JPS58212839A - 連続鋳造鋳型用Ｃｕ合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高温強度、耐熱疲労割れ性、および耐腐食
疲労割れ性にすぐれ、かつ連続鋳造鋳型に適した熱伝導
度（電気伝導度）を有する連続鋳造鋳型用Ｃｕ合金に関
するものである。

従来、一般に鉄鋼の連続鋳造鋳型の製造には、主として
高い熱伝導度（熱伝導度は電気伝導度に比例するので、
通常熱伝導度は電気伝導度にて評価される）を有する純
銅や銀入シ銅などが使用されていたが、近年の鋳造速度
の高速化に伴ない、鋳凰における溶鋼との接触内面温度
が３０’Ｏ〜４００℃になることと相まって、鋳型の置
かれる熱的環境は益々苛酷になシっつあシ、この結果、
特に変形による鋳型寿命の短命化が問題となるものであ
った。

また、この鋳型変形を防止する目的でＣｒを含青させて
高温強度を高めたＣｕ−Ｃｒ合金が連続鋳造鋳型の製造
に用いられるようになり、確かに、これによって変形に
よる鋳型寿命の短命化の問題は著しく改善されるように
なったが、メニスカス（鋳型内の溶鋼湯面）近傍の鋳型
面に熱疲労による割れ（以下熱疲労割れという）が多発
するという新たな問題が生じるものであった。この熱疲
労割れは鋳型側壁を貫通し、冷却水溝にまで至るもので
ちゃ、このような熱疲労による貫通割れの発生は、鋳型
寿命を単に制限するだけでなく、高温の溶鋼と冷却水と
の接触による爆発事故にもつながる極めて危険度の高い
ものであった。この連続鋳造鋳型における熱疲労割れは
材料の高温延性（引張伸び）と密接な関係があるもので
あって、高温延性の大きい材料で製造された鋳型はど長
寿命を示すものであシ、ちなみに上記のＣｕ−Ｃｒ合金
は、例えば温度；４００℃で３〜８チの伸びしか示さな
いものであった。

かかる点から、Ｃｕ−Ｃｒ合金にＺｒを含有させて高温
延性を改善したＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金を連続鋳造鋳型の
製造に用いることが提案され、このＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合
金の使用によって連続鋳造鋳型の使用寿命は著しく向上
したものになったが、今度は鋳造に際して、健全な鋳塊
を得るのに不可欠なフラックス中に含有するＳ成分によ
るサルファアタック性と熱疲労に原因する腐食疲労割れ
がメニスカス近傍に発生するものであった。

そこで、木発明者等は、上述のような観点から。

従来連続鋳造鋳型に用いられているＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合
金に着目し、この従来Ｃｕ合金のもつすぐれた′）・。

高温強度および耐熱疲労割れ（高温延性）を損なうこと
なく、これにすぐれた耐腐食疲労割れ性（耐サルファア
タック性）を付与すべく研究を行なった結果、前記Ｃｕ
−Ｃｒ−Ｚｒ合金にＡｌを含有させると、この結果のＣ
ｕ−０ｒ−Ｚｒ　−ＡＪ　　合金は、上記Ｃｕ−Ｃｒ−
Ｚｒ合金と同等のすぐれた高温強度と耐熱疲労割れ性を
具備した状態で、すぐれた耐腐食疲労割れ性（耐サルフ
ァアタック性）をもつようになるばかシでなく、耐酸化
性も著しく向上゛　　するようになシ、かつ連続鋳造鋳
型に適した熱伝導度、すなわち４０〜９０チ、梁成しく
は５０〜８０チ（ＩＡＣ８係）の電気伝導度を、このね
凹でＶ＠整自在に得ることができるようになシ、さらに
、これにＦｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１、種または
２種以上を含有させれば強度が１段と向上し。

