JP5373422B2

JP5373422B2 - 銅合金の鋳造方法

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Publication number: JP5373422B2
Application number: JP2009027514A
Authority: JP
Inventors: 邦彦智原; 崇木村
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-02-09
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Description

本発明は、銅合金の鋳造方法に関し、特に、活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材から銅合金を鋳造する方法に関する。

従来、活性金属を含む合金からなるスクラップ材から銅合金を鋳造する方法として、活性元素を含む合金スクラップを還元性雰囲気または不活性雰囲気中において加熱、溶解し、合金溶体中の活性元素の量または比を測定し、この測定値に基づいて合金溶体中の活性元素の不足量を設定し、この合金溶体により生じたスラグを分離した合金溶体に活性元素を添加して不足量を補った後、合金溶体を連続鋳造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、活性金属のように酸化され易い合金元素を含む銅合金を連続的に鋳造する際に、カーボン粉末とフッ化物系フラックスの混合物で鋳型内の湯面を被覆する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０９−８７７７４号公報（段落番号０００７）特開昭６０−２２７９５７号公報（第１頁）

特許文献１および２の方法のように、従来では、活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材は、活性金属を含む同一の組成の銅合金を鋳造するための原料として使用されており、活性金属を含まない異なる組成の銅合金を鋳造するための原料として転用することができないと考えられていた。そのため、従来では、活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材は、活性金属を含む同一の組成の銅合金を鋳造するための原料として再溶解する以外に用途がなく、原料の使い回しによるコストの削減や、入手可能な原料の範囲も限定されていた。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材を、活性金属を実質的に含まない異なる組成の銅合金の鋳造の原料として使用することができる、銅合金の鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材を原料として大気中で溶解して、原料の溶湯中の所定の活性金属の含有量を減少させ、溶湯を鋳型に流し込んで銅合金を鋳造することにより、活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材を、活性金属を実質的に含まない異なる組成の銅合金の鋳造の原料として使用することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による銅合金の鋳造方法は、所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材を原料として大気中で溶解して、原料の溶湯中の所定の活性金属の含有量を減少させ、溶湯を鋳型に流し込んで、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金を鋳造することを特徴とする。

この銅合金の鋳造方法において、所定の活性金属が、マグネシウム、クロム、ジルコニウム、チタンおよびケイ素からなる群から選ばれる１種以上の金属であるのが好ましい。また、原料として、所定の活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材に、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金および銅の少なくとも一方を添加してもよい。また、原料中の所定の活性金属の含有量が０．０１〜０．３質量％であるのが好ましく、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金中の所定の活性金属の含有量が０．０１質量％未満であるのが好ましい。

上記の銅合金の鋳造方法において、所定の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｐ系合金を使用して、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金を鋳造してもよい。また、所定の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｍｇ−Ｐ系合金を使用して、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金を鋳造してもよいし、りん脱酸銅を鋳造してもよい。また、所定の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｃｒ−Ｓｎ系合金を使用して、Ｃｕ−Ｓｎ系合金を鋳造してもよい。さらに、所定の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金を使用して、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎｉ系合金を鋳造してもよい。また、所定の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｚｒ系合金を使用し、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金としてＣｕ−Ｐ系合金を使用して、Ｃｕ−Ｐ系合金を鋳造してもよい。

なお、本明細書中において、「所定の活性金属を実質的に含まない」とは、所定の活性金属の含有量が不可避不純物レベルであることをいい、０．０１質量％未満のように非常に少ないことをいう。

本発明によれば、活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材を、活性金属を実質的に含まない異なる組成の銅合金の鋳造の原料として使用することができる。

本発明による銅合金の鋳造方法の実施の形態では、所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギー（ΔＧ_ｆ°）が−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材を原料とし、必要に応じて、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金および銅の少なくとも一方を原料に添加して、大気中で溶解して、原料の溶湯中の所定の活性金属の含有量を減少させ、溶湯を鋳型に流し込んで、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金を鋳造する。

