JPS59144558A - 非晶質又は微結晶質金属ストリツプの製造方法 - 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】 この発明は非晶質又は微結晶質金属ストリップの製造方
法に関する。

非晶質又は微結晶質金属は強靭性、高硬度、耐食性等の
優れた性質を有し、かつ電磁的性質においても優れたも
のを有している。この非晶質又は微結晶質金属は溶融金
属を高速回転している冷却ロールの外周土に噴射し、急
速冷却凝固させて製造される。

然し現状の技術では、このようにし工得られた一条のス
トリップの寸法は厚さ３０〜６０μ、巾１００〜３００
ｍｍ程度でちゃ、この様な極薄・狭巾のものは材質的に
秀でていてもその製品の用途が局限されてしまい、工業
用材料として広い範囲の需要を喚起し様々の用途に使用
され工業規模による材料の生産が軌道に乗ると云う状態
にはｉｌ難いと予測される。

逆に、優れた結晶組織を持つ極薄・狭巾のストリップを
単位（繊維）とし、その性質を損なわずに複合化・集積
化して厚肉・広巾の板を製造し得れば、その工業的価値
には非常に大きなものがある。

本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたも
ので、特に所定厚さの非晶質又は微結晶質金属ストリッ
プを得ることのできる製造方法を提供することを目的と
するもので、非晶質又は微結晶質のシート状金属ストリ
ップを冷却ロールに導き、該金属ストリップの冷却ロー
ル接触部の反対面に溶融金属を噴射し急冷凝固せしめて
他のシート状金属ストリップを積層し所定厚の金属スト
リップとすることを基本的な特徴とするものである。

以下図面に基づいて本発明方法の一実施例を説明する。

第１図乃至第３図はその模式図であυ、ここでは板厚を
所望の板厚とすると同時に板幅をも所望の幅とし得る技
術を示している。

図中へ）は既に製造された非晶質又は微結晶質のシート
状金属ストリップである。との金属ストリップ（３）は
以降説明する方法により所定中のシート状ストリップと
したものでも良いし、また他の如何なる方法により製造
したものであっても良い。

この金属ストリップ（Ｘ）を第１の冷却ロール（１）へ
導き、該ストリップ（３）がこの冷却ロール（１）に接
触する点の反対側の面に溶融金属を噴射して他のシート
状金属ストリップ（イ）を積層せしめる。

この実施例ではロール軸線方向に複数の溶融金属噴射ノ
ズル（図示せず）を配設（７、ここから該噴射点（２）
に溶融金属を噴射し、並行に列状に並んだ複数のストリ
ップ（イ）を得るようにしている。各ストリップ何）の
間には所定の隙間（ロ）を設け、互いに接合しないよう
にしておく。第１図（ｂ）はこのストリップ（イ）の断
面図であシ、互いに所定間隔をあけて接合されていない
状態を示している。このス）　ＩＪツブ（イ）の列数は
所望の板巾に応じた列数とする。

このス）　ＩＪツブ（イ）を冷却し、表面処理を施した
一Ｆ第２図に示すように第２の冷却ロール（３）へ導き
、ストリップ（イ）の間の隙間（ロ）の噴射点（４）に
更に溶融金属を噴射し、第２のス）　ＩＪツブ（ハ）を
形成する。こ、のストリップｅつは該隙間（ロ）を埋め
かつストリップ（イ）と端部におい−Ｃ重なり互いに接
合するようにする。笛２図（ｈ）においてに）で示す部
分が重なり合い接合した接合部である。

これにより所定の巾、所定の厚さのストリップを得るこ
とが出来る。より厚さの厚いストリップを得たい場合に
は、第３、第４の冷却ロールに該金属シートを導き、上
記と同じ操作を繰返して金属シート′状に次の金属シー
トを積層する。積層数は所望の板厚に応じて伺層として
も良く、複数層積層する場合には第】層のシートの表裏
に順次積層するようにする。これはシートの両面におけ
る熱応力を均等化し、シートの熱変形を避けるためであ
る。また溶融金属噴射ノズルのピッチは各段同一とし、
また金属シートに対する相対位置は各段において少しず
つずらして設置しておく。この模式図を第３図に示す。

