JPS6123267B2

JPS6123267B2 -

Info

Publication number: JPS6123267B2
Application number: JP57152785A
Authority: JP
Inventors: Fukuhisa Matsuda; Masaki Morikawa; Takuro Iwamura; Hideaki Yoshida; Kunio Kishida
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1982-09-03
Filing date: 1982-09-03
Publication date: 1986-06-05
Also published as: JPS5943858A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、すぐれた耐熱性と耐摩耗性性を有
し、特に高温において耐摩耗性が要求される鉄鋼
などの連続鋳造装置の鋳型部材、金属溶湯から直
接条材を製造する装置における直接溶湯を受ける
圧延ロール部材、電縫溶接装置のリング部材、さ
らにプリント配線用ハンダ付け電極部材などの製
造に用いるのに適したほう化処理による表面硬化
層を有するCu合金部材に関するものである。従来、一般に、この種の部材には、熱伝導性
（耐熱性）および耐摩耗性が要求されることか
ら、Cuに合金成分として少量のCr，Ti，Be，Zr
などを含有させ、熱処理を施して析出硬化させた
析出硬化型Cu合金製のものや、CuまたはCu合金
部材の表面に硬質Crメツキを施したものなどが
知られているが、前者の析出硬化型Cu合金部部
材においては、最も硬さのあるCu―Be合金でも
高々ビツカース硬さ（Hv）：300程度を示すにす
ぎず、また後斜の硬質Crメツキ部材において
は、熱応力や外部応力によつてCrメツキ層に割
れた生じたり、これが剥離したりし、満足な性能
を長期に亘つて発揮し得ないのが現状である。そこで、本発明者等は、上記のような分野にお
いてすぐれた耐熱性と耐摩耗性（以下高温耐摩耗
性という）を示す部材を得べく、特に熱伝導性の
面からCu合金の適用は不可欠であることをふま
えて研究を行なつた結果、これらの部材を、重量
％で、Cr：５〜17％、Zr：0.02〜1.5％を含有
し、さらに必要に応じてＰ：0.005〜0.25％を含
有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成で
構成すると共に、これに熱処理を施して、相対的
に粗大な初晶Cr（凝固過程で晶出）と微細な析
出Cr（熱処理後形成）とが素地中に均一に分散
した組織をもつものとし、この場合、初晶Crは
ビツカース硬さ（Hv）：220を有するが、素地の
強化にはあまり関与せず、一方析出CrはHv：130
しか示さないが、素地の強化に著しく役立つもの
であり、このような組成および組織を有するCu
合金部材の表面にほう化処理を施すと、表面より
拡散したＢが主として初晶Crと反応してほう化
Crを形成するようになり、この場合析出Crがほ
う化Crとなつた素地部分はさほど硬さが上ら
ず、Hv：200程度を示すにすぎないが、初晶Crが
ほう化Crとなつた部分はHv：約500〜1100の著し
く高い硬さを示すようになり、この結果の表面硬
化Cu合金部材は、Crの高い含有量と相まつてす
ぐれた高温耐摩耗性をもつようになるという知見
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、重量％で、Cr：５〜17％を含有
し、必要に応じてZr：0.02〜1.5％およびＰ：
0.005〜0.25％のうちの１種または２種を含有
し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、並
びに素地中に相対的に粗大な初晶Crと微細な析
出Crとが分散した組織を有するCu合金部材の表
面に、ほう化処理による表面硬化層を形成してな
る高温耐摩耗性にすぐれた表面硬化Cu合金部材
に特徴を有するものである。つぎに、この発明の表面硬化Cu合金部材にお
