(57)【要約】【課題】銅荒引線の表面に割れ等の欠陥が生じにくい銅鋳造材を提供する。【解決手段】本発明の一態様において、断面形状が四辺形であり、前記四辺形の厚さ方向および幅方向のそれぞれに沿って伸びる柱状晶のみで形成された鋳造組織を有し、前記鋳造組織において、前記厚さ方向に形成される柱状晶の平均の長さＬ1（Ｌ1＝（Ｌ1A＋Ｌ1B）／２）と、前記幅方向に形成される柱状晶が前記厚さ方向に形成される柱状晶にぶつかり合うことで形成される境界の交点から前記四辺形の側面までの長さＬ2と、の比Ｌ1／Ｌ2が１．０以上１．６以下（ただし、１．２以下を除く）であり、前記長さＬ1が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、銅鋳造材を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が四辺形であり、前記四辺形の厚さ方向および幅方向のそれぞれに沿って伸びる柱状晶のみで形成された鋳造組織を有し、
前記鋳造組織において、前記厚さ方向に形成される柱状晶の平均の長さＬ1（Ｌ1＝（Ｌ1A＋Ｌ1B）／２）と、前記幅方向に形成される柱状晶が前記厚さ方向に形成される柱状晶にぶつかり合うことで形成される境界の交点から前記四辺形の側面までの長さＬ2と、の比Ｌ1／Ｌ2が１．０以上１．６以下（ただし、１．２以下を除く）であり、前記長さＬ1が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、
銅鋳造材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電線やケーブル等の導体として利用される銅鋳造材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両等に配線される電線やケーブル、自動車等に搭載されるモータ用コイルを構成するエナメル線などでは、導体として銅線が使用されている。この銅線の多くは、無酸素銅やタフピッチ銅などからなる銅荒引線を連続鋳造圧延法によって製造し、次いで得られた銅荒引線に対して冷間伸線加工や熱処理（焼き鈍し処理）などを施すことによって得られる。
【０００３】
銅荒引線を製造する際には、電気銅等の原料銅を溶解炉で溶解して得られた溶銅を移送樋、保持炉等を経由してベルト＆ホイール方式の連続鋳造機に供給し、供給された溶銅を連続鋳造することによって銅鋳造材が得られる。そして、得られた銅鋳造材をさらに熱間圧延して冷却することにより、所定の外径を有する銅荒引線が製造される。なお、銅荒引線を製造する際には、原料銅の溶解、連続鋳造、熱間圧延の各工程が連続している連続鋳造圧延法が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３４４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
銅鋳造材を連続鋳造によって製造する場合、溶融された状態で鋳型内に供給された溶銅は、水冷式鋳型によって冷却される。これにより、鋳型内の溶銅は、鋳型との接触面で凝固して凝固層（以下、凝固シェルともいう）が生成される。この凝固シェルから内部にかけては、鋳型の上流側において未凝固の溶銅が存在するが、この未凝固の溶銅は、鋳型の下流側に供給されながら冷却されることによって凝固する。このようにして鋳型に供給された溶銅が完全に凝固することによって鋳造材が製造される。
【０００６】
このとき、鋳型内における溶銅の冷却が不均一になると、凝固シェルの厚みが不均一となる。凝固シェルには、冷却の際に凝固シェルに生じる収縮や変形に起因する応力が作用する。凝固シェルの凝固初期においては、この応力が凝固シェルの厚みの薄い部分に集中する。そして、この応力によって凝固シェルの厚みの薄い部分の表面には、割れが発生する。
【０００７】
この凝固シェルの表面の割れは、連続鋳造工程におけるその後の熱応力や連続鋳造機の曲げ応力及び矯正応力などの外力によって拡大し、銅鋳造材の表面に大きな割れが発生する。銅鋳造材に存在する割れは、次工程の熱間圧延工程において表面欠陥となり、銅荒引線の表面に傷や割れ等の欠陥が生じることになる。このため、銅鋳造材を製造する段階において、銅鋳造材の表面に割れが生じないようにすることが必要となる。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、銅荒引線の表面に割れ等の欠陥が生じにくい銅鋳造材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］の銅鋳造材を提供する。
【００１０】