（イ）（ハ）０姶（へ）（ト）ひ→（１ハは夫々積層さ
れるストリップ列を禎層順に示している。この図では矢
印が噴射の向きとシート巾に対する相対位置とを示し、
直線あるいは折れ線は各段において形成される積層を示
す。またこの例では最初のシート状金属ストリップ自体
を上記上たストリップ列を接合する方法で製造し合計７
層（２５段）としたものである。図の板厚方向：板１】
方向の縮尺の比は約１：５００である。

以上により所要の厚さを有する板状の金属ストリップを
得ることができる。

なお、冷却ロール（１）及び溶融金属の噴射ノズル等は
従来既知のもので良く、非晶質又は微結晶質とするため
に必要な冷却速度１０〜１０６℃／ｓｅｅを得られるも
のであれば良い。

以上の工程により作られた金属材料は下記するように数
・々の優れた特性を持つ。

■そのミクロな構造は非晶質あるいは微結晶質であり、
それ自身強靭性、耐食性、電磁的性質等優れた特性を持
つ。

■中間段階の単位（繊維、ストリップ、条）はとの素材
の優れた性質を具現し、まだｊｐ位内部では高度の均一
性が保たれる。

■中間段階を設けることにより、加工・処理の自由度が
増し材料に多様な特性を附与し得る。これによって種々
の目的に応じた材料設計が可能と外シ、金属のファイン
マテリアル化にも道を拓くことができる。

ａ）複合化の手段の一つとしての積層はλ既に凝固して
いる母材の」二に溶融金属を噴射し被層・膜を形成する
ことによって行なわれるが、これは蒸着・スパッタリン
グの様な気相メッキ法・液相メッキ法に比べてエネルギ
ーコストが安価でありかつ膜厚形成の速度が早く、また
機構的に簡単で信頼性が高い利点がある。積層を行なう
ことによって得られた層・膜は非晶質あるいは微結晶質
の層となり母層と同様の性質を持つ。

また母層と被層との接着状態は、両渚同−の合金であり
濡れ性の良いため例えば鋼材の溶接部がその熱影響部（
ＨＡＺ　）を除いておおむね母材よりも強度が上る事実
、また電子顕微鏡のレプリカ（反転面）が原子オーダの
領域まで密着して忠実々反転面゛を形成する事実、また
溶融金属と固体金属との接液面においては電気・熱抵抗
はほとんどＯであり電気的・熱的にみても密着性がよい
事実等からみて、この密着の強さく接着強度）は母層と
同程度或いはそれ以上と渚えることができる。

また本発明による非晶質あるいは微結晶質の金属薄板の
マクロの機械的強度は、学位繊維であるストリップの強
度と杷層間との接着強度とに依っている。゛強度″の意
味１．種り考えられるが、例えば多結晶性拐料と本発明
による材料とを比較した場合の破壊強度は、それが凝固
によって自然に生じた、或いは凝固後圧延・熱処理等に
より人為的に生じた結晶粒界間の強度と、本発明の旧制
の層間の接着強度との比較となると考えられる。前記の
例から考λるに上記の意味の強度においても、通常のプ
ロセスから荀うれる多結晶性利料よりも優れたものを得
ることができると結論される。

次に本発明方法を実施すＺｌだめの装置について峠１明
する。

第４図はその配置図であり、００は平１〜］ス、トリッ
プ製造装置、ＣＩやは冷却装置、Ｑオはス）　ＩＪツブ
間連接４々僅、０１は第１段鼻面積層装俗、（１喧は第
１段表面積層装置、Ｏｒ９は薄板捲取装置である。

この装置では、最初のシート状金属ストリップを一ト記
したス）　ＩＪツブ列を接合する方法により得ている。

◎平行ストリップ製造装置０．０） この装置は、溶解炉、加熱装置、噴射装置、噴射制御装
置、攪拌装置、原料供給装置、雰囲気調整装置から成る
溶融金属噴射装置（ＭＩと略す）と、冷却ロール、ロー
ル回転駆動制御装置、ストリップ送り装置から成る冷却
ロール凝固装置（ＣＲと略す）から構成されている。

溶融金属噴射装置は、所要の成分の金属を溶解し噴射す
るもので、溶解炉は耐火物・セラミクス・耐熱金属で作
られた密封可能な圧力容器であって、その上部Ｊ、シ原
原料−は溶融金属を注入［７内部に溶融状態にて保持す
るものである。炉下部には一直線上に並んだ多数の穴が
穿たれそれがノズルとなって溶融金属が同時に多数の糸
状に噴出さｉするようになっている。この噴出の／こめ
のノズルは微小径約０．２〜０８脆グなので酸化物・ス
ラグ・ノロ・不溶性固形異物によシ目づまシを起し易い
。

