JPS62289355A - アモルフアス金属薄帯の製造方法 - 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】 ３、発明の詳ｉｌｌな説明 （産業上の利用分野） この発明は、冷却媒体として高速で回転する１ｐロール
を用いてアモルファス金属薄帯を製造するいわゆる超急
冷金属薄帯製造法（以下単ロール法と称す）において、
溶融金属の供給ノズル先端と冷却ロール表面との間隙を
注湯時間に応じて適切に制御することによって、良質で
厚みの均一なアモルファス合金リボンを得ることができ
るアモルファス金属薄帯の有利な製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 所定の成分組成に調整した溶融金属を、その供給ノズル
から冷却ロール表面に連続して供給し、急冷凝固させて
アモルファス金属薄帯を得る方法は、磁気的性質や機械
的性質等に優れた薄帯を連続的に製造できるということ
から近年急速に研究が進み、すでに実用化の段階を迎え
ている。かかる超急冷法によって得られたアモルファス
金属薄帯は、例えばその優れた磁気的性質を利用してイ
ンダクターの鉄芯に用いられている他、とくに最近では
、電力用トランスの巻き鉄芯用として数十〜数百１幅の
アモルファス金属薄帯に対する要求が殊の外強く、この
ような広幅のアモルファス金属薄帯の＠造技術の確立が
熱望されている。

重Ｏ−ル法によって得られるアモルファス金属薄帯は、
厚みが１５〜６５μ蹟程度と極めて薄く、かかる厚みの
コントロールは冷却ロール表面と供給ノズル先端との間
のギャップ（以下単にロール・ノズル間ギャップという
）やロール周速および注Ｗｆｆｌを厳密に管理すること
によって行われている。

ところでロール・ノズル間ギャップは、溶融金属が冷却
ロールに射出された時から、ロール表面の温度上昇にと
もなう熱膨張によって次第に狭くなる。

実験至的規模での製造では、熱膨張によるヒートクラウ
ンが成長する以前に射出を完了するので、ノズル・ロー
ル間ギャップの制御がとくに必要とされることはないが
、工業的規模での製造においては、かかるノズル・ロー
ル問ギャップの変動が問題となる。

上記の問題の解決策として、予めロールのヒートクラウ
ン量を予測し、ヒートクラウンが飽和した時点で適正量
のギャップとなるようノズル位置を最初から固定してお
く方法が知られている。

しかしこの方法では、幅の狭い数十〜数百グラム程度の
アモルファス金属薄帯は得られるけれども、前述した広
幅のアモルファス金属薄帯の工業的規模での大量生産を
目的とする場合には、必ずしも適正量のギャップを保て
ず、長手方向の薄帯厚みは一定とすることは難しい。

その他溶融金属の流下中におころＯ−ルの熱膨張による
ロール・ノズル間ギャップの変化を低減する方法として
、たとえば特公昭６０−　４３２２１号公報や特開昭５
６−　９１９６７号公報では、間隙ｖＩｔＩＩを行う方
法を提案している。

上記の技術はいずれも、ロール・ノズル間ギャップを溶
融金属射出初期においてすでに、最終的に維持しようと
するギャップ値に保持し、その優も一定ギャップ値にｔ
ｉｌｌｌ［ｌする方法である。

〈発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの方法では、注湯開始時からすで
に最終的に維持しようとするギャップに保持するために
、その間隙は極めて狭く、たとえばトランス用材料とし
てのＦｅ−Ｂ−８ｉ組成で２０〜３０μ鴎のアモルファ
ス金属薄帯を得るためには、０．１〜０．３１１１程度
のギャップに設定することになる。前掲した特開昭５６
−　９１９６７号公報に示される単ロール法によればロ
ール・ノズル間ギャップを０．３ｒａｍの一定に設定し
た条件のもとで、幅５Ｉ、厚み５０μｍの金属薄帯を得
ている。しかしこの技術により、上記のように０．１〜
０．３ＩＩＩｉとより狭いロール・ノズル間ギャップと
して、しかも前述のような幅数十１以上の広幅極薄の金
属薄帯を製造しようとした場合には、注湯の初期にノズ
ル先端のスリット開口部の一部または全体にわたって、
溶融金属の凝固によるノズル詰りを生じるおそれが大き
く、たとえ全体的な閉塞が生じない場合においても得ら
れる金属薄帯の表面性状が悪化したり、また幅方向に厚
みが著しくばらついたり、時には断裂したスダレ状の薄
帯となるなどの問題が生じる。しかもこのようなトラブ
ルは、注湯の初期のみならずそれ以降においても、薄帯
表面に欠陥として転写されたり、注湯中のノズル詰まり
状態の変化により、長手方向の厚みが変化する中太な弊
害を招いていた。

