KR102486303B1

KR102486303B1 - Mold materials for casting, and copper alloy materials

Info

Publication number: KR102486303B1
Application number: KR1020207008276A
Authority: KR
Inventors: 쇼이치로 야노; 시노부 사토우; 간타 다이라쿠
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2023-01-06
Also published as: WO2019102716A1; EP3715488A1; CN111212923B; KR20200087123A; JP2019094530A; US20200215604A1; CN111212923A; EP3715488A4; JP7035478B2

Abstract

이 주조용 몰드재는, 금속 재료를 주조할 때에 사용되는 주조용 몰드재로서, Cr 을 0.3 mass％ 이상 0.7 mass％ 이하의 범위 내, Zr 을 0.025 mass％ 이상 0.15 mass％ 이하의 범위 내, Sn 을 0.005 mass％ 이상 0.04 mass％ 이하의 범위 내, P 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, Zr 의 함유량 [Zr] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Zr]/[P] ≥ 5 의 관계를 가짐과 함께, Sn 의 함유량 [Sn] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Sn]/[P] ≤ 5 의 관계를 갖는다.This mold material for casting is a mold material for casting used when casting a metal material, and contains Cr within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, Zr within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, Sn Within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, P contained within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, the remainder being Cu and unavoidable impurities, and Zr content [Zr] (mass%) and P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr]/[P] ≥ 5, Sn content [Sn] (mass%) and P content [P] (mass%) has a relationship of [Sn]/[P] ≤ 5.

Description

Mold materials for casting, and copper alloy materials

본 발명은, 예를 들어 철강, 알루미늄, 구리 등의 금속 재료를 주조할 때에 사용되는 주조용 몰드재, 및 상기 서술한 주조용 몰드재 등의 고온 환경하에서 사용되는 부재에 적합한 구리 합금 소재에 관한 것이다.The present invention relates to a copper alloy material suitable for a casting mold material used when casting metal materials such as steel, aluminum, and copper, and a member used in a high-temperature environment such as the above-mentioned casting mold material. will be.

본원은, 2017년 11월 21일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2017-223760호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2017-223760 for which it applied to Japan on November 21, 2017, and uses the content here.

종래, 철강, 알루미늄, 구리 등의 금속 재료를 주조할 때에 사용되는 주조용 몰드재에는, 큰 열응력에 견디는 고온 강도, 가혹한 열피로 환경에 견디는 고온 연신, 고온에서의 내마모성 (경도), 열전도성 등의 특성이 우수할 것이 요구되고 있다.Conventionally, casting mold materials used when casting metal materials such as steel, aluminum, and copper have high-temperature strength to withstand large thermal stress, high-temperature elongation to withstand severe thermal fatigue environments, wear resistance (hardness) at high temperatures, and thermal conductivity. etc. are required to be excellent.

C18150 등의 Cu-Cr-Zr 계 합금은, 우수한 내열성 및 도전성 (열전도성) 을 구비하고 있는 점에서, 예를 들어 특허문헌 1, 2 에 나타내는 바와 같이, 사용 환경이 고온이 되는 주조용 몰드재의 소재로서 이용되고 있다.Since Cu-Cr-Zr alloys such as C18150 have excellent heat resistance and conductivity (thermal conductivity), as shown in Patent Literatures 1 and 2, for example, a casting mold material in which a use environment is at a high temperature. It is used as a material.

상기 서술한 Cu-Cr-Zr 계 합금은, 통상적으로, Cu-Cr-Zr 계 합금 주괴에 소성 가공을 실시하고, 예를 들어 유지 온도가 950 ∼ 1050 ℃, 유지 시간이 0.5 ∼ 1.5 시간의 용체화 처리와, 예를 들어 유지 온도가 400 ∼ 500 ℃, 유지 시간이 2 ∼ 4 시간의 시효 처리를 실시하고, 마지막으로 기계 가공에 의해 소정의 형상으로 마무리하는 제조 공정에 의해 제조된다.The above-mentioned Cu-Cr-Zr-based alloy is usually subjected to plastic working on a Cu-Cr-Zr-based alloy ingot, for example, a melting temperature of 950 to 1050 ° C. and a holding time of 0.5 to 1.5 hours. It is manufactured by a manufacturing process in which shaping treatment, aging treatment at a holding temperature of 400 to 500 ° C. and a holding time of 2 to 4 hours are performed, and finally finished into a predetermined shape by machining.

그리고, Cu-Cr-Zr 계 합금은, 용체화 처리로 Cr 및 Zr 을 Cu 의 모상 중에 고용시키고, 시효 처리에 의해 Cr 계 석출물 (Cu-Cr) 이나 Zr 계 석출물 (Cu-Zr) 을 미세 분산시킴으로써, 강도 및 도전성 (열전도성) 의 향상을 도모하고 있다.And, in the Cu-Cr-Zr alloy, Cr and Zr are dissolved in the parent phase of Cu by solution heat treatment, and Cr-based precipitates (Cu-Cr) or Zr-based precipitates (Cu-Zr) are finely dispersed by aging treatment. By doing so, strength and conductivity (thermal conductivity) are improved.

일본 특허공보 제5590990호Japanese Patent Publication No. 5590990 일본 공개특허공보 소58-107460호Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-107460

최근, 주조 대상이 되는 합금 품종의 증가나 몰드의 수명 연장에 의한 비용 다운 등의 요구에 따라, 보다 가혹한 환경에 있어서도 사용 가능한 주조용 몰드재가 요구되고 있다.In recent years, in accordance with demands such as an increase in the variety of alloys to be cast and a cost reduction due to an extension of the life of the mold, a mold material for casting that can be used even in a harsher environment is required.

상세히 서술하면, 합금 품종에 따라서는 몰드에 주입되는 용융 금속의 온도가 높게 설정되는 경우가 있고, 종래보다 우수한 고온 강도가 요구된다. 또, 몰드에 있어서는, 탕면 (湯面) 근방의 온도가 국소적으로 높아지는 경향이 있기 때문에, 고온이 된 영역에 있어서 석출물의 분산 상태가 변화하고, 몰드 내에 있어서 국소적인 강도의 저하 및 도전성의 향상 (열전도성의 향상) 이 발생하여, 냉각 상태가 불안정해져서, 주조를 안정적으로 실시할 수 없게 될 우려가 있었다.More specifically, depending on the type of alloy, the temperature of the molten metal injected into the mold may be set high, and high-temperature strength superior to that of the prior art is required. In addition, in the mold, since the temperature near the molten surface tends to be locally high, the dispersion state of the precipitate changes in the high temperature region, resulting in a local decrease in strength and improvement in conductivity in the mold (improvement of thermal conductivity) occurred, the cooling state became unstable, and there was a possibility that casting could not be performed stably.

본 발명은, 상기 서술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 고온 강도가 우수함과 함께, 고온 조건하에서 사용한 경우여도 국소적인 강도의 저하 및 도전성 (열전도성) 의 향상이 억제되고, 안정적으로 주조를 실시하는 것이 가능한 주조용 몰드재, 및 이 주조용 몰드재에 적합한 구리 합금 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above circumstances, and is excellent in high-temperature strength, and even when used under high-temperature conditions, local decrease in strength and improvement in conductivity (thermal conductivity) are suppressed, and casting is performed stably. It is an object of the present invention to provide a mold material for casting capable of doing so, and a copper alloy material suitable for the mold material for casting.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 주조용 몰드재는, 금속 재료를 주조할 때에 사용되는 주조용 몰드재로서, Cr 을 0.3 mass％ 이상 0.7 mass％ 이하의 범위 내, Zr 을 0.025 mass％ 이상 0.15 mass％ 이하의 범위 내, Sn 을 0.005 mass％ 이상 0.04 mass％ 이하의 범위 내, P 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, Zr 의 함유량 [Zr] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Zr]/[P] ≥ 5 의 관계를 가짐과 함께, Sn 의 함유량 [Sn] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Sn]/[P] ≤ 5 의 관계를 갖는다.In order to solve the above problems, the mold material for casting of the present invention is a mold material for casting used when casting a metal material, wherein Cr is within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, and Zr is 0.025 mass% or more. It has a composition containing Sn within the range of 0.15 mass% or less, within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, and P within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, the balance being Cu and unavoidable impurities, While the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr]/[P] ≥ 5, the Sn content [Sn] (mass%) and The P content [P] (mass%) has a relationship of [Sn]/[P] ≤ 5.

