JPH05247565A - 硬化可能な銅合金 - Google Patents
硬化可能な銅合金Info
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- JPH05247565A JPH05247565A JP4342794A JP34279492A JPH05247565A JP H05247565 A JPH05247565 A JP H05247565A JP 4342794 A JP4342794 A JP 4342794A JP 34279492 A JP34279492 A JP 34279492A JP H05247565 A JPH05247565 A JP H05247565A
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Abstract
る熱応力に対して敏感でなく、乃至は鋳造用ロールの作
業温度で高い耐疲労強度を備えている様な、鋳造用ロー
ル、鋳造ホイール等を製造するための材料を作ることで
ある。 【構成】 1.0 〜2.6 %のニッケルと、0.1 〜0.45%の
ベリリウムと、残りが製造上不可避な不純物と普通の処
理用添加物とを含む銅とから成り、ブリネル硬度が少な
くとも200 HBで導電率が38m/Ωmm2 以上である硬
化可能な銅合金であって、最終寸法に近い鋳造をする場
合に、変動する熱応力を受ける鋳造用ロール及び鋳造用
ホイールを製造するための材料としての硬化可能な銅合
金にすることである。
Description
する場合に変動する熱応力を受ける鋳造用ロール及び鋳
造用ホイールを製造するための硬化可能な銅合金に関す
る。
するために、製造すべき半製品を出来るだけ最終寸法に
近く鋳造する、特に鉄鋼工業の世界的に広がった目的
は、約1980年以来一連の発展、例えば単一ロール式−及
び2ロール式−連続鋳造法という発展をもたらす結果と
なった。
びに熱間圧延するのが非常に難しい合金を鋳造する場合
に、水冷却されるロール又はローラには溶融金属の流し
込み領域に非常に高い表面温度が生ずる。この表面温度
は例えば鋼合金を最終寸法に近い鋳造をする場合350 〜
450 ℃になっており、鋳造用ロールは導電率が48m/
Ωmm2 で、熱伝導度が約320 W/mKであるCuCrZr−材料か
ら出来ている。CuCrZr−基体の材料は今まで主として熱
的に高い負荷を受ける連続鋳造鋳型及び鋳造用ホイール
のために適用されていた。表面温度はこれらの材料の場
合鋳造用ロールを冷却することによりそれぞれの回転に
おいて周期的に、流し込み領域の直前に約150 から200
℃に下がる。
度はこれに反して回転の間ほぼ一定して約30から40℃と
なっている。鋳造用ロールの表面温度の周期的変化と関
連した表面と後側との間の温度勾配はロール材料の表面
領域において著しい熱応力を生ずる。
である違った温度で今まで使用されたCuCrZr−材料での
疲労状態の実験によれば−これらのパラメーターはほぼ
30回転/minの鋳造用ロールの回転速度に相当する−例え
ば400 ℃の最大の表面温度において−水冷却の上方25mm
の壁厚さに相当して−最適な場合に亀裂形成までに3000
サイクルの寿命が予想される。鋳造用ロールはそれ故約
100 分の比較的短い運転時間の後既に、表面の亀裂を除
去するために修正加工をする必要がある。鋳造用ロール
を交換するために鋳造機械を止め、鋳造過程を中断する
必要がある。
の使用例に対しては約110 から130HBの比較的低い硬
度しかないことである。単一ロール式又は2ロール式連
続鋳造法では即ち、流し込み領域の前に既にはねた鋼が
ロール表面に達するということが避けられない。固まっ
た鋼粒子はその時、鋳造用ロールの比較的柔らかい表面
内に押し込まれ、それにより約1.5 から4mmの厚さの鋳
造された帯体の表面品質が著しく損傷されることにな
る。
CuNiBe−合金の低い導電率はCuCrZr−合金に比べて比較
的高い表面温度になる。導電率は熱伝導度に対して反比
例の状態にあるので、表面で400 ℃の最大温度があり後
側で30℃の温度のCuCrZrから成る鋳造用ロールに比較し
てCuNiBe−合金から成る鋳造用ロールの表面温度は約54
0 ℃に高まることになる。
る程基本的には 200HB以上のブリネル硬度を備えては
いるが、しかしながら抵抗溶接電極乃至は薄板を製造す
るための棒や、バネ又はリードフレームを製造するため
の帯体の如き前記した材料から製造された種類の標準半
製品の導電率が26から32m/Ωmm2 までの値の範囲に恐
らく達している。最適の条件下でこれらの標準材料では
約585 ℃の鋳造用ロールの表面温度しか達成されない。
本的に公知のCuCoBeZr合金乃至はCuNiBeZr合金に対して
も、合金成分を目的に合って選択した場合に、200 HB
の最小硬度と関連して38m/Ωmm2 以上の導電率値が得
られるという指摘は全くなされていない。
m/min以上の鋳造速度の場合でも変動する熱応力に対し
て敏感でなく、乃至は鋳造用ロールの作業温度で高い耐
疲労強度を備えている様な、鋳造用ロール、鋳造用ロー
ル外殻及び鋳造ホイールを製造するための材料を提案す
ることである。
いるものとして、1.0 %〜2.6 %のニッケルと、0.1%
〜0.45%のベリリウムと、残りが製造上不可避な不純物
と普通の処理用添加物とを含む銅とから成り、ブリネル
硬度が少なくとも 200HBで導電率が38m/Ωmm2 以
上である硬化可能な銅合金が良いことが分かった。
張り強度を高めるのは、特に有利には0.05%から0.25%
のジルコニウムを添加することによって達成される。特
に有利には本発明による銅合金で、合金組成において1.
