JP2019094530A - 鋳造用モールド材、及び、銅合金素材 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温強度に優れるとともに、高温条件下で使用した場合であっても局所的な強度の低下および導電率の上昇が抑制され、安定して鋳造を行うことが可能な鋳造用モールド材を提供する。【解決手段】金属材料を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材であって、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有するとともに、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有する。【選択図】なし
Description
本発明は、例えば鉄鋼、アルミニウム、銅等の金属材料を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材、及び、上述の鋳造用モールド材等の高温環境下で使用される部材に適した銅合金素材に関するものである。
従来、鉄鋼、アルミニウム、銅等の金属材料を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材には、大きな熱応力に耐える高温強度、過酷な熱疲労環境に耐える高温伸び、高温での耐摩耗性（硬さ）、熱伝導性などの特性に優れることが求められている。
ここで、Ｃ１８１５０等のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金は、優れた耐熱性及び導電性（熱伝導性）を備えていることから、例えば特許文献１、２に示すように、使用環境が高温となる鋳造用モールド材の素材として利用されている。
ここで、Ｃ１８１５０等のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金は、優れた耐熱性及び導電性（熱伝導性）を備えていることから、例えば特許文献１、２に示すように、使用環境が高温となる鋳造用モールド材の素材として利用されている。
上述のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金は、通常、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金鋳塊に塑性加工を施し、例えば保持温度が９５０〜１０５０℃、保持時間が０．５〜１．５時間の溶体化処理と、例えば保持温度が４００〜５００℃、保持時間が２〜４時間の時効処理と、を行い、最後に機械加工により所定の形状に仕上げる製造工程によって製造される。
そして、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金においては、溶体化処理でＣｒ及びＺｒをＣｕの母相中に固溶し、時効処理によってＣｒ系析出物（Ｃｕ−Ｃｒ）やＺｒ系析出物（Ｃｕ−Ｚｒ）を微細分散させることで、強度及び導電性（熱伝導性）の向上を図っている。
そして、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金においては、溶体化処理でＣｒ及びＺｒをＣｕの母相中に固溶し、時効処理によってＣｒ系析出物（Ｃｕ−Ｃｒ）やＺｒ系析出物（Ｃｕ−Ｚｒ）を微細分散させることで、強度及び導電性（熱伝導性）の向上を図っている。
近年、鋳造対象となる合金品種の増加やモールドの寿命延長によるコストダウン等の要求により、より過酷な環境においても使用可能な鋳造用モールド材が求められている。
詳述すると、合金品種によってはモールドに注入される溶融金属の温度が高く設定されることがあり、従来よりも優れた高温強度が求められる。また、モールドにおいては、湯面近傍の温度が局所的に高くなる傾向にあるため、高温となった領域において析出物の分散状態が変化し、モールド内において局所的な強度の低下及び導電性の向上（熱伝導性の向上）が生じ、冷却状態が不安定となり、鋳造を安定して実施することができなくなるおそれがあった。
詳述すると、合金品種によってはモールドに注入される溶融金属の温度が高く設定されることがあり、従来よりも優れた高温強度が求められる。また、モールドにおいては、湯面近傍の温度が局所的に高くなる傾向にあるため、高温となった領域において析出物の分散状態が変化し、モールド内において局所的な強度の低下及び導電性の向上（熱伝導性の向上）が生じ、冷却状態が不安定となり、鋳造を安定して実施することができなくなるおそれがあった。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高温強度に優れるとともに、高温条件下で使用した場合であっても局所的な強度の低下及び導電性（熱伝導性）の向上が抑制され、安定して鋳造を行うことが可能な鋳造用モールド材、及び、この鋳造用モールド材に適した銅合金素材を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の鋳造用モールド材は、金属材料を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材であって、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有するとともに、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有することを特徴としている。
この構成の鋳造用モールド材においては、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で、それぞれ含有しているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることができ、強度及び導電率を向上させることができる。
また、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、固溶強化によって、強度を向上させることができる。
そして、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、Ｚｒ及びＣｒと反応することでＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成される。これらＺｒ−Ｐ化合物およびＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、高温でも安定であることから、高温条件下で使用した場合であっても、局所的な強度の低下や導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
また、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、固溶強化によって、強度を向上させることができる。
そして、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、Ｚｒ及びＣｒと反応することでＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成される。これらＺｒ−Ｐ化合物およびＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、高温でも安定であることから、高温条件下で使用した場合であっても、局所的な強度の低下や導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
さらに、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有しているので、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しても、強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が確保され、強度向上を図ることができる。
また、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するので、Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができ、優れた導電性（熱伝導性）を確保することができる。
また、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するので、Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができ、優れた導電性（熱伝導性）を確保することができる。
