JP6693078B2 - 鋳造用モールド材 - Google Patents

Description

本発明は、例えば鉄鋼材料等の金属を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材に関するものである。

従来、鉄鋼材料等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）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。上述のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金においては、さらに添加元素を加えることにより前述した特性が上昇することが知られている。

また、電磁撹拌用のモールド材においては、磁場の浸透深さδは、透磁率μ、印加した磁場の周波数ｆ、導電率σとした場合に、下記の式で示される。
δ＝（１／π・μ・ｆ・σ）^０．５
この式からわかるように、磁場深さδを深くするためには、モールド材の導電率σが低い方が好ましい。しかしながら、導電率σを低くしすぎると熱伝導率が低下し、冷却が不十分となるおそれがある。
このため、モールド材においては、Ｃｒ、Ｚｒ以外の添加元素を加えることにより、導電率σを３０〜６０％ＩＡＣＳ程度に調整したものが提案されている。

例えば特許文献１には、重量比でＣｒ：０．３〜１．５％、Ｚｒ：０．０３〜０．６％を含有し、さらに、ＡｌとＳｉ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｎ等の元素を添加した析出硬化型連続鋳造用鋳型材料が開示されている。
また、特許文献２には、Ｃｒ：０．３〜１．２ｗｔ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５ｗｔ％を含有し、さらにＳｎ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等を添加した金属鋳造用鋳型材が開示されている。

上述の特許文献１，２に記載されたＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金においては、溶体化処理によって非平衡相となるＣｒ及びＺｒの過飽和固溶体を形成し、その後の時効処理によってＣｒ及びＺｒを分散させて析出させることにより、高温強度、高温伸び、耐摩耗性（硬さ）などの機械的特性、導電率及び熱伝導率を向上させている。なお、上述の過飽和固溶体を形成するためには、溶体化処理後に急速冷却を行う必要がある。

特公昭６２−０４１３０２号公報 特開平０５−３３９６８８号公報

ところで、鋳造用モールド材においては、その表面に耐熱性や耐摩耗性に優れるＮｉ−Ｃｒ合金等を溶射し、耐久度を向上させて使用されることが一般的である。上述の溶射処理を行う際には、例えば１０００℃程度の高温域での熱処理を実施した後に水冷等を行わずに徐冷していることから、溶射処理後に時効処理を行っても、強度（硬さ）や導電率が十分に向上しないといった問題があった。

詳述すると、１０００℃程度の高温域での熱処理を実施した後に、例えば、８００℃までの冷却速度が２５℃／ｍｉｎ以下の徐冷を行った場合には、徐冷時に粒状のＣｒを有する析出物（Ｃｒ系の析出物）及びＺｒを有する析出物（Ｚｒ系の析出物）が析出してしまう。そして、その後の時効処理時には、これらの粒状の析出物を核として固溶していたＣｒ及びＺｒが析出することで、析出物が成長・粗大化してしまい、析出強化機構に寄与する微細な析出物が十分に確保できなくなり、強度（硬さ）の向上を図ることができなくなる。

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、溶射処理後に徐冷した場合であっても、その後の時効処理によって強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができる鋳造用モールド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０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、針状析出物もしくは板状析出物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０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。また、導電率を３０〜６０％ＩＡＣＳ程度に調整することができ、電磁撹拌用途のモールド材として特に適している。

そして、本発明の鋳造用モールド材においては、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有しているので、溶射処理後の徐冷時に粒状の析出物が形成されることが抑制されている。このため、溶射処理後の時効処理時に、粒状の析出物を核としてＣｒ及びＺｒが析出することが抑制され、微細な析出物を十分に分散させることができ、析出強化機構によって強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができる。

ここで、本発明の鋳造用モールド材においては、前記針状析出物もしくは前記板状析出物の最大サイズが１００μｍ以下であることが好ましい。なお、前記針状析出物もしくは前記板状析出物の最大サイズとは、観察された析出物において、最小外接円を描いた際の直径とした。
この場合、前記針状析出物もしくは前記板状析出物の最大サイズが１００μｍ以下と比較的小さくされているので、Ｃｕの母相中にＣｒが十分に固溶しており、その後の時効処理時に微細な析出物を十分に分散させることができ、析出強化機構によって強度（硬さ）及び導電率を十分に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、さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含むことが好ましい。
この場合、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐといった元素を上述の範囲内で含有していることから、溶射処理後の徐冷時に粒状の析出物が形成されることが抑制され、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の生成が促進される。よって、溶射処理後の時効処理によって微細なＣｒ系及びＺｒ系の析出物を十分に析出させることができ、確実に強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。

本発明によれば、溶射処理後に徐冷した場合であっても、その後の時効処理によって強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができる鋳造用モールド材を提供することができる。

本発明の一実施形態である鋳造用モールド材の製造方法のフロー図である。 本発明例２及び比較例４の組織観察写真である。 本発明例２で観察された針状析出物もしくは板状析出物の元素マッピング結果を示す図である。 実施例におけるビッカース硬さ測定位置を示す説明図である。

