JPS63220950A

JPS63220950A - 金属薄帯の製造方法および製造用ノズル

Info

Publication number: JPS63220950A
Application number: JP14570687A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Sato; 有一佐藤; Shun Sato; 駿佐藤; Toshio Yamada; 山田　利男
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-06-28
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1988-09-14
Also published as: JPH0469499B2

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）本発明は金属（合金を含む。以下同じ）の溶湯を移動す
る冷却基板の表面で急冷凝固させ連続的に非晶質金属あ
るいは結晶質金属薄帯を製造する方法に関するものであ
る。

（従来の技術）溶融金属から連続的に薄帯を製造する方法（連続溶湯急
冷法）は従来より種々の手段が開示されているが、いず
れも溶解した金属を所定の形状の開口部を有するノズル
から所定の圧力の下でノズル開口部に面した移動する冷
却基板の上に衝突凝固させ連続薄帯とするものである。

このとき重要な製造因子は、ノズル開口部の形状、ノズ
ルと冷却基板との相対的配置、溶融金属のノズルからの
噴出圧力、冷却基板の移動速度である。これらの製造因
子に対する条件は一般に薄帯の幅が広くなるとともに狭
く、厳しくなる傾向がある。

広幅の薄帯を製造する手段として従来開示されている代
表的なものは例えば特開昭５３−５３５２５号公報所載
の「金属ストリップの連続的鋳造法およびそれに使用す
る装置」であって、その概要は矩形状の開口部をもつス
ロットノズルを冷却基板と０．０３〜１ｎの間隔で対間
させ、核スロット付ノズルのオリフィスは冷却基板の表
面の移動方向に対してほぼ垂直に配置された状態で、１
００〜２０００ｍ／分の予め定められた表面速度で移動
する冷却基板の上にスロットノズルから溶融金属を送り
出し、熱的に接触させ急冷凝固することにより連続的な
ストリップを製造するものである。

上記従来法は原理的には薄帯の幅に対する制限はない、
すなわち短形状開口部の長さく冷却基板の移動方向に直
角な方向に測った開口部の長さ）を大きくすれば、薄帯
の幅を広くすることができる。

しかしながら実際には、矩形状開口部の長さを大きくす
るに従い、鋳造中、開口部の平行度を保持することが難
しくなる。すなわち、第３図（ａ）　（ｂ）に示すよう
に、ノズル部の熱膨張による凸型あるいは凹型の変形、
温度の不均一性による変形などにより開口部の平行度を
保持することが難しいのである。このように矩形状ノズ
ルの平行度が損なわれると形成される薄帯の板厚は特に
幅方向に一様ではなくなる。従って従来は板幅が広くな
るほど幅方向に板厚の一様な薄帯を作ることが困難であ
った。また板厚の不均一な薄帯は、例えば磁性材料とし
て、積層したり巻き加工したりする場合、占積率が低下
するので好ましくない。因みに２５ｎ幅の薄帯において
、板厚偏差を５〜１０％程度に抑えることは現在可能で
あるが、１５０ｆ１幅になると１０％以下に抑えること
は困難である。このように従来法では板幅に技術的限界
があった。本発明者らの知る限り最も幅の広い急冷薄帯
は現時点では約３００龍である。しかしこの幅の薄帯は
実験室的に試作されたもので、商業的に量産されるほど
安定生産可能な方式とは考えにくい。

（発明が解決しようとする問題点）本発明方法は、金属の薄帯を溶融金属から連続的に製造
する際に、従来の方法でしばしば発生した幅広材製造の
際のノズル部の変形による薄帯の不均一性を減少させる
とともにノズル部の強度を高めることにより幅に対する
制限を取り除き、かつ生産効率の向上をはかることを目
的とするものである。

（問題点を解決するための手段および作用）本発明は矩
形状の開口部をもつスロットノズルを用いて幅広薄帯を
製造する従来法に対して、ノズルとして薄帯幅方向に不
連続な開口部を持つものを用いても従来法と同等の平滑
な幅広薄帯が製造出来るという新しい知見に基づくもの
である。