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、その一部が、上記の通り相対的
に粗大な初晶Crとして凝固時に晶出し、この初
晶Crが後工程で施されるほう化処理によつてほ
う化Crとなり、部材表面の硬さを高めて耐摩耗
性を著しく向上させる作用があるほか、他の一部
が熱処理によつて微細な析出Crとして析出し、
部材素地の強度を向上させる作用があり、さらに
部材の耐熱性を向上させる作用があるが、その含
有量が５％未満では、特に初晶Crの晶出が不十
分で、ほう化処理による表面硬さ向上をはかるこ
とができず（初晶Crが存在しない場合、Cuはほ
う化物を形成しないので、ほう化処理により部材
の表面硬さを向上させるとは不可能である）、一
方17％を越えて含有させることは、Cu合金溶製
上困難を伴うばかりでなく、延性が低下して加工
性が損なわれるようになることから、その含有量
を５〜47％と定めた。 (b) Zr Zrの含有によつて部材の200〜600℃の温度範囲
における延性が改善されるようになり、これに伴
つて耐熱疲労割れ特性が向上するようになるが、
その含有量が0.02％未満では前記特性改善に所望
の効果が得られず、一方1.5％を越えて含有させ
てもより一層の向上効果が現われないばかりでは
なく、溶製が困難になると共に、加工性も劣化す
るようになることから、その含有量を0.02〜0.25
％と定めた。 (c) ＰＰ成分には、鋳塊に偏析が発生するのを抑制す
るほか、初晶として晶出するCrを均一に、かつ
微細に分散させ、もつて部材の機械的強度を向上
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
0.005％未満では所望の強度向上をはかることが
できず、一方0.25％を越えて含有ささせると熱伝
導性が低下するようになることから、その含有量
を0.005〜0.25％と定めた。なお、この発明の表面硬化Cu合金部材におい
ては、合金成分として、強度向上をはかる目的
で、いずれも0.05〜0.5％のNi，Co，Sn，Ag、お
よびInのうちの１種または２種以上、耐熱性向上
をはかる目的で、いずれも0.05〜0.5％のAl，
Mg，Ti，Si，Be，Ｂ，Fe，Hf、および希土類元
素のうちの１種または２種以上、さらに鋳塊清浄
化をはかる目的で（脱酸剤として）いずれも0.01
〜0.2％のBa，Li、およびMgのうちの１種または
２種以上をそれぞれ含有されることができる。つぎに、この発明の表面硬化Cu合金部材を実
施例により具体的に説明する。実施例１高周波誘導炉を用い、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５Kgづつ調製した後、インゴ
ツトに金型鋳造し、これに面削、熱間鍛造、およ
び熱間圧延を施して板厚：10mmの熱延板とし、つ
いで、この熱延板より幅：25mm×長さ：250mmの
寸法をもつた試験片を切出し、この試験片に、予
め黒鉛るつぼ内で加熱溶融して900℃に保持して
ある溶融フラツクス（組成：重量％で、B₄C：80
％、H₃BO₃：10％、Na₂B₄O₇：10％）中に６時間
浸漬のほう化処理を止した後、大気中に取出して
直ちに水冷し、最終的に温度：470℃に２時間保
持の条件で時効処理を施すことによつて、本発明
表面硬化Cu合金板材１〜10をそれぞれ製造し
た。また、比較の目的で、成分組成範囲をそれぞれ
第１表に示されるものとし、かつ上記のほう化処
理を行なわない以外は、同一の条件で従来Cu合
金板材１〜４を製造した。さらに、比較の目的で
前記従来Cu合金板材４の無酸素銅のものには通
常の条件で硬質Crメツキを施し、これを従来Cr
メツキCu合金板材とした。ついで、この結果得られた各種の板材におい
て、表面最高硬さおよび板厚中央部最低硬さ（ビ
ツカース硬さ）を測定すると共に、片持ち曲げ試
験を行ない、表面割れが発生する曲げ角度を測定
した。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、本発明表面硬化
Cu合金板材１〜10は、いずれも従来Cu合金板材
１〜４に比して表面硬さが一段と高く、かつ従来
Cr

