JPH09267157A - 円錐台リング接合材用急冷凝固薄帯の製造方法および製造用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、単ロール法により円錐台リ
ング接合材を製造するに当たって、生産性を向上するた
めの製法さらには製造用ノズルを提供することにある。 【解決手段】 表面にテーパー部を複数個形成した単ロ
ールを用い、該テーパー面とほぼ平行にノズル面を位置
せしめ、高速回転する単ロールのテーパー面付近に溶融
合金を噴出して薄帯とする円錐台リング接合材用急冷凝
固薄帯の製造方法および製造用ノズル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単ロール法で製造
する急冷凝固薄帯からなり、例えば鋼管や丸棒などの溶
接継手のための円錐台リング形状にして使用する接合材
の製造方法及び製造用ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、従来からの鋼管の溶接継手とし
て、低炭素鋼よりなる比較的小径のものではフラシュバ
ット溶接が行われ、合金鋼よりなる比較的高級な鋼管で
は、高価なＭＩＧやＴＩＧ溶接が行われている。

【０００３】一方、油井鋼管等の特殊管の継手には、例
えば、図３に示すように、一対の鋼管３、４のそれぞれ
の接続部に、角αの傾斜を持つ凹テーパー１１及び凸テ
ーパー１２を設け、一方の鋼管３接合部に他方の鋼管４
接合部を嵌合する際に、この凹凸テーパー１１、１２間
に円錐台リング状接合材２を挿入した後、加熱して接合
する方法（以下、開先継手接合と称す）が採用されてい
る。なお、この開先継手接合における接合のメカニズム
は採用する接合条件により異なり、円錐台リング状接合
材２が溶解、接合後、ろうとして接合界面に残存するい
わゆるろう付けにより接合される場合や、円錐台リング
状接合材２中に高速に拡散する元素（例えば、Ｂ、Ｐ
等）を含有し、溶解後にこれらの元素が高速で被接合材
中に拡散して接合される場合（以下、この接合法を液相
拡散接合と称す）がある。液相拡散接合による場合、接
合強度はろう付けより強固で、接合後の引張試験で母材
破断を起こすほどにまで達することもある。

【０００４】本発明者らは、図３に示すような開先継手
接合に用いる円錐台リング状接合材２として、急冷凝固
薄帯よりなる円錐台リング状接合材を以前に提案した。
この急冷凝固薄帯よりなる円錐台リング接合材およびそ
の製法については特開平５−１２３８９０号公報に開示
されているが、その製法は概ね以下の通りである。すな
わち、図５に示すように、表面をテーパー状に形成した
冷却ロール５を高速回転させ、ルツボ７のノズル８を該
冷却ロール５のテーパー面に接近させて、このテーパー
面とほぼ平行に位置せしめ、高速回転する冷却ロール５
のテーパー面に溶融合金６を噴出して円錐台リング接合
材用薄帯１を溶融合金６から直接製造するものである。
なお、円錐台リング接合用薄帯１は、薄帯剥離用ノズル
１０を用いて剥離する。

【０００５】つまり、単ロール法という急冷凝固法を応
用して容易に、かつ、安価に円錐台リング接合材が得ら
れるようになったことから、開先継手接合がより安価に
できるようになった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の方法では１回の鋳造で１枚の円錐台リング接合材用
薄帯しか得られないので、該薄帯の生産性の点からさら
に改善が必要とされていた。

【０００７】本発明の目的は、単ロール法により円錐台
リング接合材を製造するに当たって、生産性を向上する
ための製造方法さらには製造用ノズルを提供することに
ある。

【０００８】

【発明が解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を要旨とする。すなわち、
（１）表面にテーパー部を複数個形成した単ロールを用
い、該テーパー面付近に接近し、且つ該テーパー面付近
の単ロール表面とほぼ平行に溶融合金収容器のノズル面
を位置せしめ、高速回転する前記単ロールのテーパー面
付近に溶融合金を噴出せしめて急冷凝固薄帯とすること
を特徴とする円錐台リング接合材用急冷凝固薄帯の製造
方法、および、（２）底面にテーパー部を複数個形成
し、該テーパー部ごとに、もしくは、複数の該テーパー
にわたって開口を設けたことを特徴とする円錐台リング
用接合材用急冷凝固薄帯の製造用ノズルである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明について図を用い
て具体的に説明する。図１は、本発明の製法の一例を説
明するための模式図である。すなわち、表面に２つのテ
ーパー部を形成させた冷却ロール５を高速回転させ、そ
の表面に下部にノズルを有し、溶融合金６を保持するル
ツボ７の底面の開口から溶融合金６を噴出する。このと
き、開口が存在するノズルの底面と冷却ロール５の２つ
のテーパー面付近の表面とはほぼ平行になるようにす
る。つまり、ノズルとして底面に冷却ロール５のテーパ
ー部の形状にほぼ相似な２つのテーパー部を有するもの
を用いる。ルツボ７の底部に設けた開口から噴出された
溶融合金６は、ノズル８の底部と冷却ロール５との間に
湯溜であるパドル１３を形成し、このパドル１３の底
部、すなわち、パドル１３の冷却ロール５側から溶融合
金６は凝固し始める。そして、凝固した合金の形状は冷
却ロール５の表面の形状を転写した形状となり、１度に
２枚の円錐台リング状接合材用急冷凝固薄帯１が得られ
る。なお、この円錐台リング状接合材用急冷凝固薄帯１
を連続的に製造するために、例えば薄帯剥離用ノズル１
０から高圧ガスを吹き付けて円錐台リング状接合材用急
冷凝固薄帯１を冷却ロール５の表面から剥離する。得ら
れた円錐台リング接合材用急冷凝固薄帯１から用いた冷
却ロール５の円周に相当する長さだけサンプルを採取し
一周巻きすると、図３に示すように、円錐台リング接合
材２が形成される。