ここで、本発明の鋳造用モールド材においては、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下含んでいてもよい。
この場合、Ｓｉが銅の母相中に固溶することで、固溶強化によってさらなる強度の向上を図ることができる。
この場合、Ｓｉが銅の母相中に固溶することで、固溶強化によってさらなる強度の向上を図ることができる。
また、本発明の鋳造用モールド材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていることが好ましい。
この場合、不純物元素であるＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下に制限されているので、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。
この場合、不純物元素であるＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下に制限されているので、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。
さらに、本発明の鋳造用モールド材においては、導電率が７０％ＩＡＣＳを超えることが好ましい。
この場合、導電率が７０％ＩＡＣＳを超えているので、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、高温条件下で使用した場合であっても局所的な強度の低下及び導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
この場合、導電率が７０％ＩＡＣＳを超えているので、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、高温条件下で使用した場合であっても局所的な強度の低下及び導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
また、本発明の鋳造用モールド材においては、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上であることが好ましい。
この場合、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上であるので、十分な硬さを有しており、使用時における変形を抑制でき、鋳造用モールド材として良好に使用することができる。
この場合、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上であるので、十分な硬さを有しており、使用時における変形を抑制でき、鋳造用モールド材として良好に使用することができる。
さらに、本発明の鋳造用モールド材においては、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径が１００μｍ以下であることが好ましい。
この場合、高温条件下で使用した場合であっても、結晶粒径の粗大化が抑制されており、強度の低下を抑制することができる。また、亀裂の伝播速度を抑えることができ、熱応力等による大きな割れの発生を抑制することができる。
この場合、高温条件下で使用した場合であっても、結晶粒径の粗大化が抑制されており、強度の低下を抑制することができる。また、亀裂の伝播速度を抑えることができ、熱応力等による大きな割れの発生を抑制することができる。
本発明の銅合金素材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有するとともに、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有し、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率が７０％ＩＡＣＳを超えることを特徴としている。
この構成の銅合金素材においては、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率が７０％ＩＡＣＳを超えているので、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、高温条件下で使用した場合であっても、局所的な強度の低下及び導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
ここで、本発明の銅合金素材においては、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下含んでいてもよい。
この場合、Ｓｉが銅の母相中に固溶することで、固溶強化によってさらなる強度の向上を図ることができる。
この場合、Ｓｉが銅の母相中に固溶することで、固溶強化によってさらなる強度の向上を図ることができる。
また、本発明の銅合金素材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていることが好ましい。
この場合、不純物元素であるＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下に制限されているので、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。
この場合、不純物元素であるＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下に制限されているので、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。
本発明によれば、高温強度に優れるとともに、高温条件下で使用した場合であっても局所的な強度の低下及び導電性（熱伝導性）の向上が抑制され、安定して鋳造を行うことが可能な鋳造用モールド材、及び、この鋳造用モールド材に適した銅合金素材を提供することが可能となる。
以下に、本発明の一実施形態である鋳造用モールド材、及び、銅合金素材について説明する。
本実施形態である鋳造用モールド材は、鉄鋼、アルミニウム、銅等の金属材料を連続鋳造する際の連続鋳造用鋳型に用いられるものである。また、本実施形態である銅合金素材は、上述の鋳造用モールド材の素材として用いられるものである。
本実施形態である鋳造用モールド材は、鉄鋼、アルミニウム、銅等の金属材料を連続鋳造する際の連続鋳造用鋳型に用いられるものである。また、本実施形態である銅合金素材は、上述の鋳造用モールド材の素材として用いられるものである。
本実施形態である鋳造用モールド材、及び、銅合金素材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有している。
そして、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、 〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有する。
また、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有する。
そして、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、 〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有する。
また、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有する。
また、本実施形態である鋳造用モールド材、及び、銅合金素材においては、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
さらに、本実施形態である鋳造用モールド材、及び、銅合金素材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていてもよい。
さらに、本実施形態である鋳造用モールド材、及び、銅合金素材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていてもよい。
そして、本実施形態である鋳造モールド材においては、導電率が７０％ＩＡＣＳを超えていることが好ましい。
また、本実施形態である鋳造モールド材においては、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上とされていることが好ましい。
また、本実施形態である鋳造モールド材においては、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上とされていることが好ましい。
