JP6179325B2 - 連続鋳造用モールド材 - Google Patents
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Description
本発明は、金属の連続鋳造用のモールドに用いられる連続鋳造用モールド材に関するものである。
従来、鉄鋼などの金属の連続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、高温での耐摩耗性などの特性に優れることが求められている。そのため、これらの特性が良好なＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金が、連続鋳造用モールド材として使用されている。
Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金は、Ｃｒ及びＺｒの他に、さらに添加元素を含有させることによって、前述した特性をより向上させることが可能である。
例えば、特許文献１には、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉを含有し、さらにＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち一種又は二種以上を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる連続鋳造用モールド材が開示されている。この連続鋳造用モールド材では、Ｔｉの含有量が０．００５％以上０．７％以下とされている。この特許文献１に記載された連続鋳造用モールド材は、４２５〜４７５℃の温度範囲で微細に析出するＣｒ系の析出物やＺｒ系の析出物と、５２５〜５７５℃の温度範囲で微細に析出するＴｉ系の析出物とを有しているため、この連続鋳造用モールド材の製造時において、いわゆる２段時効処理が行われている。
例えば、特許文献１には、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉを含有し、さらにＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち一種又は二種以上を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる連続鋳造用モールド材が開示されている。この連続鋳造用モールド材では、Ｔｉの含有量が０．００５％以上０．７％以下とされている。この特許文献１に記載された連続鋳造用モールド材は、４２５〜４７５℃の温度範囲で微細に析出するＣｒ系の析出物やＺｒ系の析出物と、５２５〜５７５℃の温度範囲で微細に析出するＴｉ系の析出物とを有しているため、この連続鋳造用モールド材の製造時において、いわゆる２段時効処理が行われている。
また、近年、銅の連続鋳造では、電磁攪拌法が広く採用されている。この電磁攪拌法を用いて連続鋳造を行う場合、連続鋳造用モールド材の導電率が高すぎると、渦電流損が生じ、モールド内の金属を撹拌する効果が低減してしまう。そこで、例えば特許文献２には、Ｃｒ、Ｚｒを含有し、さらにＳｉ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｎのうち一種又は二種以上を含有し、残部がＣｕからなり、導電率が１５〜７０％ＩＡＣＳとされた連続鋳造用モールド材が開示されている。
ところで、特許文献１に開示された連続鋳造用モールド材は、製造時において２段時効処理を必要とするため、製造コストが増加する問題があった。さらに、特許文献１に開示された連続鋳造用モールド材では、Ｔｉ系化合物が粗大に形成されることがあり、この粗大なＴｉ系化合物が、疲労時のクラックの原因となるおそれがあった。
また、近年、生産性を高めるために、連続鋳造の鋳造速度を速くする傾向にあり、連続鋳造用モールド材には、十分な冷却効果を得るために、より高い熱伝導率が求められている。ここで、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金において、熱伝導率と導電率の間には相関があり、熱伝導率が高ければ、導電率も高くなる傾向にある。よって、連続鋳造用モールド材には、高い導電率が要求される。
しかしながら、鋳造速度を速くした場合に、特許文献２に開示された連続鋳造用モールド材をモールドに用いると、熱伝導率（導電率）が低いため冷却効果が不足する問題があった。
しかしながら、鋳造速度を速くした場合に、特許文献２に開示された連続鋳造用モールド材をモールドに用いると、熱伝導率（導電率）が低いため冷却効果が不足する問題があった。
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、強度及び導電率が高く、かつ製造コストが低い連続鋳造用モールド材を提供することを目的とする。
前述の課題を解決するために、本発明の連続鋳造用モールド材は、Ｃｒを０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下、Ｆｅを０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＣｕ及び不純物からなり、前記不純物として、Ｔｉ含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満である組成を有し、導電率が７８％ＩＡＣＳ以上であることを特徴としている。
本発明の連続鋳造用モールド材によれば、Ｆｅの含有量が０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲内とされているので、導電率が７８％ＩＡＣＳ以上となり、導電率が十分に高いため熱伝導性に優れ、熱を良好に放散することができる。したがって、この連続鋳造用モールド材をモールドとして使用した場合には、高い冷却効果を得ることができる。また、Ｆｅの含有量が上述の範囲内とされているため、Ｆｅを母相に固溶させ、強度を高めることができる。
また、本発明の連続鋳造用モールド材は、Ｃｒを０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、時効処理によって母相の結晶粒内に微細なＣｒ系の析出物が形成され、強度を高くすることができる。さらに、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、時効処理によって母相の結晶粒界に微細なＺｒ系の析出物が形成され、強度をさらに高くすることができる。