本発明の方法によれば従来法に阻隔する欠点がないので
薄帯幅を制限なく広くすることが可能となる。以下に本
発明の方法を具体的に説明する。

本発明の方法において用いるノズルは開口部が例えば第
１図に例示するような多孔ノズル１である。個々の開口
部２．２・・・は一般には細長い平行四辺形で一対の辺
は冷却基板３〔仮想線（１点鎖線）で示す〕の移動方向
に傾いている。開口部２゜２・・・の配列は移動方向に
直角で互いに平行である。

本発明の方法に使用する多孔ノズル１の構造を規定する
パラメータは第１図に示す開口部２．２・・・の平行四
辺形の一辺ｄ、隣り合う開口部の間隔す、ｃ、平行四辺
形の基板移動方向に対する傾きの角度α、さらに平行四
辺形の高さａである。一般にはａはｄより大きくαの方
向に細長い形態である。また各パラメータの大きさの範
囲は、開口部の傾き角αが１０〜８０°、底辺の長さｄ
が０．１〜２．０ｍ、高さａが０．５〜８．０　鶴、隣
り合う開口部の間隔としては、その配列方向の距離すが
０．２〜３．０ｍｍ、冷却基板の移動方向の距離Ｃが０
．２〜４、Ｑｍｍの範囲にあることが好ましい。

これらの形状パラメータのなかで重要なのは冷却基板の
移動方向の距離Ｃである。この距離が４．０　ｍを超え
ると、形状のよい薄帯が形成されないことがわかった。

特に非晶質合金の薄帯を製造しようとする場合には重要
で、４．Ｏｎを超えると製造された薄帯はしばしば結晶
化した。その他の形状パラメータは実施態様の好ましい
範囲を示したものであり、例えば高さａは板厚に関係す
るパラメータであり０．５〜８．０ｆｉが好ましい範囲
であるが、このうち下限はノズル製作における困難さを
除くために定めた値である。

本発明方法は、薄帯幅方向に複数の開口部を持つノズル
から噴出して形成された薄帯の板厚が実質的に均一にな
る点は公知の特開昭５３−５３５２５号公報の、第２欄
から第、Ｈ１ｊ！にかけて述べられているこれまでの常
識を超えるものである。

本発明の方法において採用される基本的方法はすでに述
べたように金属の溶湯を既に説明したノズル１を介して
冷却基板３の上に噴出し、熱的接触によって急冷凝固さ
せる、融体急冷法のうち、いわゆる単ロール式急冷法で
ある。もちろんドラムの内壁を使う遠心急冷法やエンド
レスタイプのベルトを使用する方法や、これらの改良型
、例えば補助ロールや、ロール表面温度制御装置を付属
させた装置を使用する方法、あるいは減圧下ないし真空
中または不活性ガス中での鋳造も含まれる。

次に本発明方法において採用される鋳造条件について説
明する。まずノズル底面と冷却基板の間隔ハ０．０５〜
３鶴の範囲であり、ノズルの構造に応じて、上記の範囲
で最適な値を選ぶ。溶融金属の噴出圧力は０．０１〜２
ｋｇ／ｃｒ１、冷却基板の移動速度は５〜５０ｍ／秒で
ある。これらの条件もノズルの構造に応じて最適な値を
選択する。

ノズル開口部の形状については既に説明した基本的思想
の範囲でいくつかの変形が可能である。

例えば第２図に示すように開口部を台形状にしてもよい
。この場合、開口部の基板移動方向に対する傾きの角度
αが１０〜８０′、上、下辺の長さｄｌｒｄ２がそれぞ
れ０．１〜６．０ｍｍ、隣り合う開口部の間隔としては
その配列方向の距離ｂ＋、　ｂ１、ｂ２が０．２〜６．
０龍、冷却基板の移動方向の距離Ｃが０．２〜７．０　
ｍ、高さａが０．５〜８．０　ｍの範囲にあることが好
ましい。ここで開口部の基板移動方向に対する傾きの角
度αとは第２図に示すように台形状開口部の上辺、下辺
それぞれの中間点を結ぶ線と基板移動方向に対する傾き
の角度である。