またＴＩおよびＳｔのうちの１種または２種を含有させ
れば耐熱性および耐酸化性が１段と向上するようになる
という知見を得たのである。

なお、４０〜９０　％　（ｌＡＣ３％　）　ノ１［気伝
導度が連続鋳造鋳型にとって好ましいという技術的根拠
は以下に示す理由にもとづくものである。

すなわち、従来、連続鋳造鋳型材料の電気伝導度は大き
いほど良いとされていた。しかし、最近の連続鋳造技術
の進歩と省資源的観点から鋳型は薄肉化される傾向にあ
シ、この薄肉化によって鋳型の抜熱性能は向上するよう
になることから、電気伝導度の高い１例えば純銅を鋳型
材料として使用すると過剰抜熱となって鋳塊の健全性が
損なわれるようＫなる。特に、この過剰抜熱の結果、メ
ニスカス近傍で溶鋼が冷却されて凝固殻を生成するに際
して、急冷のため急激な凝固収縮が起こシ、前記殻が鋳
型側面から離れて、メニスカス直下の鋳型側面に空隙が
形成されるようになシ、従ってこのメニスカス直下では
前記空隙によシ極端に抜熱性能が低下するととＫなる。

一方、前記殻は殻内の高温の溶鋼から熱が供給されるた
め再び溶融するようになり、ブレークアウトなどの事故
の発生をもたらす。このように鋳型の過剰抜熱は鋳塊に
不均一冷却をもたらし、このため鋳塊の変形発生の原因
ともなる１通常、適性な抜熱量とするには鋳型表面温度
を３００〜４００℃程度とするのが良く、この鋳型表面
温度は鋳造条件、鋳型設計。

および鋳型材料の電気伝導度などの条件によって決まる
ものであシ、したがって操作条件および鋳型形状などが
予め決まっている場合は鋳型材料の電気伝導度を調整し
てやる必要がある。しかし、上記の結果から、鋳型材料
の電気伝導度を９０％（ｌＡＣ３％）以上とすることは
逼剰抜熱の原因となることから、いずれの場合も鋳型の
電気伝導度を９０−以下、望ましくは８０％以下としな
ければならない０以上の点を考慮した場合、上記のＣｕ
−Ｃｒ合金およびＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金の電気伝導度を
調整することは極めて困難であって、最高強度が得られ
る熱処理条件では、電気伝導度は、いずれも７５〜９０
チの範囲内にしか調整することができず、これ以下の電
気伝導度、例えば、４０〜７５チ（ＩＡＣ８％）の電気
伝導度とした場合には所望の強度が得られないものであ
る。これに対して、この発明のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ　−ｋ
ｌ　系合金は、Ａ／含有量を調製することによって゛電
気伝導度を自由に調整することができるのである。この
ように、鋳型の薄肉化に伴い、従来のものに比して電気
伝導度の低い材料の使用が必要となるが、薄肉化にも限
度があるため、当然鋳型材料の電気伝導度にも下・限が
あることＫなる。第１図に通常の連続鋳造圧おいて、鋳
型表面温度が３５０℃とまる鋳型肉厚（溶鋼接触面から
冷却水溝先端までの距離）と、鋳型材料の電気伝導度と
の関係を例示した。第１図によれば、鋳型の薄肉化には
低い電気伝導度の材料を必要とすることが明らかであり
、一方鋳型は構造物としての強度を必要とするばかりで
なく、改削によって再使用するものであるから改削回数
を多くできる適度の肉厚を有することがトータル寿命を
長くできることから必要であゑ、この点を考慮すれば当
然鋳型肉厚の最小厚みが限定され、こＱ意１にら鋳型材
料の電気伝導度の下限も限定されることになる。実際に
は個々の操業条件、特に鋳造速度や鋳塊断面形状とマス
（容量）などとの兼ね合いも考慮して、一般には鋳型材
料の電気伝導度は最低４０％、望ましくは５０　％　（
ＩＡＣ８ｌとするのがよい。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て１重量−で、Ｃｒ：０．４〜１．５％、Ｚｒ：０．０
１〜０．３０チ、　Ａ／：０．０５〜０．８０チを含有
し、さらに必要に応じて、Ｆ　ｅ　ＨＮ　ｉｌおよびＣ
Ｏのうちの１種または２種以上：　０．０５〜１．０チ
と。

ＴＩおよびＳｌのうちの１種または２種：　０．０１〜
０．６０Ｓとのいずれか一方、あるいは両方を含有し、
残夛がＣｕと不可避不純物からなる組成を有し、かつ高
温強度、耐熱疲労割れ性（高温延性）。

