JPS60257951A - 金属薄帯および線の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は移動する冷却基板の表面に溶融金属（合金）を
噴出衝突させ、急冷凝固することによって金属（合金）
の薄帯あるいは線を直接製造する方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 金属（合金）を溶融状態から急冷して連続的に薄帯をつ
くる方法として基本的なものに遠心急冷法、単ロール法
で代表される片面冷却法がある。

この方法は回転する金属製ドラムの内周面又は外周面に
溶融金属のジェットを噴出して急冷凝固させ、−気に金
属の薄帯や細線をつくるものである。

この方法によれば冷却速度がきわめてはやいので、合金
組成を適正に選ぶならば非晶質金属が得られる。

従来の片面冷却法において鋳造中に制御すべき主たるノ
母うメータは、１）溶湯な噴出する圧力、２）冷却基板
（ロール、ドラム、ベルトなど）の移動速度、３）ノズ
ルと基板の間隔、の３つであることは周知である。　。

非晶質金属を作製する場合、用いられるノズル開口部の
形状（スロット状の場合、移動方向の長さ）と製品板厚
の目標値に応じて経験的に適当なノヤラメータ値が選ば
れるのが常であった。

例えばスロット幅０．６　ｍｒｘのノズルを用いて組成
Ｆ・ａｏ、ｓｓｉ／、、ｓＢ＋２０１（ａｔ％）の板厚
的３０μｍの薄帯をつくる場合、１）噴出圧０．２２　
ｋｇ７ｃｍ”、２）移動速度２４　ｍ／ｓｅｃ　、　３
）ノズル−基板間隔０．１５　ｔｍが条件として選ばれ
、通常所定の板厚の薄帯が得られた。

しかしながら合金の種類によっては上記ノやラメータを
いかにふらせても、期待される形状寸法はおろか、連続
した薄帯すら得られない場合があることが分った。その
後、このような例は製造しようとする薄帯が非晶質、結
晶質を問わず特殊な事例ではないことも明らかとなった
。

例えばけい素鋼の急冷薄帯を単ロール法によってつくる
際、非晶質合金の場合と同じように製造ノ４ラメータを
設定しても、よい形状、表面性状の薄帯は得られない。

製品の形状は折れ曲り、表面は酸化して変色しているこ
とが多かった。ステンレス鋼および炭素鋼の場合にも同
様の現象が認められた。

ま良質晶質合金に対しても上記３つの製造・母うメータ
の選定だけでは材質のよい薄帯がつくれない場合があっ
た。そのような傾向はＦ・基合金の場合Ｆ・の組成の低
い合金に強く、製品は一般に脆く表面も粗いものとなっ
た。

このように従来の片面冷却法において製造パラメータと
考えられている上記３つのパラメータおよびノズル開口
部の寸法の適正化だけでは望む形状、材質の金属薄帯を
つくることが出来ない事例が数多くあることが分ってき
た。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は単ロール法など片間冷却法を用いて、４　・従
来採られてきた製造条件だけでは形状および材質のよい
薄帯や線が得られない金属および合金に対して、よい形
状および材質の薄帯および線を製造する条件および具体
的方法を提供する。

（問題を解決するための手段・作用） 本発明の方法は、金属（合金）の溶湯を、移動する冷却
基板、例えば回転するＣｕ　、　Ｃｕ合金、Ｆｅ合金あ
るいはＮｉ−？Ｆ・、ＣｒなどをメッキしたＣｕ（Ｃｕ
合金）などでつくられた単一ロールあるいはベルトの外
周面又は円筒ドラムの内周面の上に噴出し、急冷凝固さ
せることによ多金属・合金の薄帯および線を製造するも
のであるが、最大の特徴とするところは、本鋳造を開始
するに先立ち、予備鋳造を行うことである。ここで本鋳
造とは所定の成分、寸法（幅、厚さ）をもつ薄帯または
線を製造することでありまた予備鋳造とは、本鋳造の鋳
造条件が最適となるように条件を整えるための鋳造であ
る。

予備鋳造を行なうことによって整えられる条件とは、第
１に冷却基板の表面温度を、本鋳造で鋳造される金属又
は合金の種類に応じた適切な温度まで高めることである
。第２は本鋳造の鋳造条件（５） が過酷な条件である場合、それを緩和するためである。