また、第２図において開口部２．２・・・の台形の上、
下辺のｄｌ、　ｄｘについてｄｌの方がｄ２より小さく
示されているが、前記範囲内でｄ、の方がｄｔより大き
くなってもさしつかえない。

また、ノズル開口部の形状を第８図に示すような楕円形
状にしてもよい。この場合開口部の基板移動方向に対す
る傾きの角度αが１０〜８０’、短径の長さは０．１〜
３．０　ｍ、長径の長さは０．５〜１０．０＋ｎ、隣り
合う開口部との間隔は最狭部分で０．２龍程度であるこ
とが好ましい。ここで開口部の基板移動方向に対する傾
きの角度αとは第８図に示すように長径の長さ方向の基
板移動方向に対する傾きの角度である。なお、開口部の
形状を六角形等の多角形としてもよい。

さらに薄帯のエツジ部分で板厚が薄くならないように第
１図Ａおよび第２図Ａに示す高さの小さな三角形、平行
四辺形１台形状の小間口部を端部に増設することも有効
である。この小開口部の形状２寸法は隣接するノズル開
口部の形状、配置に対応して選択し、寸法として高さの
範囲は０．５ｆｌ〜７．　０ｍｍである。底辺は隣接す
るノズル開口部の底辺と同程度の長さとする。但しαの
値がおよそ６０’を超える場合は底辺の長さを隣接する
ノズル開口部の底辺より長くするか、複数の小開口部を
増設することが有効である。

なお上記の各条件は独立ではなく互いに関連している。

従って最適な組合せは実験的に定められる。好ましいパ
ラメータの組合せは、後に実施例として示す。

本発明の方法において最も器具されるところは形成され
た薄帯の長手方向に筋状の窪みや透けた部分、あるいは
凸部が表われるのではないかという点であった。このよ
うな薄帯は磁心材などでは占積率の低下を招くなど商品
価値の低い製品とみなされる。

ところが予想に反して本発明の方法に提示されたパラメ
ータの範囲で適正な組合せを選ぶならば、上に述べた筋
状の窪みや凸部が実質的に認められない（したがって占
積率の低下がほとんどない）薄帯を得ることが可能であ
ることを実験的に確かめた。

さらに本発明の方法を採用すれば従来法に付随する欠点
がないので板幅を制限なく広くすることができることを
見い出したのである。

本発明方法を適用しうる金属は非晶質になり易い合金や
圧延などの加工が困難な金属の場合特に利点が大きいが
これらに限定されるものではない。

（実施例）次に本発明の詳細な説明する。

実施例１第１図に示すノズルを使用し、各パラメータがａ＝２ｍ
ｍ、　　ｄ−０，９ｍ真、　　ｂ＝０．７ｒｍ、　　α
−４５’の開口部１４本を並列し、さらに両端に第１図
の小開口部Ａを設けた多孔ノズル１を用いて組成Ｆｅｅ
ｏ、５Ｓｉ６．ｓＢ＋ｚＣ＋（ａｔχ）の合金７５０ｇ
を１３００’Ｃに溶解し、上記ノズルを通して直径６０
０鶴のＣｕ合金製ロールで急冷し薄帯を作製した。鋳造
条件は噴出圧０．２ｋｇ／ｃｄ、ロール周速２４ｍ／ｓ
ｅｃで行なった。

作製された薄帯は幅が約２５龍、板厚３６μｍ（マイク
ロメータ測定）であり、フリー面、ロール面とも１８０
°密着曲げで破壊しなかった。Ｘ線回折、ＤＳＣ試験の
結果は非晶質状態を示していた。磁気特性は３８０℃×
６０分、４００ｅの磁界の下でＮ２中で焼鈍後、Ｗ　ｒ
　ｘｙｓｏ　＝　０　、１０２Ｗａｔｔ／　ｋｇ、　Ｂ
＋＝１．５２　Ｔｅ５ｌａの値を示し、従来法（例えば
特開昭５３−５３５２５号記載の方法）で作製されたも
のと同等であった。ただし測定は単板試験器によった。

