JPH09108790A

JPH09108790A - 急冷金属薄帯製造用冷却基板

Info

Publication number: JPH09108790A
Application number: JP26380595A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Sakamoto; 本広明坂; Toshio Yamada; 田利男山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】パドルと溶湯との間にエアーが巻込まれて
も、冷却基板と溶湯との接触を効率良く維持し、薄帯の
ロール接触面側の平滑性を維持するとともに、薄帯の冷
却速度の低下を抑制できる急冷金属薄帯製造用冷却基板
を提供する。【解決手段】合金溶湯を接触させて該溶湯を急冷する
冷却基板であって、冷却基板表面に凹形状の穴を有し、
該穴の冷却基板表面上における開口面積をＳo 、冷却基
板表面より内側において該穴を開口面に対して平行に切
断した時の断面積の最大値をＳmax とした場合、Ｓo ＜
Ｓmax である急冷金属薄帯製造用冷却基板。冷却基板表
面に凹形状の溝を有し、該溝の冷却基板表面上における
幅をＷo 、冷却基板表面より内側において該溝を開口面
に対して平行に切断した時の幅の最大値をＷmax とした
場合、Ｗo ＜Ｗmax である急冷金属薄帯製造用冷却基
板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融状態にある合
金を相対的に回転している冷却基板の表面上に噴出し
て、該溶湯を急冷凝固させることによって金属薄帯を製
造する装置に関するものであり、特に表面性状に優れ、
場所によらず均質に急冷された金属薄帯を製造するため
の冷却基板に適用される。

【０００２】

【従来の技術】合金を溶融状態から急冷することによっ
て、連続的に薄帯を製造する方法として、遠心急冷法、
単ロール法、双ロール法、ベルト法等が知られている。
これらの方法は、高速回転する金属製ドラムの内周また
は外周に溶融金属をオリフィス等から噴出させることに
よって、急速に溶融金属を凝固させて薄帯や線を製造す
るものである。合金組成を適正に選ぶことによって、液
体金属に類似した非晶質合金を得ることができ、磁気的
性質に優れた材料、あるいは、機械的性質に優れた材料
を製造することができる。

【０００３】これらの急冷金属薄帯は、上記したように
溶湯を冷却基板に接触させて、溶湯を急速抜熱して凝固
させることによって製造される。したがって、効率良く
急冷するためには溶湯と冷却基板との密着性を上げるこ
とが重要である。しかし、現実には溶湯と冷却基板の間
に雰囲気ガスが巻き込まれ、エアーポケットと呼ばれる
窪みが薄帯の冷却基板に接触する側に生じてしまう。こ
のエアーポケットの部分は冷却基板に接触していない部
分であるから、その部分の冷却速度は接触している部分
より遅くなる。その結果、非晶質合金を狙って薄帯を製
造する場合には、エアーポケットの部分で結晶化が起こ
ってしまい、磁気特性あるいは機械特性が劣化してしま
う。また、結晶質の薄帯を製造する場合にはエアーポケ
ット付近で結晶粒の粗大化が起こり、特性が劣化してし
まう。さらに、薄帯表面に窪みがあるために、軟質磁性
体である非晶質薄帯をトロイダルに巻いて鉄心を作製す
る場合に占積率等が低下してしまう。

【０００４】このエアーポケットを低減させるために、
鋳造雰囲気を制御する方法として、従来、真空中で鋳造
する方法（米国特許第４，１５４，２８３号）、一酸化
炭素と酸素を所定の割合で移動可能冷却体上のパドル
（湯溜まり）近傍で燃焼させて、パドル近傍を低密度還
元炎性雰囲気とすることによる方法（特表平１−５０１
９２４）等が開示されている。しかし、これらの方法は
設備が複雑になるばかりでなく、製造コストも高くなっ
てしまう。特に、特表平１−５０１９２４は一酸化炭素
を使用するために操業上の安全性にも問題が出てくる。
また、空気の流れを制御してエアーポケットを低減する
方法として、パドルの上流側に遮蔽板を設けて冷却ロー
ルの表面に沿った空気の流れを遮断する方法（特開昭５
７−１５９２４７号公報）があるが、これも設備が複雑
化してしまい制御が難しくなる。

