JPS6149753A - 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！！７） 本発明は移動する冷ＭＪＴｓ板の表面に溶融金属を噴射
衝突させ、急冷凝固すること（こよって金属−帯および
線を直接製造する方法に関するものである。

（従来技術） 金属（合金）を溶融状態から急冷して連続的しこ薄帯ま
たは線をつくる方法とじて基本的なもの番こ遠心急冷法
、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ｚ　−／　）を噴出して急冷凝固させ、−気に金属
の薄帯や細線を作るものである。この方法によれば冷却
速度力５きわめて早いので、合金組成を適正に選ぶなら
Ｉｆ　’ＪＰ　Ｌ私質金属が得られる。

従来の片面冷却法のおいて、鋳造中にＭ１■５すべき主
たるパラメータは１）溶湯を噴出する圧力、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。

非晶貞金屈を作製する場合、用い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／ぐラメータ値が選ばれる
のが常であった。

例えば、スロット巾０．８■のノズルを用いて組成Ｆｅ
５ｏ、ｓＳ！ｉ、ｒＢｕ　ｃＬ（ａｔｅ）の板厚的３０
ｇａｃ７）薄板をつくる場合、１）噴出圧０．２２Ｋｇ
／ｃｉ″、２）移動速度２４ａ＋／ｓｅｃ　、　３）ノ
ズル−基板間隔０．１５ｖＡｍ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くラメータ
をいかに変化させても、期待される形状寸法はおろか、
連続した薄帯あるいは線すら得られない場合があること
が分った。その後、このような例は作ろうとする薄帯あ
るいは線が非晶質、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、けい累渭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パラメータを
設定してもよい形状９表面性状の薄帯は得られない、製
品の形状は波を打ち、たてに裂は目ができたり１表面が
酸化して変色していることが多かった。ステンレス鋼お
よび炭素用の場合にも同様の現象が認められた。

また、非晶質合金に対しても上記３つの製造パラメータ
の選定だ１す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１￥Ｊ向はＦｅ基合金の場合、Ｆｅの
組成の低い合金に強く、製品は一般に脆く表面の狙いも
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８ｊ
帯または線を作ることができ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間ｍ点） 単ロール法など片面冷却法を用いて、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
れない金属に対して、艮好な形状および材質の＠帯また
は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、金属の溶湯を、移動する冷却基板例えば
回転するＣｕ、Ｃｕ合金、Ｆａ金合金るいはＮｉやＦｅ
、ＯｒなどのメッキしたＣｕ　　。

Ｃｕ合金などで作られた単一ロールあるいはベルト外周
面もしくは円筒ドラムの内周面の上に噴出し、急冷凝固
させることにより金１１の薄帯を製造するものである。

このとき用いる溶湯噴出用のノズルは冷却基板に対向す
る底面に開口部を有するもので、所望の製品形状によっ
て開口部の形は第２図（こ示すようにいろいろなタイプ
のものから選ばれる０幅広のＲ帯を製造する場合には一
般に矩形状（スロット）を用い、幅広で厚い板厚が欲し
ｌ、１とさ（±スロフトを基板移動方向に複数個並べた
ものを使う、断面が偏平な線が欲しいときは、丸孔ノズ
ルを用い、１度に多量に作りたし１ときは、それを移動
方向と直角方向に多数並へたものを用いる。断面が丸い
線をつくるときは丸孔ノズルと基板移動方向に並べたも
のを用いる。

以上説明した合金薄帯または線の１ｖ造方法において本
発明の最大の特徴とするところは、Ｊｘ板の表面を加熱
しながら鋳造することである。加熱する位置は噴出され
た溶湯が′１５板上で形成する１′９届り（パドルと呼
ぶ）の後方すなわち薄；１′ｆ又は線の出側と反対方向
で、パドルになるべくとい位τか好ましい、加熱の方法
は瞬間加熱が可能なエネルギ缶度の高い方法でなければ
ならない０例え：ｆレーザ、赤外線などの照射である。

このような高密度のエネルギの照射によって基板表面の
温度は上昇し、鋳造される金２χの種類に応じた適切な
温度に高められる。適切な基板温度とは例えば特開昭５
８−３５８号公報に開示される温度で、溶湯と基板のぬ
れ性を良くシ、熱の伝達を高めることにより冷却速度が
最も大きくなる；温度のことである。