酸化物の標準生成自由エネルギー−温度図（例えば、改訂４版金属データブック、日本金属学会編（丸善株式会社）、１０６頁）から、１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギー（ΔＧ_ｆ°）は、Ｍｇの酸化物の２ＭｇＯでは−２０５，２８７ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２、Ｃｒの酸化物の２／３Ｃｒ_２Ｏ_３では−１２０，７１５ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２、Ｚｒの酸化物のＺｒＯ_２では−１９６，００５ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２、Ｔｉの酸化物のＴｉＯでは−１６１，７３９ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２、２／３Ｔｉ_２Ｏ_３では−１７６，５２２ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２、ＴｉＯ_２では−１８１，７３９ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２、Ｓｉの酸化物の２ＳｉＯでは−１０１，４２９ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２、ＳｉＯ_２では−１４７，８６０ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２であるので、上記の所定の活性金属は、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＴｉおよびＳｉからなる群から選ばれる１種以上の金属であるのが好ましい。なお、１２００℃におけるＰの酸化物の標準生成自由エネルギー（ΔＧ_ｆ°）は−４６，０００ｃａｌ／ｍｏｌＯ_２程度であり、Ｐを含む銅合金からなるスクラップ材を原料として大気中において１１００〜１３００℃程度の温度で鋳造しても、鋳造された銅合金中のＰの含有量を不可避不純物レベルまで減少させることができないので、上記の所定の活性金属にはＰを含まない。

上記の銅合金の鋳造方法の実施の形態では、所定の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｍｇ−Ｐ系合金を使用して、Ｃｕ−０．１Ｎｉ−０．５Ｓｎ−０．０５Ｐ合金（１．０質量％のＮｉと０．５質量％のＳｎと０．０５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金）や、Ｃｕ−１．０Ｎｉ−０．９Ｓｎ−０．０５Ｐ合金（１．０質量％のＮｉと０．９質量％のＳｎと０．０５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金）などのＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金を鋳造することができる。また、所定の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金（０．２２質量％のＦｅと０．１３質量％のＭｇと０．１０質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｐ系合金）などのＣｕ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｐ系合金を使用して、Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１５Ｎｉ−０．０７Ｓｎ−０．０６Ｐ（０．２０質量％のＦｅと０．１５質量％のＮｉと０．０７質量％のＳｎと０．０６質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ−Ｐ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金）や、Ｃｕ−２．３Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．１０Ｚｎ合金（２．３０質量％のＦｅと０．０３質量％のＰと０．１０質量％のＺｎを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ−Ｐ−Ｚｎ系合金）などのＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金を鋳造してもよい。さらに、所定の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｍｇ−Ｐ系合金を使用して、りん脱酸銅（０．００４〜０．０４０質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｐ系合金）を鋳造してもよい。

また、上記の銅合金の鋳造方法の実施の形態において、原料中の所定の活性金属の含有量が０．３質量％より多くなると、鋳造された銅合金中の所定の活性金属の含有量を不可避不純物レベルまで減少させることができない場合があるので、原料中の所定の活性金属の含有量は、０．０１〜０．３質量％であるのが好ましく、０．０１〜０．１５質量％であるのがさらに好ましい。さらに、鋳造された銅合金中の所定の活性金属の含有量は、不可避不純物レベルであり、０．０１質量％未満であるのが好ましく、０．００５質量％以下であるのがさらに好ましく、０．００２質量％以下であるのが最も好ましい。

なお、ある温度における標準生成自由エネルギー（ΔＧ_ｆ°）は、ある物質が、その温度、圧力（通常１気圧）で安定且つ単純な純分子から、反応によって他の複雑な化合物になるときの自由エネルギーの変化量を意味するので、その化合物の安定の度合いを示している。