また、本発明の連続鋳造用モールド材は、Ｃｒを０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、時効処理によって母相の結晶粒内に微細なＣｒ系の析出物が形成され、強度を高くすることができる。さらに、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、時効処理によって母相の結晶粒界に微細なＺｒ系の析出物が形成され、強度をさらに高くすることができる。
また、Ｃｒ系の析出物とＺｒ系の析出物とが微細析出する温度範囲は、同一の温度範囲であり、一度の時効処理によってＣｒ系析出物と、Ｚｒ系析出物とを同時に析出させることができ、２段時効処理などの特殊な熱処理を行わなくても、上述の範囲に成分組成を調製することにより、強度の高い連続鋳造用モールド材を低い製造コストで得ることができる。
さらに、本発明の連続鋳造用モールド材は、Ｔｉの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満とされているので、Ｔｉを含有する粗大な化合物が生成されない。よって、疲労でのクラックの発生を抑制することができる。
さらに、本発明の連続鋳造用モールド材は、Ｔｉの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満とされているので、Ｔｉを含有する粗大な化合物が生成されない。よって、疲労でのクラックの発生を抑制することができる。
また、上述の連続鋳造用モールド材においては、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下含有し、ＦｅとＳｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。
この場合、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下含有しているので、強度を高めることができる。さらに、ＦｅとＳｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下とされているので、導電率の低下を抑え、導電率を７８％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
この場合、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下含有しているので、強度を高めることができる。さらに、ＦｅとＳｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下とされているので、導電率の低下を抑え、導電率を７８％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
また、上述の連続鋳造用モールド材においては、さらに、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有し、ＦｅとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。
この場合、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有しているので、強度を高めることができる。さらに、ＦｅとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下とされているので、導電率の低下を抑え、導電率を７８％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
この場合、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有しているので、強度を高めることができる。さらに、ＦｅとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下とされているので、導電率の低下を抑え、導電率を７８％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
また、上述の連続鋳造用モールド材においては、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有し、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。
この場合、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有しているので、強度を高めることができる。さらに、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下とされているので、導電率の低下を抑え、導電率を７８％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
この場合、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有しているので、強度を高めることができる。さらに、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下とされているので、導電率の低下を抑え、導電率を７８％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
本発明によれば、強度及び導電率が高く、かつ製造コストが低い連続鋳造用モールド材を提供することができる。
以下に、本発明の一実施形態である連続鋳造用モールド材について説明する。
本実施形態である連続鋳造用モールド材は、Ｃｒを０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下、Ｆｅを０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下含有し、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有し、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量は、０．０８ｍａｓｓ％以下であり、残部がＣｕ及び不純物からなり、Ｔｉ含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満である組成を有している。