さらに、本実施形態である鋳造モールド材においては、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径が１００μｍ以下であることが好ましい。
また、本実施形態である銅合金素材においては、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率が７０％ＩＡＣＳを超えている。
また、本実施形態である銅合金素材においては、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率が７０％ＩＡＣＳを超えている。
ここで、上述のように、本実施形態である鋳造用モールド材、及び、銅合金素材の成分組成、特性を規定した理由について、以下に説明する。
（Ｃｒ：０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下）
Ｃｒは、時効処理によって母相の結晶粒内にＣｒ系析出物（例えばＣｕ−Ｃｒ）を微細に析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｃｒの含有量が０．３ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、強度（硬さ）及び導電率の向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｃｒの含有量が０．７ｍａｓｓ％を超える場合には、比較的粗大なＣｒ晶出物が生成するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃｒの含有量を０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｃｒの含有量の下限を０．４ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｃｒの含有量の上限を０．６ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
Ｃｒは、時効処理によって母相の結晶粒内にＣｒ系析出物（例えばＣｕ−Ｃｒ）を微細に析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｃｒの含有量が０．３ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、強度（硬さ）及び導電率の向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｃｒの含有量が０．７ｍａｓｓ％を超える場合には、比較的粗大なＣｒ晶出物が生成するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃｒの含有量を０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｃｒの含有量の下限を０．４ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｃｒの含有量の上限を０．６ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｚｒ：０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下）
Ｚｒは、時効処理によって母相の結晶粒界にＺｒ系析出物（例えばＣｕ−Ｚｒ）を微細に析出することにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｚｒの含有量が０．０２５ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、強度（硬さ）及び導電率の向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｚｒの含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率が低下してしまうおそれがあるとともに、Ｚｒ系析出物が粗大化し、強度向上の効果が得られないおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量を０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｚｒの含有量の下限を０．０５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｚｒの含有量の上限を０．１３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
Ｚｒは、時効処理によって母相の結晶粒界にＺｒ系析出物（例えばＣｕ−Ｚｒ）を微細に析出することにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｚｒの含有量が０．０２５ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、強度（硬さ）及び導電率の向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｚｒの含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率が低下してしまうおそれがあるとともに、Ｚｒ系析出物が粗大化し、強度向上の効果が得られないおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量を０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｚｒの含有量の下限を０．０５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｚｒの含有量の上限を０．１３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｓｎ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下）
Ｓｎは、銅の母相中に固溶することによって強度を向上させる作用効果を有する元素である。また、軟化特性のピーク温度を上昇させる作用効果も有する。
ここで、Ｓｎの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、固溶による強度（硬さ）向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｓｎの含有量が０．０４ｍａｓｓ％を超える場合には、導電性（熱伝導性）が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｎの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｎの含有量の下限を０．０１ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｓｎの含有量の上限を０．０３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
Ｓｎは、銅の母相中に固溶することによって強度を向上させる作用効果を有する元素である。また、軟化特性のピーク温度を上昇させる作用効果も有する。
ここで、Ｓｎの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、固溶による強度（硬さ）向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｓｎの含有量が０．０４ｍａｓｓ％を超える場合には、導電性（熱伝導性）が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｎの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｎの含有量の下限を０．０１ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｓｎの含有量の上限を０．０３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｐ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下）