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Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ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、鉄鋼材料等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、本実施形態では、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ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Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含んでいる。
ここで、上述のように、鋳造用モールド材及びＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材の成分組成を規定した理由について、以下に説明する。

（Ｃｒ：０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満）
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（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）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０．５ｍａｓｓ％以上の場合には、例えば１０００℃程度の高温域から８００℃以下の温度までの冷却速度が２５℃／ｍｉｎ以下となる徐冷を行った際に、粒状のＣｒ系及びＺｒ系の析出物が析出し、徐冷後の時効処理においてこれらの粒状の析出物がさらに成長することにより、析出強化機構に寄与する微細な析出物を確保す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、Ｃｒの含有量を０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満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０．３５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｃｒの含有量の上限を０．４５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｚｒ：０．０１ｍａｓｓ％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系の析出物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０．０１ｍａｓｓ％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）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、導電率及び熱伝導率が低下してしまうおそれがある。また、Ｚｒを０．１５ｍａｓｓ％を超えて含有しても、さらなる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０．０１ｍａｓｓ％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。

（Ａｌ：０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満）
Ａｌは、銅合金に固溶することによって導電率を低下させる作用効果を有する元素である。よって、Ａｌの添加量を制御することにより、鋳造用モールド材の導電率を３０〜６０％ＩＡＣＳ程度に調整することができ、電磁撹拌用のモールド材として特に好ましいものとなる。
ここで、Ａｌの含有量が０．１ｍａｓｓ％未満の場合には、導電率を低く抑えることが困難となり、磁場の浸透深さを確保できなくなるおそれがある。また、Ａｌの含有量が２．０ｍａｓｓ％以上の場合には、導電率が大きく低下し、熱伝導率が不十分となるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ａｌの含有量を０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満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、Ａｌの含有量の下限を０．５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ａｌの含有量の上限を１．５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素：合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下）
Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐといった元素は、例えば１０００℃程度の高温域から８００℃以下の温度までの冷却速度が２５℃／ｍｉｎ以下となる徐冷を行った際に、粒状のＣｒ系及びＺｒ系の析出物が析出することを抑制し、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の析出を促進する作用効果を有している。
ここで、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計の含有量が０．０１ｍａｓｓ％未満の場合には、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計の含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率及び熱伝導率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、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計含有量を０．０１ｍａｓｓ％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、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計含有量の下限を０．０２ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計含有量の上限を０．１ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（その他の不可避不純物：０．０５ｍａｓｓ％以下）
なお、上述したＣｒ，Ｚｒ，Ａｌ、Ｐ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ以外のその他の不可避的不純物としては、Ｂ、Ａｇ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，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、導電率及び熱伝導率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。

そして、本実施形態である鋳造用モールド材は、Ｃｕの母相中にＣｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有している。これら針状析出物もしくは板状析出物の最大サイズが１００μｍ以下とされている。
さらに、本実施形態である鋳造用モールド材には、例えば粒径が５μｍ以下の微細なＣｒ系及びＺｒ系の析出物が分散されている。なお、これらの微細なＣｒ系及びＺｒ系の析出物は、徐冷後の時効処理において析出したものである。

上述の針状析出物もしくは板状析出物は、鋳造用モールド材を製造する際に、耐熱性や耐摩耗性に優れるＮｉ−Ｃｒ合金を溶射する溶射処理後の徐冷時に形成されるものである。詳述すると、本実施形態では、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる銅合金に対して、溶射処理時に例えば１０００℃以上にまで加熱された後、１０００℃程度の高温域から６００℃以下の温度までの冷却速度が１０℃／ｍｉｎ以下となる徐冷を行った際に、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物が析出しているのである。これにより、徐冷時における粒状のＣｒ系及びＺｒ系の析出物が析出することが抑制されることになる。

また、本実施形態であるＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材は、上述の鋳造用モールド材と同様の組成を有しており、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有する。
すなわち、本実施形態であるＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材においては、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして徐冷した場合であっても、その後の５００℃、３時間保持の熱処理により、導電率が向上することになる。

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、Ａｌの原料としては、純度の高いものを使用し、例えばＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ａｌの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上のものを使用する。また、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｐを必要に応じて添加する。なお、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｐの原料として、Ｃｕとの母合金を用いてもよい。
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。

（熱間加工工程Ｓ０３）
次いで、鋳塊に対して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。

（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。

（第一時効処理工程Ｓ０５）
次に、溶体化処理工程Ｓ０４の後に、第一時効処理を実施し、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、第一時効処理材を得る。
ここで、第一時効処理は、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Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材が製造される。