酸化物のエリンガム図（例えば、改訂４版金属データブック、日本金属学会編（丸善株式会社）、１０６頁（酸化物の標準生成自由エネルギー−温度図）参照）において、金属が酸素と引き合う力は、図の下方に位置する（酸化物の標準生成自由エネルギーが小さい）程、強いことを示している。言い換えれば、酸化物のエリンガム図において、下方に位置する（酸化物の標準生成自由エネルギーが小さい）程、酸素をとって金属にするのが難しくなる。すなわち、エリンガム図において下方に位置する（酸化物の標準生成自由エネルギーが小さい）金属は、その温度において図の上に位置する（酸化物の標準生成自由エネルギーが大きい）金属の酸化物より酸素との親和力が大きいので、その酸化物から酸素を奪って酸化される（酸化物は還元される）。

本発明による銅合金の鋳造方法の実施の形態では、通常、銅合金が約１１００〜１３００℃で鋳造されることを考慮して、所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギー（ΔＧ_ｆ°）が−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材を原料として使用している。銅合金中にこのような活性金属が含まれると、その活性金属は、主に大気中の酸素と結びついて酸化され、スラグとなって溶湯の表面に浮いてくるので、そのスラグを除去することによって、溶湯中の活性金属の量を不可避不純レベル（０．０１質量％未満）まで減少させることができ、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金を作製することができる。

なお、本発明による銅合金の鋳造方法の実施の形態では、上記の所定の活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材を原料として、大気中で溶解、すなわち、原料の溶湯の表面を被覆しないで大気中に開放した状態で溶解しているが、所定の活性金属の酸化を促進するために、溶湯中に酸素ガスを吹き込みながら溶解してもよい。

以下、本発明による銅合金の鋳造方法の実施例について詳細に説明する。

［実施例１］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金（０．２質量％のＦｅと０．１３質量％のＭｇと０．１０質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材３２質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材６８質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０４２質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１５質量％、Ｆｅ含有量は０．０６質量％、Ｐ含有量は０．０３質量％であった。

［実施例２］
Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材４２質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材５８質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０５５質量％）とした以外は、実施例１と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１５質量％、Ｆｅ含有量は０．０８質量％、Ｐ含有量は０．０４質量％であった。

［実施例３］
Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材５３質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材４７質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０６９質量％）とした以外は、実施例１と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０質量％、Ｆｅ含有量は０．１１質量％、Ｐ含有量は０．０５質量％であった。

［実施例４］
Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材５３質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材４７質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０６９質量％）とした以外は、実施例１と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００３質量％、Ｆｅ含有量は０．１１質量％、Ｐ含有量は０．０５質量％であった。

［実施例５］
Ｃｕからなるスクラップ材を使用しないで、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材１００質量％を原料（原料中のＭｇ換算量は０．１３質量％）とした以外は、実施例１と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００４質量％、Ｆｅ含有量は０．１８質量％、Ｐ含有量は０．０６質量％であった。

［比較例１］
原料の溶融の際に湯面の全面を木炭で被覆した以外は、実施例５と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．０８質量％、Ｆｅ含有量は０．２０質量％、Ｐ含有量は０．０８質量％であった。

これらの実施例１〜５および比較例１の原料および鋳造製品の組成分析の結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜５では、原料を大気中で溶解させることによって、１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属であるＭｇを大気中で消耗させ、鋳造製品中のＭｇ含有量を不可避不純物レベルまで低下させて、Ｍｇを実質的に含まないＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金の鋳造製品を作製することができることがわかった。特に、実施例３〜５のように原料中のＭｇの換算量が０．０６９〜０．１３０質量％と多くても、鋳造製品中のＭｇ含有量を不可避不純物レベルまで低下させて、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金の鋳造製品を作製することができることがわかった。また、比較例１では、鋳造製品中のＭｇ含有量を不可避不純物レベルまで低下させることができなかった。