この発明は、上述の従来技術の難点および欠点を補い、
かつ、従来技術とはまったく異なるノズル位置ｌＩＩＩ
ｍを行うことにより、アモルファス金属薄帯の用途を著
しく拡大し得る広幅のアモルファス金属薄帯を製造する
際に従来問題とされたノズル詰りは勿論のこと、薄帯幅
方向の厚みのばらつきや断裂および長手方向の厚み変化
などを生じる不利なしに良質の薄帯をＩＧようとするも
のである。

すなわち従来技術では、薄帯製造の製造初期からリボン
厚みを一定にするためのノズル位置制御を行っていたの
に対し、この発明では、製造初期に発生するノズル詰り
防止を目的としたノズル位置制御を行なうことにより、
初期トラブル発生の防止は勿論、それに基因したその債
の欠陥の発生を効果的に防止して健全な製品を得ること
ができるアモルファス金属薄帯の有利な製造方法を提案
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） まずこの発明の解明経緯について説明する。

単ロールを用いたアモルファスリボン製造法においては
、溶融金属からの冷却速度を大きくとる必要があり、従
ってリボンの厚みが薄いほど非晶質化率の高い材料が得
られる。

リボン厚みは、ロール周速度や溶融金属射出量、ノズル
・ロール間ギャップなどを制御することによって一定の
厚みを得ることができる。とりわけ、ノズル・ロール間
ギャップのυＩＷは、良質なアモルファス金属薄帯の製
造にとって最も重要な要件である。

ところで前述したとおりノズル・ロール間ギャップは、
溶融金属射出後のロールヒートクラウンによって狭まっ
てくるので、これを＆ＩＪ１１１して目的とジるギ１／
ツブに調整することｔよ必要不可欠な操作である。

発明者らは、ノズル・ロール間ギャップを最終的に維持
しようとするギャップに初期設定してＪ３〈従来技術の
製造方法（前述の特公昭６０−　４３２２１号および特
開昭５６−　９１９６７号各公報）では、特に幅５０ｎ
ｉ以上の金属薄帯の製造の際にノズルから射出された溶
融金属がノズル・ロール間で鋳造方向に：ｌｉ導されな
いまま凝固し、ノズル詰りを起す現象を発見した。そこ
で広範囲の操業条件に関してこの現象を詳細に解析した
ところ以下の知見を得るに到った。

すなわち注湯初期のノズル詰りは、ノズルが十分に加熱
されていない時、およびノズル・ロール間ギャップが小
さいときに起る。このうちノズル温度に起因したノズル
詰りについては、ノズル温度が溶融金属温度に近づけば
ノズル詰りを起こしにくくなるのは当然のことであるが
、同時に射出圧力を上げることによっても解決できる。

一方、ノズル・ロール間ギャップが小さいことによるノ
ズル詰りは、ノズルの温度や射出圧力にさほど依存せず
、むしろノズル・ロール間にできる湯溜り（パドル）の
厚みが問題となる。パドルの厚みが０．３１１１未満（
注湯初期ギャップ［）では、ロール表面に？ｆＪｌ１ｍ
ｆＬ属が当った時点で凝固が起こり、この凝固はノズル
スリット内面にまで瞬時におこる。したがって安定した
溶融金属の供給を可能とするためには、初期ギャップ値
を０．３ｍｍ以上とする必要がある。

しかしながら、鋳造開始後生なくとも３秒以上経過する
と、ロール表面の温度上昇により溶融金属が凝固する節
回はたとえばノズル・ロール間キャップを０．３ｍｍよ
り小さくしてもノズル内部にまでは及ばなくなり、ノズ
ル詰りを起こさなくなる。

したがって少なくとも３秒以後にギャップ値を小さくす
ることは、何ら問題とならない。

とはいえロール・ノズル間ギャップが１．０ｍｍｌを超
えると、ｖＩ造方向とは反対の方向に溶鋼が飛散する現
象いわゆるパドルブレークが発生し、ロール・ノズル間
で安定した溶融金属溜りができず、薄帯を連続的に鋳造
することができないばかりか、凝固塊がロール・ノズル
間に引込まれてノズル割れの原因となる。

