JPH0691353A - 薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムと加工装置 - Google Patents

薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムと加工装置

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JPH0691353A
JPH0691353A JP9285392A JP9285392A JPH0691353A JP H0691353 A JPH0691353 A JP H0691353A JP 9285392 A JP9285392 A JP 9285392A JP 9285392 A JP9285392 A JP 9285392A JP H0691353 A JPH0691353 A JP H0691353A
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JP
Japan
Prior art keywords
cooling drum
drum
electron beam
ion beam
thin
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Pending
Application number
JP9285392A
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English (en)
Inventor
Jun Sasaki
純 佐々木
Kenji Sugiyama
賢司 杉山
Motoi Kido
基 城戸
Katsuhiro Minamida
勝宏 南田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高エネルギービームを用いることにより、穴
深さの大きなディンプルが制御性よく加工され、かつ耐
摩耗性の高い薄肉鋳片鋳造用冷却ドラム及びその加工装
置を提供することを目的とする。 【構成】 電子ビームにより加工された凹凸(ディンプ
ル)Dとイオンビームまたはイオンビームと蒸着源によ
り処理された表層部12をもつ薄板鋳片鋳造用冷却ドラ
ム10と、真空容器内にドラムを回転及び移動する機構
と移動可能な電子ビーム源、イオンビーム源及び蒸着源
を有する装置であり、薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムの表層
部を真空中で加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄肉鋳片鋳造用冷却ド
ラムおよびその加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造の分野では、コストの切下げ、
新材料の創出等を目的として最終製品の形状に近い薄肉
鋳片を溶融金属から直接的に製造する技術の開発が強く
望まれている。この要求に応えるべく、内部冷却水冷機
構を備えた一対の冷却ドラムを使用するツインドラム方
式、一本の冷却ドラムを使用する単ドラム方式、冷却ド
ラムとベルトとの間に湯だまり部を形成するドラム・ベ
ルト方式等の各種方法がこれまで提案され、その一部は
工業生産のレベルまで達している。しかし、これら薄肉
鋳片は、旧来の連続鋳造設備によって製造されるスラブ
と比較して後続の工程で圧延される度合が小さい。よっ
て薄肉鋳片の肉厚変動、表面割れ等は最終製品表面の欠
陥となって残り、商品価値を著しく損なう危険が大きい
為、その表面性状を高く安定して維持することが重要で
ある。
【0003】良好な表面品質をもつ薄肉鋳片を安定して
製造するには、種々の方法が提案されている。例えば、
特開昭60ー184449号公報では冷却ドラムの周面
上に溶鋼とのエアギャップを形成するように凹凸(ディ
ンプル)を設けることが提案されている。このエアギャ
ップによって冷却ドラムの抜熱能力が小さくなり、溶融
金属の緩慢な冷却が行われる。
【0004】この結果、凝固シェルの厚みが板幅方向で
均一化されて形状特性の優れた薄肉鋳片が製造可能とな
るが、ドラムの摩耗が進行してゆくとディンプルの穴深
さは減少し、最後にはディンプルが消滅する。よって、
摩耗の進行に対してもディンプルの消滅までの寿命を延
長させるためには、ディンプルの深さが大きく、かつ材
料が高耐摩耗性をもつドラムが求められている。
【0005】しかし、従来のディンプル加工法であるエ
ッチング法によりディンプルを形成したドラムは、加工
できるディンプルの穴径や穴深さに制約が多く所望の穴
