説明

Ni基合金板の製造法

【目的】 双ロール法でLaves相が析出するNi基合金の薄板を製造する際に生じる割れやバルジングを防止する。
【構成】 双ロール式連鋳機を用いてLaves相化合物が析出するNi基合金の金属板を製造するさいに,ロールの円周面を銅または銅合金で構成したうえ,その表面に熱伝導率10〜90 W/m.Kの材質からなる厚みが 1.0mm超え 3.5mm以下の伝熱抵抗層を形成し且つこの伝熱抵抗層の表面を中心平均粗さ (Ra)で5〜25μmの粗面とした双ロール式連鋳機を用い,該ロール対の間隙を通過する薄板にかかる単位板幅当りの圧着負荷を20〜100 N/mm幅の範囲に制御して該Ni基合金を鋳造する。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,Laves相が析出するNi基合金からなる良品質の金属板を歩留りよく製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼よりも耐熱・耐食性に優れたNi合金は,ステンレス鋼でも使用できないような苛酷な環境,例えば化学装置や耐海水用部品に用いられている。
【0003】一般にNi基合金はステンレス鋼より高温変形抵抗が高いので, その合金板を製造する場合には,合金塊から薄板を得るまでに, 焼鈍と圧延を何度も繰り返さなければならない。特にLaves相化合物が析出するNi基合金は熱間加工性が極めて悪い。
【0004】すなわち, マトリックス中にγ'相やMC型炭化物を析出させることによって高温強度の向上を図ったNi基合金, 例えばMoやNbが多く添加されたNi基合金ではLaves相(金属間化合物)が凝固末期に偏析により析出する。Laves相が析出したNi基合金は,Lavas相が低融点であるために,延性の発現する温度が低下し,いわゆる液膜脆化により熱間加工中に割れが生じ易くなる。
【0005】したがって,Laves相が析出したNi基合金の鋳塊を熱間加工する場合には,加工温度を液膜脆化が生じない温度まで下げる必要があった。その結果,鋳塊から薄板を得るためには,変形抵抗の高い領域における加工を余儀なくされ,加工コストが必然的に増大した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような熱間加工の困難な材料に対しては,双ロール法や単ロール法のように溶湯から直接薄板を製造する技術の適用が考えられる。即ち,溶湯からの急冷凝固により直接薄板を得ることが可能となれば,単に省工程によるメリットにとどまらず,材料中の析出物(Laves相化合物)の微細分散化など品質面でも向上が期待できる。
【0007】しかし,Laves相化合物が析出するNi基合金を双ロール法を適用して薄板に製造する場合には,他のNi基合金に比べ鋳造時に割れが発生しやすい。すなわち液膜脆性が生じ易い合金は,双ロール法においても鋳造時に板表面に割れが発生し易く,著しい場合, 裂断が生じるという問題がある。したがって,双ロール法や単ロール法等の溶湯急冷法を何ら技術的改善なしに該合金に適用しても割れなどの欠陥のない良好な板を得ることは極めて困難である。
【0008】本発明は,Laves相が析出するNi基合金を双ロール法により溶湯から直接薄板を製造する場合の上記の課題を解決しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば,一対の内部冷却式ロールの両円周面上で形成する凝固シエルを該ロール対の間隙で圧着して薄板に直接鋳造する双ロール式連鋳機を用いて,Laves相化合物が析出するNi基合金の金属板を製造する方法であって,内部から冷却される該ロールの円周面を銅または銅合金で構成したうえ,その表面に熱伝導率10〜90 W/m.Kの材質からなる厚みが 1.0mm超え 3.5mm以下の伝熱抵抗層を形成し且つこの伝熱抵抗層の表面を中心平均粗さ (Ra)で5〜25μmの粗面とした双ロール式連鋳機を用いること,および該ロール対の間隙を通過する薄板にかかる単位板幅当りの圧着負荷を20〜100 N/mm幅の範囲に制御して該Ni基合金を鋳造することを特徴とするNi基合金板の製造法を提供する。
【0010】