［実施例６］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を実質的に含まない銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１５Ｎｉ−０．０７Ｓｎ−０．０６Ｐ（０．２０質量％のＦｅと０．１５質量％のＮｉと０．０７質量％のＳｎと０．０６質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材を用意するとともに、所定の活性金属を含む銅合金からなる銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材を用意し、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金からなるスクラップ材８９．４質量％と、所定の活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材１０．６質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０１４質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２５０℃で溶融し、目的とする合金組成の銅合金を鋳造するために必要なＦｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐなどの合金元素を添加して成分調整をした後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１６質量％、Ｆｅ含有量は０．２０質量％、Ｎｉ含有量は０．１３質量％、Ｓｎ含有量は０．０６質量％、Ｐ含有量は０．０６質量％であった。

［実施例７］
Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１５Ｎｉ−０．０７Ｓｎ−０．０６Ｐからなるスクラップ材８８．９質量％と、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材１１．１質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０１４質量％）とした以外は、実施例６と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１５質量％、Ｆｅ含有量は０．２０質量％、Ｎｉ含有量は０．１３質量％、Ｓｎ含有量は０．０６質量％、Ｐ含有量は０．０６質量％であった。

［実施例８］
Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１５Ｎｉ−０．０７Ｓｎ−０．０６Ｐからなるスクラップ材８１．４質量％と、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材１８．６質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０２４質量％）とした以外は、実施例６と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１６質量％、Ｆｅ含有量は０．２０質量％、Ｎｉ含有量は０．１２質量％、Ｓｎ含有量は０．０６質量％、Ｐ含有量は０．０６質量％であった。

［実施例９］
Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１５Ｎｉ−０．０７Ｓｎ−０．０６Ｐからなるスクラップ材７２．３質量％と、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材２７．７質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０３６質量％）とした以外は、実施例６と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１４質量％、Ｆｅ含有量は０．２０質量％、Ｎｉ含有量は０．１１質量％、Ｓｎ含有量は０．０５質量％、Ｐ含有量は０．０７質量％であった。

［実施例１０］
Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１５Ｎｉ−０．０７Ｓｎ−０．０６Ｐからなるスクラップ材７２．２質量％と、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材２７．８質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０３６質量％）とした以外は、実施例６と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１５質量％、Ｆｅ含有量は０．２０質量％、Ｎｉ含有量は０．１１質量％、Ｓｎ含有量は０．０５質量％、Ｐ含有量は０．０７質量％であった。

［実施例１１］
Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１５Ｎｉ−０．０７Ｓｎ−０．０６Ｐからなるスクラップ材６９．６質量％と、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材３０．４質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０４０質量％）とした以外は、実施例６と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１６質量％、Ｆｅ含有量は０．２０質量％、Ｎｉ含有量は０．１０質量％、Ｓｎ含有量は０．０５質量％、Ｐ含有量は０．０７質量％であった。

［実施例１２］
Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１５Ｎｉ−０．０７Ｓｎ−０．０６Ｐからなるスクラップ材６７．６質量％と、Ｃｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材３２．４質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０４２質量％）とした以外は、実施例６と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１４質量％、Ｆｅ含有量は０．２０質量％、Ｎｉ含有量は０．１０質量％、Ｓｎ含有量は０．０５質量％、Ｐ含有量は０．０７質量％であった。

これらの実施例６〜１２の原料および鋳造製品の組成分析の結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例６〜１２では、原料を大気中で溶解させることによって、１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属であるＭｇを大気中で消耗させ、鋳造製品中のＭｇ含有量を不可避不純物レベルまで低下させて、Ｍｇを実質的に含まないＣｕ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金の鋳造製品を作製することができることがわかった。特に、Ｍｇを含むＣｕ−０．２２Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．１０Ｐ合金からなるスクラップ材１０．６〜３２．４質量％を原料として添加しても、鋳造製品中のＭｇ含有量を不可避不純物レベルまで低下させて、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金の鋳造製品を作製することができることがわかった。