径、穴深さが得られないという問題がある。さらに材料
耐摩耗性向上のためにメッキ等の被覆表面処理を施した
ドラムでは、メッキ等の皮膜がディンプルを塞いでしま
う恐れもあり、また使用中の厳しい熱環境等により被覆
処理層の剥離が生じてしまう問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、薄肉鋳片鋳
造用冷却ドラムの穴径、穴深さが自由度高く高効率で加
工され、耐摩耗性に優れて且つ厳しい熱環境においても
処理層の剥離が無い薄肉鋳片鋳造用冷却ドラム及びその
製造方法を提供せんとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、冷却ドラム表面が電子ビームで形成された冷却ド
ラム表面凹凸部を有し、かつイオンビーム或いはイオン
ビームと蒸着の併用によって改質された表層部で覆われ
た薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムにあり、又は真空容器内
に、冷却ドラム駆動機構を設けると共に、電子ビーム源
及びイオンビーム源、更に必要により蒸着源を移動可能
に設けた薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムの加工装置にある。
【0008】以下本発明を詳細に説明する。
【0009】
【作用】薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムに求められるのは、
その表面上に穴深さの大きなディンプルが500μm以
下の穴径で最適な配置をもって加工されていることであ
る。穴径が500μmを越えると穴の部分で鋳片の冷却
むらを生じるからである。電子ビームを用いたディンプ
ル加工方法は、ディンプルの穴径、穴深さが入射する電
子ビームのエネルギー、パルス幅、ビーム径によって精
密に制御でき且つ、加工可能な穴深さはエッチングより
もきわめて大きい。また穴位置は電磁界による電子ビー
ムの偏向で容易に位置制御性良く加工できるものであ
る。
【0010】例えば穴径が100μmのとき、薄肉鋳片
鋳造用冷却ドラムのディンプルとして必要な穴深さは7
0μm以上であるが、エッチングによる穴深さの加工は
この値が上限に近い。それに対して電子ビームによれば
穴径100μmで深さ100μm以上の穴も容易に加工
することができる。ドラム表面に加工したディンプルの
断面形状を図3(A)、図3(B)に示す。図3(A)
に示したディンプルDは電子ビームで加工されてできた
もので、電子ビームによってドラム表面が加熱されて溶
融し、その一部が蒸発することで電子ビーム直下の溶融
物は排除されディンプルの底13ができる。図3(B)
に示したものは電子ビームでディンプル加工した後でイ
オンビームまたはイオンビームと蒸着元素の組合せによ
り処理されて改質された表層部12を形成した状態を示
すものである。イオンビーム処理は制御性のよい薄層処
理であり、図3(B)に示すようにディンプルDを塞ぐ
ことなく処理することができる。
【0011】イオンビーム処理は、ビーム照射された処
理層内の元素を原子レベルで混合して傾斜組成を持つ改
質表層部を形成するものであるため、薄板鋳片鋳造用冷
却ドラムのような激しい熱環境での使用に於いても剥離
が原理的に無い。このような要求に対して適しているイ
オンビームの元素は化合物を形成して改質層を作り易い
元素であり、例えばTi、Cr、Co、Zr、Mo、H
f、Ta、W等であり、蒸着との併用を行う際にはこれ
らの金属元素に加えて金属と化合物を形成する元素であ
る窒素、炭素、ほう素を蒸着用元素として使用する。例
えば、ロール表層にTi等のイオンを照射注入すると、
粒子線照射効果と化合物形成による表層部の結晶構造、
組成が変化して表面硬度や凝着性が変化するために摩耗
が少なくなる効果が認められる。これらの元素は一種の
みで無く二種以上を照射すれば、各々が重畳したよりよ
い効果が得らえる。
【0012】また処理を行うイオンビームの条件とし
て、加速エネルギーは50eV以上3MeV以下、ドーズ量は5x
1016イオン/cm2 以上1x1019 イオン/cm2以下が適当である。こ
れ以下のエネルギーではビーム照射の効果が低すぎ、こ
れ以上のエネルギーではイオンビーム発生装置が大きく
なりすぎて実用的ではない。ドーズ量についてはこれ以
下の値では効果がなく、これ以上の値では処理に時間が
かかりすぎて実用的ではない。
【0013】次に本発明である冷却ドラムの加工を実施
する装置の基本構成を図1に示す。被加工ドラムを1
0、真空容器を20、ドラム回転装置を33、電子ビー
ム源をEB、イオンビームをIB、蒸着源をEVとして