【００１０】本発明の製法について、図２を用いてさら
に詳しく説明する。図２（ａ）は、図１を拡大して示す
模式図で、ルツボ７から噴出された溶融合金が冷却ロー
ル５上でパドル１３を形成し、２枚の円錐台リング接合
材用急冷凝固薄帯１となる様子を模式的に示している。

【００１１】本発明の製法で用いるノズル８は、図２
（ａ）に示すように、ルツボ７の下部に設けられ、底面
に２つのテーパー部を形成させたものである。なお、図
２（ａ）には、ルツボ７とノズル８とが一体化した場合
を例として示しているが、これらは一体化してもよい
し、分離して配列してもよい。

【００１２】このノズルの開口は、例えば図２（ｂ）に
示すように、ノズル底部のテーパー部にそれぞれ１個ず
つの矩形開口９とするとよい。ここで、本発明の円錐台
リング接合材の幅は、この矩形開口長さの長さで決定さ
れるので、ノズルの開口長さは、要求される円錐台リン
グ接合材の幅に応じて決定する。なお、本発明のノズル
の開口は１個の矩形孔とした場合に限定せず、例えば図
２（ｃ）に示すような２個の矩形孔を平行に並べてもよ
い。また、図２（ｂ）および（ｃ）において点線で示す
ところは、ノズル底部の最先端位置に相当する。

【００１３】本発明の方法は、１回の鋳造で複数の円錐
台リング接合材用薄帯を製造することにより生産性を向
上することを基本的な指針としているので、この技術指
針に基づいて以下のような応用が可能となる。すなわ
ち、例えば図４（ａ）に示すように用いる冷却ロール５
およびノズル８の２つのテーパーの角度をそれぞれ異な
る角度とすることにより、２種類のテーパー角αの円錐
台リング接合材を１度に製造することができる。

【００１４】あるいは、冷却ロール５およびノズル８の
テーパーの個数を３個以上とすることにより、さらに生
産性を向上することも可能である。なお、図４（ｂ）に
は、冷却ロール５およびノズル８にテーパー面を、それ
ぞれ４つ設けたものを用いることにより、１回の鋳造で
４枚の円錐台リング接合材を得る場合を示している。

【００１５】これまで、冷却ロールのテーパーとして表
面が窪んだ場合だけについて説明したが、本発明の方法
はこのようなテーパー形状の冷却ロールを用いる場合に
限定するわけではない。すなわち、本発明の方法に用い
る冷却ロールのテーパー形状は、図４（ｃ）に示すよう
な凸状の形状でもよい。但し、このような場合、本発明
のノズルの形状は、冷却ロールの形状に合わせたものと
する必要がある。

【００１６】さらに、本発明のノズルの開口９は、例え
ば図４（ｄ）に示すように、つながった１個の矩形開口
としてもよい。但し、この場合、得られる薄帯を円錐台
リング接合材として使用するには、得られた薄帯を幅方
向で２分割にする必要がある。

【００１７】一方、本発明の製法に用いる製造装置は、
図１に示すように、表面に複数形成させた高速回転可能
な単ロール５、および、高速回転する該冷却ロール５の
表面に溶融合金６を供給するためのノズル８として、底
部に複数のテーパー状を形成し、該テーパー部に開口を
設けたノズル８からなる単ロール急冷凝固製造装置であ
る。

【００１８】なお、ここで言う単ロール急冷凝固製造装
置には、ドラムの内壁を使う遠心急冷装置や単ロール上
に沿って高速で移動するエンドレスタイプのベルト上に
鋳造する装置や、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もの、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に用
いられる装置も含まれる。