Ｐは、ＺｒおよびＣｒとともに、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成し、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制する作用効果を有する元素である。
ここで、Ｐの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が十分に生成せず、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制する効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｐの含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超える場合には、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が過剰に生成し、強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が不足し、強度向上を図ることができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｐの含有量の下限を０．００８ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｐの含有量の上限を０．０２０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
Ｐは、ＺｒおよびＣｒとともに、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成し、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制する作用効果を有する元素である。
ここで、Ｐの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が十分に生成せず、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制する効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｐの含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超える場合には、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が過剰に生成し、強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が不足し、強度向上を図ることができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｐの含有量の下限を０．００８ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｐの含有量の上限を０．０２０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕：５超え）
上述のように、Ｐは、Ｚｒと反応して、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成する。
ここで、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）との比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が５以下の場合には、Ｐに対するＺｒの量が少なくなり、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成によって、強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が不足し、強度向上を図ることができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量とＰの含有量の比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が５を超えるように設定している。
なお、強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数を確実に確保するためには、Ｚｒの含有量とＰの含有量の比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕を７以上とすることが好ましい。
上述のように、Ｐは、Ｚｒと反応して、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成する。
ここで、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）との比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が５以下の場合には、Ｐに対するＺｒの量が少なくなり、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成によって、強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が不足し、強度向上を図ることができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量とＰの含有量の比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が５を超えるように設定している。
なお、強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数を確実に確保するためには、Ｚｒの含有量とＰの含有量の比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕を７以上とすることが好ましい。
（〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕：５以下）
上述のように、Ｓｎは、銅の母相に固溶することによって導電性（熱伝導性）を低下させる。一方、Ｐは、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成することで導電性（熱伝導性）を向上させる。
ここで、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）との比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が５を超える場合には、Ｐに対するＳｎの量が多くなり、Ｓｎの固溶による導電性（熱伝導性）の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電性（熱伝導性）の向上によって補うことができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｎの含有量とＰの含有量の比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が５以下となるように設定している。
なお、導電性（熱伝導性）を確実に向上させるためには、Ｓｎの含有量とＰの含有量の比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕を３以下とすることが好ましい。
上述のように、Ｓｎは、銅の母相に固溶することによって導電性（熱伝導性）を低下させる。一方、Ｐは、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成することで導電性（熱伝導性）を向上させる。
ここで、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）との比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が５を超える場合には、Ｐに対するＳｎの量が多くなり、Ｓｎの固溶による導電性（熱伝導性）の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電性（熱伝導性）の向上によって補うことができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｎの含有量とＰの含有量の比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が５以下となるように設定している。