また表面（自由面）の性状は第４図に示した。

マイクロメータで測定した板厚に対して重量と比重（７
，２６）から求めた板厚の比は９４．６％であった。こ
の数値は従来法で作製した薄帯の表面性状（第７図）お
よびマイクロ厚と重量厚の比９７．４％と比較して実用
上差のない程度である。

実施例２第１図の各パラメータの大きさがａ＝４ｍ、ｄ＝０．５
ｆｌ、　　ｂ＝０．７ｗｓ、　α−４５°の開口部１６
本をもつ多孔ノズルｒおよび同様の開口部１６本とさら
に両端に第１図の小開口部Ａを設けた多孔ノズル１の２
種類のノズルを用いて実施例１と同一成分の合金を同一
条件で鋳造した。ただし噴出圧は２段として０．１　ｋ
ｇ／ｃｄで開始し、０．５秒後に０．２ｋｇ　／　ｃｒ
Ａの本鋳造に入った。ノズル１′を用いて作製された薄
帯は幅が約２４．５　ｍ、板厚６２μｍ、ノズル１での
薄帯は幅が約２５ｎ＋、板厚６４μ…であった。両者の
薄帯を幅方向エツジ部分での板厚を比較すると、ノズル
１′を用いて作製された薄帯の場合、エツジ部分で薄く
なっており、鋭利であった。一方、ノズル１を用いて作
製された薄帯の場合、幅方向でエツジ部分までほぼ均一
な板厚となっていた。どちらの薄帯もフリー面を外にし
た密着的げで破壊しなかった、しかし、ロール面を外に
して曲げたとき、２ｒが約２鶴で破断した。

ｒは曲げ半径である。ＸＮｆＡ回折、ＯＳＣ試験の結果
は非晶質の特徴を示した。

ノズルｌを用いて作製された薄帯を実施例１と同様の条
件で焼鈍後磁気特性はＷ１３／！ｉ。＝　０．１１０Ｗ
ａｔｔ／ｋｇ、　Ｂ＋　＝１．５３８　Ｔｅ５ｌａであ
った。自由面の幅方向の形状は第５図に示す通り大きな
凹凸はなかった。また、実施例１の方法で測定した板厚
の比（占積率）は９６．５％と高い値を示した。いずれ
も特性値は従来材と同等であった。

実施例３第２図に示すノズルを使用し、各パラメータがａ＝’１
ｍｖｓ、ｄｌ　＝Ｌｍ、ｄｚ　＝１．５ｗ、ｂｔ　＝１
ｔｍ、　　ｂｔ　＝０．５鶴、α−４８°の開口部１２
本を並列し、さらに両端に第２図の小開口部Ａを設けた
ノズル１を用いて実施例１と同一成分の合金を同一条件
で鋳造した。

作製された薄帯は幅が約２５鰭、板厚４５μｍであり、
フリー面、ロール面とも１８「密着臼げで破壊しなかっ
た。Ｘ線回折、ＤＳＣ試験の結果は非晶質状態を示して
いた。実施例１と同様の条件で焼鈍後磁気特性はＷ＋ｚ
ｚｓｏ−０，０９６Ｗａｔｔ／ｋｇ、Ｂ＋−１，５３８
Ｔｅ５ｌａＯ値を示した。