［実施例１３］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．２０Ｆｅ−０．１３Ｍｇ−０．０９Ｐ−０．０３Ｓｎ−０．０３Ｚｎ合金（０．２０質量％のＦｅと０．１３質量％のＭｇと０．０９質量％のＰと０．０３質量％のＳｎと０．０３質量％のＺｎを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｐ−Ｓｎ−Ｚｎ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材４０質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材５９．９５質量％と、Ｃｕ−５０Ｆｅ合金（５０質量％のＦｅを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ系合金）からなるスクラップ材０．０５質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０５２質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において空気を吹き込みながら１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０質量％、Ｆｅ含有量は０．１０質量％、Ｐ含有量は０．０３質量％、Ｓｎ含有量は０．０１質量％、Ｚｎ含有量は０．０１質量％であった。

［実施例１４］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．１１Ｆｅ−０．２０Ｍｇ−０．０４Ｐ−０．１８Ｓｎ−０．３５Ｚｎ合金（０．１１質量％のＦｅと０．２０質量％のＭｇと０．０４質量％のＰと０．１８質量％のＳｎと０．３５質量％のＺｎを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｐ−Ｓｎ−Ｚｎ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材２０質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材７５．４４質量％と、Ｃｕ−５０Ｆｅ合金（５０質量％のＦｅを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｆｅ系合金）からなるスクラップ材４．４質量％と、Ｃｕ−１５Ｐ合金（１５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材０．１６質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０４質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００５質量％、Ｆｅ含有量は２．３０質量％、Ｐ含有量は０．０３質量％、Ｓｎ含有量は０．０３質量％、Ｚｎ含有量は０．０７質量％であった。

［実施例１５］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．７２Ｍｇ−０．００５Ｐ合金（０．７２質量％のＭｇと０．００５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｍｇ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材５質量％と、Ｃｕ−１．０Ｎｉ−０．９Ｓｎ−０．０５Ｐ合金（１．０質量％のＮｉと０．９質量％のＳｎと０．０５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材９５質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．０３６質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００１７質量％、Ｎｉ含有量は０．９５質量％、Ｓｎ含有量は０．８５質量％、Ｐ含有量は０．０５質量％であった。

［実施例１６］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．７２Ｍｇ−０．００５Ｐ合金（０．７２質量％のＭｇと０．００５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｍｇ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材１５質量％と、Ｃｕ−０．０２５Ｐ合金（０．０２５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材８５質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．１０８質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．００７質量％、Ｐ含有量は０．０２質量％であった。

［比較例２］
Ｃｕ−０．７２Ｍｇ−０．００５Ｐ合金からなるスクラップ材５０質量％と、Ｃｕ−０．０２５Ｐ合金からなるスクラップ材５０質量％とを原料（原料中のＭｇ換算量は０．３６質量％）とした以外は、実施例１６と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＭｇ含有量は０．１５質量％、Ｐ含有量は０．０１質量％であった。

［実施例１７］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．１５Ｃｒ−０．０９Ｓｎ合金（０．１５質量％のＣｒと０．０９質量％のＳｎを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｃｒ−Ｓｎ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材２３質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材７６．９質量％と、Ｓｎからなるスクラップ材０．１質量％とを原料（原料中のＣｒ換算量は０．０３５質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＣｒ含有量は０．０００８質量％、Ｓｎ含有量は０．１１質量％であった。

［実施例１８］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．３１Ｃｒ−０．２５Ｓｎ−０．２０Ｚｎ合金（０．３１質量％のＣｒと０．２５質量％のＳｎと０．２０質量％のＺｎを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｃｒ−Ｓｎ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材１５質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材８５質量％とを原料（原料中のＣｒ換算量は０．０４７質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＣｒ含有量は０．００２質量％、Ｓｎ含有量は０．０４質量％、Ｚｎ含有量は０．０３質量％であった。