予備鋳造の具体的方法は第１の目的すなわち基板温度の
調整に対しては次の２つの方法のいずれかで行なう。

１）本鋳造と同一ノズルから噴出条件のみを変えて鋳造
する。噴出圧は通常本鋳造より低圧でスタートし、基板
表面温度が所定の温度に上がったら、本鋳造の所定の圧
力に切り換える。もちろん連続的に圧力を上げる方法に
よってもよい。

２）第１図に示すように主るつぼ１とは別に補助るつぼ
２を用意し、本鋳造に先立って、補助るつぼ２から別の
溶湯を移動（回転）している冷却基板６上に噴出させる
。接触温度計３によシ基板６の表面温度を測定し、所定
の温度に達したらガス圧切換制御器４によシ補助るつぼ
２への噴出用ガスの供給を停止させ補助るつは２からの
溶湯の噴出を止め、主るつぼ１への噴出ガスへの供給全
開始し、主るつは１から冷却基板６上に溶湯を噴出させ
本鋳造を開始する。なお５は噴出用ガス配（６） 管、７は補助るっぽ２からの溶湯による予備鋳造により
形成された薄帯である。この場合、予備鋳造と本鋳造の
時間間隔はできるだけ短い方がよい。

このとき用いられる溶湯噴出用のノズルは、冷却基板６
に対向する底面８に開口部を有するもので、所望の製品
形状によって開口部の形状を選択する。

例えば幅広の薄帯を製造する場合には一般に第２図（、
）に示すように矩形状（スロット）９を用い、幅広で厚
い薄帯を製造する場合には第２図軸）に示すようにスロ
ッ）　９　、９’・・・を基板移動方向に複数個並設し
たものを用いる。また断面が扁平な線を製造する場合に
は丸孔ノズルを用いるが一度に大量に製造する場合には
第２図（ｃ）に示すように丸孔１０　、１０’・・・を
基板６の移動方向と直角方向に多数並設したものを使用
する。断面が丸い線を製造する場合には第２図（ａ）に
示すように丸孔１０　、１０’・・・を基板６の移動方
向に多数並設したものを使用する。また主るつぼ１およ
び補助るっぽ２のノズル開口部の形状はともに同一形状
かあるいは補助るつぼのそれをやや大きめにするかのい
ずれかがよい。そして両者の軌道が基板上で重なり合う
ように配置する。なお２）の方法を用いた場合、予備鋳
造に用いる合金の種類および溶解温度は本鋳造と同じ組
成である必要はない。例えば本鋳造で用いる合金が高価
な成分を含む場合予備鋳造では安価な合金を用いること
ができる。また効果的に基板を熱するために基板とぬれ
性のよい合金を選ぶのが好ましい。

予備鋳造を行なうもう一つの狙いは本鋳造の鋳造条件が
過酷な場合、それを緩和するためである。

このような状況はとくに鋳造の開始時にしばしば起る。

厚い板厚の薄帯をつくろうとする場合、１つの方法とし
て鋳造条件のうち噴出圧を通常よシ高める手段がしばし
ば採られる。板厚を２倍にしたい場合２倍の圧力が要求
される。しかしこのような高い圧力を鋳造開始時から付
加すると鋳造はしばしば失敗に終る。安定な湯溜り（／
４′ドル）が形成される前に、溶湯はノズルと基板の間
の狭い　１．′空間からあふれだした如、ノズル底面に
はねとんだ溶湯が凝固し、この付着物が基板をこすり傷
を付け、時にはノズル底面を破壊させる。

このように製品の寸法などから過酷な鋳造条件が要求さ
れる場合、同一るつぼを用いる予備鋳造はきわめて効果
的な作用をする。

通常、本鋳造よシ低い圧力で噴出を開始し一臂ドルの安
定性を確認した後に高い２次圧をかけて本鋳造に移る。

この場合予備鋳造の１次圧から２次圧にかけて圧力の変
化は連続的であっても不連続に切シ換えてもどちらでも
よい、前取って予備鋳造で形成された安定なパドルは２
次圧付加による急激な圧力によっても安定なままである
ことが確認された・ 本発明の方法を採用することによって従来品質のよい薄
帯あるいは線の製造が不可能ないし困難であった金属又
は合金についても良好な薄帯や線が得られる。