本発明において基板温度を高めるためにレーザ光などの
高密度エネルギを用いる理由は、基板の表面層のみの加
熱が可能だからである。低密度工２ルギによる加熱では
高速で移動する冷却基板の表面温度を高める効果が小さ
い、低ｒ度エネルギを用いる場合、所定の温度に高める
ためには熱接触の面積を広くとらなければない、しかし
基板は一般に熱伝導のよい物質で作られているから熱は
内部に拡散し、表面温度は上らない、もし無理に温度を
上げようとすると、表面だけでなく内部の温度も上がり
、基板はほとんど冷却機能を果さなくなる。

なお、レーザ光および赤外線はエネルギの空気中での伝
搬が可能である。したがって、照射エネルギを高速で移
動する冷却基板に非接触で供給でき、ノズルに近接した
所要の位ごに向【することができる、なお、この場合レ
ーザ光をデフォーカスビームとし、さらに、シリンドリ
カルレンズを用いて、矩形状にすることが好ましい。

本発明のもう一つの要件は、高密度エネルギ照射位置を
パドルの後方、直ぐ近くとすることである。照射位置が
パドルから離れるほど熱は内部に拡散し１表面層の温度
を高める効率を低下させると同時に基板の冷却効果も低
下させることになる。適切な照射位置は一般に入射エネ
ルギの畜度および照射面積と要求される表面温度によっ
て決められるが、その他に基板の反射率などにも依存す
る０反射率は基板の表面性状によって大きく変化するの
で、詩造毎に、使われる基板の稚類、研ｇ後の表面粗さ
などを考慮して照射条件を設定する。ＲＩ造中の反射率
の変化は基板の別の位置でオンライン計測が可能であり
、それをフィードバックして照射条件を制御することも
できる。

一般に、冷却基板の表面は滑らかに仕上げられている。

したがって、照射エネルギとして波長の長いｃｏ２　レ
ーザ（波長はＩＱ、６　ｇ　ｍ　）または赤外線（波長
は約１〜１０００　ｇ　ｍ　）を用いた場合、冷却基板
表面で鏡面反射し、エネルギの吸収効率は低い、そこで
、この発明では高い反射率をもった凹面鏡または平面鏡
を冷却基板に近接して配置し。

鏡面と冷却基板表面との間の多重反射を利用して実効吸
収率を高めるようにしている。

本発明の高密度エネルギの照射は冷却速度の向上をもた
らしたが、同時に製造される薄帯の表面性状に対しても
著しい効果を示すことが見い出された。すなわち、Ｄ帯
の表面は基板側の面および自由面とも著しく滑らかにな
った。これは単に基板面の温度上昇による効果だけでな
く、ノくドルの直ぐ近くにおける照射により基板面の清
浄化がなされ、再び汚染される間がなく溶湯とｔＲｌす
るためと推定される。

（実施例） 第１図はこの発明の方法を実施する装置の一例を示す装
置概略図である。

ロール１はＣｕ合金製で直径１０００ｍｍφ、幅２００
；ｍであり、駆動＋ＪＩ２により回転軍動される。

ロール１の直上にるつぼ３が配置されており、るつぼ３
の底部にノズル５が設けられてｌ、％る。ノズル５の開
口部６を第２図に示す、第２図（ａ）は幅広の薄帯、第
２図（ｂ）は幅広で厚い板厚、第２図（ｃ）は断面が偏
乎な線、および第２図（ｄ）は断面が丸い線の５Ａ造に
それぞれ用いられるノズル開口部６を示している。

るつぼ３の後方（上流側）に隣接してレーザ装置９が配
置されており、レーザ光は集光レンズＩＯによりロール
１表面にレーザ光が集光される。

るつぼ３の下流には冷却水噴射装置１３および水切りロ
ール１５が配置されており、更に下流にブロワ−１７が
配置されている。

上記のような装置において１Ｍｌ成Ｆｅ、。４Ｓｉｔｓ
ＢＬ２　Ｃ１（ａｔ　：）の溶融金属を３工のスロット
状の開口部（幅ｄ０．４　Ｗｌｌｌ、　ｇさｌ　２５ｍ
ｍ　、間ｉａＬｍｗ）から喰出してＱ帯に鋳造した。製
造条件は噴出圧Ｑ、１５ｋｇ／ａｍ’　、ロール周速２
５　ｍ１ｓｅｃ　、ロール１とノズル５面との間隔０．
２　ｌｌ１ｍで行なった。

噴射された溶融金ＥＭはロール１表面に接して急冷され
、剥離されｇｉ帯Ｓとなる。薄帯Ｓが剥離さえたロール
１は冷却水噴射装置１３からの冷却水により冷却され、
水切りロール１５およびブロワ−１７により水切り、乾
燥される。そして、るつぼ３の直前においてレーザー光
により所要の温度まで高められる。この結果鋳造の開始
時から適正ワール温度で鋳造できるので薄帯の性状、特
性のすぐれて安定した材料を得ることができる。また冷
却能の向上にともない非晶質化できる限界板厚の拡大に
つながる。