［実施例１９］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．４Ｓｉ−０．５Ｓｎ−０．４Ｚｎ−１．６Ｎｉ合金（０．４質量％のＳｉと０．５質量％のＳｎと０．４質量％のＺｎと１．６質量％のＮｉを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎｉ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材１０質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材９０質量％とを原料（原料中のＳｉ換算量は０．０４質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＳｉ含有量は０．０００５質量％、Ｓｎ含有量は０．０５質量％、Ｚｎ含有量は０．０４質量％、Ｎｉ含有量は０．１６質量％であった。

［実施例２０］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．５５Ｓｉ−０．１０Ｍｇ−０．１４Ｓｎ−０．４０Ｚｎ−２．５０Ｎｉ合金（０．５５質量％のＳｉと０．１０質量％のＭｇと０．１４質量％のＳｎと０．４０質量％のＺｎと２．５０質量％のＮｉを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎｉ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材１０質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材９０質量％とを原料（原料中のＳｉ換算量は０．０５５質量％、Ｍｇ換算量は０．０１質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＳｉ含有量は０．００１質量％、Ｍｇ含有量は０質量％、Ｓｎ含有量は０．０１質量％、Ｚｎ含有量は０．０３質量％、Ｎｉ含有量は０．２５質量％であった。

［実施例２１］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材として、Ｃｕ−０．１Ｚｒ合金（０．１質量％のＺｒを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｚｒ系合金）からなるスクラップ材を用意し、このスクラップ材５０質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材４９．８質量％と、Ｃｕ−１５Ｐ（１５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材０．２質量％とを原料（原料中のＺｒ換算量は０．０５質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＺｒ含有量は０質量％、Ｐ含有量は０．０２５質量％であった。

［実施例２２］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材としてのＣｕ−０．１１Ｚｒ−０．２４Ｃｒ−０．０２Ｓｉ合金（０．１１質量％のＺｒと０．２４質量％のＣｒと０．０２質量％のＳｉを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｚｒ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金）からなるスクラップ材３０質量％と、所定の活性金属を実質的に含まない銅合金からなるスクラップ材としてのＣｕ−１５Ｐ合金（１５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材０．２質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材６９．８質量％とを原料（原料中のＺｒ換算量は０．０３３質量％、Ｃｒ換算量は０．０７２質量％、Ｓｉ換算量は０．００６質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１２００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＺｒ含有量は０質量％、Ｃｒ含有量は０．００１５質量％、Ｓｉ含有量は０質量％、Ｐ含有量は０．０３質量％であった。

［実施例２３］
所定の活性金属（１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属）を含む銅合金からなるスクラップ材としてのＣｕ−３．２Ｔｉ合金（３．２質量％のＴｉを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｔｉ系合金）からなるスクラップ材６．５質量％と、所定の活性金属を実質的に銅合金からなるスクラップ材としてのＣｕ−１５Ｐ（１５質量％のＰを含み、残部がＣｕであるＣｕ−Ｐ系合金）からなるスクラップ材０．２質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材９３．３質量％とを原料（原料中のＴｉ換算量は０．２１質量％）として溶融炉内に投入し、大気中において１３００℃で溶融した後、溶湯を鋳型に流し込み、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＴｉ含有量は０．００８質量％、Ｐ含有量は０．０３質量％であった。

［比較例３］
Ｃｕ−３．２Ｔｉ合金からなるスクラップ材１０質量％と、Ｃｕ−１５Ｐからなるスクラップ材０．２質量％と、Ｃｕからなるスクラップ材８９．８質量％とを原料（原料中のＴｉ換算量は０．３２質量％）とした以外は、実施例２３と同様の方法により、鋳塊（鋳造製品）を得た。この鋳造製品の組成分析を行ったところ、鋳造製品中のＴｉ含有量は０．１０質量％、Ｐ含有量は０．０３質量％であった。