たとえば６，５％８１−Ｆ・は予備鋳造により基板温度
を１５０℃以上に高めた後本鋳造を行なうと銀白色の曳
好な薄帯が得られた。但し温度はノズル後方約１０ｃｒ
Ｒの位置で基板の表面に接触式温度（９） 計を接触させて測った。

またＳＵＢ　３０４ステンレス鋼においては２ｏｏ℃以
上で良好な薄帯が得られた。

さらに非晶質合金の場合においても、常来の方法で作製
したとき、合金組成によっては表面が粗く、脆いものし
か得られなかったものが、本発明の方法を採用すること
によって滑らかで、延性のある薄帯の製造が可能になっ
た。

合金の種類に応じてそれに適した基板温度が存在するこ
とは特開昭５８−３５８号公報などで開示されている。

また特開昭５５−５１１１号公報で開示されるように鋳
造前に基板の温度を高めておくという思想はすでに公知
である。しかしながら具体的にそれを本発明以外の方法
で実行しようとすると問題が多い、たとえばガスバーナ
ーやピークによる加熱、高温物体の接触による加熱、高
周波加熱などいろいろあるが、いずれも本発明の目的に
は合致しない、これらの手段は確かに基板の温度を高め
るが表面層だけでなく内部まで加熱する結果とな）、基
板本来の冷却機能を失わせてしまうから（１０） である。

（実施例） 次に実施例をあげて説明する。

実施例１ スチール製で直径６００ｍφの単一ロールと噴出ガス圧
切換機構、ロール表面温度を計測する接触式温度計を備
えた急冷金属薄帯製造装置によって６．５　ｗｔ％５ｉ
−Ｆ・の合金を薄帯にする実験を行なった。ノズルは開
口部が０．５■×２５協のスロットノズルで、予備鋳造
、本鋳造とも同一のるつぼを用いた。予備鋳造の条件は
噴出圧０．１　ｋｇ７ａｍ”、ロール周速１５　ｒＩＶ
′ｍ＠ｅ、ノズルとロールの間隔０．２篩で行ない、ロ
ール表面温度が２００℃に達したときに、その他の条件
を変えずに２次噴出圧０．２ｋｇ／ｃｍ”に切シ換え本
鋳造を開始した０本鋳造でつくられ九薄帯は銀白色で酸
化はなく、形状も良好であ−）た。

一方予備鋳造をしないで、上と同一条件の本鋳造のみを
行なったとき、得られた薄帯は青黒く酸化しておシ、形
状もうねシ蛇行があった。

実施例２ Ｃｕ合金製で直径６００ｗφの単一ロールを冷却基板と
して用い、噴出ガス圧切換機構、ロール表面温度を計測
する接触式温度計を備えた急冷金属薄帯製造装置によっ
て成分Ｆ・７４”１ｏＢ１６（ａｔ％）の合金を薄帯に
する実験をした。ただしノズルはスロ、ト状開ロ部を有
し、寸法は０．６ｗ＋Ｘ２５ｍの矩形である。予備鋳造
条件はロール周速１８　ｙｙ７ｓｅｃ。

ロールとノズルの間隔０．２　ｗｍ　、噴出圧は０．２
に９／ｃｍ”で行ない、ロール表面の温度が１８０℃に
達したときに、その他の条件は同じまま２次圧０．４ψ
−に切換えて本鋳造に移った。

本鋳造で得られ九薄帯は板厚６０μｍであったが曲げ試
験でめた破壊歪は０．０３であわ、従来法で作られた４
０μｍ厚の同一組成の薄帯の破壊歪０．０１よシ大きな
値を示した。

このように本発明の方法を適用することによυ従来脆い
材料しか得られなかった成分についても　）粘シ強い非
晶質合金がつくれるようになった。また単一スロットの
ノズルでは形状、特性のよいものが得られなかった５０
μｍ以上の板厚の非晶質薄帯の製造も可能になった。