【作用】本発明者らは,Laves相が析出するNi基合金を双ロール法により種々の条件で鋳造し,板表面の割れと鋳造条件との関係を詳細に調査した。その結果,まず割れの発生位置については,鋳造時に生じる板表面の温度むら (冷却むら)の高温部に対応した位置であることを知った。また割れは板表面の温度むらが著しいほど発生しやすいこともわかった。したがって,該合金板の割れを防止するためには鋳造時に発生する板表面の温度むらを軽微にすることが重要である。
【0011】内部冷却式双ロールを用いた双ロール式連鋳機では, ロール表面から成長する凝固シエルは均一ではなくある程度のシエル厚むらを伴って成長する。シエル厚むらが厚い領域では,他より早く両ロール面から成長してきたシエル同士が突き合わさって圧延されるため,その領域だけロールとの密着性が急激に改善され伝熱抵抗が著しく低下し,温度が低下する。
【0012】すなわち,板表面の温度むらはシエル厚むらが大きいほど著しくなる。また圧着負荷が大きいほど,凝固シエルとロールとの密着性が急激に改善され温度が低下する領域と,他の密着性が改善されなかった領域との温度差が大きくなり,その結果板表面の温度むらは著しくなる。
【0013】このようなことから,板表面の割れを引き起こす板表面の温度むらを軽微にするには,円周面上で成長するシエル厚むらを小さくし, また 圧着負荷を小さくするとともに,密着性が良くなったときにも急激な抜熱を抑制することが肝要となる。
【0014】ロールスリーブ (ロールの胴部の円周面) の材質は,一般にロールの熱膨張を小さくするため熱伝導率の高い銅あるいは銅合金が使用される。本発明においても,この意味からスリーブの材質は銅あるいは銅合金を用いる。
【0015】そして,この銅または銅合金からなるスリーブ表面(円周面)に熱抵抗となる層 (伝熱抵抗層) を別途設ける。すなわち銅または銅合金スリーブ表面に銅より熱伝導率の低い金属層を例えばメッキ処理によって形成する。より具体的には,熱伝導率10〜90 W/m.Kの材質からなる厚みが 1.0mm超え 3.5mm以下の伝熱抵抗層をスリーブ表面に形成すれば,密着性が良くなったときにも急激な抜熱を抑制することができる。
【0016】伝熱抵抗層の構成材料は熱伝導率が90W/m.K以下のものを用いる。これより高い熱伝導率のものでは伝熱抵抗としての作用を十分に果たさない。しかし, 熱伝導率が10W/m.K未満のものでは凝固速度が遅くなりすぎて,生産性の面やその他の面でも支障となる。
【0017】伝熱抵抗層の厚みは1.0mm超え3.5mm以下の範囲とするのがよい。1.0mm以下では厚みが薄くなりすぎて,伝熱抵抗層としての本来の作用を果たし難くなり, また3.5mmを超えると凝固速度が遅くなって生産性の面やその他の点でも支障を来すようになる。
【0018】一方, 伝熱抵抗層の表面に対して,ブラスト処理等によってその表面粗度を中心平均粗さ(Ra)で5〜25μmに調節する。このような表面粗度とすることによって溶湯から円周面に凝固するさいの初期凝固時のシェル厚のむらを抑制できる。表面粗度が5μm未満の表面では例え前記の伝熱抵抗層の熱伝導率の条件を満足しても緩冷却効果が小さく,このためにシェル厚のむらを抑制できず,板表面の温度むらが助長され, 結果的には割れが発生しやすくなる。しかし,25μmを超えた値に表面を粗くすると, 表面の凹凸が鋳造板に転写され, これが, 鋳造された薄板を続いて冷延工程において光沢不良などの欠陥を形成する原因となるので好ましくない。
【0019】このようにロールスリーブ材質並びに表面粗度を調節したうえ,さらに本発明では鋳造時の薄板にかかる単位板幅当りの圧着負荷を20N/mm幅以上 100N/mm幅以下の範囲に制御する。圧着負荷が 100N/mm幅を超えると温度むらが助長され, またロール表面の摩耗も激しくなる。他方, 20N/mm幅未満では, 板厚中心部が未凝固となり, 板がロール離脱後バルジングや復熱により割れなどが発生しやすくなる。このような圧着負荷の制御は,同一出願人に係る例えば特願平2-214041や特願平2-214042号で提案した圧着負荷制御技術を採用することによって行なうことができる。
【0020】このようにして本発明によれば,Laves相化合物が析出するNi基合金において割れ等の表面欠陥のない良好な金属板を溶湯から直接製造でき,しかも析出物(Laves相)の微細分散化といった品質面でも良好な作用が供される。