なお、導電性（熱伝導性）を確実に向上させるためには、Ｓｎの含有量とＰの含有量の比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕を３以下とすることが好ましい。
（Ｓｉ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下）
Ｓｉは、銅の母相中に固溶することによって強度を向上させる作用効果を有する元素であり、必要に応じて添加してもよい。
ここで、Ｓｉの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、固溶による強度（硬さ）向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超える場合には、導電性（熱伝導性）が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態においてＳｉを添加する場合には、Ｓｉの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｉの含有量の下限を０．０１０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｓｉの含有量の上限を０．０２５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
Ｓｉは、銅の母相中に固溶することによって強度を向上させる作用効果を有する元素であり、必要に応じて添加してもよい。
ここで、Ｓｉの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、固溶による強度（硬さ）向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超える場合には、導電性（熱伝導性）が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態においてＳｉを添加する場合には、Ｓｉの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｉの含有量の下限を０．０１０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｓｉの含有量の上限を０．０２５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量：０．０３ｍａｓｓ％以下）
Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉといった元素は、導電性（熱伝導性）を大きく低下させるおそれがある。このため、高い導電性（熱伝導性）を確実に維持するためには、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量を０．０３ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。さらに、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉといった元素は、導電性（熱伝導性）を大きく低下させるおそれがある。このため、高い導電性（熱伝導性）を確実に維持するためには、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量を０．０３ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。さらに、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
（その他の不可避不純物）
なお、上述したＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉ以外のその他の不可避的不純物としては、Ｂ、Ａｇ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ，Ｔｃ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｐｏ，Ｂｉ，ランタノイド、Ｏ，Ｓ，Ｃ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、導電性（熱伝導性）を低下させるおそれがあるため、総量で０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
なお、上述したＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉ以外のその他の不可避的不純物としては、Ｂ、Ａｇ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ，Ｔｃ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｐｏ，Ｂｉ，ランタノイド、Ｏ，Ｓ，Ｃ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、導電性（熱伝導性）を低下させるおそれがあるため、総量で０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（導電率：７０％ＩＡＣＳ超え）
本実施形態である鋳造用モールド材において、導電率が７０％ＩＡＣＳを超えている場合には、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成していることになる。よって、強度及び導電性（熱伝導性）に優れるとともに、高温条件下で使用した場合でも結晶粒径の粗大化を抑制することが可能となる。
以上のことから、本実施形態の鋳造用モールド材においては、導電率を７０％ＩＡＣＳ超えに設定している。なお、鋳造用モールド材の導電率は７５％ＩＡＣＳ以上とすることがさらに好ましい。
本実施形態である鋳造用モールド材において、導電率が７０％ＩＡＣＳを超えている場合には、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成していることになる。よって、強度及び導電性（熱伝導性）に優れるとともに、高温条件下で使用した場合でも結晶粒径の粗大化を抑制することが可能となる。
以上のことから、本実施形態の鋳造用モールド材においては、導電率を７０％ＩＡＣＳ超えに設定している。なお、鋳造用モールド材の導電率は７５％ＩＡＣＳ以上とすることがさらに好ましい。
（ビッカース硬さ：１１５Ｈｖ以上）
本実施形態である鋳造用モールド材において、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上である場合には、十分な硬さを確保することができ、使用時における変形を抑制することができる。
以上のことから、本実施形態の鋳造用モールド材においては、ビッカース硬さを１１５Ｈｖ以上に設定している。なお、鋳造用モールド材のビッカース硬さは１３０Ｈｖ以上とすることがさらに好ましい。
本実施形態である鋳造用モールド材において、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上である場合には、十分な硬さを確保することができ、使用時における変形を抑制することができる。
以上のことから、本実施形態の鋳造用モールド材においては、ビッカース硬さを１１５Ｈｖ以上に設定している。なお、鋳造用モールド材のビッカース硬さは１３０Ｈｖ以上とすることがさらに好ましい。
（１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径：１００μｍ以下）
本実施形態である鋳造用モールド材においては、上述のように、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成させることで、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制している。このため、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径を１００μｍ以下に制限することによって、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が十分に生成しており、高温条件下で使用した際の強度低下を抑制することが可能となる。また、亀裂の伝播速度を抑えることができ、熱応力等による大きな割れの発生を抑制することができる。