実施例３ 補助るつぼではＦ・８α５８１ｉｓＢ１２ｃ１　（ａｔ
％）合金を溶かし、それとは別の本るつぼでＳＵ８３０
４組成のステンレス鋼を溶解することによシ、実施例１
と同じ製造装置を用いてステンレスの薄帯をつくる実験
を行なった。但し予備鋳造に用いたノズルは０．６■×
２５−の開口部を有するもの、本鋳造のノズルは０．５
Ｘ２５■の開口部のものを用いた。鋳造は、予備鋳造が
ロール周速１８　ｒｖ／ａ＠ｓ、ノズルとロールの間か
（０，２ｍ、噴出圧０．２　ｋｇ／ｃｒｎ”で行ない、
ロール表面温度が２３０℃に達したところで予備鋳造を
停止し、それとほぼ同時に本鋳造を開始した。

本鋳造の噴出圧はＱ、３　Ｖｙ９／３”、他は予備鋳造
と同じ条件であった。つくられた薄帯は金属光沢を有し
、形状・表面性状が良好であった。

実施例４ 第１図のタイプの装置を用い、補助るつぼのノズル開口
部は０．６　Ｘ　２５箇のスロット状のもの、（１３） 本鋳造に用いるノズルは第３図（、）に示した多孔ノズ
ル（ｄ　＝０．３ｍｍ　、　Ａ１＝＝＋０．８ｍ　ｅ　
ｔ１＝５ｍ）を用い、冷却基板は周方向に断面が第３図
（ｂ）　（ｅ）　（ｗｓ＝０．５ｍ　ｐ　ｗｌ”＝５ｍ
　、　ｗｓｚ＝０．５ｓｗ＋　）のような溝１１　、１
１’・・・をもつ銅合金製単ロールを用いて線をつくる
実験を行なった。

本鋳造の多孔ノズルは、開口部がロールの溝１１　、１
１’・・・の直上にくるように前身って配置した０合金
成分は予備鋳造、本鋳造ともＦ・８［Ｌ５８１ｕＢ１２
ｃ１（ａｔ％）を用いた。製造条件は予備鋳造を噴出圧
０、２０　ｋｇ／ａｓ鳶、ロール周速２１　ｔｎ／Ａｓ
ｅで開始し、ロール表面温度が１３０℃に達した後に、
予備鋳造を停止し、本鋳造を開始した。本鋳造の製造条
件は噴出圧０．３０　ｋｇ７ｔｔｇ”　、ロール周速は
予備鋳造と同じであった。

本鋳造によって作製された線の断面は長径０．５■、短
径０．４霞の楕円状であった。また外径３■φのパイプ
に巻きつけて破壊しない程度の可撓性を有していた。

（１４） （発明の効果） 以上説明したように、本発明の方法を実施することによ
シ、従来の方法では形状、表面性状などのよい薄帯の製
造ができなかった金属および合金についても実用に供し
得る、形状、表面性状、特性等の品質のすぐれた金属（
合金）薄帯および線の製造が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の一例を示す説明図
、第２図（、）〜（ｄ）は本発明方法に使用するノズル
を示す説明図、第３図（、）〜（、）は本発明によシ線
を製造する場合の実例を示す説明図で（ａ）はノズルの
底面図、（ｂ）は冷却基板に溝を設けた態様を示す平面
図、（Ｃ）は同じく断面図である。 １：主るつは、２：補助るつぼ、３；接触式温度計、４
・・・ガス圧切換制御器、５：噴出用ガス配管、６：冷
却基板、７：薄帯、８：ノズル底面、９．９／：スロッ
ト、１０　、１０’　：丸孔、１１，１１’：溝。 （１５） （α） ｄ　ｉｒ 図 （ｂ） １１′ （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）金属（合金）の溶湯を、移動する冷却基板の表面
   に噴出し、急冷凝固させることにより、金属（合金）薄
   帯および線を製造するに際し、本鋳造を開始するに先立
   ち予備鋳造を行い、引続き本鋳造を開始することを特徴
   とする金属薄帯および線の製造方法。 （２）予備鋳造によって冷却基板の表面温度を、本鋳造
   で鋳造される金属（または合金）の組成に依存する適正
   な範囲に高めた後、引続き本鋳造を開始することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の金属薄帯および線の
   製造方法。 （３）　予備鋳造における溶湯を噴出させる圧力を、本
   鋳造の噴出圧力よシ小さくすることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の金属薄帯および線の製造方法。 （４）製造される金属薄帯の幅が２０−以上かつ板厚が
   ５０μｍ以上の非晶質合金であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項の何れか一つに記載の金属
   薄帯および線の製造方法。