JPS58197240A - 溶湯急冷ロ−ル用銅合金 - 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】 この発明は、例えば非晶質合金薄帯（アモルファス薄帯
）の製造に代表されるよう々、金属溶湯から直接的に金
属薄板を製造する際に使用される冷却ロール用の銅合金
に関するものである。

オーディオ用磁気ヘッド材や電力用トランス材に利用さ
れて優れた特性を発揮するアモルファス薄帯は、精密な
板厚精度や表面平滑性を要求されるために双ロール法に
より製造するのが有利であるといわれている。

双ロールアモルファス薄帯製造法は、第１図で示したよ
うに、高速で回転する一対の冷却ロール］、１間で、ノ
ズル２から落下する溶融金属３を急速冷却し、かつ圧延
成形して非晶質金属薄帯４を得る方法であって、溶融金
属３の両側が冷却ロール面に接触して寸法が規制される
ことから、得られる非晶質金属薄帯４の表面の平滑性が
良好で、板厚寸法も高精度となるなどの特徴を有してい
る。

なお、第１図において、記号５で示されるものは溶融金
属３を加熱するための高周波加熱リングである。そして
、冷却ロール１．１の材質としては、高速度鋼（Ｓ　Ｋ
　Ｈ）　、　　ダイス鋼（ＳＫＤ）、純銅。

ベリリウム銅等が使用されているのが普通であった。

しかしながら、特にこのような双ロール法においては、
工業的生産規模を目指して長時間連続運転を行なうと、
次の■〜■に示す如き不都合な現象を引き起すことが、
その後の研究によって明らかとなってきた。す々わち、 １ ■　ロール使用中に、その表面が次第に肌荒れを起こし
、製品たる金属帯表面が汚くなる、■　ロール使用中に
、金属帯の板厚変動が顕著になってくる、 ■　ロール使用中に、その表面に割れが発生し、その後
の運転が不可能になる、 そして、これらの現象は、溶湯の温度が高いほど、また
、ロールに噛ませる溶湯の量が多いほど著しく、アモル
ファス薄帯製造以外の、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼
、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ｔｉ等の高融点材料溶湯か
ら直接帯板を造る、いわゆる直接圧延法と呼ばれる双ロ
ール法の開発にも大きな妨げとなっている、 本発明者等は、上述のような観点から、双ロール法を実
施する際に、工業的規模での連続運転においても、板厚
が均二で、かつ表面が平滑な非晶質合金薄帯や結晶金属
帯を長時間に亘って得ることのできる手段を見出すべく
、まず、上記■〜■に示される如き現象を引き起す原因
を明らかにするための基礎的研究を行ない、次の■〜■
に示すような事実を確認したのである。

■　特に、磁気ヘッド材や電力用トランス材に使用され
る非晶質合金の組成は、第１表に示されるように、Ｓｌ
やＢが多量に含有されており、もともとＦｅやＣｕとは
エロージョンを起しやすい、第　　　１　　　表 したがって、急冷されているとはいえ、ロール表面温度
の上昇や長時間使用によってロール表面と溶湯とが微視
的な反応を起し、ロール表面の肌荒れに至るものと結論
できること、 さらに、Ｔｉ、炭素鋼、高合金鋼、ステンレス鋼Ｎ１基
合金、　ＣＯ基合金等の溶湯の場合には、鋳造温度が１
６００〜２０００℃と非常に高いため、ＢおよびＳｌの
含有量が少なくても、ロール表面と溶湯との反応を引き
起すこととなりやすいこと、■　ロール運転中の板厚変
動は、ロール表面の塑性変形に起因していること、 すなわち、双ロール間に落下した溶湯は急速に　５− 冷却されて、ロー）Ｖの接点で加圧される前に流動性が
悪くなってその変形能が劣化し、他方、ロール表面は、
その温度上昇にともなって強度低下を起こすこととなり
、この両者が相合わさってロールの塑性変形を増幅する
ので、長時間使用によるロール変形を免れ得ないこと、 ■　ロールが繰返し使用されると、熱サイクルによって
ロール表面に熱疲労割れを発生するようになること、 そこで、本発明者等は、これらの事項をふまえて、溶融
金属に接触してこれらを凝固成形するという、例えば双
ロール法等に使用されるようなロールにあっては、その
材質として、　　・■　Ｂ、Ｓｉを多量に含有する溶融
金属と反応しにくいものであること、 ■　Ｔｉ、　Ｆｅ、　Ｎｉ等の高温溶湯と反応しにくい
ものであること、 ［相］　抜熱効果を高めて、溶湯の非晶質化を促進する
とともに、ロール表面の温度上昇をも減することができ
るように、熱伝導率が高いものである　６− こと、 ［株］　ロールの塑性変形や熱疲労による割れを防止す
るために、高温における機械的性質（硬さ。

