(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラムの周面に平均直径：１．０〜４．０ｍｍ、平均深さ：４０〜２００μｍを有する凹凸状ディンプル内に、平均直径：１０〜５０μｍ、平均深さ：１〜５０μｍの微小凹と、高さ：１〜５０μｍのアルミナグリッドの破片が喰い込んだ微小突起を有することを特徴とする双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラム。
【請求項２】
双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラムの周面に平均直径：１．０〜４．０ｍｍ、平均深さ：４０〜１７０μｍのディンプルをショットブラスト加工、フォトエッチング加工またはレーザー加工の何れかの加工手段で形成し、次いで、アルミナグリッド吹付けにより平均直径：１０〜５０μｍ、平均深さ：１〜５０μｍの微小凹を形成し、更に、高さ：１〜５０μｍのアルミナグリッドの破片が喰い込んだ微小突起を形成した冷却ドラムを用い、溶鋼に可溶な非酸化性ガスまたは溶鋼に可溶な非酸化性ガスと溶鋼に非可溶な非酸化性ガスとの混合ガスの雰囲気で鋳造することを特徴とする双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラムを用いた鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、双ドラム式連続鋳造用冷却ドラムに関するもので、特に、周面に微細な凹凸状の窪み（以下ディンプルという。）を形成し、表面品質の良好な薄鋳片を安定して鋳造するための双ドラム式連続鋳造用冷却ドラムとそれを用いた鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属の連続鋳造分野において、最終形状に近い薄帯を連続鋳造する方法として一対の冷却ドラムを用いた双ドラム式ストリップ連続鋳造方法があるが、この鋳造方法は図１に示すように、一対の冷却ドラム１−ａ、１−ｂとこれら冷却ドラム間をシールするためのサイド堰２−ａ、２−ｂとの間に形成された湯溜まり３に溶融金属Ｒを供給し、溶融金属Ｒは、冷却ドラム１−ａ、１−ｂを介して抜熱され、冷却ドラム１−ａ、１−ｂの周面で凝固シェルｇ、ｇ’を形成し、凝固シェルｇ、ｇ’は冷却ドラム間のロールギャップＫｐ間で圧着されて一体化された薄帯Ｃとなって送り出される。
【０００３】
前記薄肉鋳造方法では、鋳造された鋳片は最終製品の形状に近似した形状であるため、鋳造後に表面欠陥を研削などの手段によって除去することは非能率であると共に、歩留りが大幅に低下するが故に、鋳造時に割れや亀裂などの表面欠陥を皆無にすることが必須の技術的課題となっている。一方、前記薄肉鋳造では凝固シェルが急冷されるために急冷に伴う熱収縮応力によって鋳片表面に割れや亀裂等の欠陥が発生し易いという問題がある。そこで、鋳片の表面欠陥を安定的に防止するために様々な提案がなされている。例えば、特公平４−３３５３７号公報では冷却ドラム周面に円形または楕円形のディンプルを多数形成する方法、特開平３−１７４９５６号公報では冷却ドラム周面をローレット加工、サンドブラスト加工によって粗面化する方法、特開平９−１３６１４５号公報では冷却ドラム周面をショットブラスト加工により最大直径≦平均直径＋０．３０ｍｍを満足するディンプルを形成する方法、或いは特開平１１−１７９４９４号公報では冷却ドラム周面をフォトエッチング、レーザー加工等の手段によって直径０．２〜１．０ｍｍの円柱状、楕円柱状の突起を多数形成し、表面の最大凹凸高さが１５μｍ以下である鋳片を得る方法が提案されている。これらの方法は、いずれも冷却ドラム周面にディンプルや突起を多数形成することによって冷却ドラムと溶鋼の間に空気層を導入し、冷却ドラム周面と溶鋼との実効接触面積を減少させることによって凝固シェルの冷却を緩和し、急冷による熱収縮応力を軽減させること、およびディンプルの窪み（凹部）の周縁部（凸部）から凝固を安定的に開始させることにより割れ、亀裂の発生を防止な表面性状の鋳片を得ることを目的としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平４−３３５３７号公報や特開平３−１７４９５６号公報で提案された方法では、冷却ドラム周面に形成したディンプルに溶鋼が差し込み鋳片表面に高い凸転写が形成されるために後工程での圧延等の加工でスケールの巻き込み、線状ヘゲ等の圧延疵が発生する。