JPS6141973B2

JPS6141973B2 -

Info

Publication number: JPS6141973B2
Application number: JP57095367A
Authority: JP
Inventors: Takuro Iwamura; Tsutomu Kimura
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1982-06-03
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1986-09-18
Also published as: JPS58212839A

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、さらにすぐれた耐
熱性と耐酸化性を有し、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合に
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り銅などが使
用されていたが、近年の鋳造速度の高速化に伴な
い、鋳型における溶鋼との接触内面温度が300〜
400℃になることと相まつて、鋳型の置かれる熱
的環境は益々苛酷になりつつあり、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
であつた。また、この鋳型変形を防止する目的で
Crを含有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、これによつ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つたが、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つた。この
熱疲労割れは鋳型側壁を貫通し、冷却水溝にまで
至るものであり、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つた。
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
つて、高温延性の大きい材料で製造された鋳型ほ
ど長寿命を示すものであり、ちなみに上記のCu
−Cr合金は、例えば温度：400℃で３〜８％の伸
びしか示さないものであつた。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合金の使用によつて連続鋳造鋳型の使用
寿命は著しく向上したものになつたが、分度は鋳
造に際して、健全な鋳塊を得るのに不可欠なフラ
ツクス中に含有するＳ成分によるサルフアアタツ
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つた。そこで、本発明者等は、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合金のものすぐ
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（耐サルフアアタツク性）を付与すべく研究を
行なつた結果、前記Cu−Cr−Zr合金にAlとTiを
含有させると、この結果のCu−Cr−Zr−Al−Ti
合金は、上記Cu−Cr−Zr合金と同等、あるいは
これ以上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
サルフアアタツク性）をもつようになるばかりで
なく、耐熱性と耐酸化性も著しく向上するように
なり、かつ連続鋳造鋳型に適した熱伝導度、すな
わち40〜90％、望ましくは50〜80％（IACS％）
の電気伝導度は、この範囲で調整自在に得ること
ができるようになり、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Si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％（IACS％）の電気伝導度が連
続鋳造鋳型にとつ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り、この薄肉化によつて鋳
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、例えば純銅を鋳型材料として使
用すると過剰抜熱となつて鋳塊の健全性が損なわ
れるようになる。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殼を生成す
るに際して、急冷のため急激な凝固収縮が起こ
り、前記殼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り、従
つてこのメニスカス直下では前記空隙により極端
に抜熱性能が低下することになる。一方、前記殼
は殼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。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つて
決まるものであり、したがつて操作条件および鋳
型形状などが予め決まつ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％
（IACS％）以上とすることは過剰抜熱の原因とな
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。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つて、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％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％（IACS
％）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−Al−Ti系合金は、Al含有量を調製
することによつ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
ことになる。第１図に通常の連続鋳造において、
鋳型表面温度が350℃となる鋳型肉厚（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
よつ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り、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、この意
味か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％（IACS％）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
のであつて、重量％で、Cr：0.4〜1.5％、Zr：
0.01〜0.3％、Al：0.05〜0.8％、Ti：0.01〜0.6
％、を含有し、さらに必要に応じて、Fe、Ni、
およびCoのうちの１種または２種以上：0.05〜
１％と、Si：0.01〜0.6％とのいずれか一方、あ
るいは両方を含有し、残りがCuと不可避不純物
からなる組成を有し、かつ高温強度、耐熱疲労割
れ性（高温延性）、耐腐食疲労割れ性（耐サルフ
アアタツク性）、耐熱性、および耐酸化性にすぐ
れ、さらにAl含有量の調整によつて電気伝導度
を、最高強度を保持した状態で広範囲（40〜
90IACS℃）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
1.5％を越えて含有させてもより一層の強度向
上効果が現われず、逆に溶解時スラブ発生量が
増大し、鋳塊の品位と歩留を低下させる要因と
なることから、その含有量を0.4〜1.5％と定め
た。 (b) Zr Zr成分には、Crの析出状態を良好なものに
して高温強度をより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0.3％
を越えて含有させても前記作用により一層の改
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0.01〜0.3％と定
めた。 (c) Al Al成分には、耐サルフアアタツク性を改善
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
導度を広範囲に亘つて調整する作用があるが、
その含有量が0.05％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0.8％を
越えて含有させると、電気伝導度の低下が著し
く、所望の電気伝導度を得ることがでないこと
から、その含有量を0.05〜0.8％、望ましくは
0.2〜0.8％と定めた。 (d) Ti Ti成分には、合金の耐熱性および耐酸化性
を向上させる作用があるが、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、
一方その含有量が0.6％を越えても前記作用に
より一段の向上効果が現われないことから、そ
の含有量を0.01〜0.6％と定めた。 (e) Fe、Ni、およびCo これらの成分には、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％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％と定めた。 (f) Si Si成分には、Tiとの共存において合金の耐熱
性および耐酸化性を一段と向上させる作用があ
るので、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向上効果
が得られず、一方その含有量が0.6％を越えて
も前記作用により一層の向上効果は得られない
ことから、その含有量を0.01〜0.6％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、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％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合金を実施例により具
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つ
たCu合金溶湯：５Kgを溶製し、金型鋳造し、つ
いで熱間圧延にて幅：100mm×厚さ：12mmの寸法
をもつた板材とし、引続いてこれらの板材に温
度：1000℃に１時間保持後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つて本発明Cu
合金板材１〜18および従来のCu合金板材１、２

【表】

【表】をそれぞれ製造した。ついで、この結果得られた本発明Cu合金板材
１〜18および従来Cu合金板材１、２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：400℃での高温引張試験、耐酸化性試験、お
よび耐サルフアアタツク性試験をそれぞれ行なつ
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り、
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
り、さらに耐サルフアアタツク性試験は、25mm×
25mm×10mmの寸法に切出した試料を、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、この状態で温度：300℃に加熱した溶融硫黄
中に10分間浸漬後の板厚減を測定するものであ
る。これらの結果を第２表に示した。第２表に示される結果から、本発明Cu合金板
材１〜18は、いずれも従来Cu合金板材１、２と
同等のすぐれた高温強度と高温延性（高温伸び）
を有し、かつこれより一段とすぐれた耐サルフア
アタツク性および耐酸化性を有し、さらに連続鋳
造鋳型に適した電気伝導度（40〜90IACS％）を
もつことが明らかである。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（耐熱性）、お
よび耐サルフアアタツク性を有するので、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、極めて長期に亘つ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
関係図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ Cr：0.4〜1.5％、 Zr：0.01〜0.3％、 Al：0.05〜0.8％、 Ti：0.01〜0.6％、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。２ Cr：0.4〜1.5％、 Zr：0.01〜0.3％、 Al：0.05〜0.8％、 Ti：0.01〜0.6％、を含有し、さらに、 Fe、Ni、およびCoのうちの１種または２種以
上：0.05〜１％、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。３ Cr：0.4〜1.5％、 Zr：0.01〜0.3％、 Al：0.05〜0.8％、 Ti：0.01〜0.6％、を含有し、さらに、 Si：0.01〜0.6％、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。４ Cr：0.4〜1.5％、 Zr：0.01〜0.3％、 Al：0.05〜0.8％、 Ti：0.01〜0.6％、を含有し、さらに、 Fe、Ni、およびCoのうちの１種または２種以
上：0.05〜１％、 Si：0.01〜0.6％、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。