そして、この連続鋳造用モールド材は、導電率が７８％ＩＡＣＳ以上とされている。
ここで、上述のように、成分組成及び導電率を規定した理由について、以下に説明する。
本実施形態である連続鋳造用モールド材は、Ｃｒを０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下、Ｆｅを０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下含有し、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有し、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量は、０．０８ｍａｓｓ％以下であり、残部がＣｕ及び不純物からなり、Ｔｉ含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満である組成を有している。
そして、この連続鋳造用モールド材は、導電率が７８％ＩＡＣＳ以上とされている。
ここで、上述のように、成分組成及び導電率を規定した理由について、以下に説明する。
（Ｃｒ：０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下）
Ｃｒは、時効処理によって母相の結晶粒内にＣｒ系の析出物を微細に析出させることにより、強度を高める作用効果を有する元素である。
Ｃｒの含有量が０．６ｍａｓｓ％未満の場合、時効処理において析出量が不十分となり、強度の上昇の効果を十分に得られない。また、Ｃｒの含有量が１．２ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。さらに、Ｃｒの含有量が０．６ｍａｓｓ％から１．２ｍａｓｓ％の範囲までは強度の上昇の効果が得られるが、Ｃｒの含有量を１．２ｍａｓｓ％超にしても、１．２ｍａｓｓ％の場合以上の強度上昇の効果が得られない。また、Ｃｒの含有量が１．２ｍａｓｓ％超では、高価なＣｒの含有量が多くなるため、製造コストが増加してしまう問題も生じる。
このような理由により、Ｃｒの含有量は、０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。ここで、Ｃｒの好ましい含有量は、０．６ｍａｓｓ％以上０．９ｍａｓｓ％以下の範囲内である。
Ｃｒは、時効処理によって母相の結晶粒内にＣｒ系の析出物を微細に析出させることにより、強度を高める作用効果を有する元素である。
Ｃｒの含有量が０．６ｍａｓｓ％未満の場合、時効処理において析出量が不十分となり、強度の上昇の効果を十分に得られない。また、Ｃｒの含有量が１．２ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。さらに、Ｃｒの含有量が０．６ｍａｓｓ％から１．２ｍａｓｓ％の範囲までは強度の上昇の効果が得られるが、Ｃｒの含有量を１．２ｍａｓｓ％超にしても、１．２ｍａｓｓ％の場合以上の強度上昇の効果が得られない。また、Ｃｒの含有量が１．２ｍａｓｓ％超では、高価なＣｒの含有量が多くなるため、製造コストが増加してしまう問題も生じる。
このような理由により、Ｃｒの含有量は、０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。ここで、Ｃｒの好ましい含有量は、０．６ｍａｓｓ％以上０．９ｍａｓｓ％以下の範囲内である。
（Ｚｒ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下）
Ｚｒは、時効処理によって母相の結晶粒界にＺｒ系の析出物を微細に析出することにより、強度を高める作用効果を有する元素である。
Ｚｒの含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満の場合、時効処理において析出量が不十分となり、強度の上昇の効果を十分に得られない。また、Ｚｒの含有量が０．１６ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。さらに、Ｚｒの含有量が０．０５ｍａｓｓ％から０．１６ｍａｓｓ％の範囲までは強度の上昇の効果が得られるが、Ｚｒの含有量を０．１６ｍａｓｓ％超にしても、０．１６ｍａｓｓ％の場合以上の強度上昇の効果が得られない。
このような理由により、Ｚｒの含有量は、０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。ここで、Ｚｒの好ましい含有量は、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下の範囲内である。
Ｚｒは、時効処理によって母相の結晶粒界にＺｒ系の析出物を微細に析出することにより、強度を高める作用効果を有する元素である。
Ｚｒの含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満の場合、時効処理において析出量が不十分となり、強度の上昇の効果を十分に得られない。また、Ｚｒの含有量が０．１６ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。さらに、Ｚｒの含有量が０．０５ｍａｓｓ％から０．１６ｍａｓｓ％の範囲までは強度の上昇の効果が得られるが、Ｚｒの含有量を０．１６ｍａｓｓ％超にしても、０．１６ｍａｓｓ％の場合以上の強度上昇の効果が得られない。
このような理由により、Ｚｒの含有量は、０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。ここで、Ｚｒの好ましい含有量は、０．０６ｍａｓｓ％以上０．１３ｍａｓｓ％以下の範囲内である。
（Ｆｅ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下）
Ｆｅは、母相に固溶することにより、強度を高める作用効果を有する元素である。