また、特開平９−１３６１４５号公報、特開平１１−１７９４９４号公報では、ディンプルが大きく接触表面積が大き過ぎ、凝固シェル形成時に過冷却部と緩冷却部が混在するために鋳片割れが発生する。そこで、本発明者らは、前述したディンプルより更に接触表面積を小さくすれば前記鋳片表面の高い凸転写および割れが発生しないのではないか、また、前述したディンプルより更に多くの凹凸を付与すれば多くの凸部から凝固をより安定的に開始させることにより割れが防止できるのではないかとの発想の下に冷却ドラム周面に従来のディンプルに更に微小な凹および突起を付与することで高い凸転写、鋳片割れ、亀裂等を極力減少する方法を開発した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、双ドラム式連続鋳造装置に用いる冷却ドラムに関するもので、通常のディンプル内に更に微小な凹およびグリッド破片を喰い込ませた微小な突起を付与することにより、凝固開始点を通常ディンプルよりも微細分散させることにより高い凸転写、鋳片割れ、亀裂等がなく、表面性状に優れた鋳片を安定的に製造するための冷却ドラム及び該冷却ドラムを用いた鋳造方法を提供するものである。その要旨は以下の通りである。
（１）双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラムの周面に平均直径：１．０〜４．０ｍｍ、平均深さ：４０〜２００μｍを有する凹凸状ディンプル内に、平均直径：１０〜５０μｍ、平均深さ：１〜５０μｍの微小凹と高さ：１〜５０μｍのアルミナグリッドの破片が喰い込んだ微小突起を有することを特徴とする双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラム。
（２）双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラムの周面に平均直径：１．０〜４．０ｍｍ、平均深さ：４０〜１７０μｍのディンプルをショットブラスト加工、フォトエッチング加工またはレーザー加工の何れかの加工手段で形成し、次いで、アルミナグリッド吹付けにより平均直径：１０〜５０μｍ、平均深さ：１〜５０μｍの微小凹を形成し、更に、高さ：１〜５０μｍのアルミナグリッドの破片が喰い込んだ微小突起を形成した冷却ドラムを用い、溶鋼に可溶な非酸化性ガスまたは溶鋼に可溶な非酸化性ガスと溶鋼に非可溶な非酸化性ガスとの混合ガスの雰囲気中で鋳造することを特徴とする双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラムを用いた鋳造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
薄鋳片の表面割れを防止するためには、冷却ドラムと凝固シェルとの間にガスギャップを形成させて凝固シェルを緩冷却させること、鋳片表面にディンプルによる凸転写を形成させることにより凸転写の周縁部から凝固を開始させ、かつ凝固を鋳片幅方向で均一にする必要がある。一方、鋳造後の薄鋳片をインラインで圧延する場合には圧延後の薄鋳片にはスケール噛込み疵が発生し、この疵は冷延後の薄板製品でも残存する。スケール噛込み疵は凸転写部のうち高い凸転写の部分、すなわち冷却ドラム周面に加工したディンプルのうち深い窪みと対応する部分で優先的に発生する。また、鋳造後にインラインで圧延しない場合にはスケール噛込み疵の発生はないが冷延後でも凸転写が消えずに痕跡が残存する。
【０００７】
また、冷却ドラム周面に加工したディンプルは、長時間の鋳造により磨耗して寿命が低下する。上記凸転写によるスケール噛み込み疵および窪みの磨耗による寿命低下を抑制するためには、最大深さと平均深さの差の小さいディンプルが有効であるとの知見から、ショット粒の粒径分布範囲（最大直径−平均直径）を小さくすること、すなわち、上記粒径分布範囲を小さくすることでディンプル深さの分布範囲も小さくなることが判明した。ショットブラスト加工においては、最大直径≦平均直径＋０．３０ｍｍを満足するショット粒を使用し、所望の平均深さを得るために、冷却ドラム周面の硬度が高い程、使用するショット粒の平均直径を大きく、或いは施工時のブラスト圧力を高くしていた。
【０００８】