2 %以上のニッケル含有量の時のベリリウムに対するニ
ッケル含有量の比が5:1となっている。
使用される合金に、ニオブ、タンタル、バナジウム、チ
タン、クロム、セル及びハフニウムという群から少なく
とも1つの成分を全体で最高0.15%まで添加する場合に
達成される。
が限定された比以内にあり、適合された熱的乃至は熱機
械的処理を行う時に、最終寸法に近く鋳造するための鋳
造用ロールにとって必要な特性を−即ち 200HB以上の
ブリネル硬度と、少なくとも38m/Ωmm2 の導電率とが
あるという特性を−またそれ故高い疲労強度を達成する
ことが1.1 から2.6 %のニッケルを含有する場合に可能
となるということが、例えばASTM及びDIN で規格化され
た合金を実験した時に分かったのは驚くべきことであ
る。
細に説明することにする:4つの本発明により使用され
る合金(合金FからK)及び4つの比較合金(合金(A
からD)で、所望の特性を得るために組成が如何に臨界
的であるかが示される。例の合金の組成は表1にそれぞ
れ重量%で表されている。対応する実験結果が表2に纏
められている。 表 1 合金 Ni Be Cu ──────────────────────────────────── A 1.43 0.54 残り B 1.48 0.40 残り C 1.83 0.42 残り D 2.12 0.53 残り ──────────────────────────────────── F 1.48 0.29 残り G 1.86 0.33 残り H 1.95 0.30 残り K 2.26 0.35 残り 表 2 合金 Ni/Be HB 導電率 (2.5/187.5) m/Ωmm2 ──────────────────────────────────── A 2.6 193 30.9 B 3.7 224 36.1 C 4.4 235 37.0 D 4.0 229 33.9 ──────────────────────────────────── F 5.1 249 39.4 G 5.6 247 38.5 H 6.5 249 39.8 K 6.5 249 39.8 表2において相異なったニッケル−及びベリリウム含有
量を有する合金に対して−種々の Ni/Be比に対応して−
得られた硬度値と導電率値とが示されている。全体の合
金は、真空炉内で溶融され、熱で変形され、そして925
℃で少なくとも1時間溶融加熱され次に水での急冷の
後、4〜32時間 350℃から 550℃までの範囲の温度で
硬化される。
びKで分かる様に、ベリリウムに対するニッケルの重量
比が少なくとも5:1である時に、所望した特性組合わ
せが得られる。
ール外殻が約25%付加的な冷間変形にゆだねられる時
に、導電率の更に良い改良が成される。そうして例えば
1.48%のニッケルと、少なくとも5.1 のNi/Be-比を有す
る合金において480 ℃で32時間の硬化処理により、43m
/Ωmm2 の導電率と225 HBのブリネル硬度が得られ
る。ニッケル含有量を上げて行くと共に、Ni/Be-比を高
めることによって特性を更に最適にすることが可能とな
る。2.26%のニッケルと、6.5 のNi/Be-比を有する銅合
金は、 480℃で32時間の硬化処理の後、230 HBのブ
リネル硬度と40.5m/Ωmm2 の導電率とを有する。所望
の特性組合わせを得るために、上限として例えば2.3 %
のニッケル含有量に対して7.5 のNi/Be-比が可能とな
る。
組成と技術的特性とが表3及び表4に表されている。全
体の合金は925 ℃で溶融加熱され、次に25%冷間変形さ
れ、続いて480 ℃で16時間硬化処理にゆだねられる。 表 3 合金 Ni Be Zr Cu % % % ──────────────────────────────────── L 1.49 0.24 残り M 2.26 0.35 残り N 2.07 0.32 0.18 残り O 1.51 0.28 0.19 残り P 1.51 0.21 0.17 残り R 1.40 0.21 0.21 残り S 1.78 0.28 0.21 残り 表 4 合金 Ni/Be 耐力 Rm 伸び率 硬度(HB) 導電率 N/mm2 N/mm 2 % 2.5/187.5 m/Ωmm2 ──────────────────────────────────── L 6.2 681 726 19 244 40.2 M 6.5 711 756 18 255 40.1 N 6.5 682 792 18 220 38.6 O 5.4 234 39.0 P 7.2 211 40.9 R 6.3 626 680 15 217 41.1 S 6.3 662 712 13 223 40.8 この実験結果から更に5から7.5 までのNi/Be-比を維持