（溶射工程Ｓ０６）
次いで、第一時効処理工程Ｓ０５後に、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材の表面の所定の箇所にＮｉ−Ｃｒ合金等を溶射し、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材の表面の所定の箇所にコーティング層を形成する。そして、この溶射の後に、コーティング層が形成されたＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材に９００℃以上１０００℃以下、１５分以上１８０分以下の熱処理を行う。この熱処理は、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材とコーティング層とを拡散接合するために行われている。
この溶射が行われた後の熱処理後の冷却は、例えば炉冷のような比較的冷却速度が遅い徐冷によって行われる。ここで、徐冷の冷却速度は、例えば熱処理温度から８００℃以下での範囲の冷却速度が５℃／ｍｉｎ以上７０℃／ｍｉｎ以下である。

（第二時効処理工程Ｓ０７）
次いで、溶射工程Ｓ０６の後に、第二時効処理を実施し、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、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によれば、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされているので、第二時効処理工程Ｓ０７において、Ｃｒ系及びＺｒ系の析出物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ことができる。また、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満の範囲で含有しているので、導電率を３０〜６０％ＩＡＣＳ程度に調整することができ、電磁撹拌用途のモールド材として特に適している。

そして、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有しているので、溶射処理工程Ｓ０６後の徐冷時に粒状の析出物が形成されることが抑制されており、溶射処理工程Ｓ０６後の第二時効処理工程Ｓ０７によって微細な析出物を十分に分散させることができ、析出強化機構によって強度（硬さ）を十分に向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の最大サイズが１００μｍ以下と比較的小さくされているので、Ｃｕの母相中にＣｒが十分に固溶しており、溶射処理工程Ｓ０６後の第二時効処理工程Ｓ０７によって微細な析出物を十分に分散させることができ、析出強化機構によって強度（硬さ）及び導電率を十分に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、さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含んでいるので、溶射処理工程Ｓ０６後の徐冷時に粒状の析出物が形成されることが抑制され、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の生成が促進される。よって、溶射処理工程Ｓ０６後の第二時効処理工程Ｓ０７によって、微細な析出物を十分に析出させることができ、確実に強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係るＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材においては、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有しているので、溶射理工程Ｓ０６において例えば１０００℃程度の高温域に加熱した後に徐冷した場合であっても、徐冷後の第二時効処理工程Ｓ０７において、導電率が向上することになり、析出硬化によって強度（硬さ）の向上を図ることができる。

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。
本実施形態では、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含むものとして説明したが、これに限定されることはなく、これらの元素を意図的に添加しなくてもよい。

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、Ａｌの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用した。

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、５００（±１５）℃で３時間の条件で第一時効処理を実施した。これにより、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材を得た。

次に、得られたＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材に対して、溶射処理を模擬して１０００℃で１時間の条件で熱処理を行い、その後、１０００℃から６００℃までの冷却速度１０℃／ｍｉｎで徐冷した。
その後、５００℃で３時間の条件で第二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Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材について、ビッカース硬さ（圧延面）、導電率を評価した。
さらに、溶射処理後及び第二時効処理後の鋳造用モールド材について、ビッカース硬さ（圧延面）、導電率を評価した。さらに、組織観察を行い、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の有無を評価した。

（組成分析）
得られたＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ａｌ合金素材及び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。

（組織観察）
得られた鋳造用モールド材から観察用サンプルを採取し、研磨処理後に走査型電子顕微鏡にて組織観察を行い、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の有無を確認した。観察結果を表２に示す。なお、本発明例３の及び比較例２の試料について、第一時効処理後、溶射処理及び徐冷後、第二時効処理後に組織観察を行った結果を図２に示す。さらに、本発明例３で観察されたＣｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の拡大観察結果を図３に示す。

（析出物の最大サイズ）
上述のようにして観察された針状析出物もしくは板状析出物について、最小外接円を描き、この最小外接円の直径を析出物の最大サイズとした。

（ビッカース硬さ測定）
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４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。第一時効処理後、溶射処理後及び第二時効処理後の測定結果を表２に示す。

（導電率測定）
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。第一時効処理後、溶射処理後及び第二時効処理後の測定結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明例においては、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後（溶射処理後）の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後（第二時効処理後）の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有することが確認される。

また、表２に示すように、本発明例においては、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有していることが確認される。そして、本発明例においては、比較例に比べて、第二時効熱処理によってビッカース硬さ及び導電率が大きく上昇していることが確認される。

また、組織観察の結果、比較例２では、図２に示すように、溶射処理後に徐冷した試験片でＣｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物が認められず、粒状の析出物が観察されている。
これに対して、本発明例４では、図２に示すように、溶射処理後に徐冷した試験片でＣｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物が観察された。
なお、本発明例４の第二時効熱処理後の試験片の析出物を拡大観察した結果、図３に示すように、針状析出物もしくは板状析出物からはＣｒが検出されており、粒状の析出物からはＣｒ及びＺｒが検出されている。

Claims (3)

1. 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０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、
   針状析出物もしくは板状析出物を有することを特徴とする鋳造用モールド材。
2. 前記針状析出物もしくは前記板状析出物のサイズが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用モールド材。
3. さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含む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。