しかしながら、上述の事実に基づいてディンプルを加工した冷却ドラムを用いて製造した鋳片の表面には依然として微小な表面割れが発生している。そこで、本発明者らは現状のディンプルの状態を詳細に観察した。その結果を図２に示す。この図２および図３は、従来法として最も一般的なショットブラスト加工を行い、冷却ドラムの周面に平均直径：２．１ｍｍ、平均深さ：１３０μｍのディンプルを付与し、この冷却ドラム周面のディンプルの状態をレプリカ採取後、４５°斜めから電子顕微鏡で１５倍（図２）、５０倍（図３）で観察（撮影）した表面凹凸形状を示したものである。図２、図３においては窪みの凹凸が明瞭で、ディンプル４の直径は４０００ミクロン、深さで１００ミクロンを越える深さに達している。このようなディンプルにおいては、ディンプルの直径および深さともに大きいため、凝固シェル形成時に急冷却部と緩冷却部が混在することになる。これでは、冷却ドラム周面に形成したディンプルの凹部では緩冷却過ぎ、一方、凸部では急冷却現象が発生するのは当然である。更に、鋳造時の凝固現象は、ディンプルとの接触部位から凝固が開始するので、ディンプル径が大きい部分や深さが大きい部分では、急冷・緩冷の差が大きくなり過ぎてディンプル単位での微小割れが発生し易くなる。
【０００９】
本発明者らは、冷却ドラムの周面に平均直径：１．０〜４．０ｍｍ、平均深さ：４０〜１７０μｍのディンプルを付与した後、このディンプルに更に、平均直径数十〜数百ミクロンという非常に小さいアルミナグリッドを吹付け、平均直径：１０〜５０μｍ、平均深さ：１〜５０μｍの微小凹および高さ１〜５０μｍのアルミナグリッド破片喰い込みによる微小突起を形成した。この場合において、前記アルミナグリッドは、ドラム周面に衝突して窪みを形成するものや、衝突した瞬間に破砕してその破片が冷却ドラム周面に突き刺さり、そのまま破片としてドラム周面に喰い込んで鋭角または鈍角状の微小突起を形成する。従って、従来の大径で、深さの大きなディンプル内に更に微小な凹及び突起が形成されることになる。この微小凹は、平均直径：１０〜５０μｍ、平均深さ：１〜５０μｍで、微小突起の高さは１〜５０μｍである。
【００１０】
図４、図５、図６は、このようにして形成した冷却ドラム周面のディンプルの状態をレプリカを採取して電子顕微鏡で４５°斜めから１５倍（図４）、５０倍（図５）、１００倍（図６）で観察（撮影）した表面凹凸形状を示したものである。図４（１５倍）、図５（５０倍）ではディンプル内に微小な凹が形成されている状態が見える。また、図６（１００倍）の矢印部で示す様にアルミナグリッドの破片が喰い込んでいる部分が見える。このようなディンプルにおいては、大きなディンプルだけでなく、微小凹の周縁部、微小突起からも凝固が開始するので、凝固シェル形成時に急冷却部と緩冷却部の分布が小さいことになり、より均一冷却が可能になるものである。
【００１１】
本発明において、上記サイズの微小凹を形成するためには数十〜数百μｍのアルミナグリッドを使用するものであるが、前記アルミナグリッドのサイズが数十μｍ以下では微小凹の形成が困難であること、またグリッド破片が小さ過ぎても突起形成の効果がなく、一方、数百μｍ以上のグリッドでは先に形成したディンプルサイズ（平均深さ４０〜１７０μｍ）を越えたり、グリッドの破片も大き過ぎるのでアルミナグリッドの直径は数十〜数百μｍとした。好ましくは５０〜１００μｍ前後のサイズのアルミナグリッドが最も効果を発揮できる。また、本発明で最初に形成するディンプルのサイズは、通常のショットブラスト法、フォトエッチング法或いはレーザー加工等のいずれかの手段で形成されるディンプルサイズで十分であり、そのサイズは平均直径：１．０〜４．０ｍｍ、平均深さ：４０〜１７０μｍが好ましい。そして、このようなサイズで形成したディンプルの表面に更に数十〜数百μｍの直径を有するアルミナグリッドを吹き付けて形成する微小凹のサイズは、平均直径：１０〜５０μｍ、平均深さは１〜５０μｍで、しかも通常ディンプルの平均深さ以下が好ましい。
【００１２】
また、本発明において形成する微小突起は、高さが１〜５０μｍである。更に、微小凹凸の形成には、アルミナグリッドを使用したが、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｎｉ合金、Ｃｏ−Ｗ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｗ合金のいずれか１種以上からなる溶液をめっきすることや、或いは溶射する方法でも良い。
このように、本発明においては、通常の方法で形成した通常のディンプル内に更に微小凹凸或いは微小グリッド破片を喰い込ませることにより、溶鋼の凝固開始点を通常窪み（ディンプル）よりも微細分散させるとにより冷却時の鋳片の微小割れを確実に防止できる。
【００１３】
【実施例】
次に、実施例について説明する。本発明においては、前述したような冷却ドラムを用い、鋳造は溶鋼に可溶な非酸化性雰囲気下または、溶鋼に可溶な非酸化性ガスと溶鋼に非可溶な非酸化性ガスの混合雰囲気下で鋳造し、鋳片に本発明による冷却ドラムのディンプルを転写させることにより実施した。