이 구성의 주조용 몰드재에 있어서는, Cr 을 0.3 mass％ 이상 0.7 mass％ 이하의 범위 내, Zr 을 0.025 mass％ 이상 0.15 mass％ 이하의 범위 내에서, 각각 함유하고 있으므로, 시효 처리에 의해 미세한 석출물을 석출시킬 수 있고, 강도 및 도전율을 향상시킬 수 있다.In the mold material for casting having this configuration, Cr is contained within a range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, and Zr is contained within a range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, respectively, so fine precipitates are formed by aging treatment. can be precipitated, and strength and conductivity can be improved.

또, Sn 을 0.005 mass％ 이상 0.04 mass％ 이하의 범위 내에서 함유하고 있으므로, 고용 강화에 의해, 강도를 향상시킬 수 있다.Moreover, since Sn is contained within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, strength can be improved by solid solution strengthening.

그리고, P 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하의 범위 내에서 함유하고 있으므로, Zr 및 Cr 과 반응함으로써 Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성된다. 이들 Zr-P 화합물 및 Cr-Zr-P 화합물은, 고온에서도 안정적인 점에서, 고온 조건하에서 사용한 경우여도, 국소적인 강도의 저하나 도전성 (열전도성) 의 향상을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 결정 입경의 조대화를 억제할 수 있어, 고온 강도를 향상시킬 수 있다.And since P is contained within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, Zr-P compound or Cr-Zr-P compound is produced|generated by reacting with Zr and Cr. Since these Zr-P compounds and Cr-Zr-P compounds are stable even at high temperatures, even when used under high temperature conditions, it is possible to suppress a local decrease in strength and an increase in conductivity (thermal conductivity). In addition, coarsening of the crystal grain size can be suppressed, and high-temperature strength can be improved.

또한, Zr 의 함유량 [Zr] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Zr]/[P] ≥ 5 의 관계를 갖고 있으므로, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성되어도, 강도 향상에 기여하는 Cu-Zr 석출물의 개수가 확보되어, 강도 향상을 도모할 수 있다.In addition, since the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr]/[P] ≥ 5, the Zr—P compound or Cr—Zr—P Even if a compound is produced, the number of Cu-Zr precipitates contributing to strength improvement is ensured, and strength improvement can be aimed at.

또, Sn 의 함유량 [Sn] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Sn]/[P] ≤ 5 의 관계를 가지므로, Sn 의 고용에 의한 도전율의 저하를, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물의 생성에 의한 도전율의 상승에 의해 보충할 수 있고, 우수한 도전성 (열전도성) 을 확보할 수 있다.In addition, since the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Sn]/[P] ≤ 5, the decrease in conductivity due to the solid solution of Sn, It can be compensated for by the increase in electrical conductivity due to the formation of a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound, and excellent conductivity (thermal conductivity) can be secured.

본 발명의 주조용 몰드재는, 추가로, Si 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하 함유하고 있어도 된다. 이 경우, Si 가 구리의 모상 중에 고용됨으로써, 고용 강화에 의해 추가적인 강도의 향상을 도모할 수 있다.The mold material for casting of the present invention may further contain 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less of Si. In this case, by solid solution of Si in the parent phase of copper, further improvement in strength can be achieved by solid solution strengthening.

본 발명의 주조용 몰드재는, Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 원소의 합계 함유량이 0.03 mass％ 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 불순물 원소인 Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 원소의 합계 함유량이 0.03 mass％ 이하로 제한되어 있으므로, 도전성 (열전도성) 의 저하를 억제할 수 있다.In the mold material for casting of the present invention, it is preferable that the total content of the elements Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is 0.03 mass% or less. In this case, since the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti as impurity elements is limited to 0.03 mass% or less, a decrease in conductivity (thermal conductivity) can be suppressed.

본 발명의 주조용 몰드재는, 도전율이 70 ％IACS 를 초과하는 것이 바람직하다. 이 경우, 도전율이 70 ％IACS 를 초과하고 있으므로, 충분히 Cr 계 석출물 및 Zr 계 석출물이 분산됨과 함께, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성된다. 따라서, 주조용 몰드재를 고온 조건하에서 사용한 경우여도 국소적인 강도의 저하 및 도전성 (열전도성) 의 향상을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 결정 입경의 조대화를 억제할 수 있어, 고온 강도를 향상시킬 수 있다.It is preferable that the mold material for casting of the present invention has a conductivity exceeding 70% IACS. In this case, since the conductivity exceeds 70%IACS, the Cr-based precipitate and the Zr-based precipitate are sufficiently dispersed, and a Zr—P compound or a Cr—Zr—P compound is generated. Therefore, even when the mold material for casting is used under high-temperature conditions, it becomes possible to suppress a local decrease in strength and an increase in electrical conductivity (thermal conductivity). In addition, coarsening of the crystal grain size can be suppressed, and high-temperature strength can be improved.

본 발명의 주조용 몰드재는, 비커스 경도가 115 Hv 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 비커스 경도가 115 Hv 이상이므로, 충분한 경도를 갖고 있고, 사용시에 있어서의 변형을 억제할 수 있어, 주조용 몰드재로서 양호하게 사용할 수 있다.It is preferable that the mold material for casting of this invention has a Vickers hardness of 115 Hv or more. In this case, since the Vickers hardness is 115 Hv or more, it has sufficient hardness, suppresses deformation during use, and can be favorably used as a mold material for casting.

본 발명의 주조용 몰드재는, 1000 ℃ 에서 30 분의 열처리를 실시한 후의 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 고온 조건하에서 사용한 경우여도, 결정 입경의 조대화가 억제되어 있어, 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또, 균열의 전파 속도를 억제할 수 있어, 열응력 등에 의한 큰 균열의 발생을 억제할 수 있다.The mold material for casting of the present invention preferably has an average grain size of 100 µm or less after heat treatment at 1000°C for 30 minutes. In this case, even when used under high-temperature conditions, coarsening of the crystal grain size is suppressed, and a decrease in strength can be suppressed. In addition, the propagation speed of cracks can be suppressed, and generation of large cracks due to thermal stress or the like can be suppressed.

본 발명의 구리 합금 소재는, Cr 을 0.3 mass％ 이상 0.7 mass％ 이하의 범위 내, Zr 을 0.025 mass％ 이상 0.15 mass％ 이하의 범위 내, Sn 을 0.005 mass％ 이상 0.04 mass％ 이하의 범위 내, P 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, Zr 의 함유량 [Zr] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Zr]/[P] ≥ 5 의 관계를 가짐과 함께, Sn 의 함유량 [Sn] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Sn]/[P] ≤ 5 의 관계를 갖고, 1015 ℃ 에서 1.5 시간의 용체화 처리 후에, 475 ℃ 에서 3 시간의 시효 처리를 실시한 후의 도전율이 70 ％IACS 를 초과한다.The copper alloy material of the present invention contains Cr within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, Zr within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, Sn within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, It has a composition containing P within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, the remainder being Cu and unavoidable impurities, and the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) , while having a relationship of [Zr]/[P] ≥ 5, the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) of [Sn]/[P] ≤ 5 In relation to this, the conductivity after solution heat treatment at 1015°C for 1.5 hours and aging treatment at 475°C for 3 hours exceeds 70% IACS.