および耐腐食疲労割れ性（耐サルファアタック性）にす
ぐれ、さらにＡ／含有量の調整によって電気伝導度を、
最高強度を保持した状態で広範囲（４０〜９０　ｌＡＣ
３％　）に調整できる連続鋳造鋳型用Ｃｕ合金に特徴を
有するものである。

つぎに、この発明のＣｕ合金において成７７−組成範囲
を上記の通りに限定した理由を説明する。

（ａ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には合金の常温および高温強度を高める作用が
あるが、その含有量が０．４％未満では所望の高強度を
確保することができず、一方１．５１％を越えて含有さ
せてもよシ一層の強度向上効果が現われず、逆に溶解時
にスラグ発生量が増大し、鋳塊の品位と歩留を低下させ
る要因となること力１ら、その含有量を０．４〜１．５
チと定めた。

（ｂ）　　　Ｚｒ Ｚｒ成分には、Ｃｒの析出状態を良好なものにして高温
強度をよシ一層向上させるほか、特に高温延性を向上さ
せて耐熱疲労割れ性を改善する作用があるが、その含有
量が０．０１％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方０．３０　’％を越えて含有させても前記作用
によシ一層の改善効果は得られず、逆に延性が低下する
ようになることから、その含有量を０．０１〜０．３０
％と定めた。

（ｃ）　　ｊＵ ＡＪ酸成分は、耐サルファアタック性を改善して鋳型に
腐食疲労割れが発生するのを防止すると共に、耐酸化性
を向上させ、さらに電気伝導度を広範囲に亘って調整す
る作用があるが、その含有量が０．０５１未満では所望
の耐腐食疲労割れ性を確保することができず、一方０．
８０チを越えて含有させると、電気伝導度の低下が著１
く、所望の電気伝導度を得ることができないことから、
その含有量を０６０５〜０．８０チ、望ましくは０．２
０〜０．８０％と定めた。

（ｄ）　　Ｆｅ、Ｎｌ、およびＣＯ これらの成分には１合金の常温および高温強度を一段と
向上させる作用があるので、特に高強度が要求される場
合に必要に応じて含有されるが、その含有量が０．０５
％未満では所望の高強度を確保することができず、一方
１．０チを越えて含有させてもより一層の向上効果が現
われないことから、その含有量を０．０５〜１．０チと
定めた。

（ｅ）Ｔｉおよび８１ これらの成分には１合金の耐熱性および耐酸化性を一段
と向上させる作用があるので、これらの特性が要求され
る場合に必要に応じて含有されるが、その含有量が０．
０１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
０．６０％を越えて含有させてもよシ一層の向上効果が
現われないことから、その含有量を０．０１〜０．６０
チと定めた−なお、この発明のＣｕ合金においては、電
気伝導度を調整する目的で、必要に応じてＺｎ、Ｍｎ。

Ｃｄ、Ｉｎ、およびＳｎのうちの１種または２種以上を
０．０５〜１．０−の範囲で含有させても、また同じく
必要に応じて１合金清浄化をはかる目的で、ｐ　、Ｃａ
、Ｌｉ、Ｍｇ、および希土類元素のうちの１種または２
種以上を、０．００５〜０．３０チの範囲で含有させて
も、上記の特性が何ら損なわれるものではない。

つぎに、この発明のＣｕ合金を実施例によシ具体的に説
明する。

実施例 通常の高周波誘導加熱炉を用い、黒鉛るつぼ中にて、そ
れぞれ第１表に示される成分組成をもったＣｕ合金溶湯
；５＃を溶製し、金型鋳造し、ついで熱間圧延にて幅：
１００１ｆｉＸ厚さ：１２Ｂの寸法をもった板材とし、
引続いてこれらの板材に温度：　１０００℃に１時間保
持抜水焼入れの焼入れ処理、および温度：、４８０℃に
２時間保持の焼戻し処理からなる熱処理を施すことによ
って本発明Ｃｕ合金板材１〜３３および比較Ｃｕ合金板
材１〜５をそれぞれ製造した。なお、比較Ｃｕ合金板材
１〜５は、いずれも構成成分のうちのいずれかの成分含
有量（第１表にＸ印を付したもの）がこの発明の範囲か
ら外れた組成をもつものである。

