面に溶射施工した
双ロール横注ぎ方式の冷却ロールを準備した。

【００２８】

【表１】

【００２９】次に上記表１の冷却ロールを使用して双ロ
ール横注ぎ方式でSUS304ステンレス鋼の連続鋳造試験を
行った。溶湯を供給するノズルは下側の冷却ロールと摺
動している。この時の操業条件は下記表２の通りであっ
た。

【００３０】

【表２】

【００３１】また、比較試験として、冷却ロールの表面
に同様にZrO₂-8wt%Y₂O₃を２００μｍ厚さ溶射施工した
後にダイヤモンド砥石を用いて１２０μｍ厚さとなるよ
うに研削し、その後バフ研磨して表面粗さをRa＝０．１
８μｍとした冷却ロールを用いて前記したのと同様の条
件で連続鋳造試験を行った。

【００３２】この結果、表面粗さをRa＝３．４μｍにし
た本発明の冷却ロールを使用した場合には、得られた鋳
片（幅２５０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ）の表面性状は良好
で、噛み込み疵，割れや凹みの疵は見受けられなかっ
た。また、鋳片内部にもポロシティは見受けられなかっ
た。一方、表面粗さをRa＝０．１８μｍにした冷却ロー
ルを使用した比較試験の場合には、鋳片の下面に噛み込
み疵が多数（鋳片１ｍ長さ当たり２〜５個）発生し、さ
らに線状溝が全面に発生した。このため、この鋳片から
製品を造ることはできなかった。

【００３３】〔実施例２〕上記した実施例１と同じ冷却
ロール及び操業条件により、冷却ロールの表面粗さをRa
＝０．１３〜７．９μｍの間で種々変更して試験を行っ
た。その結果は、図２に示すように、噛み込み疵や線状
凹み欠陥は冷却ロールの表面粗さRa＝１．０μｍ以上の
場合にはほぼなくなり、１．５μｍ以上では全く発生し
なかった。なお、表面粗さRaが６μｍを超えると、操業
中にノズルが冷却ロールの回転方向へ０．５〜０．８ｍ
ｍ移動したが、トラブルには至らなかった（表面粗さRa
が６μｍ以下では０．２ｍｍ以下）。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属薄板
の連続鋳造用ロールは、ノズルと摺動する冷却ロールの
表面に、その表面粗さ（中心線平均粗さ；Ra）が１μｍ
以上の耐熱金属，サーメット又はセラミックスの溶射被
膜を形成させているので、溶射ロール本来の緩冷却を確
保しつつ、噛み込み疵や線状の凹み欠陥という鋳片の表
面欠陥を防止しつつ、品質の良好な鋳片を安定して連続
的に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】噛み込み疵発生のメカニズムの推測図である。

【図２】（ａ）は冷却ロールの表面粗さRaと噛み込み疵
の発生状況の関係を示した図、（ｂ）は冷却ロールの表
面粗さRaと線状凹み疵の発生状況の関係を示した図であ
る。

【図３】単ロール方式の概念図である。

【図４】双ロール上注ぎ方式の概念図である。

【図５】双ロール横注ぎ方式の概念図である。

【符号の説明】

１冷却ロール２ノズル３溶湯４薄板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火製ノズルを冷却ロールの外周面に接
触させつつ、ノズルを介して溶融金属を冷却ロールの表
面に供給し、薄板を連続的に鋳造する連続鋳造用ロール
において、前記ノズルと摺動する冷却ロールの表面に、
その表面粗さ（中心線平均粗さ；Ra）が１μｍ以上の耐
熱金属，サーメット又はセラミックスの溶射被膜を形成
させたことを特徴とする金属薄板の連続鋳造用ロール。