このため溶融金属がノズルに流入する手前に耐火物・セ
ラミクスで作られたフィルタを炉内に設けると良い。

加熱装置は、溶解炉壁外部よりの誘導加熱、哉いは内部
に挿入され溶融金属と導通する耐熱性電極を通して通電
する抵抗加熱の両方式％式％ 噴射装置は溶解炉下部姉−直線上に運んだノズルであり
、ここから相対峙した冷却ロールめがけて溶融金属が噴
射される。ノズル形状は金属成分の種類、・不活性ガス
加圧の圧ツバ冷却ロールの回転速度、溶射金属の噴流の
流動状態（層流か乱流か）などによって決定すれば良く
１１通常は微小径（約０．２〜ｏ、ｓｍｕ）の内孔に助
走流路のついたものを用いる。

噴射制御装置は、噴射の発停、ノズルと冷却ロールの間
隙の制御、同じくノズル噴射方向と冷却ロール対峙面と
の角度の設定、噴射流量（’！ｉ’￥射速度）の設定・
制御を行なう。攪拌装置は電磁式のもので溶融状態に保
たれた金属の成分・密度の均一性を仰っために設置され
る。

原石供給装置は、溶解炉の上部より所要の金属成分を構
成する原料を注入（７、或いは予め他の溶解炉（高炉・
転炉）よりイ４イられる溶融金属を注入する。

雰囲気訓整装置は、溶解炉内の溶融金属に接する空間を
満に−す不活性ガス（アルゴン、窒素）を１１（給（２
、炉容器内の圧力ｆｆ、調節し、以て溶融金属の酸化等
を防ぎ、また噴射を圧力によって調節する作用を行なう
。

冷却ロール凝固？３．　ＩＦ￥は１１１（射さねた溶融
金ｐＮを極めて短時間のうちに冷却・凝固して極薄・狭
巾・長尺のストリップ（争）を得るものである。冷却ロ
ールは金属製の長軸円筒であって内部に通水路等冷却手
段が講じられていて高速で回転する。乙の外周表面上に
間隔を、置いて配設された多数のノズルから溶融金属が
噴射されると、各噴射口から一４＝の細い流れとなって
放出された溶融金属が冷却ロール上に衝突し広がって湯
溜り（パドル）が生じそこで冷却凝固した金属ス）　Ｉ
Ｊッグが高速でロール円周の切線方向に回転の向きに飛
出してくる。本発明においては、上記したように、この
並行したストリップが互に連接せず平行に同時に同寸法
（中寸法と厚さ）で独立に形成されることである。

図に示す様に溶融金属噴射点よシ同時に凝固形成された
多数のストリップ（極薄条）はガイドに導かれて次の段
に入る。冷却ロールはロール回転駆動制御装置によって
回転駆動され、所要回転数に設定制御される。また他の
冷却ロールとの回転の同期性が推持される。

ストリップ送り装置は形成されたストリップを設定され
た間隔に並び曲らぬ様にガイドし次段以降のＫＱ　Ｗｊ
に送り出すものである。ここで生成された極薄条は、非
晶質あるいは微結晶質のものでこれは冷却ロール表面に
おける熱伝達が極めて良好かつ迅速なためにその状態が
得られる。

ことで本装置の設剛上の関連事項として必須の事柄を述
べておく。極薄板の凝固は極めて短い時間内に起き、ま
た冷却ロール内部では溶融金属から伝えられた熱は極め
て急速に伝播して行く。との凝固しつつある物体内部で
の凝固層の進行する早さく連続鋳造における凝固シェル
の厚さの時間的な発達と同じ意味）あるいけ一般的に連
続物体（固体）中の熱現象の伝播の早さは、凝固の場合
の経験式で知られる様に、 ＝Ｋ（凝固係数）×　Ｌ（進行・発達に要する時間）十
定数であり、この凝固係数は今までは実験的に定められ
ていて、その由来即ちそれがどういう性質のもので何に
依ってきまるのがか明確ではなかった。これにつき本発
明者の主張を簡約して述べると、その凝固係数はクリー
ン関数を用いた解析によると Ｋ（凝固係数〕−〜形状係数×温度伝播率ここに形状係
数とは平面熱源・線熱源・点熱源の場合にそれぞれ２，
４．６となる係数、温度伝播率−熱伝導率／（比熱×密
度）として寿えられると云うことである。この式は、凝
固係数の由来を明らかにし、また本発明においても極薄
条の生成する時間の検討、冷却ロール内の温度波の伝播
の検討等に用いられている。

