JPS63192540A - 薄板の製造方法及び製造装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融物質から直接薄板を製造し、高面精度で
優゛れた機械的性質を有する薄板を得るに好適な薄板の
製造方法及びその製造装置に関する。

〔従来の技術〕

溶融物質から直接薄板を製造する方法には大別して単ロ
ール法と双ロール法がある。それぞれ一長一短あり、面
精度（面粗さ）に関しては単ロール法よ、りも双ロール
法が優れている。しかし、双ロール法で製造しても一般
に市販されているステンレス鋼、アルミ−鋼−ニッケル
合金などの圧延材（以下これらを市販材とよぶ）のよう
な面精度は得られない。市販材と同等の面精度を得るに
は更に圧延→焼純→圧延を繰り返し行なわなければなら
ない。また、これらの方法で作製した薄板の機械的性質
は組織が柱状晶であるため、大幅な向上は望めない。具
体的に図面に基づいて説明する。

第１４図は従来の単ロール法を示す。単ロール法で製造
した薄板５の断面組織は第１５図に模式図を示すように
ロール２と接した面（同図の下面）より柱状晶が発達し
た組織となる。１は溶融物質を供給するノズルを示す。

第１６図は双ロール法を示す。第１７図は双ロール法で
製造した薄板５の断面組織の模式図である。双ロール法
の場合は２個のロール２で溶融物質が冷却されるため薄
板５の両側から柱状晶が発達し、中央部にこれらが−Ａ
２４５がある。しかし、この方法による薄板の厚さは約
２ｍｍのもので、本発明法のように１ｍ以下のものを対
象としたものではない。従って表面も面粗さというより
板厚変動が±０．５ｎｍもあるものである。この方法は
連続鋳造で２ｍｍ位のものを製造して、その後に圧延→
焼鈍→圧延を繰り返し行ない面精度を市販材と同等にす
ることを前提とした製造法である。

更に第１８図は他の従来装置を示す。この従来装置はロ
ールとなる主移動冷却体２及び副移動冷却体３が油圧シ
リンダー４によって加圧され接触して回転している構造
である。この接触構造のため溶融物質がスムースにかみ
込まれにくく、またロールも傷付きやすい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如く、従来の単ロール法及び双ロール法では製造
された薄板は面精度が低く、面精度を高めるために圧延
→焼鈍→圧延の工程が必要となり工程数が増加する問題
があった。また、この方法で製造された薄板の結晶組織
は柱状晶であるため（第１５図及び第１７図）、伸び等
の機械的性質が劣るという問題があった。更に第１８図
に示した装置によっても製造される薄板は面精度が低い
という問題があった。

本発明の目的は、溶融物質から直接に高面精度で且つ機
械的性質の優れた薄板の製造方法を提供するにある。

また、他の発明の目的は、上記方法を容易に実施できる
薄板の製造装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段・作用〕本発明は、表面
曲面形状の主移動冷却体に薄板の素材である溶融物質を
供給し、その接触面から冷却凝固を開始し、反対の面に
未凝固層が残存した状態にて前記主移動冷却体とギャッ
プを有する副移動冷却体により前記未凝固層側を冷却凝
固すると同時に再冷却体の対により圧延する薄板の製進
方法である。

これにより、未凝固層の冷却と全体の圧延を同時且つギ
ャップによって被圧延材の変形抵抗が小さい状態で行な
って面精度を向上させると共に柱状晶の成長を阻止して
微細な結晶組織となし、以って薄板の機械的性質を向上
させたものである。

他の発明は、薄板の素材である溶融物質を供給するノズ
ルと、このノズルの出口直下に配設された表面曲面形状
の主移動冷却体と、この主移動冷却体上で冷却凝固され
る前記溶融物質の未凝固層が残存する位置に該主移動冷
却体と前記溶融物質に圧延圧が加わるギャップを介して
配設した表面曲面形状の副移動冷却体とからなる薄板の
製造装置である。

これにより、溶融物質を主移動冷却体上に供給するだけ
で被圧延材の変形抵抗を小さい状態で圧延でき、以って
面精度良く且つ機械的性質の良好な薄板が製造できるよ
うにしたものである。

〔実施例〕

第１図番１本発明に係る製造装置の構成図である。

いずれも表面曲面形状である大径の主移動冷却体２と小
径の副移動冷却体３の間はギャップを介して非接触で油
圧シリンダー４により加圧されながら両冷却体２，３は
図示しない駆動装置によって回転している。ノズル１は
主移動冷却体２の直上に設置されている。なお、主、副
移動冷却体２゜３間のギャップは図示していないが所望
の圧延圧が得られるようギャップスペーサで調整される
。