이 구성의 구리 합금 소재는, 충분히 Cr 계 석출물 및 Zr 계 석출물이 분산되고, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성되어 있으므로, 고온 조건하에서 사용한 경우여도, 국소적인 강도의 저하 및 도전성 (열전도성) 의 향상을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 결정 입경의 조대화를 억제할 수 있어, 고온 강도를 향상시킬 수 있다.In the copper alloy material having this configuration, since Cr-based precipitates and Zr-based precipitates are sufficiently dispersed and Zr-P compounds or Cr-Zr-P compounds are generated, even when used under high temperature conditions, local strength and conductivity are reduced. It becomes possible to suppress the improvement of (thermal conductivity). In addition, coarsening of the crystal grain size can be suppressed, and high-temperature strength can be improved.

본 발명의 구리 합금 소재는, 추가로, Si 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하 함유하고 있어도 된다. 이 경우, Si 가 구리의 모상 중에 고용시킴으로써, 고용 강화에 의해 추가적인 강도의 향상을 도모할 수 있다.The copper alloy material of the present invention may further contain 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less of Si. In this case, by dissolving Si into a solid solution in the copper parent phase, further improvement in strength can be achieved by solid solution strengthening.

본 발명의 구리 합금 소재는, Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 원소의 합계 함유량이 0.03 mass％ 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 불순물 원소인 Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 원소의 합계 함유량이 0.03 mass％ 이하로 제한되어 있으므로, 도전성 (열전도성) 의 저하를 억제할 수 있다.In the copper alloy material of the present invention, it is preferable that the total content of the elements Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is 0.03 mass% or less. In this case, since the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti as impurity elements is limited to 0.03 mass% or less, a decrease in conductivity (thermal conductivity) can be suppressed.

본 발명에 의하면, 고온 강도가 우수함과 함께, 고온 조건하에서 사용한 경우여도 국소적인 강도의 저하 및 도전성 (열전도성) 의 향상이 억제되어, 안정적으로 주조를 실시하는 것이 가능한 주조용 몰드재, 및 이 주조용 몰드재에 적합한 구리 합금 소재를 제공하는 것이 가능해진다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, while being excellent in high-temperature strength, even when used under high-temperature conditions, a local decrease in strength and improvement in conductivity (thermal conductivity) are suppressed, and a casting mold material capable of stably casting, and this It becomes possible to provide a copper alloy material suitable for a mold material for casting.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태인 주조용 몰드재의 제조 방법의 플로도이다.
도 2 는, 실시예에 있어서의 비커스 경도 측정 위치를 나타내는 설명도이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a mold material for casting, which is an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is an explanatory diagram showing a Vickers hardness measurement position in an example.

이하에, 본 발명의 일 실시형태인 주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재에 대해 설명한다.Hereinafter, a mold material for casting and a copper alloy material, which are one embodiment of the present invention, will be described.

주조용 몰드재는, 철강, 알루미늄, 구리 등의 금속 재료를 연속 주조할 때의 연속 주조용 주형에 사용되는 것이다. 또, 구리 합금 소재는, 상기 서술한 주조용 몰드재의 소재로서 사용되는 것이다.A mold material for casting is used for a mold for continuous casting at the time of continuous casting of metal materials such as steel, aluminum and copper. In addition, the copper alloy material is used as a material for the mold material for casting described above.

주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재는, Cr 을 0.3 mass％ 이상 0.7 mass％ 이하의 범위 내, Zr 을 0.025 mass％ 이상 0.15 mass％ 이하의 범위 내, Sn 을 0.005 mass％ 이상 0.04 mass％ 이하의 범위 내, P 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖고 있다.The mold material for casting and the copper alloy material contain Cr within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, Zr within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, and Sn within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less. Within the range, P is contained within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, and the balance has a composition consisting of Cu and unavoidable impurities.

그리고, Zr 의 함유량 [Zr] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Zr]/[P] ≥ 5 의 관계를 갖는다.Further, the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr]/[P] ≥ 5.

또, Sn 의 함유량 [Sn] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Sn]/[P] ≤ 5 의 관계를 갖는다.In addition, the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Sn]/[P] ≤ 5.

주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재는, Si 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하의 범위 내에서 함유하고 있어도 된다.The mold material for casting and the copper alloy material may contain Si within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.

주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재는, Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 원소의 합계 함유량이 0.03 mass％ 이하로 되어 있어도 된다.The mold material for casting and the copper alloy material may have a total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti at 0.03 mass% or less.

주조 몰드재는, 도전율이 70 ％IACS 를 초과하고 있는 것이 바람직하다.It is preferable that the casting mold material has a conductivity exceeding 70%IACS.

주조 몰드재는, 비커스 경도가 115 Hv 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다.The casting mold material preferably has a Vickers hardness of 115 Hv or more.

주조 몰드재는, 1000 ℃ 에서 30 분의 열처리를 실시한 후의 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.The cast mold material preferably has an average grain size of 100 μm or less after heat treatment at 1000° C. for 30 minutes.

구리 합금 소재는, 1015 ℃ 에서 1.5 시간의 용체화 처리 후에, 475 ℃ 에서 3 시간의 시효 처리를 실시한 후의 도전율이 70 ％IACS 를 초과하고 있는 것이 바람직하다.The copper alloy material preferably has a conductivity exceeding 70% IACS after solution heat treatment at 1015°C for 1.5 hours and aging treatment at 475°C for 3 hours.

상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태인 주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재의 성분 조성, 특성을 규정한 이유에 대해, 이하에 설명한다.As described above, the reason why the component composition and characteristics of the mold material for casting and the copper alloy material of the present embodiment are defined will be described below.

(Cr : 0.3 mass％ 이상 0.7 mass％ 이하)(Cr: 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less)

Cr 은, 시효 처리에 의해 모상의 결정립 내에 Cr 계 석출물 (예를 들어 Cu-Cr) 을 미세하게 석출시킴으로써, 강도 (경도) 및 도전율을 향상시키는 작용 효과를 갖는 원소이다. Cr 의 함유량이 0.3 mass％ 미만인 경우에는, 시효 처리에 있어서 석출량이 불충분해지고, 강도 (경도) 및 도전율의 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또, Cr 의 함유량이 0.7 mass％ 를 초과하는 경우에는, 비교적 조대한 Cr 정출물이 생성될 우려가 있다.Cr is an element that has an effect of improving strength (hardness) and electrical conductivity by finely precipitating Cr-based precipitates (eg, Cu-Cr) in crystal grains of the parent phase by aging treatment. When the content of Cr is less than 0.3 mass%, the amount of precipitation in the aging treatment becomes insufficient, and the effect of improving strength (hardness) and electrical conductivity may not be sufficiently obtained. In addition, when the Cr content exceeds 0.7 mass%, there is a possibility that a relatively coarse Cr crystallized product is formed.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, Cr 의 함유량을 0.3 mass％ 이상 0.7 mass％ 이하의 범위 내로 설정하고 있다. 상기 서술한 작용 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Cr 의 함유량의 하한을 0.4 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, Cr 의 함유량의 상한을 0.6 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.From the above, in this embodiment, the content of Cr is set within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less. In order to reliably obtain the effect described above, the lower limit of the Cr content is preferably 0.4 mass% or more, and the upper limit of the Cr content is preferably 0.6 mass% or less.