（つ冷却装置０υ 本装置は、溶融金属を噴射する各鞭の間に設けられるも
ので、冷却凝固により得られた極薄条の列あるいはそれ
らの間を連接させる様に噴射し生成した巾広の一枚のシ
ート状の金属板あるいは更にそれらの両面に噴射され積
層されてよシ厚みを増した金属板に対して、次のＱ′ｃ
（射冷却凝固段に送られる以前に−・旦冷却［７あるい
け表面処理を行なわせるために設けられるものである。

本装置は冷却媒体駆動装置、張力制御多条送り装置、表
面清浄化装置、表面処理装置よシ成る。

冷却媒体駆動装置は、極薄条の列あるいは金ム１板（シ
ート）の表面から熱を奪うために空気・不活性気体等の
気体、清水・冷媒などの流体を吹きつけ抜熱するための
ものである、。

各段間において冷却装置を配設し、次段において充分温
度差の犬なる状態の極薄条の列あるいは金属板（シート
）に画び噴射を行うことは本装置の特徴であシ、これに
よって極めて良好な非晶質状態を得ることができる。

弗力制御・多条送り装置は、極薄条の列あるいは金属板
（シート）を受は入れ送シ出す際にその凝固・冷却の温
度変化に起因する長手（送り）方向の寸法の変化によっ
てそれに収縮力が働くことを防ぐためのものであってテ
ンションローラとアームの作用によ−り応力を解放し装
置に過大なカが働かぬ様に、脣た極薄条の列あるいは金
属板（シート）か−・様な状態で生産される様に（また
ものである。号たこれけ、極薄条の列あるいは金属板（
シート）を受は入れ送ｐ出すためのガイドの役割も果す
ものである。

表面清浄化装置は、極薄条の列あるいけ金属シートが溶
融金属の噴７射によって生成したる後その表面に生成あ
るいは吸着する酸化皮膜・不働態皮膜・ガス吸着層・異
物（コミ、チリ）・水分等を除去しその表面が充分に清
浄で且つ活性化されている様に保持するものである。こ
の様に保たれた表Ｗ１は濡れ性が良く剥離性がなく後段
の溶融金属の噴射に対して密着性を高め、冷却効果を上
げ非晶化・微結晶化を推進する。

表面清浄化装置は、全ての金属の種類に対して配設する
ことが必要なのではない。金属の表面における酸化物の
被膜・不Ｓ＠皮膜・ガス水分の吸着′層の生成は金属の
種類および表面に接する雰囲気によって１比較的早く形
成されるものと遅いものとがあるが、現在の表面科学の
現状ではそれらがいつ生成されるかけ正確には知られて
いない。との装置では溶融金属の凝固に要する時間が約
５ｍ５ｅｃ　（ミリセカンド）としてそれより甲、く形
成されるもの如対してはこの装置を付設しそれよシ充分
遅いものに対しては省略する。表面清浄化装置は機械的
拭去・超音波除去・化学洗浄（クエン酸アンモン等の薬
液に浸漬し後に水洗）・赤外線乾燥を行なう。これらは
表面処理の方法としては公知のものである。

以上に加えて表面処理装置を必要に応じて付設する。こ
れは溶射積層の密着性を更に上げるため、得られた金属
薄板の物性を変メ−るために行なうもので、機械的な方
法による目地荒し、ＰＶＤ−ＣＶＤの様な気相メッキに
よる被膜形成等がプロセスに応じて付設され２〕。

◎ストリソ１間連続装置Ｏり 本装置は構造的には平行ス）　ＩＪッグ製造装珈（Ｉｉ
と同稈のもので、平行スト’Ｊッグ製造装ｆｔ　（１１
で形成された極′Ｒ条のスｌ−１，１ツブ列で、冷却装
置０υにより冷却され前筒処理されたものを受け、互に
間隔をおいて平行に排列される多数の極薄条の１（ｊ隔
の中間（架間溶融金属噴射点）に溶融金属を噴射して極
薄条を連接し一枚の連続した合札シート（連接祭）を形
成するものである。