第３図は冷却基板表面の実質吸収率を高める方法を説明
するものである。同図に示すようにレーザ照射装置は集
光レンズ１０を内部に取り付けた筒状のケーシング２１
を備えている。ケーシング２１の底面は金めっきされた
凹面ｍ、２３となっている。

レーザ光は凹面鏡２３の中央の穴２４よりロール１表面
に導かれる。レーザビームは穴２４上で集光し。

集光後のレーザビームがロールに照射される。この穴は
ビーム径よりは大きくなけらばならないが、可能な限り
小ざくすることが望ましい、凹面ｆｉ２３のＵｆｒ後は
空洞２５となっており、ここに冷却水が通される。また
、ケーシング２１には窒素ガスなどの補助ガス導入穴２
６が設けられており、補助ガスはロール１の表面と凹面
鏡２３との間に導かれ、ロール１表面の加熱による酸化
を防止する。

上記のように構成された装置において、ロール１表面に
照射されたレーザ光はロール１表面と凹面鏡２３との間
で多重反射される。この結果、ロール１表面は凹面鏡２
３下を通過する間、レーザ光が照射されることになり、
照射されたレーザ光のほとんどがロール１表面に吸収さ
れることになる。

−第４図は冷却基板表面の実質吸収不七高める他の方法
を説明するものである。この例ではレーザ照射装置は箱
型の鏡本体３１を備えており、鏡本体３１の底面は金め
っきされた平面鏡３３で反射率が１に近くなっている。

ｉＱ本体３１の内部は空洞３５となっており、ここに冷
却水が通される。

鏡３１の先端はノズル５に近接しており、ロール１表面
との隙間ｇがＯ，１ｍｍ以下となるように配ニされてい
る。そして、ビーム径が３〜５のレーザ光が鏡面に対し
入射角２〜６度で照射される。照射されたレーザ光はロ
ール１表面と平面鏡３３との間で多重反射し、はとんど
がロール１表面に吸収される。

ここで、ロール表面の実質吸収率について説明する。

レーザの投入エネルギをＥｏ　、ロール表面に吸収され
るエネルギをＥＬ　、吸収率をαとすると。

実質吸収率α２はα、＝ＥＸ　、／ＥＯＸ１００　（＄
）　トＲる。

ところで、レーザ光は平面鏡内面あるいは鏡本体の表面
とロール表面との間で多重反射するので実質吸収率α６
は α６＝α＋　（１−α）α＋（１−α）１α＋・・・ｂ
ｌとなる。

ｆｆ１５図は平面鏡３３のとロールとによって形成され
る■スロートの頂点からロール１表面に沿い後方に向か
って測った距離Ｘと吸収率との関係の一例を示している
。

なお、第３図および第４図に示した方法は、赤外線を照
射する場合にも適用される。

（発明の効果） この発明では、ＰＪ造中の基板温度を適正範囲に保持す
るために、ノズルの後方の基板面に高密度エネルギを照
射して表面層のみを急速加熱するよフにしている。した
がって、溶湯と基板のぬれ性が良くなり、熱の伝達が高
くなることにより冷却速度が大きくなる。この結果、良
好な形状および材質の薄帯または線を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施する装置の一例を示す装
置概略図、第２図はノズル開口部の形状を示す図面、第
３図および第４図はレーザ光の実効吸収率を高める方法
を説明する図面、ならびに第５１１はロール表面の位置
と吸収率との関係の一例を示すグラフである。 １・・・ロール、３・・・るつぼ、５由ノズル、６・・
・ノズル開口部、９・・・レーザー装ｊこ、２３・・・
凹面鏡、３３・・・平面鏡、Ｍ・・・溶融金属、Ｓ・・
・薄帯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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）の薄帯お
   よび線を鋳造する方法において、鋳造中、ノズルから流
   出する溶湯が接触する位置における基板面の温度を適正
   範囲に保持するために、ノズルの後方の基板面に高密度
   エネルギを照射して表面層のみを急速加熱することを特
   徴とする金属（合金）薄帯および線の製造方法。 ２）基板面を加熱する手段がレーザ光によることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）基板面を加熱する手段が赤外線加熱によることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）微小なレーザ導入穴を備えた凹面鏡又は平面鏡を用
   いて多重反射させる方法によりレーザ又は赤外線のエネ
   ルギ吸収効率を高めることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項または第３項記載の方法。