【０００５】本発明者らは、エアーポケットを抑制する
ために、既に特願平７−２９５４６号で冷却基板の溶湯
と接触する面が、冷却基板の回転方向に長さ１００μｍ
以上の一本の連続した凹部あるいは凸部を有し、かつ、
それらが冷却基板の回転軸方向に対して交互に周期的に
配置されている冷却基板を出願した。これは、パドルと
冷却基板の間に巻き込んだエアーを溶湯がエアーを巻き
込んで凝固する前に凹凸部の溝を通して押出して逃がす
ことを狙ったものであり、エアーが押出される方向は冷
却基板の回転周方向のみである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、エアーポケット
を低減する方法として、設備が簡便なものがなく、また
設備が簡便である溝を設けた冷却基板でもエアーが押出
される方向は冷却基板の回転周方向のみであり、さらに
効率良くエアーを抜く冷却基板はなかった。

【０００７】本発明は、パドルと溶湯との間にエアーが
巻込まれても、冷却基板と溶湯との接触を効率良く維持
し、薄帯のロール接触面側の平滑性を維持するととも
に、薄帯の冷却速度の低下を抑制できる急冷金属薄帯製
造用冷却基板を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、パドルと溶湯
との間にエアーが巻込まれても、そのエアーを冷却基板
表面に設けた断定形状の穴あるいは溝に押し込めること
を特徴としている。本発明は、下記の事項をその要旨と
している。（１）合金溶湯を接触させて該溶湯を急冷する冷却基板
であって、冷却基板表面に凹形状の穴を有し、該穴の冷
却基板表面上における開口面積をＳo 、冷却基板表面よ
り内側において該穴を開口面に対して平行に切断した時
の断面積の最大値をＳmax とした場合、Ｓo ＜Ｓmax で
ある急冷金属薄帯製造用冷却基板。（２）合金溶湯を接触させて該溶湯を急冷する冷却基板
であって、冷却基板表面に凹形状の溝を有し、該溝の冷
却基板表面上における幅をＷo 、冷却基板表面より内側
において該溝を開口面に対して平行に切断した時の幅の
最大値をＷmax とした場合、Ｗo ＜Ｗmax である急冷金
属薄帯製造用冷却基板。（３）冷却基板表面上にある溝の方向が該冷却基板の移
動方向に平行に位置している前記（２）に記載の急冷金
属薄帯製造用冷却基板。（４）冷却基板がロールである前記（１）〜（３）に記
載の急冷金属薄帯製造用冷却基板。

【０００９】以下に、本発明を詳細に説明する。冷却基
板の材質は、従来同様の熱伝導の大きいものが適してい
る。例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、あるいは、そ
れらにＣｒメッキを施したものが適している。冷却基板
は、従来は通常、使用前に研磨紙等で研磨されて、所定
の粗度に仕上げられるのみであった。このようにして準
備された冷却基板の表面には、研磨紙による凹凸部が形
成されるが、その断面形状は三角波的あるいは鋸刃のよ
うになっている。

【００１０】本発明は、この様な従来の凹凸部と異な
り、図１および図２に示すように、所定の凹形状の穴あ
るいは溝を設けることによって、従来には実現できなか
った簡便な設備で、冷却速度を低下させることなく、冷
却基板に接触する薄帯表面の平滑化を達成できることが
分かった。凹形状が溝の場合には、溝の方向が該冷却基
板の移動方向に平行である場合の方が、いったん巻き込
んだエアーを溝を通して押し出し易くなるために本発明
の効果がより大きくなる。冷却基板としては、単ロー
ル、双ロール等のロール方式が安定して薄帯を製造でき
るために適しているが、ベルト法でも本発明の効果は得
られる。

【００１１】本発明の冷却基板の表面状態は、エッチン
グ法等によって、製造することができる。すなわち、凹
部を形成させない部分をエッチングされないようにレジ
ン等でマスクし、その後、ロール材質にもよるが、電解
エッチングあるいは化学エッチングによって凹部を形成
させる。この時、エッチング条件を調節することによっ
て、図１および図２に示す形状の如く凹部の開口部より
も中の部分を大きくした穴あるいは溝を形成することが
できる。また、マスク等を用いなくてもエッチング条件
を調節することによって同様な凹部を形成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の急冷金属薄帯製造用冷却
基板について説明する。図１に表面に凹形状の穴を有し
ている冷却基板がロールの場合を示す。図１（ａ）は全
体図、（ｂ）は一つ穴の見取り図、（ｃ）は穴の形状が
（ｂ）と異なる場合である。先ず、図１（ｂ）の場合か
ら説明する。ロール表面上における穴の開口面積をＳo
、表面より内側において穴を開口面に対して平行に切
断した時の断面積の最大値をＳmax とした場合、Ｓo ＜
Ｓmax の場合に薄帯の冷却速度を低下させることなく、
かつ、エアーポケットを低減できることを見い出した。