(Zr : 0.025 mass％ 이상 0.15 mass％ 이하)(Zr: 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less)

Zr 은, 시효 처리에 의해 모상의 결정립계에 Zr 계 석출물 (예를 들어 Cu-Zr) 을 미세하게 석출함으로써, 강도 (경도) 및 도전율을 향상시키는 작용 효과를 갖는 원소이다. Zr 의 함유량이 0.025 mass％ 미만인 경우에는, 시효 처리에 있어서 석출량이 불충분해지고, 강도 (경도) 및 도전율의 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또, Zr 의 함유량이 0.15 mass％ 를 초과하는 경우에는, 도전율이 저하될 우려나, Zr 계 석출물이 조대화되어, 강도 향상의 효과가 얻어지지 않을 우려가 있다.Zr is an element having an effect of improving strength (hardness) and electrical conductivity by finely precipitating Zr-based precipitates (eg Cu-Zr) at the grain boundaries of the parent phase by aging treatment. When the content of Zr is less than 0.025 mass%, the amount of precipitation in the aging treatment becomes insufficient, and there is a risk that the effect of improving strength (hardness) and electrical conductivity may not be sufficiently obtained. In addition, when the Zr content exceeds 0.15 mass%, there is a fear that the electrical conductivity may decrease or that the Zr-based precipitate may be coarsened and the effect of improving the strength may not be obtained.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, Zr 의 함유량을 0.025 mass％ 이상 0.15 mass％ 이하의 범위 내로 설정하고 있다.From the above, in this embodiment, the content of Zr is set within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less.

상기 서술한 작용 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Zr 의 함유량의 하한을 0.05 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, Zr 의 함유량의 상한을 0.13 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.In order to reliably obtain the above-mentioned effects, the lower limit of the Zr content is preferably 0.05 mass% or more, and the upper limit of the Zr content is preferably 0.13 mass% or less.

(Sn : 0.005 mass％ 이상 0.04 mass％ 이하)(Sn: 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less)

Sn 은, 구리의 모상 중에 고용시킴으로써 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는 원소이다. 또, 연화 특성의 피크 온도를 상승시키는 작용 효과도 갖는다. Sn 의 함유량이 0.005 mass％ 미만인 경우에는, 고용에 의한 강도 (경도) 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또, Sn 의 함유량이 0.04 mass％ 를 초과하는 경우에는, 도전성 (열전도성) 이 저하될 우려가 있다.Sn is an element that has an effect of improving strength by dissolving it in the parent phase of copper. In addition, it also has an effect of increasing the peak temperature of softening properties. When the content of Sn is less than 0.005 mass%, there is a possibility that the effect of improving strength (hardness) by solid solution may not be sufficiently obtained. Moreover, when content of Sn exceeds 0.04 mass %, there exists a possibility that electroconductivity (thermal conductivity) may fall.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, Sn 의 함유량을 0.005 mass％ 이상 0.04 mass％ 이하의 범위 내로 설정하고 있다.From the above, in this embodiment, the content of Sn is set within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less.

상기 서술한 작용 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Sn 의 함유량의 하한을 0.01 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, Sn 의 함유량의 상한을 0.03 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.In order to reliably obtain the effect described above, the lower limit of the Sn content is preferably 0.01 mass% or more, and the upper limit of the Sn content is preferably 0.03 mass% or less.

(P : 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하)(P: 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less)

P 는, Zr 및 Cr 과 함께, 고온에서 안정적인 Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물을 생성하고, 고온 상태에 있어서의 결정 입경의 조대화를 억제하는 작용 효과를 갖는 원소이다. P 의 함유량이 0.005 mass％ 미만인 경우에는, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 충분히 생성되지 않아, 고온 상태에 있어서의 결정 입경의 조대화를 억제하는 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또, P 의 함유량이 0.03 mass％ 를 초과하는 경우에는, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 과잉되게 생성되고, 강도 향상에 기여하는 Cu-Zr 석출물의 개수가 부족하여, 강도 향상을 도모할 수 없게 될 우려가 있다.P, along with Zr and Cr, is an element that has the effect of generating a stable Zr-P compound or Cr-Zr-P compound at high temperatures and suppressing coarsening of the crystal grain size in a high temperature state. When the P content is less than 0.005 mass%, a Zr—P compound or a Cr—Zr—P compound is not sufficiently produced, and there is a risk that the effect of suppressing coarsening of the crystal grain size in a high temperature state may not be sufficiently obtained. . In addition, when the P content exceeds 0.03 mass%, an excessive amount of Zr-P compounds or Cr-Zr-P compounds are generated, and the number of Cu-Zr precipitates contributing to strength improvement is insufficient, resulting in poor strength improvement. There is a risk of not being able to do it.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, P 의 함유량을 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하의 범위 내로 설정하고 있다.From the above, in this embodiment, the content of P is set within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.

상기 서술한 작용 효과를 확실하게 얻기 위해서는, P 의 함유량의 하한을 0.008 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, P 의 함유량의 상한을 0.020 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.In order to reliably obtain the above-mentioned effects, the lower limit of the P content is preferably 0.008 mass% or more, and the upper limit of the P content is preferably 0.020 mass% or less.

([Zr]/[P] : 5 초과) ([Zr]/[P] : greater than 5)

상기 서술한 바와 같이, P 는, Zr 과 반응하여, 고온에서 안정적인 Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물을 생성한다. Zr 의 함유량 [Zr] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 의 비 [Zr]/[P] 가 5 이하인 경우에는, P 에 대한 Zr 의 양이 적어져, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물의 생성에 의해, 강도 향상에 기여하는 Cu-Zr 석출물의 개수가 부족하여, 강도 향상을 도모할 수 없게 될 우려가 있다.As described above, P reacts with Zr to form a stable Zr-P compound or Cr-Zr-P compound at high temperatures. When the ratio [Zr]/[P] of the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) is 5 or less, the amount of Zr relative to P decreases, and the Zr—P compound Alternatively, due to the formation of the Cr-Zr-P compound, the number of Cu-Zr precipitates contributing to the strength improvement is insufficient, and there is a risk that the strength improvement cannot be achieved.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, Zr 의 함유량과 P 의 함유량의 비 [Zr]/[P] 가 5 를 초과하도록 설정하고 있다.From the above, in the present embodiment, the ratio of the Zr content to the P content [Zr]/[P] is set to exceed 5.

강도 향상에 기여하는 Cu-Zr 석출물의 개수를 확실하게 확보하기 위해서는, Zr 의 함유량과 P 의 함유량의 비 [Zr]/[P] 를 7 이상으로 하는 것이 바람직하다.In order to reliably secure the number of Cu-Zr precipitates contributing to strength improvement, it is preferable to set the ratio [Zr]/[P] of the Zr content to the P content to 7 or more.

([Sn]/[P] : 5 이하)([Sn]/[P] : 5 or less)

상기 서술한 바와 같이, Sn 은, 구리의 모상에 고용시킴으로써 도전성 (열전도성) 을 저하시킨다. 한편, P 는, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물을 생성함으로써 도전성 (열전도성) 을 향상시킨다. Sn 의 함유량 [Sn] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 의 비 [Sn]/[P] 가 5 를 초과하는 경우에는, P 에 대한 Sn 의 양이 많아져, Sn 의 고용에 의한 도전성 (열전도성) 의 저하를, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물의 생성에 의한 도전성 (열전도성) 의 향상에 의해 보충할 수 없게 될 우려가 있다.As described above, Sn reduces conductivity (thermal conductivity) by dissolving in the parent phase of copper. On the other hand, P improves conductivity (thermal conductivity) by generating a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound. When the ratio [Sn]/[P] of the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) exceeds 5, the amount of Sn relative to P increases, There is a risk that the decrease in conductivity (thermal conductivity) due to solid solution cannot be compensated for by the improvement in conductivity (thermal conductivity) due to the formation of a Zr—P compound or a Cr—Zr—P compound.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, Sn 의 함유량과 P 의 함유량의 비 [Sn]/[P] 가 5 이하가 되도록 설정하고 있다.From the above, in the present embodiment, the ratio [Sn]/[P] of the Sn content to the P content is set to be 5 or less.