また表面（自由面）の性状は第６図に示した。

従来法での薄帯の表面性状（第７図）と同等であった。

また、実施例１の方法で測定した板厚の比（占積率）は
９５．９％であった。

（発明の効果）以上説明したように本発明の方法を採用することにより
任意に広い幅の金属薄帯の製造が可能になった。しかも
占積率は実質的に低下しなかった。

本発明の方法で作製された、例えばＦｅ系の非晶質合金
は幅広が得られるので大型の巻きトランスあるいは積み
トランスへの適用が可能になる。またＣｕメッキなど導
電性の高い金属をメッキすることにより電磁波シールド
材、とくに電磁暗室用のブラインド材に好適である。現
在入手できる非晶質合金の最大幅は１０ｃｍなので拡幅
のためハンダ付は等の工程が必要であったが、これを省
略することができる。またスリットして細線化すること
により、複合強化材、Ｃｕメッキしてスパイラル化する
ことにより同軸ケーブルの電磁波シールド材として使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の方法に用いるノズルの開口部
の形状および配列を示す説明図、第３図はスリットノズ
ルの熱膨張による変形の様子を示す説明図、第４図は本
発明の実施例１の方法で作製された薄帯の自由面の幅方
向のプロファイルを示す図、第５図は本発明の実施例２
の方法で作製された薄帯の自由面の幅方向のプロファイ
ルを示す図、第６図は本発明の実施例３の方法で作製さ
れた薄帯の自由面の幅方向のプロファイルを示す図、第
７図は従来法（単一スリット法）で作製された薄帯の自
由面の幅方向のプロファイルを示す図、第８図は本発明
の方法で用いられるノズル開口部の形状および配列を示
す説明図である。１；多孔ノズル、２；開口部、Ａ；小開口部、３；冷却
基板。第１図第２図第３回第４回第５図第６図手続補正書　（自発）昭和６３年４月２５日特許庁長官　小　川　邦　夫　殿１、事件の表示昭和６２年特許願第１４５７０６号２、発明の名称金属薄帯の製造方法および製造用ノズル３、補正をする
者事件との関係　特許出願人東京都千代田区丸の内二丁目４番１号６、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄７、補正の内容明細書１１頁１３行「器具」を「危惧」に補正いたしま
す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）移動する冷却基板上に、その移動方向に対しほぼ
直角に配列され、かつそれぞれが前記移動方向に対して
１０〜８０°の角度をもつ複数の開口部から溶融金属を
噴出させ、急冷凝固させることを特徴とする金属薄帯の
製造方法。
（２）製造される薄帯が非晶質金属・合金であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属薄帯の製造
方法。
（３）製造される薄帯が結晶質金属・合金であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属薄帯の製造
方法。
（４）複数の細長い平行四辺形、台形または楕円形状の
開口部からなり、かつその長手方向が冷却基板の移動方
向に対して１０〜８０°の角度をなし、さらに各開口部
が冷却基板の移動方向にほぼ直角に配列されていること
を特徴とする金属薄帯製造用ノズル。
（５）複数の細長い平行四辺形、台形または楕円形状の
開口部からなり、かつその長手方向が冷却基板の移動方
向に対して１０〜８０°の角度をなし、さらに前記開口
部の端部に三角形、平行四辺形、台形状の小開口部を設
け、各開口部が冷却基板の移動方向にほぼ直角に配列さ
れていることを特徴とする金属薄帯製造用ノズル。
（６）平行四辺形状開口部の底辺の長さｄが０．１〜２
．０ｍｍ、高さａが０．５〜８．０ｍｍ、かつ隣り合う
開口部の間隔が、その配列の距離ｂが０．２〜３．０ｍ
ｍ、冷却基板の移動方向の距離ｃが０．２〜４．０ｍｍ
である特許請求の範囲第４項または第５項記載の金属薄
帯製造用ノズル。
（７）台形状開口部の上辺および下辺の長さｄ＿１、ｄ
＿２が０．１〜６．０ｍｍ、高さａが０．５〜８．０ｍ
ｍ、かつ隣り合う開口部の間隔が、その配列の距離ｂ＿
１、ｂ＿２が０．２〜６．０ｍｍ、冷却基板の移動方向
の距離ｃが０．２〜７．０ｍｍである特許請求の範囲第
４項または第５項記載の金属薄帯製造用ノズル。
（８）楕円形状開口部の短径の長さが０．１〜３．０ｍ
ｍ、長径の長さが０．５〜１０．０ｍｍ、かつ隣り合う
開口部との間隔が最狭部分で０．２ｍｍである特許請求
の範囲第４項または第５項記載の金属薄帯製造用ノズル
。