なお汀瀉初期に部分的な詰りか発生した場合、かかる部
分的詰りはその後の薄帯表面に欠陥として転写されるお
それが大きいが、この点についてもあらかじめノズル・
ロール間の初期ギＶツブを広くとっておぎ、その優に適
正値に調整するようにすれば何ら問題はないことも併せ
て突き止めた。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、溶融金属を、その供給ノズルから
、高速で回転する冷却ロール表面に連続して供給し、急
冷凝固させて連続的にアモルファス金属薄帯を製造する
に当り、 注湯σ１１始から少なくとも３秒間にわたる初期設定時
間は、冷却ロール表面と供給ノズル先端との間のギャッ
プを、冷却ロールの半径方向における熱膨張量に係りな
しに０．３〜１．０■の範囲に設定しておき、 上記の初期設定時間が経過したのちは、上記ギャップを
所定の一定値に狭める供給ノズルの位置制御を行うこと
から成るアモルファス金属瀞帯の製造方法である。

（作　用） 第１図に曲線Ａで、高速回転する水冷式鋼合金ロール上
に）”ｅ　７８８１０３＋　！２溶融合金を射出し、板
幅１００ｍｍの冷却ロールの幅方向中央域におけるアモ
ルファス金属薄帯を製造している過程での、ロール半径
方向の熱膨張量の時間変位を示す。熱膨張量は注湯開始
と同時に大きくなるが、時間の経過とともに、溶融金属
冷ＩＪ］ロールと冷却水の間に熱的定常状態が成り立ち
、ロールの熱膨張量は安定づる。このときの、ロールの
半径方向の熱膨張量は０．１〜０．８■程度であり、こ
の値はロール材質、ロールの冷却構造、注湯幅、薄帯厚
み、溶融金属組成および注湯温度等によって決定づけら
れる。

第１図中番号■は、前述の特公昭６０−　４３２２１号
および特開昭５６−　９１９６７号各公報に示された制
御法で、最終的に維持するに必要なロール・ノズル間ギ
ャップ＝０．１〜０．３ｍｎ＋に初期設定した後、ヒー
トクラウンに対応してノズル位置を移動させ、一定のギ
ャップを連続して維持した場合である。

また第１図中番号■、■および■は、この発明法の一例
であり、初期ギャップを０．３〜１．０ｍｍに設定した
後、ロールの熱膨張間が定常状態に近づくに従って、お
だやかに、最終的に目標とするギャップである０、１〜
０．３１ｍに制御するものである。

この発明で、ロール・ノズル間ギャップを比較的大きい
０．３〜１，０１１に保持すべき初期設定時間は注湯開
始から少なくとも３秒を必要とする。というのは注湯初
期の１〜２秒のうちに、ロール・ノズル間ギャップを０
．１〜０．３ｍｍに制御してしまうと、ノズル詰りか生
じ易いからである。

そしてかかる初期設定時間経過後にロール、ノズル間ギ
ャップを一定に制御することによって、長手方向に厚み
の均一なアモルファス金属薄帯を作ることができる。

この発明においてノズルの位Ｍ　ｔ、ｌＪ御を行うに当
っては、ロールの熱膨張を変位として検知し、その検知
信号からロール・ノズル間ギャップを算出してノズル位
置を適正レベルに制御するいわゆるフィードバック制御
が有利に適合する。

また予め計測した注湯時間とロールの半径方向の熱膨張
間との関係にもとづいて、たとえばコンピュータ等によ
るプログラムによってノズル注湯制御を行なうことによ
っても、最終的に維持ずべきロール・ノズル間ギャップ
を精度良く保持することができる。

（実施例） 実施例１ 原子％でＦｅ７ａＢ＋ｏＳｉｒ２組成に調製した溶融金
属３０に８を、その供給ノズルから高速で回転する冷却
ロールの表面に、ロール・ノズル間初期ギャップ：　　
０．９ｍｍ、初期設定時間：５秒の条件下に連続して供
給した。２１潟開始から５秒経過後に、渦ｍ　Ｈ４ニヨ
って検知した冷却ロールの幅方向中央域における半径方
向の熱膨張量に応じて、ロール・ノズル問ギャップが０
．２ＩＩＩｍの一定ギャップを維持するように、油圧シ
リンダによるノズルの位置制御を行った。

