JPS6117891B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、すぐれた高温強度、熱伝導性、耐
摩耗性、耐熱疲労割れ性、および耐粗大割れ性を
有し、特に連続鋳造鋳型における溶湯と直接接触
する内壁材として使用するのに適した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内壁材と
して、純銅や、Ag：0.1％含有の低合金銅やSn：
0.1％含有の低合金銅などの固溶体強化型Cu合金
（以上重量％、以下％の表示は重量％を意味す
る）が使用されているが、これら鋳型において
は、使用開始後早期に、鋳型内面の鋳塊メニスカ
ス部に熱疲労による割れや、熱軟化による鋳型変
形が発生し、比較的短期間で使用寿命に至るもの
であつた。 そこで、近年、連続鋳造鋳型用として、高い熱
疲労強度および降伏点を有し、かつ耐熱疲労割れ
性や耐熱変形性にすぐれた析出硬化型Cu合金、
例えばCr：0.5〜0.8％含有のCr合金銅や、Cr：
0.5〜0.6％およびZr：0.1〜0.2％含有のCr−Zr合
金銅などが多く実用に供され、使用寿命の延命化
がはかれるようになつてはきたが、この鋳型にお
いても、フラツクス中に不可避不純物として含有
する硫横（Ｓ）によつて結晶粒界が侵食されるこ
とに原因すると思われる深く大きい割れ（粗大割
れ）が発生し、この粗大割れによつて使用不能と
なるなど必ずしも満足する使用寿命を示さないも
のであつた。 一方、このようなことから、鋳型内面に、耐熱
皮労割れ性のすぐれたNiや、Ｓによる粒界侵食
に対してすぐれた低抗を有するCrをメツキある
いは爆着する試みもなされたが、前者の場合には
粗大割れが発生しやすく、また後者の場合には熱
疲労割れが早期に発生するばかりでなく、この割
れ先端部に応力集中が起こりやすいために割れが
内部にまで進展し、粗大割れにつながるなど使用
寿命の延命化をはかることは困難であつた。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、鋳型内面にメツキや爆着を施すことなく、連
続鋳造鋳型の内壁材に要求される高温強度、熱伝
導性、耐摩耗性、耐熱疲労割れ性、および耐粗大
割れ性を具備した材料を得べく研究を行なつた結
果、CrはCuに比して著しく高い約1850℃の高融
点をもつばかりでなく、きわめて活性があるため
に酸化しやすく、かつCrのCuに対する固溶限、
すなわち析出硬化作用に有効に作用する最大固溶
限は約１％であることから、従来Cuにおける合
金元素としてのCrの含有量はせいぜい１％まで
しか考えられていないものであつたが、ここに従
来考えられていたCrの最大含有量である約１％
をはるかに越えて多量のCrをCuに含有させ、素
地に多量のCrを分散させた組織とすると、この
結果のCu合金は、強度が高く、かつ耐熱疲労割
れ性、耐粗大割れ性、および耐摩耗性にすぐれ、
しかも良好な熱伝導性を保持するという知見を得
たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、 Cr：2.5〜17％ Zr：0.28％〜1.5％ を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組
成を有し、かつ連続鋳造鋳型の長期に亘る使用を
可能ならしめるのに必要な上記の特性を兼ね備え
た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、成分組
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、上記のように合金強度を向上
させ、かつ耐熱疲労割れ性、耐粗大割れ性、お
よび耐摩耗性を改善する作用があるが、その含
有量が2.5％未満では前記作用に所望の効果が
得られず、一方17％を越えて含有させると、合
金の熱伝導性および延性が低下するようになる
ばかりでなく、溶解が困難になることから、そ
の含有量を2.5〜17％と定めた。 (b) Zr Zr成分には、合金の高温延性、特に200〜600
℃の温度範囲における延性を改善すると共に、
高温強度を向上させる作用があるが、その含有
量が0.28％未満では前記作用に所望の改善効果
が得られず、一方1.5％を越えて含有させても
より一層の改善効果は現われず、逆に溶解が困
難になると共に、合金の塑性加工性が低下する
ようになることから、その含有量を0.28％〜
1.5％と定めた。 なお、この発明のCu合金において、強度改善