以上のことから、本実施形態の鋳造用モールド材においては、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径を１００μｍ以下に設定している。なお、鋳造用モールド材においては、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径を５μｍ以上７０μｍ以下とすることが好ましい。
本実施形態である鋳造用モールド材においては、上述のように、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成させることで、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制している。このため、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径を１００μｍ以下に制限することによって、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が十分に生成しており、高温条件下で使用した際の強度低下を抑制することが可能となる。また、亀裂の伝播速度を抑えることができ、熱応力等による大きな割れの発生を抑制することができる。
以上のことから、本実施形態の鋳造用モールド材においては、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径を１００μｍ以下に設定している。なお、鋳造用モールド材においては、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径を５μｍ以上７０μｍ以下とすることが好ましい。
（時効処理後の導電率：７０％ＩＡＣＳ超え）
本実施形態である銅合金素材において、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率が７０％ＩＡＣＳを超える場合には、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、高温条件下で使用した場合であっても、局所的な強度の低下や導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
以上のことから、本実施形態の銅合金素材においては、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率を７０％ＩＡＣＳ超えに設定している。なお、銅合金素材においては、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率は７５％ＩＡＣＳ以上とすることがさらに好ましい。
本実施形態である銅合金素材において、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率が７０％ＩＡＣＳを超える場合には、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、高温条件下で使用した場合であっても、局所的な強度の低下や導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
以上のことから、本実施形態の銅合金素材においては、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率を７０％ＩＡＣＳ超えに設定している。なお、銅合金素材においては、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率は７５％ＩＡＣＳ以上とすることがさらに好ましい。
次に、本発明の一実施形態に係る鋳造用モールド材の製造方法を、図１のフロー図を参照して説明する。
（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
まず、銅の純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を、カーボンるつぼに装入し、真空溶解炉を用いて溶解し、銅溶湯を得る。次いで、得られた溶湯に、所定の濃度となるように前述の添加元素を添加して、成分調製を行い、銅合金溶湯を得る。
ここで、添加元素であるＣｒ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｐの原料としては、例えばＣｒの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｚｒの原料は純度９９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｓｎの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、ＰはＣｕとの母合金を用いることが好ましい。なお、必要に応じてＳｉを添加してもよい。Ｓｉを添加する場合には、Ｃｕとの母合金を用いることが好ましい。
そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳型に注湯して鋳塊を得る。
まず、銅の純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を、カーボンるつぼに装入し、真空溶解炉を用いて溶解し、銅溶湯を得る。次いで、得られた溶湯に、所定の濃度となるように前述の添加元素を添加して、成分調製を行い、銅合金溶湯を得る。
ここで、添加元素であるＣｒ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｐの原料としては、例えばＣｒの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｚｒの原料は純度９９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｓｎの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、ＰはＣｕとの母合金を用いることが好ましい。なお、必要に応じてＳｉを添加してもよい。Ｓｉを添加する場合には、Ｃｕとの母合金を用いることが好ましい。
そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳型に注湯して鋳塊を得る。
（均質化処理工程Ｓ０２）
次に、得られた鋳塊の均質化のために熱処理を行う。
具体的には、鋳塊を大気雰囲気にて、９５０℃以上１０５０℃以下、１時間以上の条件で均質化処理を行う。
次に、得られた鋳塊の均質化のために熱処理を行う。
具体的には、鋳塊を大気雰囲気にて、９５０℃以上１０５０℃以下、１時間以上の条件で均質化処理を行う。
（熱間加工工程Ｓ０３）
次いで、９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で、加工率５０％以上９９％以下の熱間圧延を行い、圧延材を得る。なお、熱間加工の方法は、熱間鍛造であっても良い。この熱間加工後、直ちに水冷によって冷却する。
このような工程により、本実施形態である銅合金素材が製造される。
次いで、９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で、加工率５０％以上９９％以下の熱間圧延を行い、圧延材を得る。なお、熱間加工の方法は、熱間鍛造であっても良い。この熱間加工後、直ちに水冷によって冷却する。
このような工程により、本実施形態である銅合金素材が製造される。
（溶体化処理工程Ｓ０４）
次いで、熱間加工工程Ｓ０３で得られた圧延材を、９２０℃以上１０５０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で加熱処理を施し、溶体化処理を行う。加熱処理は、例えば大気または不活性ガス雰囲気で行い、加熱後の冷却は、水冷によって行う。
次いで、熱間加工工程Ｓ０３で得られた圧延材を、９２０℃以上１０５０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で加熱処理を施し、溶体化処理を行う。加熱処理は、例えば大気または不活性ガス雰囲気で行い、加熱後の冷却は、水冷によって行う。
（時効処理工程Ｓ０５）
次に、溶体化処理工程Ｓ０４の後に、時効処理を実施し、Ｃｒ系析出物及びＺｒ系析出物などの析出物を微細に析出させる。これにより、溶体化処理後の導電率を７０％ＩＡＣＳ超えとする。
ここで、時効処理は、例えば４００℃以上５３０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で行う。
なお、時効処理時の熱処理方法は、特に限定しないが、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、加熱処理後の冷却方法は、特に限定しないが、水冷で行うことが好ましい。