Ｆｅの含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満では、強度を高める効果が得られなくなる。また、Ｆｅの含有量が０．０８ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。
このような理由により、Ｆｅの含有量は、０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。
Ｆｅは、母相に固溶することにより、強度を高める作用効果を有する元素である。
Ｆｅの含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満では、強度を高める効果が得られなくなる。また、Ｆｅの含有量が０．０８ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。
このような理由により、Ｆｅの含有量は、０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。
（Ｔｉ：０．００５ｍａｓｓ％未満）
Ｔｉは、時効処理においてＴｉ系の析出物を形成し、強度を上昇させるが、Ｔｉ系析出物が制御できないと強度のバラツキが生じるおそれがある。Ｔｉ系析出物を制御するためには、Ｃｒ系の析出物及びＺｒ系の析出物と、Ｔｉ系の析出物との析出の温度域が異なるため、２段時効が必要となり、製造コストが増加してしまう。そのため、本実施形態では、Ｔｉの含有量を０．００５ｍａｓｓ％未満に設定した。また、Ｔｉの含有量が、０．００５ｍａｓｓｓ％以上の場合、粗大なＴｉ系化合物が形成され、疲労でクラックが発生し易くなるおそれがある。また、Ｔｉが０．００５ｍａｓｓ％以上の場合、導電率が低下してしまうおそれもある。
このような理由により、Ｔｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％未満に設定されている。なお、Ｔｉは、原料などからの混入がないことが望ましいが、その含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満であれば、リサイクル材などを利用してＴｉを添加することも許容される。
Ｔｉは、時効処理においてＴｉ系の析出物を形成し、強度を上昇させるが、Ｔｉ系析出物が制御できないと強度のバラツキが生じるおそれがある。Ｔｉ系析出物を制御するためには、Ｃｒ系の析出物及びＺｒ系の析出物と、Ｔｉ系の析出物との析出の温度域が異なるため、２段時効が必要となり、製造コストが増加してしまう。そのため、本実施形態では、Ｔｉの含有量を０．００５ｍａｓｓ％未満に設定した。また、Ｔｉの含有量が、０．００５ｍａｓｓｓ％以上の場合、粗大なＴｉ系化合物が形成され、疲労でクラックが発生し易くなるおそれがある。また、Ｔｉが０．００５ｍａｓｓ％以上の場合、導電率が低下してしまうおそれもある。
このような理由により、Ｔｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％未満に設定されている。なお、Ｔｉは、原料などからの混入がないことが望ましいが、その含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満であれば、リサイクル材などを利用してＴｉを添加することも許容される。
（Ｓｉ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下）
Ｓｉは、連続鋳造用モールド材の強度を高める作用効果を有する元素である。
Ｓｉの含有量が、０．００５ｍａｓｓ％未満では、強度を高める効果が得られなくなる。また、Ｓｉの含有量が０．０２ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。
このような理由により、Ｓｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。ここで、Ｓｉの好ましい含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下の範囲内である。
Ｓｉは、連続鋳造用モールド材の強度を高める作用効果を有する元素である。
Ｓｉの含有量が、０．００５ｍａｓｓ％未満では、強度を高める効果が得られなくなる。また、Ｓｉの含有量が０．０２ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。
このような理由により、Ｓｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。ここで、Ｓｉの好ましい含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下の範囲内である。
（Ｎｉ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下）
Ｎｉは、連続鋳造用モールド材の強度を上昇させる作用効果を有する元素である。
Ｎｉの含有量が、０．００５ｍａｓｓ％未満では、強度の上昇の効果が得られなくなる。また、Ｎｉの含有量が０．０６ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。
このような理由により、Ｎｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。ここで、Ｎｉの好ましい含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下の範囲内である。
Ｎｉは、連続鋳造用モールド材の強度を上昇させる作用効果を有する元素である。
Ｎｉの含有量が、０．００５ｍａｓｓ％未満では、強度の上昇の効果が得られなくなる。また、Ｎｉの含有量が０．０６ｍａｓｓ％超では、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまう。
このような理由により、Ｎｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定されている。ここで、Ｎｉの好ましい含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下の範囲内である。
（ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量：０．０８ｍａｓｓ％以下）
ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％超の場合、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまうため、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量は、０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲内とされている。
ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％超の場合、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまうため、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量は、０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲内とされている。
本実施形態に係る連続鋳造用モールド材は、上述した添加元素の他に、不可避的不純物として、例えば、Ｏ、Ｈ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎ、Ｓｎなどを含有している。
（導電率：７８％ＩＡＣＳ以上）
導電率は熱伝導率と相関があり、導電率が高ければ熱伝導率も高くなる傾向にある。導電率が７８％ＩＡＣＳ未満の場合、熱伝導率が低くなり、モールド材に使用した場合にモールドの冷却効果を十分に得られなくなるおそれがある。
したがって、モールドの冷却効果を十分に得るために、連続鋳造用モールド材の導電率は、７８％ＩＡＣＳ以上に設定されている。ここで、導電率の好ましい範囲は、８０％ＩＡＣＳ以上である。また、導電率の上限は特にないが、９０％ＩＡＣＳ以下であることが好ましい。
導電率は熱伝導率と相関があり、導電率が高ければ熱伝導率も高くなる傾向にある。導電率が７８％ＩＡＣＳ未満の場合、熱伝導率が低くなり、モールド材に使用した場合にモールドの冷却効果を十分に得られなくなるおそれがある。
したがって、モールドの冷却効果を十分に得るために、連続鋳造用モールド材の導電率は、７８％ＩＡＣＳ以上に設定されている。ここで、導電率の好ましい範囲は、８０％ＩＡＣＳ以上である。また、導電率の上限は特にないが、９０％ＩＡＣＳ以下であることが好ましい。
次に、本発明の一実施形態に係る連続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、高純度アルミナ坩堝に装入し、Ａｒガス雰囲気下で高周波溶解し、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。そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳鉄製の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、高純度アルミナ坩堝に装入し、Ａｒガス雰囲気下で高周波溶解し、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。そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳鉄製の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９５％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、水冷によって冷却する。
次いで、９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で、加工率５０％以上９５％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、水冷によって冷却する。
（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時間以下の条件で熱処理を施し、溶体化処理を行う。溶体化処理は、例えば大気又は不活性ガス雰囲気で行い、熱処理後の冷却は、水冷又はガスによって冷却すれば良い。
なお、この溶体化処理工程Ｓ０４において、金属組織が再結晶組織であることを、金属組織を観察することにより確認しても良い。
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時間以下の条件で熱処理を施し、溶体化処理を行う。溶体化処理は、例えば大気又は不活性ガス雰囲気で行い、熱処理後の冷却は、水冷又はガスによって冷却すれば良い。
なお、この溶体化処理工程Ｓ０４において、金属組織が再結晶組織であることを、金属組織を観察することにより確認しても良い。
（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、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。
以上のようにして、本実施形態に係る連続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、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。
以上のようにして、本実施形態に係る連続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連続鋳造用モールド材によれば、Ｆｅの含有量が０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲内とされているので、導電率が７８％ＩＡＣＳ以上となり、導電率が十分に高いため、熱伝導性に優れる。したがって、モールドに使用された際に、熱を良好に放散することができ、モールドの冷却効果を高めることができる。また、Ｆｅの含有量が上述の範囲内とされているので、Ｆｅを母相に固溶させ、強度を高めることができる。