してジルコニウム添加物を有するCuNiBe合金においても
高いブリネル硬度値と関連して高い導電率値が得られる
ことが確認される。0.25%までのジルコニウムを添加し
てもジルコニウムの無いCuNiBe合金に対する導電率が驚
くべきことにほんの僅かしか低下されず、その際38m/
Ωmm2 の最小値が保証される。他方加工を行う時にジル
コニウム添加物は色々な長所をもたらし、熱可塑性を改
良する。
合金Nが選択された。というのはこの合金は比較的低い
導電率を有しているからである。合金Nでもって約490
℃の鋳造用ロールに対して最大の表面温度が達成可能で
ある。鋼を鋳造する場合鋳造用ロールに今まで公知の応
力を受けて、それにより本発明により使用される合金N
ではCuCrZr合金に比べた寿命が2〜3倍に延びる。高い
ブリネル硬度に基づいて更に、はねた鋼の押し込みによ
り鋳造用ロールの表面が傷付けられるという危険がな
い。
用ホイールにおいても公知のサウスワイヤー(Southwir
e) 及びプロペルチ(Properzi)鋳造ロール装置でもって
線材延べ棒を連続的に鋳造する場合にも生ずる。この方
法に対しても本発明により使用されるCuNiBe(Zr)合金で
鋳造用ホイールを製造するために特に適合された材料が
利用されることになる。この鋳造法は、鋳造用ホイール
に対して使用された材料が不充分な状態のために今まで
鋼を鋳造するには価値を認められなかった。
するための更に別の方法が開発されたが、この方法では
銅鋳型は3.5 から約7m/min までの極端に高い鋳造速度
に基づいて500 ℃までの極端な表面温度を達成する。鋳
型と連続鋼との間の摩擦を出来るだけ低く保つために
は、鋳型で400 行程/min以上の高い振動周波数を調節す
ることが更に必要である。周期的に変動する油面はその
際同様にメニスカス領域で鋳型が著しい疲労応力を受
け、この種の鋳型が満足でない寿命に成るという結果を
持つことになる。その高い耐疲労強度を持つ本発明によ
るCuNiBe(Zr)合金を適用する場合にまたこの利用に対し
ても寿命が著しく長くなることになる。
Claims (6)
- 【請求項1】 1.0 %〜2.6 %のニッケルと、0.1 %〜
0.45%のベリリウムと、残りが製造上不可避な不純物と
普通の処理用添加物とを含む銅とから成り、ブリネル硬
度が少なくとも 200HBで導電率が38m/Ωmm2 以上
である硬化可能な銅合金であって、最終寸法に近い鋳造
をする場合に、変動する熱応力を受ける鋳造用ロール及
び鋳造用ホイールを製造するための材料としての硬化可
能な銅合金。 - 【請求項2】 更に尚0.05%〜0.25%のジルコニウムを
含んでいる請求項1に記載の硬化可能な銅合金。 - 【請求項3】 1.4 %〜2.2 %のニッケルと、0.2 %〜
0.35%のベリリウムと、0.15%〜0.2 %のジルコニウム
と、残りが製造上不可避な不純物と普通の処理用添加物
とを含む銅とから成る、請求項1及び2に記載の硬化可
能な銅合金。 - 【請求項4】 1.2 %以上のニッケル含有量の場合のベ
リリウムに対するニッケルの比(Ni/Be) が少なくとも5
である様な、請求項1又は請求項3のうちの1項に記載
の硬化可能な銅合金。 - 【請求項5】 ベリリウムに対するニッケルの比が5.5
から7.5 の範囲に入っている様な、請求項4に記載の硬
化可能な銅合金。 - 【請求項6】 ニッケル含有量が完全に又は部分的にコ
バルトによって置換されている様な、請求項1から請求
項5のうちの1項による硬化可能な銅合金。
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