その結果、ノズル詰りを起すことなく、しかも初期設定
時間以降の約３６６０ｍにわたる薄帯については、幅方
向の厚みが２９〜３１μｍと均一でかつ良質の１００１
幅のアモルファス金属薄帯が得られた。

なお薄帯の幅方向の厚みは、ポイントマイクロメータを
用いて幅方向に５１ピツチで測定した結果である。

実施例２ 実施例１と同じく原子％でＦｅ　７１’ｌＢ檜ｓｉ　１
２組成の溶融金属３０誌について、ロール・ノズル聞初
期ギャップ：　　０．５■ｍ、初期設定時間：３秒の条
件下に注湯を開始した。３秒間の初期設定時間経過後か
ら、予め計測しておいた注湯時間と冷却Ｉコールの幅方
向中央域における半径方向の熱膨張間との関係に基くプ
ログラムａＩＩＩ　ＩＩにより、ロール・ノスル間ギャ
ップを０．２５ｍｍの一定値に維持すべく、油圧シリン
ダによるノズルの位置制御を行った。

その結果、３秒間の初Ｊ１１Ｊ設定時間に相当する約８
０ｍを除く、約３７２０ｍ長の薄帯については、幅方向
の厚みが３２〜３４μ■と板厚が均一でかつ良質の１０
０ａ＋ｍ幅のアモルファス金属薄帯が得られた。

比較例１ 同じ＜　Ｆｅ　７８８１０３ｉ　ｖ　（原子％　）　組
ｆｉｔ　（１）　７８１１金属３０ｋｇを、ロール・ノ
ズル間ギャップを０．２０■に設定した供給ノズルから
注渇し、この注湯と同時に冷却ロールの幅方向中央域に
おける半径方向の熱膨張量に応じて該ギャップを０．２
０■■に維持するプログラム制御を行ったところ、溶融
金属の射出直後にノズル詰まりを生じ、その俊はロール
に溶融金属を供給することができなかった。

比較例２ ０−ル・ノズル間ギャップを０．２５ｍ１に設定した他
は、比較例１と同様のプログラム制御下に溶融金属の注
湯を行ったところ、注湯初期から末期までの全期間にわ
たって、ノズル幅方向に部分的な詰りを生じ、その結果
、全長４０３０１Ｉｌにわたって板幅方向に断裂した金
属薄帯しか得られず、その厚みも幅方向に１８〜３５μ
ｍと大きくばらついていた。

た。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、単ロール法によるアモルフ
ァス金属薄帯の製造において、ノズル詰まりを生じるこ
となく、しかも薄帯のほぼ全長にわたって板幅方向およ
び長さ方向の板厚が均一な広幅のアモルファス金属薄帯
を得ることができる。

さらにこの発明では、冷却ロールの熱膨張の変化速度が
比較的小さくなってからノズルの位置制御を行うもので
あるから、従来法におけるようにロールの熱膨張の急激
な立上がりに対応するための応答性の良い極めて高度な
ノズル位置制御手段をとりたてて必要とせず、従来一般
に用いられている位ａｔｓｍ手段で十分に対応できるの
で、ノズル位置制御系の経済的負担が極めて小さくて済
む点でも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、注湯過程における冷却ロールのヒートクラウ
ン量の変化およびノズル位置の移動を示したグラフであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属を、その供給ノズルから、高速で回転する
   冷却ロール表面に連続して供給し、急冷凝固させて連続
   的にアモルファス金属薄帯を製造するに当り、 注湯開始から少なくとも３秒間にわたる初期設定時間は
   、冷却ロール表面と供給ノズル先端との間のギャップを
   、冷却ロールの半径方向における熱膨張量に係りなしに
   ０．３〜１．０ｍｍの範囲に設定しておき、 上記の初期設定時間が経過したのちは、上記ギャップを
   所定の一定値に狭める供給ノズルの位置制御を行うこと
   を特徴とするアモルファス金属薄帯の製造方法。 ２、供給ノズルの位置制御が、冷却ロールの熱膨張を変
   位として検知し、この検知信号に基いてロール・ノズル
   間ギャップを調整するものである特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３、供給ノズルの位置制御が、予め計測した注湯時間と
   冷却ロールの半径方向の熱膨張量との関係に基いてロー
   ル・ノズル間ギャップを調整するものである特許請求の
   範囲第１項記載の方法。