도전성 (열전도성) 을 확실하게 향상시키기 위해서는, Sn 의 함유량과 P 의 함유량의 비 [Sn]/[P] 를 3 이하로 하는 것이 바람직하다.In order to reliably improve conductivity (thermal conductivity), it is preferable to set the ratio [Sn]/[P] of the Sn content to the P content to 3 or less.

(Si : 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하)(Si: 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less)

Si 는, 구리의 모상 중에 고용시킴으로써 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는 원소이고, 필요에 따라 첨가해도 된다. Si 의 함유량이 0.005 mass％ 미만인 경우에는, 고용에 의한 강도 (경도) 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또, Si 의 함유량이 0.03 mass％ 를 초과하는 경우에는, 도전성 (열전도성) 이 저하될 우려가 있다.Si is an element that has an effect of improving the strength by dissolving it in the parent phase of copper, and may be added as needed. When the content of Si is less than 0.005 mass%, there is a possibility that the effect of improving strength (hardness) by solid solution may not be sufficiently obtained. Moreover, when the content of Si exceeds 0.03 mass%, there is a possibility that the conductivity (thermal conductivity) is lowered.

이상으로부터, 본 실시형태에 있어서 Si 를 첨가하는 경우에는, Si 의 함유량을 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.From the above, when adding Si in this embodiment, it is preferable to make content of Si into the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.

상기 서술한 작용 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Si 의 함유량의 하한을 0.010 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, Si 의 함유량의 상한을 0.025 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.In order to reliably obtain the above-mentioned effects, the lower limit of the Si content is preferably 0.010 mass% or more, and the upper limit of the Si content is preferably 0.025 mass% or less.

(Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 합계 함유량 : 0.03 mass％ 이하)(Total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti: 0.03 mass% or less)

Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 와 같은 원소는, 도전성 (열전도성) 을 크게 저하시킬 우려가 있다. 이 때문에, 높은 도전성 (열전도성) 을 확실하게 유지하기 위해서는, Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 합계 함유량을 0.03 mass％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 합계 함유량은, 0.01 mass％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.Elements such as Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti may greatly reduce conductivity (thermal conductivity). For this reason, in order to reliably maintain high conductivity (thermal conductivity), it is preferable to limit the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti to 0.03 mass% or less. In addition, the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is preferably limited to 0.01 mass% or less.

(그 밖의 불가피 불순물) (Other unavoidable impurities)

상기 서술한 Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 이외의 그 밖의 불가피적 불순물로는, B, Ag, Ca, Te, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Os, Se, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Cd, Ga, In, Li, Ge, As, Sb, Tl, Pb, Be, N, H, Hg, Tc, Na, K, Rb, Cs, Po, Bi, 란타노이드, O, S, C 등을 들 수 있다. 이들의 불가피 불순물은, 도전성 (열전도성) 을 저하시킬 우려가 있기 때문에, 총량으로 0.05 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.Other unavoidable impurities other than Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti mentioned above include B, Ag, Ca, Te, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Os, Se, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Cd, Ga, In, Li, Ge, As, Sb, Tl, Pb, Be, N, H, Hg, Tc, Na, K, Rb, Cs, Po, Bi, lanthanoids, O, S, C and the like. Since these unavoidable impurities may reduce electrical conductivity (thermal conductivity), it is preferable to set the total amount to 0.05 mass% or less.

(도전율 : 70 ％IACS 초과) (Conductivity: Exceeds 70% IACS)

주조용 몰드재의 도전율이 70 ％IACS 를 초과하고 있는 경우에는, 충분히 Cr 계 석출물 및 Zr 계 석출물이 분산됨과 함께, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성되어 있게 된다. 따라서, 강도 및 도전성 (열전도성) 이 우수함과 함께, 고온 조건하에서 사용한 경우여도 결정 입경의 조대화를 억제하는 것이 가능해진다.When the conductivity of the mold material for casting exceeds 70%IACS, Cr-based precipitates and Zr-based precipitates are sufficiently dispersed, and Zr—P compounds or Cr—Zr—P compounds are generated. Therefore, while being excellent in strength and conductivity (thermal conductivity), it becomes possible to suppress coarsening of the crystal grain size even when used under high temperature conditions.

이상으로부터, 주조용 몰드재의 도전율은, 70 ％IACS 초과로 설정하고 있다. 주조용 몰드재의 도전율은 75 ％IACS 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.From the above, the conductivity of the mold material for casting is set to exceed 70%IACS. It is more preferable that the conductivity of the mold material for casting is 75%IACS or higher.

(비커스 경도 : 115 Hv 이상)(Vickers hardness: over 115 Hv)

주조용 몰드재의 비커스 경도가 115 Hv 이상인 경우는, 충분한 경도를 확보할 수 있고, 사용시에 있어서의 변형을 억제할 수 있다.When the Vickers hardness of the mold material for casting is 115 Hv or more, sufficient hardness can be secured and deformation during use can be suppressed.

이상으로부터, 본 실시형태의 주조용 몰드재는, 비커스 경도를 115 Hv 이상으로 설정하고 있다. 주조용 몰드재의 비커스 경도는 130 Hv 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.From the above, the mold material for casting of the present embodiment has a Vickers hardness set to 115 Hv or higher. It is more preferable that the Vickers hardness of the mold material for casting is 130 Hv or more.

(1000 ℃ 에서 30 분의 열처리를 실시한 후의 평균 결정 입경 : 100 ㎛ 이하)(Average crystal grain size after heat treatment at 1000°C for 30 minutes: 100 µm or less)

상기 서술한 바와 같이, 고온에서 안정적인 Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성됨으로써, 고온 상태에 있어서의 결정 입경의 조대화를 억제하고 있다. 이 때문에, 1000 ℃ 에서 30 분의 열처리를 실시한 후의 평균 결정 입경을 100 ㎛ 이하로 제한함으로써, 고온에서 안정적인 Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 충분히 생성되어 있고, 고온 조건하에서 사용했을 때의 강도 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 또, 균열의 전파 속도를 억제할 수 있어, 열응력 등에 의한 큰 균열의 발생을 억제할 수 있다.As described above, the generation of a stable Zr-P compound or Cr-Zr-P compound at a high temperature suppresses the coarsening of the crystal grain size in a high temperature state. For this reason, by restricting the average grain size after heat treatment at 1000 ° C. for 30 minutes to 100 μm or less, a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound stable at high temperatures is sufficiently generated, and when used under high temperature conditions It becomes possible to suppress the decrease in strength of In addition, the propagation speed of cracks can be suppressed, and generation of large cracks due to thermal stress or the like can be suppressed.

이상으로부터, 주조용 몰드재에 있어서는, 1000 ℃ 에서 30 분의 열처리를 실시한 후의 평균 결정 입경을 100 ㎛ 이하로 설정하고 있다. 주조용 몰드재에 있어서는, 1000 ℃ 에서 30 분의 열처리를 실시한 후의 평균 결정 입경을 5 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.From the above, in the mold material for casting, the average grain size after heat treatment at 1000°C for 30 minutes is set to 100 µm or less. In the mold material for casting, it is preferable to set the average grain size after heat treatment at 1000°C for 30 minutes to 5 µm or more and 70 µm or less.