非接触にする目的は、これにより溶融物質がスムースに
主、副移動冷却体２，３間にかみ込まれ、またロールで
ある両冷却体２，３の傷の発生も防止するためである。

単にこれだけでは高面精度の薄板は製造できず、最も重
要なことは主、副移動冷却体２，３間にかみ込まれる時
点で、副移動冷却体３と接する面の溶融物質の一部が未
凝固状態にあることである。ここで、未凝固状態とは（
１）液相と同相が混合している状態、または（２）液相
が過冷却されている状態をいう。この未凝固状態を保つ
ことによって変形抵抗が小さくなり、全面が均一に圧延
されて市販材と同等の高面精度の薄板が製造できる。ま
た、後述するように一部未凝固状態で圧延することによ
って薄板の組織は柱状晶の発生が少ない微細な組織にな
る効果がでてくる。

ここで、未凝固状態にあった部分は最終的に薄板に製造
された際、その組織が柱状晶ではなく、微細組織となる
ため、副移動冷却体３の配設位置は、当初この副移動冷
却体３の位置を変化させ、各位置に対応する薄板の組織
からその最適位置を定める。ここで最適位置は、溶融物
質が主移動冷却体２と接触して冷却凝固した凝固層（柱
状晶）の厚さを主及び副移動冷却体２，３間で圧延され
た薄板の厚さの１／２以下となる位置である。これによ
り、薄板の組織は半分以上が微細組織となるため、機械
的性質を大幅に向上できる。尚、微細組織が半分以下で
あっても、従来の製造装置による薄板よりは機械的性質
は向上しているため、その薄板の使用目的に対応して微
細組織の割合を定めればよい。

また、ギャップは面精度を向上できる圧延圧が得られる
程度に定める。特に限定されないが１ｔｏｎから１００
ｔｏｎ程度の範囲で適宜設定すれば通常は所望の面精度
が得られる。

第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明のいろいろな態様による
装置を示す。同図はノズル１から噴出された溶融物質が
主、副移動冷却体２，３間で圧延され薄板５が製造され
る過程′を示しているが、主。

副移動冷却体２，３間は本発明の特徴である非接触で加
圧され回転している。すなわち、いずれの態様も未凝固
層が残在している状態で両冷却体２゜３により冷却かつ
圧延され、面精度が向上する圧延圧が得られるギャップ
が設けられている。

第３図は本発明装置による薄板の製造過程を示す。主移
動冷却体２と副移動冷却体３が非接触で加圧されながら
同期して回転しており、主、副移動冷却体２，３間のギ
ャップはその位置での未凝固層の割合及び製造しようと
する薄板の厚さによって決定される。ノズル１から噴出
された溶融物質６は主移動冷却体２に接し、その面から
凝固が始まり凝固層７が形成される。一方、この面と反
対の副移動冷却体３側の溶融物質は未凝固層８を形成し
、この状態で主、副移動冷却体２，３間で圧延され冷却
されて第４図（薄板幅方向断面の模式図）に示したよう
に主、副移動冷却体２，３と接触した両面が平滑で市販
材と同等の高面精度の薄板が製造でき、組織も微細なも
のができる。未凝固層部分が微細組織となるのは、両冷
却材２゜３間で過冷却状態で凝固されるからである。第
５図は薄板幅方向の主、副移動冷却体間にかみ込まれる
時点での断面模式図を示す。主移動冷却体２と接して凝
固した主移動冷却体側の凝固層７の厚さが同薄板の厚さ
の１／２以下で、同図（ａ）のように残りは未凝固層で
あることが望ましい。そうでない場合、製造された薄板
の微細組織の割合が減少し、機械的性質の向上が不充分
となる。未凝固層が１７５以下では面精度も不充分とな
りやすいので上記範囲に設定するのが望ましい。第５図
（ｂ）は凝固層７の厚さが１／２以上の場合を示すが、
この場合は前記した如く、未凝固層８の厚さが小さいた
め変形抵抗が高く、面精度が不完分となりやすい。同図
（ｃ）の場合は未凝固層がなく凝固層７のみの場合であ
る。この場合は変形抵抗が高く前記（ｂ）と同じ圧延荷
重では圧延できずロールも傷付いてしまう。

製造する薄板の厚さは、１＋ｎｍ以下が望ましい。

その素材の粘性にもよるが１ｒｒＩｎ以上の溶融物質を
主、副移動冷却体間にかみ込まれる前まで保つことが通
常難かしいからである。また、本発明方法で市販材と同
等の高面精度を得るには主、副移動冷却体２，３の溶融
物質６と接する表面の面粗さが±０．２５μｍ以下であ
ることが望ましい。この値を得るには材質的に硬いもの
がよく、また耐摩耗性の点からＲｃ　５０以上がよい。

これは製造される薄板の面粗さは上記した主、副移動冷
却体の面粗さが転写されるためである。したがって、製
造した薄板の面粗さも±０．２５μｍ以下になる。なお
、主、副移動冷却体の材質は耐ヒートクラツク性に優れ
た合金工具鋼製の５ＫＤ−６１＆Ｉｌがよい。