これらの実施例１２〜２３および比較例２〜３の原料および鋳造製品の組成分析の結果を表３〜１３に示す。

表３〜１３に示すように、実施例１２〜２３では、原料を大気中で溶解させることによって、それぞれ１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属であるＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉを大気中で消耗させ、鋳造製品中のＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ含有量を不可避不純物レベルまで低下させて、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉを実質的に含まないＣｕ−Ｓｎ系合金、Ｃｕ−Ｐ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎｉ系合金の鋳造製品を作製することができることがわかった。

Claims

所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金からなるスクラップ材に、前記所定の活性金属を実質的に含まない銅合金および銅の少なくとも一方を添加して原料とし、この原料を大気中で溶解して前記原料の溶湯の表面のスラグを除去することにより、前記原料の溶湯中の前記所定の活性金属の含有量を減少させ、前記溶湯を鋳型に流し込んで、前記所定の活性金属を実質的に含まない銅合金を鋳造することを特徴とする、銅合金の鋳造方法。
前記所定の活性金属が、マグネシウム、クロム、ジルコニウム、チタンおよびケイ素からなる群から選ばれる１種以上の金属であることを特徴とする、請求項１に記載の銅合金の鋳造方法。
所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｐ系合金からなるスクラップ材を原料として大気中で溶解して原料の溶湯の表面のスラグを除去することにより、前記原料の溶湯中の前記所定の活性金属の含有量を減少させ、前記溶湯を鋳型に流し込んで、前記所定の活性金属を実質的に含まない銅合金としてＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金を鋳造することを特徴とする、銅合金の鋳造方法。
前記所定の活性金属を含む銅合金がＣｕ−Ｍｇ−Ｐ系合金であり、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金を鋳造することを特徴とする、請求項１または２に記載の銅合金の鋳造方法。
所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｍｇ−Ｐ系合金からなるスクラップ材を原料として大気中で溶解して原料の溶湯の表面のスラグを除去することにより、前記原料の溶湯中の前記所定の活性金属の含有量を減少させ、前記溶湯を鋳型に流し込んで、前記所定の活性金属を実質的に含まない銅合金としてりん脱酸銅を鋳造することを特徴とする、銅合金の鋳造方法。
所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｃｒ−Ｓｎ系合金からなるスクラップ材を原料として大気中で溶解して原料の溶湯の表面のスラグを除去することにより、前記原料の溶湯中の前記所定の活性金属の含有量を減少させ、前記溶湯を鋳型に流し込んで、前記所定の活性金属を実質的に含まない銅合金としてＣｕ−Ｓｎ系合金を鋳造することを特徴とする、銅合金の鋳造方法。
所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金からなるスクラップ材を原料として大気中で溶解して原料の溶湯の表面のスラグを除去することにより、前記原料の溶湯中の前記所定の活性金属の含有量を減少させ、前記溶湯を鋳型に流し込んで、前記所定の活性金属を実質的に含まない銅合金としてＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎｉ系合金を鋳造することを特徴とする、銅合金の鋳造方法。
所定の活性金属として１２００℃における酸化物の標準生成自由エネルギーが−１００ｋｃａｌ／ｍｏｌＯ_２以下の活性金属を含む銅合金としてＣｕ−Ｚｒ系合金からなるスクラップ材を原料として大気中で溶解して原料の溶湯の表面のスラグを除去することにより、前記原料の溶湯中の前記所定の活性金属の含有量を減少させ、前記溶湯を鋳型に流し込んで、前記所定の活性金属を実質的に含まない銅合金としてＣｕ−Ｐ系合金を鋳造することを特徴とする、銅合金の鋳造方法。
前記原料中の前記所定の活性金属の含有量が０．０１〜０．３質量％であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の銅合金の鋳造方法。
前記所定の活性金属を実質的に含まない銅合金中の前記所定の活性金属の含有量が０．０１質量％未満であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の銅合金の鋳造方法。