(시효 처리 후의 도전율 : 70 ％IACS 초과)(Conductivity after aging treatment: greater than 70% IACS)

구리 합금 소재에 있어서, 1015 ℃ 에서 1.5 시간의 용체화 처리 후에, 475 ℃ 에서 3 시간의 시효 처리를 실시한 후의 도전율이 70 ％IACS 를 초과하는 경우에는, 충분히 Cr 계 석출물 및 Zr 계 석출물이 분산되고, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성된다. 따라서, 이 구리 합금 소재를 고온 조건하에서 사용한 경우여도, 국소적인 강도의 저하나 도전성 (열전도성) 의 향상을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 결정 입경의 조대화를 억제할 수 있어, 고온 강도를 향상시킬 수 있다.In the copper alloy material, when the conductivity after solution heat treatment at 1015 ° C. for 1.5 hours and aging treatment at 475 ° C. for 3 hours exceeds 70% IACS, Cr-based precipitates and Zr-based precipitates are sufficiently dispersed , a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound is produced. Therefore, even when this copper alloy material is used under high-temperature conditions, it becomes possible to suppress a local decrease in strength and an increase in electrical conductivity (thermal conductivity). In addition, coarsening of the crystal grain size can be suppressed, and high-temperature strength can be improved.

이상으로부터, 구리 합금 소재에 있어서는, 1015 ℃ 에서 1.5 시간의 용체화 처리 후에, 475 ℃ 에서 3 시간의 시효 처리를 실시한 후의 도전율을 70 ％IACS 초과로 설정하고 있다. 구리 합금 소재는, 1015 ℃ 에서 1.5 시간의 용체화 처리 후에, 475 ℃ 에서 3 시간의 시효 처리를 실시한 후의 도전율은 75 ％IACS 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.From the above, in the copper alloy material, the conductivity after solution heat treatment at 1015 ° C. for 1.5 hours and aging treatment at 475 ° C. for 3 hours is set to exceed 70% IACS. It is more preferable that the copper alloy material has a conductivity of 75% IACS or higher after solution heat treatment at 1015°C for 1.5 hours and aging treatment at 475°C for 3 hours.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 주조용 몰드재의 제조 방법을, 도 1 의 플로도를 참조하여 설명한다.Next, a method for manufacturing a mold material for casting according to an embodiment of the present invention will be described with reference to a flowchart in FIG. 1 .

(용해·주조 공정 S01)(Melt and casting process S01)

먼저, 구리의 순도가 99.99 mass％ 이상인 무산소동으로 이루어지는 구리 원료를, 카본 도가니에 장입하고, 진공 용해로를 사용하여 용해시켜, 구리 용탕을 얻는다. 이어서, 얻어진 용탕에, 소정의 농도가 되도록 상기 서술한 첨가 원소를 첨가하고, 성분 조제를 실시하여, 구리 합금 용탕을 얻는다.First, a copper raw material made of oxygen-free copper having a copper purity of 99.99 mass% or more is charged into a carbon crucible and melted using a vacuum melting furnace to obtain molten copper. Then, to the obtained molten metal, the above-mentioned additional elements are added so as to have a predetermined concentration, component preparation is performed, and a copper alloy molten metal is obtained.

첨가 원소인 Cr, Zr, Sn, P 의 원료로는, 예를 들어 Cr 의 원료는 순도 99.9 mass％ 이상인 것을 사용하고, Zr 의 원료는 순도 99 mass％ 이상인 것을 사용하고, Sn 의 원료는 순도 99.9 mass％ 이상인 것을 사용하고, P 는 Cu 와의 모합금을 사용하는 것이 바람직하다. 필요에 따라 Si 를 첨가해도 된다. Si 를 첨가하는 경우에는, Cu 와의 모합금을 사용하는 것이 바람직하다.As the raw material for the additive elements Cr, Zr, Sn, and P, for example, the raw material for Cr is used with a purity of 99.9 mass% or more, the raw material for Zr is used for a raw material with a purity of 99 mass% or more, and the raw material for Sn is used with a purity of 99.9 mass%. It is preferable to use a mass% or more, and to use a master alloy with Cu for P. Si may be added as needed. When adding Si, it is preferable to use a master alloy with Cu.

그리고, 성분 조제된 구리 합금 용탕을 주형에 주탕 (注湯) 하여 주괴를 얻는다.Then, the molten copper alloy whose ingredients have been prepared is poured into a mold to obtain an ingot.

(균질화 처리 공정 S02)(Homogenization treatment step S02)

다음으로, 얻어진 주괴의 균질화를 위하여 열처리를 실시한다. 구체적으로는, 주괴를 대기 분위기에서, 950 ℃ 이상 1050 ℃ 이하, 1 시간 이상의 조건에서 균질화 처리를 실시한다.Next, heat treatment is performed for homogenization of the obtained ingot. Specifically, the ingot is subjected to a homogenization treatment under conditions of 950 ° C. or more and 1050 ° C. or less for 1 hour or more in an air atmosphere.

(열간 가공 공정 S03)(Hot working process S03)

이어서, 900 ℃ 이상 1000 ℃ 이하의 온도 범위에서, 가공률 50 ％ 이상 99 ％ 이하의 열간 압연을 실시하여, 압연재를 얻는다. 열간 가공의 방법은, 열간 단조여도 된다. 이 열간 가공 후, 즉시 수랭에 의해 냉각시킨다. 이와 같은 공정에 의해, 구리 합금 소재가 제조된다.Next, in a temperature range of 900°C or more and 1000°C or less, hot rolling is performed at a working rate of 50% or more and 99% or less to obtain a rolled material. Hot forging may be sufficient as the method of hot working. After this hot working, it is immediately cooled by water cooling. Through such a process, a copper alloy material is manufactured.

(용체화 처리 공정 S04)(Solution Treatment Step S04)

이어서, 열간 가공 공정 S03 에서 얻어진 압연재를, 920 ℃ 이상 1050 ℃ 이하, 0.5 시간 이상 5 시간 이하의 조건에서 가열 처리를 실시하여, 용체화 처리를 실시한다. 가열 처리는, 예를 들어 대기 또는 불활성 가스 분위기에서 실시하고, 가열 후의 냉각은, 수랭에 의해 실시한다.Next, the rolled material obtained in the hot working step S03 is heat treated under conditions of 920°C or more and 1050°C or less for 0.5 hour or more and 5 hours or less to perform a solution heat treatment. Heat treatment is performed, for example, in air or an inert gas atmosphere, and cooling after heating is performed by water cooling.

(시효 처리 공정 S05) (Aging treatment process S05)

다음으로, 용체화 처리 공정 S04 후에, 시효 처리를 실시하고, Cr 계 석출물 및 Zr 계 석출물 등의 석출물을 미세하게 석출시킨다. 이로써, 용체화 처리 후의 도전율을 70 ％IACS 초과로 한다. 시효 처리는, 예를 들어 400 ℃ 이상 530 ℃ 이하, 0.5 시간 이상 5 시간 이하의 조건에서 실시한다.Next, after the solution heat treatment step S04, aging treatment is performed to finely precipitate precipitates such as Cr-based precipitates and Zr-based precipitates. In this way, the conductivity after solution heat treatment is set to more than 70% IACS. The aging treatment is performed under conditions of, for example, 400°C or more and 530°C or less, and 0.5 hour or more and 5 hours or less.

시효 처리시의 열처리 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 불활성 가스 분위기로 실시하는 것이 바람직하다. 또, 가열 처리 후의 냉각 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 수랭으로 실시하는 것이 바람직하다.The heat treatment method during the aging treatment is not particularly limited, but is preferably performed in an inert gas atmosphere. In addition, although the cooling method after heat treatment is not specifically limited, It is preferable to carry out water cooling.

이와 같은 공정에 의해, 주조용 몰드재가 제조된다.Through such a process, a mold material for casting is manufactured.

이상과 같은 구성을 갖는 주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재는, Cr 을 0.3 mass％ 이상 0.7 mass％ 이하의 범위 내, Zr 을 0.025 mass％ 이상 0.15 mass％ 이하의 범위 내에서, 각각 함유하고 있으므로, 시효 처리에 의해 미세한 석출물을 석출시킬 수 있고, 강도 및 도전율을 향상시킬 수 있다.The mold material for casting and the copper alloy material having the above configuration contain Cr within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, and Zr within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, respectively. , fine precipitates can be precipitated by aging treatment, and strength and electrical conductivity can be improved.