ついで、この結果得られた本発明Ｃｕ合金板材１〜３３
および比較Ｃｕ合金板材１〜５について。

電気伝導度を測定すると共に、常温引張試験、温度、４
００℃での高温引張試験、耐酸化性試験。

および耐サルファアタック性試験をそれぞれ行なった。

なお、高温引張試験は、試料を温度：４００℃に２０分
間保持後の引張特性を測定するものであシ、また耐酸化
性試験は、温度＝９００℃に１時間保持後の試料表面よ
りの酸化深さを測定するものであシ、さらに耐サルファ
アタック性試験は。

２５ｓｕｃＸ２５ａｕＸ１０Ｈの寸法に切出した試料を
。

軟鋼製治具に嵌め込んで、その−面だけが露出した状態
とし、この状態で温度：３００℃に加熱した溶融硫黄中
に１０分間浸漬後の板厚域を測定するものである。これ
らの結果を第１表に合せて示した。

第１表に示される結果から、本発明Ｃｕ合金板材１〜３
３は、いずれもすぐれた高温強度、高温伸び（高温延性
）、耐酸化性、および耐サルファアタック性を示し、か
つ連続鋳造鋳１１に適した電気伝導度（４０〜９０　Ｉ
ＡＣＳチ）をもつのに対して、比較Ｃｕ合金板材１〜５
に見られるようＫ、構成成分のうちのいずれかの成分含
有量がこの発明の範囲から外れると、前記の特性のうち
少なくともいずれかの特性が劣ったものになることが明
らかである。

なお、第２図には、上記の本発明Ｃｕ合金板材６〜１１
および比較Ｃｕ合金板材４，５について、Ａｌ含有量と
電気伝導度の関係を示したが１図示されるように電気伝
導度はＡｌ含有量に依存し、Ａｌ含有量を調整すること
によって所望の電気伝導度を広範囲にわたって調整自在
に確保できることが明らかであシ、このことは鋳型設計
上の制約を解消する１助ともな９、実用上の効果は著し
いものがある。

上述のように、この発明のＣｕ合金は、すぐれた高温強
度、高温延性、耐酸化性、および耐サルファアタック性
を有するので、これを連続鋳造鋳型の製造に用いた場合
、この結果の連続鋳造鋳型には熱疲労割れおよび腐食疲
労割れの発生なく、極めて長期に亘っての使用が可能と
なるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳型肉厚と鋳型材料の電気伝導度との関係図、
第２図はＣｕ合金のＡｌ含有量と電気伝導度との関係図
である。 出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　１）和　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　Ｃｒ　：　０．４〜１．５％、Ｚｒ　　：　
   ０．０１〜０．３０ｓ、　Ａｌ：０．０５〜０．８０　
   ％を含有し、残シがＣｕと不可避不純物からなる組成（
   以上重量％）を有することを特徴とする連続鋳造鋳型用
   Ｃｕ合金。 （２１Ｃｒ：０．４〜１．５　％、　Ｚｒ、：０．０１
   −０．３０　％。 Ａ１０．０５〜０．８０　％を含有し、さらにＦｅ、Ｎ
   ｉ。 およびＣｏのうちの１種または２種：　Ｏ，ＯＳ〜１．
   ０　％を含有し、残）がＣｕと不可避不純物が゛らなる
   組成（以上重量％）を有することを特徴とする連続鋳造
   鋳型用Ｃｕ合金。 （３）　　Ｃｒ：０．４〜１．５　％　、　Ｚｒ：０．
   ０１〜０．３０％。 １！３０．０５〜０．８０−を含有し、さらにＴｉおよ
   びＳｌのうちの１種または２種：　０．０１〜０．６０
   チを含有し、残〕がＣｕと不可避不純物からなる組成（
   以上重量％）を有することを特徴とする連続鋳造鋳型用
   Ｃｕ合金。 （４１Ｃｒ：０．４〜１．５％、Ｚｒ：０．０１〜０．
   ３０チ。 ＡＪ：０．０５〜０．８０％を含有し、さらにＦｅ、Ｎ
   ｉ。 およびＣｏのうちのｆｌｉｔたけ２種以上：　０．０５
   〜１．０％と、Ｔ１およびＳｉ　のうちの１種または２
   種：　０．０１〜０．６０　％とを含有し、残シがＣｕ
   と不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有するこ
   とを特徴とする連続鋳造鋳型用Ｃｕ合金。