第６図は本発明法と従来法（双ロール法、単口−ル法）
で製造した薄板の面粗さを比較した一例を示す。ロール
の面粗さは本発明法と従来法とも同じである。同図から
明らかなように本発明によれば、面粗さは０．２μｍで
ある。この値は市販材（アルミ、銅、ステンレス鋼など
）と同等の値である。

第７図は薄板の製造方法が本発明法を満足しない場合を
示す。すなわち、主、副移動冷却体２゜３間で圧延され
る時点で溶融物質が、その凝固層７の割合がほとんどで
未凝固層８が１１５以下になっている場合である。この
場合は第８図に示した断面模式図のように副移動冷却体
側には圧延部１３と未圧延部１４が存在し、高面積度の
薄板は製造できない。また、微細組織もほとんどない。

第９図は本発明法の製造装置で第３図、第７図の方法で
製造した薄板の面粗さを比較したものである。第３図の
製造方法によれば薄板の面粗さは市販材と同等のものが
得られる。しかし、本発明の製造方法を満足しないと高
面積度の薄板は製造できないことが解る。

第１０図は薄板の製造装置の他実施例を示す。

中１移動冷却体３及びノズル１を主移動冷却体２に対し
て接離可能に形成し、溶融物質供給開始後の所定時間経
過後に副移動冷却体３が所定のギャップ位置に接近し、
薄板製造終了時に副移動冷却体３及びノズル１を主移動
冷却体２から離間する制御部（図示せず）を備えている
。溶融物質の噴出初期は定常流が得られず乱流となりや
すい。そのためにこれを圧延するとロールが傷付きやす
い。

したがって、同図（ａ）で示したように噴出初期は副移
動冷却体３と所定時間開放して、同図（ｂ）のように定
常流となってから負荷するようにする。

そして、噴出末期も乱流となりやすく、また噴出終了後
はノズル先端に溶融物質６が付着し凝固するために、こ
の凝固物と主移動冷却体２が接触してノズル１の破損、
及びロールの傷付きの原因となる。したがって、同図（
ｃ）のように副移動冷却体３の負荷が開放されると同時
にノズルｌは上、　　昇し主移動冷却体２と接触しない
ようになっている。

第１１図は本発明の更に他実施例を示す。副移動冷却体
３の直径は小さければ小さい程ヘルツ応力が高くなり、
主、副移動冷却体２，３間の加圧荷重は低くてすむ。し
かし、小さくすると冷却構造が困難になる。そこで、同
図に示したようにロール９，１０間に鋼製ベルトよりな
る副移動冷却体３を巻回すればよい。これにより鋼製ベ
ルトを水冷スプレー１２で冷却することが可能になり、
従来のように副移動冷却体の内部を水冷構造としなくて
もよいためその直径を小さくできる。ダスター１１は水
冷スプレー１２でぬれた鋼製ベルトの表面をクリーンに
するためのものである。なお、鋼製ベルトは主移動冷却
体２側に取付けてもよく、主、副移動冷却体２，３０両
方に取付けてもよい。

［実験例１］ 本発明の第１図に示した製造装置で下記に示す製造条件
で薄板を製造した。

１）主移動冷却体の形状：直径８００ｒｒｔｎ、幅　　
５００ｍｍ、 主移動冷却体の材質：合金工具鋼製（Ｓ　ＫＤ−６１鋼
）、内部水冷 構造、硬さはＨｖ　５３、 主移動冷却体の面粗さ２０．２μｍ、 ２）副移動冷却体の形状：直径３００ｍｍ、幅　　５０
０■、 副移動冷却体の材質：合金工具鋼製、内部水冷構造、 副移動冷却体の面粗さ２０．２μｍ、 ３）ノズル材質：アルミナ製 ノズル開口部の寸法：１ｍｍｌｍｍＸ２００ｎ溶融物質
：　Ｃｕ　−Ａ　ｎ　−Ｎ　ｉ合金５）溶融物質の噴出
温度及び圧カニ１２００℃０．１ｋｇ／ｃＪ ６）主、副移動冷却体の周速：５ｍ／ｓ７）主、副移動
冷却体間のギャップ：０．０５ｍｎ８）主、副移動冷却
体間の加圧カニ５０ｔｏｎその結果、幅２００ｍｍ、厚
さ０．３ｍｍの薄板が製造できた。薄板の面粗さを測定
したところ０．２μｍと高面精度であった。第１２図は
この薄板と従来法で製造した薄板の機械的性質を比較し
たもので、Ｃｕ−ＡΩ−Ｎｉ合金は難加工材で゛非常に
脆い材質であるが、本発明の装置及び製造法によれば従
来法に比較して伸びが改善されることが明らかとなった
。これは柱状晶の発生が少なく、組織が微細化している
ため伸びが向上するものと思われる。