또, Sn 의 함유량 [Sn] (mass％) 과 P 의 함유량 [P] (mass％) 가, [Sn]/[P] ≤ 5 의 관계를 가지므로, Sn 의 고용에 의한 도전율의 저하를, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물의 생성에 의한 도전율의 상승에 의해 보충할 수 있어, 우수한 도전성 (열전도성) 을 확보할 수 있다.In addition, since the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Sn]/[P] ≤ 5, the decrease in conductivity due to the solid solution of Sn, It can be supplemented by an increase in electrical conductivity due to the formation of a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound, so that excellent electrical conductivity (thermal conductivity) can be ensured.

주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재는, 추가로 Si 를 0.005 mass％ 이상 0.03 mass％ 이하 함유하고 있으므로, Si 가 구리의 모상 중에 고용시킴으로써, 고용 강화에 의해 추가적인 강도의 향상을 도모할 수 있다. 또, 과잉되게 Si 를 함유하지 않기 때문에, 도전율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.Since the mold material for casting and the copper alloy material further contain 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less of Si, further strength can be improved by solid solution strengthening by solid solution of Si in the copper matrix. Moreover, since Si is not contained excessively, it can suppress that electrical conductivity falls.

주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재는, Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 의 원소의 합계 함유량이 0.03 mass％ 이하로 제한되어 있으므로, 도전성 (열전도성) 의 저하를 억제할 수 있다.In the mold material for casting and the copper alloy material, the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is limited to 0.03 mass% or less, so the decrease in conductivity (thermal conductivity) is suppressed. can do.

주조용 몰드재는, 도전율이 70 ％IACS 를 초과하고 있으므로, 충분히 Cr 계 석출물 및 Zr 계 석출물이 분산되고, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성되어 있다. 따라서, 이 주조용 몰드재를 고온 조건하에서 사용한 경우여도 국소적인 강도의 저하 및 도전성 (열전도성) 의 향상을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 결정 입경의 조대화를 억제할 수 있어, 고온 강도를 향상시킬 수 있다.Since the mold material for casting has a conductivity exceeding 70%IACS, Cr-based precipitates and Zr-based precipitates are sufficiently dispersed, and a Zr—P compound or a Cr—Zr—P compound is generated. Therefore, even when this mold material for casting is used under high-temperature conditions, it becomes possible to suppress a local decrease in strength and an increase in electrical conductivity (thermal conductivity). In addition, coarsening of the crystal grain size can be suppressed, and high-temperature strength can be improved.

주조용 몰드재는, 비커스 경도가 115 Hv 이상으로 되어 있으므로, 충분한 경도를 갖고 있고, 사용시에 있어서의 변형을 억제할 수 있어, 주조용 몰드재로서 양호하게 사용할 수 있다.Since the mold material for casting has a Vickers hardness of 115 Hv or more, it has sufficient hardness, can suppress deformation during use, and can be favorably used as a mold material for casting.

주조용 몰드재는, 1000 ℃ 에서 30 분의 열처리를 실시한 후의 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하로 되어 있으므로, 고온 조건하에서 사용한 경우여도, 결정 입경의 조대화가 억제되게 되어, 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또, 균열의 전파 속도를 억제할 수 있어, 열응력 등에 의한 큰 균열의 발생을 억제할 수 있다.Since the mold material for casting has an average grain size of 100 μm or less after being subjected to heat treatment at 1000° C. for 30 minutes, coarsening of the grain size is suppressed even when used under high temperature conditions, and a decrease in strength can be suppressed. there is. In addition, the propagation speed of cracks can be suppressed, and generation of large cracks due to thermal stress or the like can be suppressed.

구리 합금 소재는, 1015 ℃ 에서 1.5 시간의 용체화 처리 후에, 475 ℃ 에서 3 시간의 시효 처리를 실시한 후의 도전율이 70 ％IACS 를 초과하고 있으므로, 충분히 Cr 계 석출물 및 Zr 계 석출물이 분산되고, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물이 생성되어 있다. 따라서, 이 구리 합금 소재를 고온 조건하에서 사용한 경우여도, 국소적인 강도의 저하 및 도전성 (열전도성) 의 향상을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 결정 입경의 조대화를 억제할 수 있어, 고온 강도를 향상시킬 수 있다.Since the copper alloy material has a conductivity exceeding 70%IACS after solution heat treatment at 1015 ° C. for 1.5 hours and aging treatment at 475 ° C. for 3 hours, Cr-based precipitates and Zr-based precipitates are sufficiently dispersed, and Zr -P compound or Cr-Zr-P compound is produced. Therefore, even when this copper alloy material is used under high-temperature conditions, it becomes possible to suppress a local decrease in strength and an increase in electrical conductivity (thermal conductivity). In addition, coarsening of the crystal grain size can be suppressed, and high-temperature strength can be improved.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably within the range which does not deviate from the technical thought of the invention.

예를 들어, 주조용 몰드재의 제조 방법에 대해서는, 본 실시형태에 한정되지 않고, 다른 제조 방법에 의해 제조된 것이어도 된다. 예를 들어, 용해·주조 공정에 있어서 연속 주조 장치를 사용해도 된다.For example, the manufacturing method of the mold material for casting is not limited to the present embodiment, and may be manufactured by other manufacturing methods. For example, you may use a continuous casting apparatus in the melting/casting process.

실시예Example

이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 확인 실험의 결과에 대해 설명한다.The results of confirmation experiments conducted to confirm the effects of the present invention will be described below.

순도 99.99 mass％ 이상의 무산소동으로 이루어지는 구리 원료를 준비하고, 이것을 카본 도가니에 장입하고, 진공 용해로 (진공도 10^-2 ㎩ 이하) 에서 용해시켜, 구리 용탕을 얻었다. 얻어진 구리 용탕 내에, 각종 첨가 원소를 첨가하여 표 1 에 나타내는 성분 조성으로 조제하고, 5 분간 유지한 후, 구리 합금 용탕을 주철제의 주형에 주탕하여 주괴를 얻었다. 주괴의 크기는, 폭 약 80 ㎜, 두께 약 50 ㎜, 길이 약 130 ㎜ 로 하였다.A copper raw material composed of oxygen-free copper having a purity of 99.99 mass% or more was prepared, charged into a carbon crucible, and melted in a vacuum melting furnace (vacuum degree of 10 ⁻² Pa or less) to obtain molten copper. Into the obtained molten copper, various additive elements were added to prepare the component composition shown in Table 1, and after holding for 5 minutes, the molten copper alloy was poured into a cast iron mold to obtain an ingot. The size of the ingot was about 80 mm in width, about 50 mm in thickness, and about 130 mm in length.

첨가 원소인 Cr 의 원료는 순도 99.99 mass％ 이상, Zr 의 원료는 순도 99.95 mass％ 이상, Sn 의 원료는 순도 99.99 mass％ 이상의 것을 사용하였다. P 는 Cu 의 모합금을 사용하였다.A raw material of Cr, which is an additive element, had a purity of 99.99 mass% or more, a raw material of Zr had a purity of 99.95 mass% or more, and a raw material of Sn had a purity of 99.99 mass% or more. For P, a Cu master alloy was used.