【００１３】従来の冷却基板を用いて鋳造すると、図４
に模式的に示したように、通常エアーポケット５が形成
される。この場合、エアーと溶湯が接触するため、その
接触部分の冷却速度が低下してしまう。巻き込まれたエ
アーの体積と冷却基板表面の凹部の体積がほとんど等し
い場合には、図５に示すように薄帯にエアーポケットは
生じなくなる。しかし、エアーと溶湯が接触する部分で
は冷却速度が低下してしまう。これは、エアーと溶湯が
最大面積で接触しているからである。このように、Ｓo
≧Ｓmax の条件では大きなエアーポケットが形成される
か、あるいはエアーポケットの形成を低減できても冷却
速度が低下してしまう。一方、穴の形状が図１（ａ）お
よび（ｂ）に示した本発明のＳo ＜Ｓmax の条件を満た
す場合には、図３に示したように、巻き込まれたエアー
は穴の中に押し込まれるが、エアーと溶湯が接触する部
分の面積を小さくすることが可能となり、冷却速度の低
下を防ぐことができる。

【００１４】開口面積Ｓo は、溶湯の表面張力であり、
溶湯が穴の中に入らない程度の大きさにする。図１のよ
うな穴の場合には、溶湯の表面張力にも依存するが、Ｓ
o は０．０１〜２５００μｍ²程度が好ましい。これ
は、Ｓo が０．０１μｍ²程度より小さくなるとエアー
を効率良く穴の中に押し込めなくなり、２５００μｍ²
程度より大きくなると溶湯も穴の中に入ってしまう確率
が高くなるからである。ＳはＳo の１．２〜２０倍程度
であれば本発明の効果が得られる。図１の（ｂ）と
（ｃ）を比較すると、（ｃ）の方が（ｂ）よりも溶湯の
穴への入り込みを抑制できる。穴と穴の間隔は０．５〜
５００μｍ程度が好ましい。０．５μｍ程度より小さく
なると、穴同士が接触してしまい、５００μｍ程度より
大きくなると巻き込んだエアーを効率よく穴に押し込む
ことができなくなるからである。

【００１５】図２は、もう一つの本発明例の模式図であ
り、冷却基板の表面に溝があり、その溝の方向が冷却基
板の移動方向に平行に位置している場合である。図２
（ａ）は全体図、（ｂ）は一つの溝をロール移動方向に
対して垂直に切断した場合の断面図、（ｃ）は溝の形状
が（ｂ）と異なる場合である。（ｂ）、（ｃ）ともにロ
ール表面上における溝の幅をＷo 、表面より内側におい
て穴を開口面に対して平行に切断した時の幅の最大値を
Ｗmax とした場合、Ｗo ＜Ｗmax の条件を満たしてい
る。Ｗo ≧Ｗmax では、図４および図５の穴の場合と同
様に、大きなエアーポケットが形成されるか、エアーポ
ケットの形成を低減できても冷却速度が低下してしま
う。Ｗo ＜Ｗmax にすることによって、薄帯の冷却速度
を低下させることなく、エアーポケットを低減すること
が可能になる。さらに、溝にすることによって、一度巻
き込まれたエアーを溝を通して、効率良く排出すること
が可能になる。

【００１６】溝の開口幅Ｗo は、溶湯の表面張力で溶湯
の穴の中に入らない程度の大きさにする。Ｗo は０．１
〜５０μｍ程度が好ましい。Ｗo が０．１μｍ程度より
小さくなるとエアーを効率良く溝の中に押し込めなくな
り、５０μｍ程度より大きくなると溶湯も穴の中に入っ
てしまう確率が高くなるからである。ＷはＷo の１．２
〜２０倍程度であれば本発明の効果が得られる。溝の長
さはＷo より大きければ溝の効果が得られるが、より大
きな効果を得るには１００μｍ程度以上にするのが好ま
しい。１００μｍ程度以上にすることによって巻き込ま
れたエアーが効率良く排出されるからである。図２の
（ｂ）と（ｃ）を比較すると、（ｃ）の方が（ｂ）より
も溶湯の溝への入り込みを抑制できる。溝と溝の間隔は
０．５〜５００μｍ程度が好ましい。０．５μｍ程度よ
り小さくなると溝同士が接触してしまい、５００μｍ程
度より大きくなると巻き込んだエアーを効率よく穴に押
し込むことができなくなるからである。