また、本実施形態に係る連続鋳造用モールド材は、Ｃｒを０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、時効処理によって母相の結晶粒内に微細なＣｒ系の析出物が形成され、強度を高くすることができる。さらに、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、時効処理によって母相の結晶粒界に微細なＺｒ系の析出物が形成され、強度をさらに高くすることができる。
また、Ｃｒ系の析出物とＺｒ系の析出物とが微細析出する温度範囲は、同一の温度範囲であり、一度の時効処理によってＣｒ系析出物と、Ｚｒ系析出物とを同時に析出させることができ、２段時効処理などの特殊な熱処理を行わなくても、上述の範囲に成分組成を調製することにより、強度の高い連続鋳造用モールド材を低い製造コストで得ることができる。
さらに、本実施形態に係る連続鋳造用モールド材は、Ｔｉの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満とされているので、Ｔｉを含有する粗大な化合物が生成されないので、疲労でクラックが発生することを抑制できる。
また、本実施形態に係る連続鋳造用モールド材は、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、強度をさらに高くすることができる。
さらに、本実施形態に係る連続鋳造用モールド材は、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、強度をより高くすることができる。
また、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下とされているので、導電率の低下を抑制し、導電率を確実に７８％ＩＡＣＳ以上にすることができる。
さらに、本実施形態に係る連続鋳造用モールド材は、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有する構成とされているので、強度をより高くすることができる。
また、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下とされているので、導電率の低下を抑制し、導電率を確実に７８％ＩＡＣＳ以上にすることができる。
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、上記実施の形態では、溶体化工程の後に時効処理工程を行う場合について説明したが、溶体化工程の後に、例えば圧延率２０％以下の冷間圧延を行い、その後時効処理工程を行う構成とされても良い。
また、上記実施の形態では、連続鋳造用モールド材を製造する際に、熱間加工工程を行う場合について説明したが、冷間加工工程を行う構成とされても良い。
例えば、上記実施の形態では、溶体化工程の後に時効処理工程を行う場合について説明したが、溶体化工程の後に、例えば圧延率２０％以下の冷間圧延を行い、その後時効処理工程を行う構成とされても良い。
また、上記実施の形態では、連続鋳造用モールド材を製造する際に、熱間加工工程を行う場合について説明したが、冷間加工工程を行う構成とされても良い。
なお、上記実施の形態では、連続鋳造用モールド材が、添加元素としてＳｉとＮｉを含有する場合について説明したが、添加元素としてＳｉとＮｉを含有していなくても良い。
また、連続鋳造用モールド材が、添加元素としてＳｉとＮｉのうちいずれか一方を含有する構成とされても良い。
例えば、添加元素として、Ｓｉを含有し、Ｎｉを含有しない場合、Ｓｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下とし、ＦｅとＳｉの合計の含有量を０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲に設定すれば良い。ここで、ＦｅとＳｉの合計の含有量が、０．０８ｍａｓｓ％を超える場合、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまうため、ＦｅとＳｉの合計の含有量は０．０８ｍａｓｓ％以下とする。
また、添加元素として、Ｎｉを含有し、Ｓｉを含有しない場合、Ｎｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下とし、ＦｅとＮｉの合計の含有量を０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲に設定すれば良い。ここで、ＦｅとＮｉの合計の含有量が、０．０８ｍａｓｓ％を超える場合、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまうため、ＦｅとＮｉの合計の含有量は０．０８ｍａｓｓ％以下とする。
また、連続鋳造用モールド材が、添加元素としてＳｉとＮｉのうちいずれか一方を含有する構成とされても良い。
例えば、添加元素として、Ｓｉを含有し、Ｎｉを含有しない場合、Ｓｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下とし、ＦｅとＳｉの合計の含有量を０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲に設定すれば良い。ここで、ＦｅとＳｉの合計の含有量が、０．０８ｍａｓｓ％を超える場合、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまうため、ＦｅとＳｉの合計の含有量は０．０８ｍａｓｓ％以下とする。
また、添加元素として、Ｎｉを含有し、Ｓｉを含有しない場合、Ｎｉの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下とし、ＦｅとＮｉの合計の含有量を０．０８ｍａｓｓ％以下の範囲に設定すれば良い。ここで、ＦｅとＮｉの合計の含有量が、０．０８ｍａｓｓ％を超える場合、導電率が低下し、熱伝導率が低下してしまうため、ＦｅとＮｉの合計の含有量は０．０８ｍａｓｓ％以下とする。
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、これを高純度アルミナ坩堝に装入し、Ａｒガス雰囲気下で高周波溶解し、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所望の成分組成に調製し、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、厚さ約５０ｍｍ、幅約８０ｍｍ、長さ約１００ｍｍとした。