【００１４】
表１に示すように、直径：１０００ｍｍφのＣｕ製冷却ドラム周面にベースディンプルとして、通常のショットブラスト法により、平均直径：１．５〜３．０ｍｍ、平均深さ：３０〜２５０μｍを形成した。比較例としての冷却ドラムは、このショットブラスト法によるベースディンプルのままの例、またはベースディンプル深さが小さ過ぎる例、大き過ぎる例、或いは微小凹が形成されても微小凹直径、微小凹深さ、或いは微小突起高さが本発明の範囲に満たないものである。一方、本発明による実施例においては、前記ベースディンプルの上に更に、５０〜１００μｍ前後のサイズのアルミナグリッドを吹き付け、平均直径：１０〜５０μｍ、平均深さ：１〜５０μｍの微小凹を形成し、同時に前記アルミナグリッド破片が喰い込み、１〜５０μｍの高さを有する微小突起を形成した。上記表１にその結果を併せて示した。
【００１５】
表１において、実施例Ｎｏ.２およびＮｏ.８は本発明例で、残るＮｏ.１、３〜７、９、１０は何れも比較例である。本発明例Ｎｏ.２、Ｎｏ.８においては鋳片割れ発生が皆無であった。一方、比較例である通常のベースディンプルのままのＮｏ.１、Ｎｏ.７の例では、割れ発生量として０．２ｍｍ／ｍ２、０．３ｍｍ／ｍ２の鋳片割れが発生した。Ｎｏ.３の例では微小凹径が小さ過ぎたために微小凹が形成されても０．１ｍｍ／ｍ２の鋳片割れが発生した。Ｎｏ.４の例では微小凹深さが小さ過ぎ、また微小突起高さが小さ過ぎ、０．１ｍｍ／ｍ２の鋳片割れが発生した。Ｎｏ.５の例ではベースディンプル深さが小さ過ぎ、しかも微小凹、微小突起も形成していないために１７．０ｍｍ／ｍ２の大きな鋳片割れが発生した。これはベースディンプル深さが小さ過ぎたことにより緩冷却効果が不足したものと考えられる。また、同様に、Ｎｏ.６の例では微小凹、微小突起を形成してもベースディンプル深さが小さ過ぎ、１５．０ｍｍ／ｍ２の大きな鋳片割れが発生した。この例ではベースディンプル深さが小さ過ぎ、微小凹、微小突起の効果が発揮されなかったものと考えられる。更に、Ｎｏ.９の例ではベースディンプルの平均深さが２５０μｍと大き過ぎ、微小凹、微小突起がないことと相まって５．０ｍｍ／ｍ２の鋳片割れが発生した。Ｎｏ.１０の例では、深さが２５０μｍという大きなディンプル内に微小凹、微小突起を付与したが、ベースディンプルが深過ぎて微小凹、微小突起付与の効果が発揮されず３．０ｍｍ／ｍ２の鋳片割れが発生した。
【００１６】
【表１】
0004406164.tif 000002
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による双ドラム式連続鋳造装置用冷却ドラムは、従来のサイズを有する凹凸状のディンプルを形成後、更に前記ディンプル内に数十〜数百μｍのサイズを有するアルミナグリッドを吹付け微小凹、微小突起を形成させることにより、凝固開始点の分散による均一冷却を行うことで鋳片表面の微小割れ、亀裂発生を防止し、また、凸転写によるスケール噛込み疵を防止して表面品質の良好な薄鋳片を安定して鋳造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための双ドラム式連続鋳造装置を示す一部断面側面図である。
【図２】従来の冷却ドラムの周面のディンプルをレプリカ採取後電子顕微鏡で４５°斜めから観察（撮影)(１５倍）した状態を示す拡大図。
【図３】従来の冷却ドラム周面のディンプルをレプリカ採取後電子顕微鏡で４５°斜めから観察（撮影)(５０倍）した状態を示す拡大図である。
【図４】本発明による冷却ドラムの周面のディンプルをレプリカ採取後電子顕微鏡で４５°斜めから観察（撮影)(１５倍）した状態を示す拡大図である。
【図５】本発明による冷却ドラムの周面のディンプルをレプリカ採取後電子顕微鏡で４５°斜めから観察（撮影)(５０倍）した状態を示す拡大図である。
【図６】本発明による冷却ドラムの周面のディンプルをレプリカ採取後電子顕微鏡で４５°斜めから観察（撮影)(１００倍）した状態を示す拡大図である。
【符号の説明】
１−ａ、１−ｂ…冷却ドラム
２−ａ、２−ｂ…サイド堰
３…湯溜まり
４…凹凸状ディンプル
５…微小凹凸
６…微小突起
Ｒ…溶融金属
ｇ、ｇ’…凝固シェル
Ｋｐ…ロールギャップ
Ｃ…薄鋳片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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