【００１７】穴あるいは溝の深さは、０．５μｍ程度以
上あれば良い。０．５μｍ程度より小さくなると、エッ
チングによってＳo ＜Ｓmax の条件を満たすように凹形
状を形成させることが難しくなるからである。ただし、
一度使用したロールを研磨するだけで再使用するために
は、研磨後でもＳo ＜Ｓmax の条件を満たすように図１
（ｃ）あるいは図２（ｃ）に示した形状がより好まし
く、穴あるいは溝の深さを５μｍ程度以上にしておくこ
とが好ましい。深さの上限は特に規定する必要はない。
なぜならば、溶湯は凹部に入り込まないからである。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例と比較例によりさらに
説明する。実施例１直径６００ｍｍのＣｕ製冷却ロールの表面を、先ず、鏡
面状態に仕上げ後、ロール表面上に約１μｍの厚さにシ
リコン系塗料を吹き付け十分に乾燥させた。次に、先端
が針状に尖っているブラシロールを前記塗料表面に押し
当てて塗料に貫通穴を多数開けた。この時、ブラシロー
ル先端の針の径を変えて種々の大きさの貫通穴をつけ
た。

【００１９】水１０００ｍｌに対して過硫酸アンモニウ
ム１００ｇの割合で混ぜた腐食液を浴槽に準備し、それ
をロールの下側に設置して下側のロール表面の一部のみ
が腐食液に浸るように浴槽の高さを調節した。次に、ロ
ールを低速で回転させながら数分から数十分の間にわた
ってロールの全表面を腐食液に浸した。腐食液を十分に
洗浄した後、塗料を溶剤で完全に除去した。表面を光学
顕微鏡で観察したところ、塗料の貫通穴の部分のところ
でのみロール表面に凹形状の穴が開いていた。これらの
表面に開口している穴の平均の大きさを求めた。穴の中
における最大断面積Ｓmax はロール表面を切断しなけれ
ば測定できないために、ロールと同じ材質のダミー小片
材を同一腐食条件で腐食した後、小片を切断して光学顕
微鏡観察して求めた。Ｓo とＳmax を、表１に示す。全
ての場合において、穴の深さは０．５μｍ以上であっ
た。

【００２０】比較例として、鏡面研磨後のロール表面に
直接、ブラシロールで凹形状の穴を付けた。この時、ブ
ラシロール先端の針の径を変えて種々の大きさの穴を付
けた。穴は表面の開口部の面積が最大となる形状であっ
た。Ｓo の値を、表１に示す。本発明例および比較例の
どちらも穴と穴の間隔は約１０〜５０μｍ程度であっ
た。また、比較例として、ロール表面の仕上げを従来法
であるエメリー研磨（＃３２０）で行った場合について
も示した。

【００２１】これらのロールを用いて、原子％でＦｅ₇₈
Ｓｉ₁₀Ｂ₁₂組成の非晶質合金薄帯を単ロール法で鋳造し
た。薄帯厚さ約３０μｍ、幅２５ｍｍである。薄帯のロ
ールに接触する側の平均粗度Ｒa および同じ面の結晶化
度をＸ線回折法で測定した。その結果を、表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から分るように、本発明例Ｎｏ．１〜
１０と比較例Ｎｏ．１１〜１８を比べると、表面粗度Ｒ
a はほぼ同じ値であるが、穴の形状がＳo ＜Ｓmax であ
る本発明の方が冷却効果が大きいために全ての試料で非
晶質になった。また、従来法のＮｏ．１９と比較する
と、本発明例では表面粗度も小さくなり、かつ、急冷効
果も向上していることがわかる。これらの試料を３８０
℃で１時間磁場中でアニールした後、単板磁気測定機
（ＳＳＴ）で鉄損を測定した。その結果、本発明例で
は、比較例に対して、約１０％の鉄損低減効果があっ
た。

【００２４】実施例２実施例１と同様に、直径６００ｍｍのＣｕ製冷却ロール
の表面を、鏡面状態に仕上げ後、ロール表面上に約１μ
ｍの厚さに塗料を吹き付け十分に乾燥させた。次に、先
端が針状に尖っているブラシロールを前記塗料表面に押
し当て、ブラシの回転数をロールの回転数と異なる値に
設定して塗料に貫通溝を多数開けた。この時、ブラシロ
ール先端の針の径を変えて種々の幅の貫通溝を付けた。
以下、実施例１と同様にロール表面に凹形状の溝を付け
た。