このような工程により、本実施形態である鋳造用モールド材が製造される。
次に、溶体化処理工程Ｓ０４の後に、時効処理を実施し、Ｃｒ系析出物及びＺｒ系析出物などの析出物を微細に析出させる。これにより、溶体化処理後の導電率を７０％ＩＡＣＳ超えとする。
ここで、時効処理は、例えば４００℃以上５３０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で行う。
なお、時効処理時の熱処理方法は、特に限定しないが、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、加熱処理後の冷却方法は、特に限定しないが、水冷で行うことが好ましい。
このような工程により、本実施形態である鋳造用モールド材が製造される。
以上のような構成とされた本実施形態に係る鋳造用モールド材、および、銅合金素材によれば、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で、それぞれ含有しているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることができ、強度及び導電率を向上させることができる。
また、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、固溶強化によって、強度を向上させることができる。
また、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、固溶強化によって、強度を向上させることができる。
そして、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、Ｚｒ及びＣｒと反応することでＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成される。これらＺｒ−Ｐ化合物およびＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、高温でも安定であることから、高温条件下で使用した場合であっても、局所的な強度の低下や導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
さらに、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有しているので、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しても、強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が確保され、強度向上を図ることができる。
また、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するので、Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができ、優れた導電性（熱伝導性）を確保することができる。
また、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するので、Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができ、優れた導電性（熱伝導性）を確保することができる。
さらに、本実施形態に係る鋳造用モールド材、および、銅合金素材においては、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下含んでいるので、Ｓｉが銅の母相中に固溶することで、固溶強化によってさらなる強度の向上を図ることができる。また、過剰にＳｉを含有しないので、導電率が低下することを抑制できる。
また、本実施形態に係る鋳造用モールド材、および、銅合金素材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下に制限されているので、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。
また、本実施形態に係る鋳造用モールド材、および、銅合金素材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下に制限されているので、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。
さらに、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、導電率が７０％ＩＡＣＳを超えているので、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、高温条件下で使用した場合であっても局所的な強度の低下及び導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
また、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上とされているので、十分な硬さを有しており、使用時における変形を抑制でき、鋳造用モールド材として良好に使用することができる。
また、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上とされているので、十分な硬さを有しており、使用時における変形を抑制でき、鋳造用モールド材として良好に使用することができる。
さらに、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、１０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径が１００μｍ以下とされているので、高温条件下で使用した場合であっても、結晶粒径の粗大化が抑制されることになり、強度の低下を抑制することができる。また、亀裂の伝播速度を抑えることができ、熱応力等による大きな割れの発生を抑制することができる。
さらに、本実施形態に係る銅合金素材においては、１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率が７０％ＩＡＣＳを超えているので、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、高温条件下で使用した場合であっても、局所的な強度の低下及び導電性（熱伝導性）の向上を抑制することが可能となる。また、結晶粒径の粗大化を抑制でき、高温強度を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、鋳造用モールド材の製造方法については、本実施形態に限定されることはなく、他の製造方法によって製造されたものであってもよい。例えば、溶解・鋳造工程において連続鋳造装置を用いてもよい。
例えば、鋳造用モールド材の製造方法については、本実施形態に限定されることはなく、他の製造方法によって製造されたものであってもよい。例えば、溶解・鋳造工程において連続鋳造装置を用いてもよい。
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これをカーボンるつぼに装入し、真空溶解炉（真空度１０−２Ｐａ以下）で溶解し、銅溶湯を得た。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、５分間保持した後、銅合金溶湯を鋳鉄製の鋳型に注湯して鋳塊を得た。鋳塊の大きさは、幅約８０ｍｍ、厚さ約５０ｍｍ、長さ約１３０ｍｍとした。
なお、添加元素であるＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上、Ｓｎの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用した。ＰはＣｕの母合金を使用した。
純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これをカーボンるつぼに装入し、真空溶解炉（真空度１０−２Ｐａ以下）で溶解し、銅溶湯を得た。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、５分間保持した後、銅合金溶湯を鋳鉄製の鋳型に注湯して鋳塊を得た。鋳塊の大きさは、幅約８０ｍｍ、厚さ約５０ｍｍ、長さ約１３０ｍｍとした。