をはかる目的で、いずれも0.05〜0.5％のFe、
Ni、Co、Cd、Sn、Ag、およびInのうちの１種ま
たは２種以上、並びに0.01〜0.1％のＣ、または
耐熱性の一層の向上をはかる目的で、いずれも
0.05〜0.5％のAl、Mg、Ti、Si、Be、Ｂ、Hf、お
よび希土類のうちの１種または２種以上、さらに
鋳塊清浄化のための脱酸剤として、いずれも0.01
〜0.2％のCa、Li、およびMgのうちの１種または
２種以上を含有させても、何ら上記の特性がそこ
なわれるものではない。 つぎに、この発明のCu合金を実施例により具
体的に説明する。 実施例 １ 高周波誘導加熱炉を用い、真空雰囲気中、黒鉛
るつぼ内でそれぞれ第１表に示される成分組成を
もつたCu合金溶湯をそれぞれ５Kgづつ調整し、
金型鋳造し、面削し、鋳造し、熱間圧延して板
厚：22mmの熱延板とした後、温度：1000℃に１時
間保持後水焼入れの熱処理を行ない、引続いて約
40％の圧下率にて冷間圧延を行なつて板厚：

【表】 13mmの冷延板として、最終的に温度：480℃に１
時間保持の熱処理を行なうことによつて本発明
Cu合金板１〜10および比較Cu合金板１、２をそ
れぞれ製造した。なお、比較Cu合金板１、２
は、いずれも従来連続鋳造鋳型の内壁材として使
用されているものである。 ついで、この結果得られた本発明Cu合金板１
〜10および比較Cu合金板１、２について、常温
引張試験、500℃での高温引張試験、電気伝導度
測定試験、大越式摩耗試験、および粗大割れの原
因と考えられている硫黄による影響を見る目的で
溶融硫黄浸漬試験をそれぞれ行なつた。なお、大
越式摩耗試験は、水平に設置した試験片に対し
て、上方より直径：30mm×幅：３mmの寸法をもつ
たCr−Moの鋼製回転体を、おしつけ力：１Kg、
回転速度：4r.p.m.の条件でおしつけ、５分経過
後における試験片の摩耗幅を測定することにより
行ない、また、溶融硫黄漬試験は、25mm×25mm×
10mmの寸法に切り出した試験片を軟鋼製治具に嵌
め込んでその一面だけが露出した状態とし、その
状態で温度：300℃に加熱した溶融硫黄中に10分
間浸漬後取出して板厚減を測定することにより行
なつた。これらの測定結果を第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
１〜10は、、いずれも比較Cu合金板１、２に比し
て、多少電気伝導度は劣るが、常温および高温に
おける強度が高く、かつ耐摩耗性および耐溶融硫
黄侵食性にもすぐれていることが明らかである。 実施例 ２ 高周波誘導加熱炉を用い、真空雰囲気中、黒鉛
るつぼ内でそれぞれ第２表に示される成分組成を
もつたCu合金溶湯をそれぞれ250Kgづつ溶製し、
インゴツトとし、熱間鍛造にて断面：170mm□×
長さ：750mmの寸法に加工した後、温度：1000℃
に１時間保持後水焼入れ、および温度：480℃に
２時間保持の熱処理を施し、引続いて内径：135
mm□×外径：155mm□×長さ：690mmの寸法に削り
出すことによつてチユーブラタイプの本発明Cu
合金製鋳型１〜６および従来Cu合金製鋳型１、
２をそれぞれ製造した。

【表】 ついで、上記本発明Cu合金製鋳型１〜６およ
び従来Cu合金製鋳型１、２を用い、１チヤージ
の鋳込み量：30tonの条件で炭素鋼の連続鋳造を
行ない、その使用寿命に至るまでのチヤージ数を
測定した。その測定結果を第２表に合せて示し
た。 第２表に示されるように、本発明Cu合金製鋳
型１〜６は、いずれも従来Cu合金製鋳型１、２
に比して一段とすぐれた使用寿命を示すことが明
らかである。なお、本発明Cu合金製鋳型１〜６
は、いずれも鋳型変形が原因で使用寿命に至り、
また従来Cu合金製鋳型１、２は、鋳塊メニスカ
ス部相当位置に発生した熱疲労割れおよび鋳型下
部の摩耗による寸法不良が原因で使用寿命に至る
ものであつた。 上述のように、この発明のCu合金は、きわめ
て高い常温および高温強度を有し、かつ耐摩耗
性、耐熱疲割れ性、および耐粗大割れ性にもすぐ
れているので、これらの特性が要求される連続鋳
造、鋳型として使用した場合に、きわめて長期に
亘つてすぐれた性能を発揮するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Cr：2.5〜17％、 Zr：0.28〜1.5％、 を含有し、残りが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。