【００２５】溝の中における最大幅Ｗmax は、ロール表
面を切断しなければ測定できないために、同様にロール
と同じ材質のダミー小片材を同一腐食条件で腐食した
後、小片を切断して光学顕微鏡観察して求めた。Ｗo と
Ｗmax を、表２に示す。

【００２６】比較例として、鏡面研磨後のロール表面に
直接、ブラシロールで凹形状の溝を付けた。この時、ブ
ラシロール先端の針の径を変えて種々の大きさの溝を付
けた。ただし、溝は表面の開口部の幅が最大となる形状
であった。Ｗo の値を表２に示した。本発明例および比
較例のどちらも溝と溝の間隔は約１０〜５０μｍ程度で
あった。

【００２７】これらのロールを用いて、原子％でＦｅ₇₈
Ｓｉ₁₀Ｂ₁₂組成の非晶質合金薄帯を単ロール法で鋳造し
た。薄帯厚さ約３０μｍ、幅２５ｍｍである。薄帯のロ
ールに接触する側の薄帯幅方向の平均粗度Ｒa および同
じ面の結晶化度をＸ線回折法で測定した。その結果を、
表２に併せて示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から分るように、本発明例Ｎｏ．２０
〜２６と比較例Ｎｏ．２７〜３２を比べると、表面粗度
Ｒa はほぼ同じ値であるが、溝の形状がＷo ＜Ｗmax で
ある本発明の方が冷却効果が大きいために全ての試料で
非晶質になった。また、従来法のＮｏ．１９と比較する
と、本発明例では表面粗度も小さくなり、かつ、急冷効
果も向上していることが分かる。これらの試料を３８０
℃で１時間磁場中でアニールした後、単板磁気測定機
（ＳＳＴ）で鉄損を測定した。その結果、本発明例は、
比較例に対して、約１２％の鉄損低減効果があった。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は冷却基板
表面に所定形状の穴あるいは溝を設けることによって、
パドルと溶湯との間にエアーが巻き込まれても、そのエ
アーを所定形状の穴あるいは溝に押し込めることによっ
て、冷却基板と溶湯との接触を効率良く維持し、薄帯の
ロール接触面側の平滑性を維持するとともに、薄帯の冷
却速度の低下を抑制できる効果がある。本発明を、例え
ば、非晶質合金薄帯を製造する装置に組み入れることに
よって、複雑な制御を必要とせずに、磁気特性、かつ、
表面性状に優れた非晶質合金薄帯を製造することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の冷却基板の一例であり、表面
に凹形状の穴を付けたもの、（ｂ）は一つの穴の形状を
示す見取り図、（ｃ）は別な穴の形状を示す見取り図、
である。

【図２】（ａ）は本発明の冷却基板の一例であり、表面
に凹形状の溝を付けたもの、（ｂ）は一つの溝の断面形
状を示す見取り図、（ｃ）は別な穴の断面形状を示す見
取り図、である。

【図３】本発明の冷却基板で薄帯を鋳造している様子の
模式図（冷却基板回転方向から見た図）。

【図４】従来の冷却基板で薄帯を鋳造している様子の模
式図（冷却基板回転方向から見た図）。

【図５】従来の冷却基板で薄帯を鋳造している様子の模
式図（冷却基板回転方向から見た図）。

【符号の説明】

１薄帯２本発明による冷却基板３本発明による穴あるいは溝４，６従来の冷却基板５エアーポケット７従来の冷却基板表面にある凹形状部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合金溶湯を接触させて該溶湯を急冷する冷
却基板であって、冷却基板表面に凹形状の穴を有し、該
穴の冷却基板表面上における開口面積をＳo 、冷却基板
表面より内側において該穴を開口面に対して平行に切断
した時の断面積の最大値をＳmax とした場合、Ｓo ＜Ｓ
max であることを特徴とする、急冷金属薄帯製造用冷却
基板。
【請求項２】合金溶湯を接触させて該溶湯を急冷する冷
却基板であって、冷却基板表面に凹形状の溝を有し、該
溝の冷却基板表面上における幅をＷo 、冷却基板表面よ
り内側において該溝を開口面に対して平行に切断した時
の幅の最大値をＷmax とした場合、Ｗo ＜Ｗmax である
ことを特徴とする、急冷金属薄帯製造用冷却基板。
【請求項３】冷却基板表面上にある溝の方向が該冷却基
板の移動方向に平行に位置していることを特徴とする請
求項２に記載の急冷金属薄帯製造用冷却基板。
【請求項４】冷却基板がロールであることを特徴とする
請求項１、２および３に記載の急冷金属薄帯製造用冷却
基板。