純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これを高純度アルミナ坩堝に装入し、Ａｒガス雰囲気下で高周波溶解し、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所望の成分組成に調製し、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、厚さ約５０ｍｍ、幅約８０ｍｍ、長さ約１００ｍｍ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％以上のものを使用した。また、鋳塊の成分は、ＩＣＰ発光分光分析法により分析を行った。この分析結果を表１に示す。なお、Ｓｉ及びＮｉについては、検出限界以下であるときには、「−」で表記した。
次に、均質化処理として、大気雰囲気において、９７５℃で４時間の条件で均質化処理を行った。そして、均質化処理後、水冷した。
次いで、均質化された鋳塊の表面の酸化膜を面削により除去し、その後、加工率９０％の冷間圧延を行い、圧延材を得た。
次いで、均質化された鋳塊の表面の酸化膜を面削により除去し、その後、加工率９０％の冷間圧延を行い、圧延材を得た。
次に、得られた圧延材に対して、９７５℃、１時間の熱処理を施し、溶体化を行った。溶体化の熱処理の冷却は、水冷により行った。なお、ここで、溶体化後の金属組織が再結晶組織であることを組織観察により確認した。
次いで、溶体化後に、４６５℃、３時間の条件で時効処理を行った。この時効処理は、塩浴中で行った。また時効処理の冷却は、水冷により行った。
以上のようにして、本発明例１〜１４、比較例１〜３の連続鋳造用モールド材を製造した。
次いで、溶体化後に、４６５℃、３時間の条件で時効処理を行った。この時効処理は、塩浴中で行った。また時効処理の冷却は、水冷により行った。
以上のようにして、本発明例１〜１４、比較例１〜３の連続鋳造用モールド材を製造した。
得られた連続鋳造用モールド材に対して、硬さ試験、及び導電率測定を行った。また、母相中に含まれるＴｉ系化合物の有無についても評価した。各測定方法、及び評価方法を以下に説明する。
（硬さ試験）
ＪＩＳ Ｚ ２２４４に規定されている微小硬さ試験方法に準拠し、ビッカース硬さを測定した。
（導電率測定）
ＪＩＳ Ｈ ０５０５に規定されている４端子法によって、電気抵抗を求め、導電率を算出した。
（Ｔｉ系化合物の有無）
走査型電子顕微鏡に付属されたエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）によってＴｉの元素マッピングを取得し、Ｔｉ系化合物の有無について確認した。
以上の評価の結果を表１に示す。
ＪＩＳ Ｚ ２２４４に規定されている微小硬さ試験方法に準拠し、ビッカース硬さを測定した。
（導電率測定）
ＪＩＳ Ｈ ０５０５に規定されている４端子法によって、電気抵抗を求め、導電率を算出した。
（Ｔｉ系化合物の有無）
走査型電子顕微鏡に付属されたエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）によってＴｉの元素マッピングを取得し、Ｔｉ系化合物の有無について確認した。
以上の評価の結果を表１に示す。
表１に示されるように、本発明例１〜１４は、硬さ及び導電率が高く、良好な連続鋳造用モールド材であることが確認された。また、本発明例１〜１４においては、Ｔｉ系化合物の存在は確認されなかった。
一方、比較例１は、Ｆｅの含有量が本発明の範囲よりも少ないため、本発明例と比較して硬さが低下した。
また、比較例２は、Ｆｅの含有量が本発明の範囲よりも多いため、本発明例と比較して導電率が低下した。
また、比較例３は、Ｔｉの含有量が本発明の範囲よりも多いため、導電率が低下するとともに、Ｔｉ系化合物の存在が確認された。
一方、比較例１は、Ｆｅの含有量が本発明の範囲よりも少ないため、本発明例と比較して硬さが低下した。
また、比較例２は、Ｆｅの含有量が本発明の範囲よりも多いため、本発明例と比較して導電率が低下した。
また、比較例３は、Ｔｉの含有量が本発明の範囲よりも多いため、導電率が低下するとともに、Ｔｉ系化合物の存在が確認された。
Claims (4)
- Ｃｒを０．６ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．１６ｍａｓｓ％以下、Ｆｅを０．０５ｍａｓｓ％以上０．０８ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＣｕ及び不純物からなり、前記不純物として、Ｔｉ含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満である組成を有し、
導電率が７８％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする連続鋳造用モールド材。 - さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下含有し、ＦｅとＳｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用モールド材。
- さらに、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有し、ＦｅとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用モールド材。
- さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下、Ｎｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０６ｍａｓｓ％以下含有し、ＦｅとＳｉとＮｉの合計の含有量が０．０８ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用モールド材。
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