［実験例２コ 本発明法で溶融物質にステンレス鋼を用い、噴出温度を
１５５０　’Ｃ１噴出圧力を０．２ｋｇ／ｃＪ、とし他
の製造条件は実験例１と同じくし薄板を製造した。その
結果、幅２００ｎｍ、厚さ０．３５ｍｍの薄板が製造で
きた。薄板の面粗さは０．２μｍと高面精度であった。

第１３図は従来の単ロール法及び本発明法で製造した薄
板のＸ線回折パターンを示す。いずれの場合も大気中で
製造したが従来法の場合はオーステナイト相のピークの
ほかに酸化による酸化物のピークが観察される。しかし
、本発明ではこれら酸化物のピークは出現せず、本発明
法が優れていることが明らかである。

〔発明の効果〕

本発明の製造方法によれば、未凝固層の冷却と全体の圧
延を同時且つギャップによって被圧延材の変形抵抗が小
さい状態で行なうので、薄板の面精度を向上させること
ができると共に柱状晶の成長を阻止して微細な結晶組織
となすことができ、したがって薄板の機械的性質を向上
させることができる。

また、本発明の製造装置によれば、上記方法を溶融物質
を主移動冷却体上に供給するだけで容易に実施すること
ができると共に構造的にも単純である。

いずれの発明でも従来の圧延→焼鈍→圧延の繰り返し工
程を省略できるため、工数を削減でき、コストダウンを
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造装置の一実施例を示す構成図
、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の製造装置のそれぞれ
異なる態様を示す構成図、第３図は本発明の製造装置に
よる製造工程を示す構成図、第４図は本発明の製造装置
で製造した薄板の断面の模式図を示し、第５図（ａ）〜
（ｃ）は圧延される前の溶融物質のそれぞれ異なる状態
を示す断面図、第６図は本発明法と従来法で製造した薄
板の面粗さを示す比較図、第７図は本発明方法を満足し
ない場合の構成図、第８図は第７図の方法で製造した薄
板の断面の模式図、第９図は本発明の製造装置で本発明
の製造法と本発明法と異なった方法で製造した薄板の面
粗さを示す比較図、第１０図（ａ）〜（ｃ）は本発明に
よる製造装置の他の実施例の異なる状態の構成図、第１
１図も異なる実施例を示す構成図、第１２図は本発明法
と従来法で製造した薄板の機械的性質を示す比較図、第
１３図は単ロール法と本発明法で製造したステンレス鋼
のＸ線回折パターンを示す比較図、第１４図は単ロール
法による製造装置を示す構成図、第１５図は単ロール法
で製造した薄板の断面の模式図、第１６図は双ロール法
による製造装置を示す構成図、第１７図は双ロール法で
製造した薄板の断面の模式図、第１８図は他の従来例を
示す構成図である。 １・・・ノズル、２・・・主移動冷却体、３・・・副移
動冷却体、４・・・油圧シリンダー、５・・・薄板、６
・・・溶融物質、７・・・凝固相、８・・・半ａｌｌ相
、９・・・ロール、１０・・・ロール、１１・・・ダス
ター、１２・・・水冷スプレー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面曲面形状の主移動冷却体に薄板の素材である溶
   融物質を供給し、その接触面から冷却凝固を開始し、反
   対の面に未凝固層が残存した状態にて前記主移動冷却体
   とギャップを有する副移動冷却体により前記未凝固層側
   を冷却凝固すると同時に両冷却体の対により圧延するこ
   とを特徴とする薄板の製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、溶融物質が主移動
   冷却体と接触して冷却凝固した凝固層の厚さを主及び副
   移動冷却体間で圧延された薄板の厚さの１／２以下とす
   る薄板の製造方法。 ３、薄板の素材である溶融物質を供給するノズルと、こ
   のノズルの出口直下に配設された表面曲面形状の主移動
   冷却体と、この主移動冷却体上で冷却凝固される前記溶
   融物質の未凝固層が残存する位置に該主移動冷却体と前
   記溶融物質に圧延圧が加わるギャップを介して配設した
   表面曲面形状の副移動冷却体とからなることを特徴とす
   る薄板の製造装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、副移動冷却体及び
   ノズルを主移動冷却体に対して接離可能に形成し、溶融
   物質供給開始後の所定時間経過後に副移動冷却体が前記
   ギャップ位置に接近し、薄板製造終了時に副移動冷却体
   及びノズルを主移動冷却体から離間する制御部を備えた
   薄板の製造装置。 ５、特許請求の範囲第３項において、主移動冷却体及び
   副移動冷却体の少なくとも一方をロールに巻回された鋼
   製ベルトとし、この鋼製ベルトを冷却する水冷スプレー
   を備えた薄板の製造装置。