この部分が本装置の特徴的な処であって、各段において
新らしく噴射される溶融金属は常に強制的に冷却された
温度差の大きい金属面（この場合は冷却ロール面と間隔
をおいて排列された極薄条の表面）に衝突し冷却凝固さ
れる。この噴射点−一条間溶融金属噴射点一一一におい
ては、極薄条は噴射さｆ＋、る面の裏面側で冷却ロール
に密接しているので、溶融金属の峙ち来たった熱は速か
に冷却ロー／Ｌに逃がされその湿度上昇は僅かであう熱
による変性（結晶粒の粗大化）は避けられる。この点に
新たに噴射された溶融金属は互に隣ジ合う極薄条を連接
しつつ迅速に冷却され凝固し非晶質化し、かくてほぼ切
質な広巾の非晶質金属シートが得られる。

ストリップ間連接装置を出た金属シートは、冷却装置α
◇を経て次段に入る。

０第１段裏面積層装置０１及び第１段表面積層装置θ１ 以上までのプロセスによって溶融金属は広巾の非晶質あ
るいけ微結晶質の金属シートとなυ、冷却され表面を処
理されて本装置に入る。

シートの厚さがこれ以上必要で々い場合に目１、プロセ
スはここでＪ′Ｊち切られ、後述の表面加工・熱処理・
仕上をほどこさＪｌて捲取られ製品となる。また逆に中
心となる部分即ち上記プロセスで作られる金属シートが
非晶升あるいは微結晶質のものでなくとも良い場合は略
同じ巾・厚さの予め用意された金属シ・−トを本Ｉ装置
に挿入しそこからプロセスがスクートする。

木装置以降の裏面および表面積層装置は、各段の冷却ロ
ールに接する個所において広巾金属シートの片面に多数
のノズルか′ら溶融金属を噴射し積層することによって
金属シートの厚みを順次増してゆくためのものである。

これらの段数は必要とされるシートの厚さによって決定
される。噴射は裏面と表面と各段の交互に行なう。

以上によって所要段数積層し金属薄板（０，ｌ朝〜４．
５胴厚）を得る。

◎薄板捲取装ｆｉｒｃｌＧ 木製ＲＶＬよって以上の様に製造された薄板を捲取り次
工程に送る。また比較的厚くて高速捲取ＩＫ適さぬもの
は、順次規格寸法に切分は取扱に便なる様パレタイズす
る。

以上のようにして捲取られたコイルは、連続熱処理装置
により熱処理を施され念後仕上装置により拝上されて最
終製品となる。

以上説明したように本発明方法によれば、所望の厚さの
非晶質又は微結晶質金属ストリップをイ！することかで
きる。

夕図面の簡ｊ１′１カ説明 第１図乃至第３図は本発明方法の説明図、？Ｊ！４図は
本発明方法を実施するための装置例を示す配置図である
。

（１）・・・冷却ロール、（２）・・・溶融金属噴射点
、（３）・・冷却ロール、（４）・・・溶融金属噴射点
、（１＊・・・平行ストリップ製造装置、０１）・・・
冷却装置、０２・・・ストリップ間連接装置、α１・・
・第１段鼻面積層装置、Ｑゆ・・・第１段表面積層装置
、ａ→６・・・薄板捲取装置、（イ）ｅ→（ホ）（へ）
（ト）例・・・ストリップ、（ｒｌ）・・・隙間、に）
・・・接合部。

特許出頓入　日本鋼管株式会社 発　　明　　者　　　水　　　杓　　　裕　　　洋１、 代理人弁理士　　　吉　　　原　　　省　　　三！　　
　。

同　　　同　　　　　　高　　　橋　　　　　　　　消
゛同　　弁静士　　　吉　　　原　　　弘　　　子ご３
１ 第１図 （ａ）、　　　　　　　　（ｂ） 〒 第　　　２　　ト〈１ （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（ｂ）第　Ｊ １ダ′″３　（ ６４２−１３５７（ “）＝１ 没） 膚） ） ツえり１６イ１１ 〜５０ｍｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非晶質又は微結晶質のシート状金属ストリップを冷却ロ
   ールに導き、該金属ストリップの冷却ロール接触部の反
   対面に溶融金属を噴射し急冷凝固せしめて他のシート状
   金属ス）　ＩＪツブを積層し所定厚の金属ストリップと
   することを特徴とする非晶質又は微結晶質金属ストリッ
   プの製造方法。