【００１９】また、本発明において採用される鋳造条件
について説明すると、溶融合金の噴出圧は０．０１〜３
kg／cm² で、冷却ロールの回転速度（表面速度）は５〜
６０ｍ／秒の範囲が好ましい。これらの条件は目的とす
る薄帯の板厚やその他の製造条件に合わせて最適な値を
選択する。

【００２０】さらに、本発明に適用しうる合金は、アモ
ルファスになり易い合金や圧延などの加工が困難な金属
および合金の場合に特に利点が大きいが、これらに限定
されるものではなく、各種の溶融合金からの薄帯の製造
に適用可能である。

【００２１】

【実施例】外径６３mm、内径５１mm、厚さ６mmの鋼管を
接合するに当たり、継手部を図３に示すような開先継手
接合を試みた。鋼管の継手部を図３に示すような凹テー
パー及び凸テーパーに形成し、テーパー角を４５°とし
た。この開先継手接合に使用する円錐台リング接合材を
製造するために、冷却ロール及びノズルとして図１に示
すような、２個のテーパー部を有する形状からなるもの
を用いた。用いた冷却ロールは、両側の最大径が９０mm
で、中央部の最小径が４０mm、厚さ６０mmの形状の銅製
のもので、２つのテーパーの角度は、水平線に対してそ
れぞれ４５°であった。また、用いたノズルは、ルツボ
と一体となったもので、先端が９０°の開先状で、この
開先は左右対称とし、テーパー部の長さはそれぞれ３５
mmであった。

【００２２】なお、ノズルおよびルツボとも透明石英製
のものとした。ノズルの２つのテーパー部にはそれぞれ
矩形開口を１個ずつ設けた。これらノズル開口の取り付
け位置は、両者とも対称の位置としたが、それぞれノズ
ル先端からテーパー面に沿って８mmから１６．５mmの位
置にわたる８．５mmの長さの開口とした。この開口の冷
却ロール回転方向長さはいずれも０．４mmとした。円錐
台リング接合材の製造に際しては、鋳造時のノズルの位
置を、ノズルの先端位置と冷却ロールの中央部の窪みの
位置が、０．３mmの間隔を置いて上下位置で正確に一致
するようにセットした。予め溶解させていたＦｅ−９wt
％Ｓｉ−１．５wt％Ｂよりなる溶融合金２００ｇを、５
４００rpm で高速回転する冷却ロール上に、噴出圧０．
２kg／cm² で噴出し急冷凝固させた。

【００２３】製造実験の結果、板幅およそ８．５mmのカ
−ル状のつながった２枚の薄帯が得られた。これを冷却
ロール１周分で切断し、切断部を突き合わせてリングを
形成させたところ、円錐台リング接合材として所望して
いた形状となった。すなわち、これは、前記鋼管の継手
部形状に嵌合した際合致するサイズであり、鋼管の開先
継手接合用円錐台リング接合材として極めて好適であっ
た。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明方法によれば、開先
継手接合用円錐台リング接合材の製造する際の生産性が
向上したことから、開先継手接合用円錐台リング接合材
を一層安価に提供できるようになった。その結果、より
安価な開先継手接合が可能となった。また、本発明の製
造用ノズルによって上記方法を効果的に実施することが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を説明する模式図。

【図２】本発明の製造方法を説明する拡大模式図および
本発明のノズルの開口を示す模式図。

【図３】本発明の接合材を用いる接合方法の一例を示す
模式図。

【図４】本発明の製造方法を説明する模式図。

【図５】従来の接合材用薄帯の製造方法を説明する模式
図。

【符号の説明】

１ ：円錐台リング接合材用急冷凝固薄帯 ２ ：円錐台リング接合材 ３、４：鋼管 ５ ：冷却ロール ６ ：溶融合金 ７ ：ルツボ ８ ：ノズル ９ ：ノズル開口 １０ ：薄帯剥離用ノズル １１ ：凹テーパー面 １２ ：凸テーパー面 １３ ：パドル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にテーパー部を複数個形成した単ロ
   ールを用い、該テーパー面付近に接近し、且つ該テーパ
   ー面付近の単ロール表面とほぼ平行に溶融合金収容器の
   ノズル面を位置せしめ、高速回転する前記単ロールのテ
   ーパー面付近に溶融合金を噴出せしめて急冷凝固薄帯と
   することを特徴とする円錐台リング接合材用急冷凝固薄
   帯の製造方法。
2. 【請求項２】 底面にテーパー部を複数個形成し、該テ
   ーパー部ごとに、もしくは、複数の該テーパーにわたっ
   て開口を設けたことを特徴とする円錐台リング用接合材
   用急冷凝固薄帯の製造用ノズル。