【表】メツキCu合金板材と同等もしくはこれ以上の著
しく高い表面硬さをもつことがわかる。また本発
明表面硬化Cu合金板材１〜10における表面硬化
層は、従来CrメツキCu合金板材におけるCrメツ
キ層に比してすぐれた密着性と靭性をもつことが
明らかである。実施例２高周波誘導炉を用い、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250Kgづつ溶製した後、インゴ
ツトに鋳造し、このインゴツトを熱間鍛造にて断
面：170mmロ×長さ：750mmの寸法をもつた角柱材
とし、ついでこれに機械加工を加えて上部内径：
135mmロ×下部内径：134mmロ×外径：155mmロ×
長さ：690mmの寸法をもつたテーパー付チユーブ
ラモルードに仕上げ、引続いて、このチユーブラ
モルードに、予め黒鉛るつぼ内で加熱溶融して
950℃に保持してある溶融フラツクス（組成：重
量％で、B₄C：80％、H₃BO₃：10％、Na₂B₄O₇：
10％）中に６時間浸漬のほう化

【表】処理を施した後、大気中に取出して直ちに水冷
し、最終的に大気雰囲気中、温度：475℃に２時
間保持の条件で時効処理を施すことによつて、本
発明表面硬化Cu合金鋳型部材１〜10をそれぞれ
製造した。また、比較の目的で、成分組成範囲をそれぞれ
第２表にに示されるものとし、かつ上記のほう化
処理を行なわない以外は、同一の条件で従来Cu
合金鋳型部材１〜４を製造した。ついで、この結果得られた本発明表面硬化Cu
合金鋳型部材１〜10および従来Cu合金鋳型部材
１〜４を用いて、鋳造鋼種：SUS304（ステンレ
ス鋼）、１チヤージの鋳造鋳込み量：30tonの条件
で連続鋳造試験を行ない、（上部内径：135mmロ―
下部内径：134mmロ）÷２＝0.5mmの内面テーパが
0.25mmに摩耗するまでのチヤージ数を測定した。
この測定結果を第２表に合せて示した。第２表に示される結果から、本発明表面硬化
Cu合金鋳型部材１〜10は、いずれもすぐれた高
温耐摩耗性を有するので、従来Cu合金鋳型部材
１〜４に比して著しく長い使用寿命を示すことが
明らかである。実施例３高周波誘導炉を用い、真空雰囲気中、黒鉛るつ
ぼ内で、それぞれ第３表に示される成分組成をも
つたCu合金溶湯を100Kgづつ溶製した後、インゴ
ツトに鋳造し、このインゴツトを熱間鍛造にて外
径：210mm×長さ：220mmの寸法をもつた円柱材に
加工し、この円柱材より外径：200mm×肉厚：30
mm×長さ：200mmの寸法をもつたスリーブ材を削
り出し、ついでこのスリーブ材に、予め黒鉛るつ
ぼ内で加熱溶融して950℃に保持してある溶融フ
ラツクス（組成：重量％で、B₄C：80％、
H₃BO₃：10％、Na₂B₄O₇：10％）中に６時間浸漬
した後、大気中に取出し、直ちに予め加熱溶融し
て480％に保持してあり無水ほう酸中に浸漬し、
２時間保持のほう化処理と時効処理を連続して施
すことによつて、本発明表面硬化Cu合金スリー
ブ材１〜３を製造した。また、比較の目的で、成分組成範囲を第３表に

【表】示されるものとし、かつ上記のほう化処理を行わ
ない以外は、同一の条件で従来Cu合金スリーブ
材を製造した。ついで、この結果得られた本発明表面硬化Cu
合金スリーブ材１〜３および従来Cu合金スリー
ブ材を、それぞれ２本を１組とし、溶湯から金属
ストリツプを直接鋳造圧延する真空溶解鋳造直接
圧延装置の溶湯急冷圧延用水冷ロールとして用
い、１チヤージの鋳造圧延量：１Kg、ロールの回
転数：30r.p.m.、製品寸法：幅20mm×板厚0.5mm
の条件でTi板を製造し、10チヤージおよび30チ
ヤージごとの製品Ti板の幅方向における最大板
厚―最小板厚（以下板厚差という）を測定すると
共に、Ti板表面荒れを観察し、さらにロール変
形を評価する目的でロール表面の凹凸を測定し
た。なおTi板表面荒れの評価は、製造開始直後
のTi板との比較において行ない、これと同等の
ものを○印、肌荒れがかなりあるものを×印で示
した。またロール表面の凹凸の評価は、表面あら
さ測定機を用いてロールの表面荒さを実測し、最
大値―最小値にて行なつた。これらの結果を第３
表に合せて示した。第３表に示される結果から明らかなように、本
発明表面硬化Cu合金スリーブ材１〜３において
は、いずれも30チヤージ後においてもロール変形
およびロール表面荒れがきわめて少ないので、寸
法精度が高く、かつ肌のきれいな製品Ti板が得
られるのに対して、従来Cu合金スリーブ材にお
いては、10チヤージ後においてすでに著しいロー
ル変形およびロール表面荒れが発生しているの
で、製品Ti板の寸法精度および表面性状はきわ
めて悪いものになつており、11チヤージで使用不
能に至るものであつた。上述のように、この発明の表面硬化Cu合金部
材は、特にCu合金素地中に分散する相対的に粗
大な初晶Crをほう化処理によりきわめて高い硬
さを有するほう化Crとした表面硬化層によつ
て、すぐれた高温耐摩耗性を有するようになり、
かつ熱伝導性にもすぐれているので、これらの特
性が要求される上記の用途に使用した場合に著し
く長期に亘つてすぐれた性能を発揮するのであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１ Cr：５〜17％、 Zr：0.02〜1.5％、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％）、並びに素地中に相対的に粗大
な初晶Crと微細な析出Crとが分散した組織を有
するCu合金部材の表面に、ほう化処理による表
面硬化層を形成してなる、すぐれた高温耐摩耗性
を有する表面硬化Cu合金部材。２ Cr：５〜17％、 Zr：0.02〜1.5％、を含有し、さらに、Ｐ：0.005〜0.25％、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％）、並びに素地中に相対的に粗大
な初晶Crと微細な析出Crとが分散した組織を有
するCu合金部材の表面に、ほう化処理による表
面硬化層を形成してなる、すぐれた高温耐摩耗性
を有する表面硬化Cu合金部材。