引張り強さ、伸び等）が優れていること、等の特性を有
するものを使用すれば、前記■〜■に示されるような不
都合が解消されるとの見地に立って、さらに研究を重ね
たところ、多量のＣｒを分散させた銅合金は、ＢやＳｌ
を多量に含有する金属溶湯と反応しにくく、またＴ１や
鋼等の高温金属溶湯にも侵されにくい上、この合金を溶
湯に接触する部材として使用した場合に抜熱効果にも優
れていて、長時間の使用に際しても表面に割れや変形を
発生しないとの知見を得るに至シ、さらに、この銅合金
にＺｒやＰを添加すれば、その耐熱疲労割れや強度が改
善されて、双ロール法等の溶湯急冷ロールに使用するの
に好適な材料が得られることも見出したのである。

したがって、この発明は上記知見に基いてなされたもの
であって、アモルファス合金薄帯製造用ロール、直接圧
延用ロール、あるいは浸漬鋳造用ロール等の溶湯急冷ロ
ールに使用する合金を、Ｃｒ：２５〜１７．０％（以下
チは重量係とする）を含有し、残りがＣｕと不可避不純
物からなる組成のものとするか、あるいは、さらに、Ｚ
ｒ：０．０２〜１．５０％と、Ｐ：０．００５〜０２５
′係とのうちの１種または２種を含有せしめた組成のも
のと゛することによって、使用中のロールにおける肌荒
れ、塑性変形、および表面割れを著しく低減せしめたこ
とに特徴を有するものである。

ついで、この発明の溶湯急冷ロール用銅合金において、
組成成分元素の含有量を上記のように限定した理由を説
明する。

（ａｌ　　Ｃｒ Ｃｒ成分は、ロールを構成する銅合金の、溶融金属に対
する′ぬれ′やエロージョン、特にＢやＳｌを多量に含
有する溶融金属に対する°′ぬれ″やエロージョンを防
止する作用を有するとともに、銅合金の高温における強
度や硬さを改善する作用をも有するが、その含有量が２
５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、他方、
１７，０％を越えて含有させると、合金の熱伝導性およ
び延性が低下するようになるばかりでなく、ロール製造
の際の溶解も困難になることから、その含有量を２５〜
１７．０係と定めた。

（ｂ）　　Ｚｒ Ｚｒ成分には、合金の高温延性、特に２００〜６００℃
の温度範囲における延性を改善して耐熱疲労割れ特性を
向上させる作用があるので、これらの特性が要求される
場合に必要に応じて含有されるが、その含有量が００２
係未満では前記作用に所望の改善効果が得られず、他方
、１．５０％を越えて含有せしめてもそれ以上の改善効
果が現われないばかりか、逆に溶解が困難になるととも
に、合金の塑性加工性が低下するようになることから、
その含有量を０．０２〜１５０チと定めた。

（ｃ）　　Ｐ Ｐ成分には、鋳塊の偏析を抑制する作用があるほか、初
晶として晶出するＣｒを均一微細に分散させ、これによ
って合金の機械的強度を改善する作用もあるので、これ
らの特性が要求される場合に　９− 必要に応じて含有されるものであるが、その含有量が０
．００５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
他方、０２５０％を越えて含有せしめると熱伝導性を劣
化するようになることから、その含有量を０．００５〜
０．２５０％と定めた。