示す。なお、ドラム駆動機構として上記ドラム回転装置
33の他にドラム回転装置支持台30、ドラム支持軸3
1、32が設けられている。真空容器20は、被加工ド
ラム10の搬入出用の蓋21、22を備えている。電子
ビーム源EB1 、EB2 とイオンビーム源IB1 、IB2、蒸着
源EV1 、EV2 は被加工ドラム10の軸と平行に設けられ
た移動機構41に設置されて、ドラム表面全域に渡って
移動する。40は電子ビーム源移動用駆動装置、50は
イオン源またはイオン源と蒸着源の移動用駆動装置、5
1はイオン源またはイオン源と蒸着源の移動機構であ
る。
【0014】被加工ドラム10に対し電子ビームEB、
イオンビームIB及び蒸着源EVによって処理を行う概
念図を図2に示す。真空度を10-1〜10-8Torrに保っ
た真空容器20のなかで被加工ドラム10を連続回転さ
せ、ドラム上部に設置された電子ビーム源EBによって
ドラム表面に微細なディンプルを順次あけていく。この
際、電子ビームEBはドラムが一回転したときに或る幅だ
けドラムの長手方向に移動する。また図2に示している
のは電子ビーム源EB、イオンビーム源IB、蒸着源E
Vを各々2組で処理を行う場合である。図2中のL1-1
〜L1-3 は一つの電子ビームEB1 によって作られた最初
のディンプルの列であり、同様にL 2-1 〜L2-3 はもう
一つの電子ビームEB2 によって作られた最初のディンプ
ルの列である。電子ビームEB1 、EB2 によりイオンビー
ムまたはイオンビームと蒸着が作用している領域に隣接
する列L1-2 、L2-2 のディンプル穿孔を行っている間
に既に穿孔されたL1-1 、L2-1 のディンプルの列にイ
オンビームIB1 、IB2またはイオンビームIB1 、IB2
蒸着元素EV1 、EV2 の併用により表面のイオンビーム処
理を行う。
【0015】このような複数組のEB、IB、EVは、高生産
性を得るためのものである。このときドラムと電子ビー
ム、イオンビーム、蒸着元素とはその相対位置がドラム
の軸と平行に変化するのであればドラムまたは電子ビー
ム、イオンビーム、蒸着元素のいずれかが停止していて
もよい。従って、本発明の図1で示す実施例の他に、冷
却ドラム駆動機構の中にドラム回転・移動装置を設け、
電子ビーム源等を固定する構造にしてもよい。
【0016】このように電子ビーム源とイオンビーム源
または電子ビーム源、イオンビーム源と蒸着源を一つの
真空容器内に持つ装置を用いることにより、装置間のド
ラムの組かえの手間、真空排気の時間を減じて効率よく
加工を行うことができるのである。
【0017】
【実施例】試験を実施する本発明の薄板鋳片鋳造用冷却
ドラムの形状及びその加工時の条件を以下に示す。 ドラム形状;直径1200mm、長さ800mm ドラム材質;ニッケル (加工条件) 回転数;1.66 RPM 真空度;10-4torr 電子ビーム;100kV、パルス幅;0.1msec ビーム径0.1mm (ドラム1) イオンビーム加速電圧;70kV、 イオン種;Tiイオン ドーズ量;5x1017 ions/cm2 (ドラム2) イオンビーム加速電圧;30kV、 イオン種;窒素イオン 蒸着金属;クロム 蒸着膜厚;3μm 以上の条件で加工したドラムにはディンプル形状として
内径110μm、深さ500μmのディンプルをつくっ
た。このドラム1、ドラム2およびイオンビーム処理を
行わなかった比較用ドラムで各々薄板鋳片の鋳込みを実
施すると電子ビーム加工のみでイオンビーム処理を行わ
なかったドラムにより鋳込んだ場合での摩耗による寿命
に対して、イオンビーム処理を行ったドラム1、ドラム
2は摩耗による寿命を各々1.8倍、2.5倍とするこ
とができた。
【0018】
【発明の効果】このように本発明によれば、激しい熱環
境に対しても耐摩耗性が高く、長期間の操業が可能とな
る薄肉鋳片圧延用冷却ドラムと、一つの真空容器中で高
エネルギービームを用いて効率良く冷却ドラム表面にデ
ィンプルを成形できる装置を提供することができるので
その工業的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷却ドラムを加工する装置の一例を示
す一部断面側面図である。
【図2】本発明の処理状態を示す概略斜視図である。
【図3】本発明によって加工された冷却ドラム表面の拡
大断面図で、(A)は電子ビームにより、(B)は電子
ビーム処理後イオンビーム及び蒸着により処理した状態
を示す。
【符号の説明】
10…冷却ドラム 11…ドラム表面 12…イオンビームによる処理層 13…ディンプルの底部 20…真空容器 21…真空容器の蓋 22…真空容器の蓋 30…ドラム駆動装置の支持台 31…ドラムの支持軸 32…ドラムの支持軸 33…ドラムの駆動装置 40…電子ビーム源の移動用駆動装置 41…電子ビームの移動機構 50…イオン源またはイオン源と蒸着源の移動用駆動機