【0021】
【実施例】300mm幅×400mmφの銅合金製の内部水冷式ロールを用いた双ロール式連鋳機を用いて, Ni基合金の薄板鋳造を行った。表1に, 供試したNi基合金の化学成分値を示した。いずれも,Laves相が凝固末期に晶出する成分のNi基合金である。ロールの銅合金表面に伝熱抵抗層としてNiメッキまたはNi-2.5%Feメッキを表1に示す厚さで施し,また,これらメッキ層の表面にサンドブラスト処理を施すことにより,表1に示した中心平均粗さ (Ra)の粗度に調節した。NiメッキまたはNi-2.5%Feメッキ層はいずれも熱伝導率が90W/m.K以下である。
【0022】鋳造にさいしては,溶湯量110Kgで, 板厚が1mm超え6.0mm以下となるようにロールギャップを設定した。そして,鋳造中の板にかかる圧着負荷を検出し,ロールの回転速度を制御することによって,圧着負荷が各ヒート毎に表1の範囲に入るように調節した。すなわち,圧着負荷が規定範囲よりも大きくなりそうな場合は,ロールの回転速度を増し, 逆に小さくなりそうな場合は,ロールの回転速度を減じた。
【0023】表1には,各例における鋳造条件のほか,得られた板の割れおよびバルジングの発生状況を調査した結果を併せて示した。
【0024】
【表1】


【0025】表1の結果から,Laves相化合物が析出するNi基合金でも本発明で規定する条件を満たした双ロール法によれば,割れやバルジングを起こさないで,良好な表面品質を有する薄板が得られることがわかる。
【0026】これに対して,比較例に見られるように本発明で規定する条件を一つでも外れると,割れやバルジングが発生して良好な薄板が得られない。すなわち,No.8,9,12のように,メッキなしまたは1.0mm以下のメッキ厚では割れが発生した。また圧着負荷がNo11のように小さい範囲を含む場合では,未凝固に起因したバルジングが発生した。熱伝導率が90W/m.K以下でかつ厚みが1mmを超えるメッキを施しても,No.10 のように表面が中心平均粗さが5μm以下のロールでは鋳造板の表面に割れが多数発生した。
【0027】なお,本発明例で得られた薄板の外観と比較例で得られた薄板の外観とを対比すると,前者のものは温度むら模様が見られなかったのに対し,後者のものでは鋳造方向に温度むら模様が発生しており,その高温部に対応した位置において表面部に割れが発生していた。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば難熱間加工性のLaves相が析出するNi基合金について,割れやバルジングのない表面品質の良好な薄板を溶湯から直接製造できようになった。また,析出物(Laves相)が微細分散化するので品質面でも向上する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】 一対の内部冷却式ロールの両円周面上で形成する凝固シエルを該ロール対の間隙で圧着して薄板に直接鋳造する双ロール式連鋳機を用いて,Laves相化合物が析出するNi基合金の金属板を製造する方法であって,内部から冷却される該ロールの円周面を銅または銅合金で構成したうえ,その表面に熱伝導率10〜90 W/m.Kの材質からなる厚みが 1.0mm超え 3.5mm以下の伝熱抵抗層を形成し且つこの伝熱抵抗層の表面を中心平均粗さ (Ra)で5〜25μmの粗面とした双ロール式連鋳機を用いること,および該ロール対の間隙を通過する薄板にかかる単位板幅当りの圧着負荷を20〜100N/mm幅の範囲に制御して該Ni基合金を鋳造すること,を特徴とするNi基合金板の製造法。
【請求項2】 鋳造される金属板の厚みは 1.0mm超え 6.0mm以下である請求項1に記載のNi金属合金板の製造法。
【請求項3】 伝熱抵抗層はNiメッキ層またはNi-Feメッキ層である請求項1または2に記載のNi基合金板の製造法。

【公開番号】特開平5−261491
【公開日】平成5年(1993)10月12日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平4−92289
【出願日】平成4年(1992)3月19日
【出願人】(000004581)日新製鋼株式会社 (1,178)