なお、添加元素であるＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上、Ｓｎの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用した。ＰはＣｕの母合金を使用した。
次に、大気雰囲気において１０００℃で１時間の条件で均質化処理を行った後、熱間圧延を実施した。熱間圧延時の圧下率を８０％とし、幅約１００ｍｍ×厚さ約１０ｍｍ×長さ約５２０ｍｍの熱間圧延材を得た。
この熱間圧延材を用いて、１０００℃で１．５時間の条件で溶体化処理を行い、その後水冷した。
次に、５２５（±１５）℃で３時間の条件で時効処理を実施した。これにより、鋳造用モールド材を得た。
この熱間圧延材を用いて、１０００℃で１．５時間の条件で溶体化処理を行い、その後水冷した。
次に、５２５（±１５）℃で３時間の条件で時効処理を実施した。これにより、鋳造用モールド材を得た。
得られた鋳造用モールド材について、成分組成、ビッカース硬さ（圧延面）、導電率を評価した。また、１０００℃で３０分保持後の平均結晶粒径を測定した。評価結果を表１に示す。
（成分組成）
得られた鋳造用モールド材の成分組成は、ＩＣＰ−ＭＳ分析によって測定した。測定結果を表１に示す。
得られた鋳造用モールド材の成分組成は、ＩＣＰ−ＭＳ分析によって測定した。測定結果を表１に示す。
（導電率）
日本フェルスター社製ＳＩＧＭＡ ＴＥＳＴ Ｄ２．０６８（プローブ径φ６ｍｍ）を用いて、１０×１５ｍｍのサンプルの断面中心部を３回測定し、その平均値を求めた。
日本フェルスター社製ＳＩＧＭＡ ＴＥＳＴ Ｄ２．０６８（プローブ径φ６ｍｍ）を用いて、１０×１５ｍｍのサンプルの断面中心部を３回測定し、その平均値を求めた。
（ビッカース硬度）
ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じて、株式会社アカシ製ビッカース硬度試験機により、図２に示すように試験片の９か所でビッカース硬さを測定し、その最大値及び最小値を除外した７つの測定値の平均値を求めた。
ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じて、株式会社アカシ製ビッカース硬度試験機により、図２に示すように試験片の９か所でビッカース硬さを測定し、その最大値及び最小値を除外した７つの測定値の平均値を求めた。
（平均結晶粒径）
板幅中心部から１０ｍｍ×１５ｍｍの観察用試験片を採取し、圧延方向の面を研磨後、ミクロエッチングを行った。光学顕微鏡を使用してミクロ組織観察を行い、ＪＩＳ Ｈ ０５０１：１９８６（切断法）に基づき、結晶粒径を測定し、平均結晶粒径を算出した。
板幅中心部から１０ｍｍ×１５ｍｍの観察用試験片を採取し、圧延方向の面を研磨後、ミクロエッチングを行った。光学顕微鏡を使用してミクロ組織観察を行い、ＪＩＳ Ｈ ０５０１：１９８６（切断法）に基づき、結晶粒径を測定し、平均結晶粒径を算出した。
Ｐを添加していない比較例１においては、導電率が６９％ＩＡＣＳと低くなった。ＺｒとＰを含む化合物が生成せずに、Ｚｒが母相中に固溶したためと推測される。
Ｓｎを添加していない比較例２においては、ビッカース硬さが１１２Ｈｖと低くなった。Ｓｎの固溶硬化による強度向上が図れなかったためと推測される。
〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が３．５とされた比較例３においては、ビッカース硬さが１１３Ｈｖと低くなった。強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が確保できなかったためと推測される。
〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が８．０とされた比較例４においては、導電率が６５％ＩＡＣＳと低くなった。Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができなかったためと推測される。
Ｓｎを添加していない比較例２においては、ビッカース硬さが１１２Ｈｖと低くなった。Ｓｎの固溶硬化による強度向上が図れなかったためと推測される。
〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が３．５とされた比較例３においては、ビッカース硬さが１１３Ｈｖと低くなった。強度向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が確保できなかったためと推測される。
〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が８．０とされた比較例４においては、導電率が６５％ＩＡＣＳと低くなった。Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができなかったためと推測される。
これに対して、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｐ、Ｓｉの含有量、及び、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が、本発明の範囲内とされた本発明例１−６においては、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上、ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上となり、鋳造用モールド材として特に適していることが確認された。
Claims (9)
- 金属材料を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材であって、
Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、
Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、
〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５
の関係を有するとともに、
Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、
〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５
の関係を有することを特徴とする鋳造用モールド材。 - さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項１に記載の鋳造用モールド材。
- Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳造用モールド材。
- 導電率が７０％ＩＡＣＳを超えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の鋳造用モールド材。
- ビッカース硬さが１１５Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の鋳造用モールド材。
- １０００℃で３０分の熱処理を実施した後の平均結晶粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の鋳造用モールド材。
- Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、
Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、
〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５
の関係を有するとともに、
Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、
〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５
の関係を有し、
１０１５℃で１．５時間の溶体化処理後に、４７５℃で３時間の時効処理を実施した後の導電率が７０％ＩＡＣＳを超えることを特徴とする銅合金素材。 - さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項７に記載の銅合金素材。
- Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていることを特徴とする請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載の銅合金素材。
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