다음으로, 대기 분위기에 있어서 1000 ℃ 에서 1 시간의 조건에서 균질화 처리를 실시한 후, 열간 압연을 실시하였다. 열간 압연시의 압하율을 80 ％ 로 하고, 폭 약 100 ㎜ × 두께 약 10 ㎜ × 길이 약 520 ㎜ 의 열간 압연재를 얻었다. 이 열간 압연재를 사용하여, 1000 ℃ 에서 1.5 시간의 조건에서 용체화 처리를 실시하고, 그 후 수랭시켰다.Next, after performing the homogenization treatment on conditions of 1 hour at 1000°C in an air atmosphere, hot rolling was performed. The rolling reduction at the time of hot rolling was 80%, and a hot-rolled material having a width of about 100 mm, a thickness of about 10 mm, and a length of about 520 mm was obtained. Using this hot-rolled material, a solution heat treatment was performed at 1000°C for 1.5 hours, and then it was cooled with water.

다음으로, 525 (±15) ℃ 에서 3 시간의 조건에서 시효 처리를 실시하였다. 이로써, 주조용 몰드재를 얻었다.Next, aging treatment was performed at 525 (±15)°C for 3 hours. Thus, a mold material for casting was obtained.

얻어진 주조용 몰드재에 대해, 성분 조성, 비커스 경도 (압연면), 도전율을 평가하였다. 또, 1000 ℃ 에서 30 분 유지 후의 평균 결정 입경을 측정하였다. 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.About the obtained mold material for casting, component composition, Vickers hardness (rolling surface), and electrical conductivity were evaluated. Also, the average grain size after holding at 1000°C for 30 minutes was measured. Table 1 shows the evaluation results.

(성분 조성)(ingredient composition)

얻어진 주조용 몰드재의 성분 조성은, ICP-MS 분석에 의해 측정하였다. 측정 결과를 표 1 에 나타낸다.The component composition of the obtained mold material for casting was measured by ICP-MS analysis. Table 1 shows the measurement results.

(도전율)(conductivity)

니혼 페르스타사 제조 SIGMA TEST D2.068 (프로브 직경 φ6 ㎜) 을 사용하여, 10 × 15 ㎜ 의 샘플의 단면 중심부를 3 회 측정하고, 그 평균치를 구하였다.Using SIGMA TEST D2.068 (probe diameter φ6 mm) manufactured by Nippon Persta Co., Ltd., the central portion of the cross section of the 10 × 15 mm sample was measured three times, and the average value was obtained.

(비커스 경도)(Vickers Hardness)

JIS Z 2244 에 준하여, 주식회사 아카시 제조 비커스 경도 시험기에 의해, 도 2 에 나타내는 바와 같이 시험편의 9 개 지점에서 비커스 경도를 측정하고, 그 최대치 및 최소치를 제외한 7 개의 측정치의 평균치를 구하였다.In accordance with JIS Z 2244, with a Vickers hardness tester manufactured by Akashi Co., Ltd., the Vickers hardness was measured at nine points on the test piece as shown in Fig. 2, and the average value of seven measured values excluding the maximum and minimum values was obtained.

(평균 결정 입경)(Average crystal grain size)

판폭 중심부로부터 10 ㎜ × 15 ㎜ 의 관찰용 시험편을 채취하고, 압연 방향의 면을 연마 후, 마이크로 에칭을 실시하였다. 광학 현미경을 사용하여 마이크로 조직 관찰을 실시하고, JIS H 0501 : 1986 (절단법) 에 기초하여, 결정 입경을 측정하고, 평균 결정 입경을 산출하였다.A test piece for observation of 10 mm × 15 mm was taken from the center of the sheet width, and the surface in the rolling direction was polished, and then microetched. Microstructure observation was performed using an optical microscope, the crystal grain size was measured based on JIS H 0501:1986 (cutting method), and the average grain size was calculated.

P 를 첨가하고 있지 않은 비교예 1 은, 도전율이 69 ％IACS 로 낮아졌다. Zr 과 P 를 함유하는 화합물이 생성되지 않고, Zr 이 모상 중에 고용되었기 때문인 것으로 추측된다.In Comparative Example 1 to which P was not added, the conductivity was as low as 69% IACS. It is estimated that this is because a compound containing Zr and P was not produced and Zr was dissolved in the mother phase.

Sn 을 첨가하고 있지 않은 비교예 2 는, 비커스 경도가 112 Hv 로 낮아졌다. Sn 의 고용 경화에 의한 강도 향상이 도모되지 않았기 때문인 것으로 추측된다.In Comparative Example 2 to which Sn was not added, the Vickers hardness was as low as 112 Hv. It is estimated that it is because the strength improvement by the solid-solution hardening of Sn was not aimed at.

[Zr]/[P] 가 3.5 로 된 비교예 3 은, 비커스 경도가 113 Hv 로 낮아졌다. 강도 향상에 기여하는 Cu-Zr 석출물의 개수를 확보할 수 없었기 때문인 것으로 추측된다.In Comparative Example 3 in which [Zr]/[P] was 3.5, the Vickers hardness was as low as 113 Hv. It is estimated that this is because the number of Cu-Zr precipitates contributing to the strength improvement could not be secured.

[Sn]/[P] 가 8.0 으로 된 비교예 4 는, 도전율이 65 ％IACS 로 낮아졌다. Sn 의 고용에 의한 도전율의 저하를, Zr-P 화합물 혹은 Cr-Zr-P 화합물의 생성에 의한 도전율의 상승에 의해 보충할 수 없었기 때문인 것으로 추측된다.In Comparative Example 4 in which [Sn]/[P] was 8.0, the conductivity was as low as 65% IACS. It is estimated that this is because the decrease in electrical conductivity due to the solid solution of Sn could not be compensated for by the increase in electrical conductivity due to the formation of a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound.

이에 반하여, Cr, Zr, Sn, P, Si 의 함유량, 및 [Zr]/[P], [Sn]/[P] 가, 본 발명의 범위 내로 된 본 발명예 1 ∼ 6 은, 도전율이 70 ％IACS 이상, 비커스 경도가 115 Hv 이상이 되어, 주조용 몰드재로서 특별히 적합한 것이 확인되었다.On the other hand, in Examples 1 to 6 of the present invention in which the contents of Cr, Zr, Sn, P, and Si, and [Zr]/[P] and [Sn]/[P] were within the scope of the present invention, the conductivity was 70 %IACS or more, and the Vickers hardness became 115 Hv or more, and it was confirmed that it was particularly suitable as a mold material for casting.

Claims

As a casting mold material used when casting a metal material,
Cr within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, Zr within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, Sn within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, and P of 0.008 mass% or more and 0.03 mass% It is contained within the range of % or less, and the balance has a composition consisting of Cu and unavoidable impurities,
The content of Zr [Zr] (mass%) and the content of P [P] (mass%)
[Zr]/[P] ≥ 5
With the relationship of
The Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) are
[Sn]/[P] ≤ 3
have a relationship with
A mold material for casting characterized in that the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is less than 0.02 mass%.

According to claim 1,
Further, a mold material for casting characterized by containing Si within a range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.

delete

According to claim 1 or 2,
A mold material for casting characterized in that the conductivity exceeds 70%IACS.

According to claim 1 or 2,
Mold material for casting, characterized in that the Vickers hardness is 115 Hv or more.

According to claim 1 or 2,
A mold material for casting characterized by having an average grain size of 100 μm or less after heat treatment at 1000° C. for 30 minutes.

Cr within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, Zr within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, Sn within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, and P of 0.008 mass% or more and 0.03 mass% It is contained within the range of % or less, and the balance has a composition consisting of Cu and unavoidable impurities,
The content of Zr [Zr] (mass%) and the content of P [P] (mass%)
[Zr]/[P] ≥ 5
With the relationship of
The Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) are
[Sn]/[P] ≤ 3
have a relationship with
The total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is less than 0.02 mass%,
A copper alloy material characterized by having a conductivity exceeding 70%IACS after solution heat treatment at 1015°C for 1.5 hours and aging treatment at 475°C for 3 hours.

According to claim 7,
Further, a copper alloy material characterized by containing Si within a range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.

delete