さらに、この発明の銅合金において、強度改善を図る目
的で、いずれも０．０５〜０．５０％のＦｅ。

Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｄ、　Ｓｎ、　Ａｇ　、およびＩｎ
のうちの１種または２種以上、並びに０．０１〜０．１
％のＣを、また耐熱性の一層の向上を図る目的で、いず
れも０．０５〜０．５０％のＡＱ、　Ｍｇ、　Ｔｉ、　
Ｓｉ　、　Ｂｅ、　　Ｂ　、　Ｈｆ　、　およ０、０１
〜０．２０　％のＣａ、’Ｌｉ’、　　およびＭｇのう
ちの１種または２種以上、のいずれを含有させても、何
ら上記の特性を損うものではない。

なお、この発明の銅合金を適用するに好適な溶湯急冷ロ
ールとは、非晶質合金薄帯製造用のロール（ｌロール法
のものか、双ロール法のものかは問わない）、溶湯直接
圧延用のロール、浸漬鋳造ｌＯ− に用いる型ロール等を指すものであるが、このほかに、
ディップフォーミングや溶融メッキ等における被処理材
押えロールや走行方向変換用ロールに本発明の銅合金を
適用１〜ても好結果が得られることはもちろんのことで
ある。

つぎに、この発明を実施例によって具体的に説明する。

実施例　ｌ 高周波誘導加熱炉を用い、真空雰囲気中にて、黒鉛るつ
ぼ内でそれぞれ第２表に示された組成を有する銅合金を
１００ｋｇずつ溶製し、インゴットとした。引続いて、
これを熱間鍛造にて、外径：２１０ｍｍ、長さ：２２０
ｍ、の円柱に加工した後、温度：　１０００℃に１時間
保持復水焼入れし、さらに、温度：４８０℃に２時間保
持の熱処理を施こしてから、外径：２００ｍｍ、肉厚：
３０ｍｍ＋長さ：２００ｍ、の寸法に削り出してスリー
ブとすることによって、本発明銅合金軸ロール１〜１０
゜および従来合金製ロール１１〜１４をそれぞれ１対ず
つ製造した。々お、従来合金製ロール１３は１１− 無酸素銅（ＯＦＨＣ）製であり、従来合金製ロール１４
はベリリウム銅製のものであった。

そして、これらのロールを用いて、非晶質合金薄帯製造
用双ロールを組上げた。

ついで、これに、非晶質合金としての、００２７０％　
＋　Ｆｅ　：　５　％　＋　８１．１２％、およびＢ：
１３％なる組成の溶湯をノズルから落下させて冷却成形
し、アモルファス薄帯を製造した。

上記ノズルは石英製で、ノズル径：２．Ｏｇ、出湯温度
：１２６０℃、１回の出湯重量：約ｌ　ｋｇという条件
であり、ノズルおよびタンディツシュは高周波加熱によ
り保温されていた。

また、双ロールの回転速度は３０００ｒｐｍであり、ア
モルファス薄帯厚さが３０μｍとなるようにロール間隙
を設定した。このときのアモルファス薄帯の幅は約２０
ｍ、であった。

前記各ロールについて、１〜１０回の溶湯落下圧延試験
を行ない、試験後、アモルファス薄帯の板厚差、アモル
ファス薄帯の表面肌の目視検査。

ロール変形量を測定して、その結果を第２表に併せて示
した。

なお、アモルファス薄帯の板厚差は、断面を顕微鏡で観
察して測定し、表面肌は、試験開始直後の肌に比較して
ほぼ同等のものを○、肌荒れがかなり生じているものを
△、薄帯を形成しないものを×として評価した。また、
ロール変形量は、ロール表面の凹凸を表面荒さ測定機に
よして実測し、その最大および最小の差をもって表わし
た。

第２表に示される結果からも、本発明合金より々るロー
ルにおいては、１０シヨツト後においても得られる製品
に顕著な変化が認められず、従来合金製ロールに比較し
てその特性に極めて優れているものであることがわかる
。そして、本発明合金は、アモルファス薄帯を工業的に
生産する溶湯急冷ロール用材料として著しく有用力もの
であることが明らかである。

実施例　２ 実施例１におけると同様の成分組成で、同様の工程を経
て得た同寸法の本発明銅合金製ロール１〜１０と、従来
合金製ロールｌ］〜１４をそれぞれ１対ずつ製造し、こ
れを第２図に示すような真空溶解鋳造直接圧延装置の水
冷ロールとして組込んだ。