構 51…イオン源またはイオン源と蒸着源の移動機構 FB…電子ビーム源 IB…イオン源 EV…蒸着源
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年10月6日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】本発明によって加工された冷却ドラム表面の拡
大断面図で、電子ビームにより処理した状態(左図)
と、電子ビーム処理後イオンビーム及び蒸着により処理
した状態(右図)を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 14/32 9271−4K (72)発明者 南田 勝宏 神奈川県相模原市淵野辺5−10−1 新日 本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却ドラム表面が、電子ビームで形成さ
    れた表面凹凸部を有すると共に、イオンビームで改質さ
    れた表層部で覆われたことを特徴とする薄肉鋳片鋳造用
    冷却ドラム。
  2. 【請求項2】 冷却ドラム表面が、電子ビームで形成さ
    れた表面凹凸部を有すると共に、イオンビーム及び蒸着
    の併用によって改質された表層部で覆われたことを特徴
    とする薄肉鋳片鋳造用冷却ドラム。
  3. 【請求項3】 真空容器内に、冷却ドラム駆動機構を設
    けると共に、該駆動機構に配設された冷却ドラムの表面
    に電子ビームとイオンビームを照射する電子ビーム源及
    びイオンビーム源を移動可能に設けたことを特徴とする
    薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムの加工装置。
  4. 【請求項4】 冷却ドラム駆動機構が冷却ドラム回転装
    置を含む請求項3記載の加工装置。
  5. 【請求項5】 冷却ドラム駆動機構が冷却ドラム回転及
    び移動装置を含む請求項3記載の加工装置。
  6. 【請求項6】 真空容器内に、冷却ドラム駆動機構を設
    けると共に、該駆動機構に配設された冷却ドラムの表面
    に電子ビームとイオンビームを照射する電子ビーム源及
    びイオンビーム源並びに上記表面に蒸着せしめる蒸着源
    をそれぞれ移動可能に設けたことを特徴とする薄肉鋳片
    鋳造用冷却ドラムの加工装置。
  7. 【請求項7】 冷却ドラム駆動機構が冷却ドラム回転装
    置を含む請求項6記載の加工装置。
  8. 【請求項8】 冷却ドラム駆動機構が冷却ドラム回転及
    び移動装置を含む請求項6記載の加工装置。
JP9285392A 1992-04-13 1992-04-13 薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムと加工装置 Pending JPH0691353A (ja)

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JPH0691353A true JPH0691353A (ja) 1994-04-05

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ID=14065989

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JP9285392A Pending JPH0691353A (ja) 1992-04-13 1992-04-13 薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムと加工装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010069146A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Okayama Prefecture 生体軟骨構造を模した人工関節の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010069146A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Okayama Prefecture 生体軟骨構造を模した人工関節の製造方法

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