第２図は、真空容器１１中にシュータ１３．プラズマビ
ームトーチ１４．ハース１５　、　溶湯急冷圧延用水冷
ロール１６．ピンチロールＩＥ３．および巻取りロール
１９を組込んだチタンの溶解鋳造直接圧延装置の概略構
成図であって、ホッパー１２からシュータ−１３を経て
ハース１５に送られて来たチポンデチタンを、プラズマ
ビーム）　−テ１４で溶解し、これを水冷ロール１６．
１６間に供給して急冷凝固せしめると同時に圧延するこ
とによって均一な特性を有するチタン板１７を得るため
のものである。

つぎに、チタンのＪＩ８２種相当品を上記装置によって
溶解鋳造直接圧延した。このときの１回の鋳造圧延量は
約１ｋｇ、水冷ロール（双ロール）１６の回転速度は３
０ｒｐｍ、得られたチタン板の厚さはｏ、５ａｔ幅は２
０ｍｍであった。

前記各ロールについて、１−１０回の溶解鋳造１５− １６− 圧延試験を行ない、試験終了後、得られたチタン板の板
厚差と表面肌の状況、およびロールの変形量を測定して
、その結果を第３表に示した。

なお、板厚はマイクロメータで測定し、幅方向の最大厚
と最小厚の差で評価した。

また、板表面肌は、実施例１におけると同様に、試験開
始直後の肌に比較してほぼ同等のものをＯ１肌荒れがか
なり生じているものを△、圧延不能のものを×として評
価した。

そして、ロール表面の凹凸は、表面荒さ測定機によシ実
測し、その最大と最小の差をもって表わした。

第３表に示される結果からも、本発明合金よりなるロー
ルにおいては、１０チヤージの後にも得られる製品に目
立った変化が認められず、従来合金製口〜ルに比して著
しく優れた特性を有しているととがわかる。

上述のように、この発明によれば、各種の金属溶湯に長
時間、そして繰返し接しても表面が侵食されることがな
く、しかも塑性変形を起こす心配もない上、溶湯からの
抜熱効果にも著しく優れた合金を得ることができ、非晶
質合金薄帯の製造用、あるいは高融点金属の直接圧延用
等の溶湯急冷ロールの素材として使用した場合に、高精
度の製品を長時間に亘って製造することが可能となるな
ど、工業上有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は非晶質合金薄帯を製造するための双ロール法を
説明するための概略構成図、第２図はチタンの真空溶解
鋳造直接圧延装置の概略構成図である。 図面において、 １・・・冷却ロール、　　　　２・・・ノズル、３・・
・溶融金属、　　　　　４・・・非晶質金属薄帯、５・
・・高周波加熱リング、 １１・・・真空容器、　　　　１２・・・ホッパー１３
・・・シュータ−１ １４・・・プラズマビームトーチ、 １５・・・ハース　　　　１６・・・溶湯急冷圧延用水
冷ロール、１７・・・チタン板、１Ｂ・・・ビンチロー
ル、１９・・・巻取りロール。 出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫 第１図 （

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃｒ：　２．５〜エフ、０％、Ｃｕおよび不
   可避不純物：残り、 （以上重量係）からなることを特徴とする溶湯急冷ロー
   ル用銅合金。
2. （２）Ｃｒ：　２．５〜１７．０％、 Ｚｒ　：　０．０２〜１．５０％、 Ｃｕおよび不可避不純物、残り、 （以上重量％）からなることを特徴とする溶湯急冷ロー
   ル用銅合金。
3. （３）　　Ｃｒ　：　２．５〜１　”７．０％、Ｐ：０
   ．００５〜０２５０％、 Ｃｕおよび不可避不純物：残り、 （以上重量係）からなることを特徴とする溶湯急冷ロー
   ル用銅合金。
4. （４）　　Ｃｒ　：　２．５〜１　’７．０％、Ｚｒ　
   ：　０．０２〜１．５０％、 Ｐ：０００５〜０２５０係、 Ｃｕおよび不可避不純物、残り、 （以上重量％）からなることを特徴とする溶湯急冷ロー
   ル用銅合金。