［１］断面形状が四辺形であり、前記四辺形の厚さ方向および幅方向のそれぞれに沿って伸びる柱状晶のみで形成された鋳造組織を有し、前記鋳造組織において、前記厚さ方向に形成される柱状晶の平均の長さＬ1（Ｌ1＝（Ｌ1A＋Ｌ1B）／２）と、前記幅方向に形成される柱状晶が前記厚さ方向に形成される柱状晶にぶつかり合うことで形成される境界の交点から前記四辺形の側面までの長さＬ2と、の比Ｌ1／Ｌ2が１．０以上１．６以下（ただし、１．２以下を除く）であり、前記長さＬ1が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、銅鋳造材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、銅荒引線の表面に割れ等の欠陥が生じにくい銅鋳造材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る銅鋳造材および銅荒引線の製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る銅鋳造材を鋳造方向から観察したときの断面写真である。
【図３】本発明の一実施形態に係る銅鋳造材を連続鋳造する際の溶銅温度と銅鋳造材が有する柱状晶の長さＬ1、Ｌ2の比との関係、および得られる銅鋳造材の表面の割れの有無を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、連続鋳造する際の溶銅温度が高いほど得られる銅鋳造材の表面の結晶粒が粗大化し、銅鋳造材の表面に割れが生じやすいことを確認した。そして、本発明者らは、連続鋳造する際の溶銅温度と、これによって得られる銅鋳造材に形成される柱状晶の長さとの関係に着目すると、均一な凝固シェルが形成されて銅鋳造材の表面の割れの発生が抑制される範囲があることを見出した。本発明は、この知見に基づいて成されたものであり、以下のとおりである。
【００１４】
〔銅鋳造材、銅荒引線の製造装置〕
本発明の一実施形態にかかる銅鋳造材および銅荒引線の製造装置について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る銅鋳造材および銅荒引線の製造装置を示す概略構成図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係る銅荒引線の製造装置１０は、銅合金材を連続鋳造圧延するための、いわゆるベルト＆ホイール式の連続鋳造圧延装置として構成され、例えば、溶解炉２１０と、上樋２２０と、保持炉２３０と、下樋２６０と、タンディッシュ３００と、注湯ノズル３２０と、連続鋳造機５００と、連続圧延装置６２０と、コイラー６４０と、を有している。
【００１６】
溶解炉２１０は、原料銅を加熱して溶解させ、溶銅１１０を生成するよう構成され、例えば、炉本体と、炉本体の下部に設けられるバーナーと、を有している。原料銅が炉本体に投入され、バーナーで加熱されることで、溶銅１１０が連続的に生成される。原料銅の材料としては、例えば、タフピッチ銅、無酸素銅、高純度銅などの純銅からなる電気銅等を用いることができる。
【００１７】
上樋２２０は、溶解炉２１０の下流側に設けられ、溶解炉２１０と保持炉２３０との間を連結し、溶解炉２１０で生成された溶銅１１０を下流側の保持炉２３０に移送するよう構成されている。
【００１８】
保持炉２３０は、上樋２２０の下流側に設けられ、上樋２２０から移送される溶銅１１０を所定の温度で加熱して一時的に貯留するよう構成されている。また、保持炉２３０は、溶銅１１０を所定の温度に保持したまま、所定量の溶銅１１０を下樋２６０に移送するよう構成されている。
【００１９】
下樋２６０は、保持炉２３０の下流側に設けられ、保持炉２３０から移送される溶銅１１０を下流側のタンディッシュ３００に移送するよう構成されている。
【００２０】
なお、上樋２２０からタンディッシュ３００までの装置では、供給される溶銅１１０に対して所定の金属元素を連続的に添加するよう構成されていてもよい。溶銅１１０に添加される金属元素としては、例えば、錫（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）等が挙げられる。つまり、好ましくは、これらの金属元素のうち少なくとも１つが、溶銅１１０に添加される。これらの金属元素は、例えば０．０２質量％以上１０質量％以下の濃度で溶銅中に含有されるように添加される。金属元素を添加する方法としては、特に限定されないが、例えば、金属元素からなるワイヤを溶銅１１０中に投入するワイヤインジェクションを用いることができる。
【００２１】
タンディッシュ３００は、下樋２６０の下流側に設けられ、下樋２６０から移送される溶銅１１０を一時的に貯留し、連続鋳造機５００に対して所定量の溶銅１１０を連続的に供給するよう構成されている。
【００２２】
タンディッシュ３００の下流側には、貯留する溶銅１１０を連続鋳造機５００に供給させるための注湯ノズル３２０が接続されている。注湯ノズル３２０は、例えば、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物等の耐火物で形成されている。タンディッシュ３００に溜まった溶銅１１０は、注湯ノズル３２０を介して、連続鋳造機５００へと供給される。注湯ノズル３２０の開口部近傍には、注湯ノズル３２０を介して連続鋳造機５００へ供給される溶銅１１０の供給量を調整するための調整部材が設けられていてもよい。
【００２３】
連続鋳造機５００は、いわゆるベルト＆ホイール式の連続鋳造を行うよう構成され、例えば、ホイール（またはリング）５１０と、ベルト５２０と、を有している。円筒状のホイール５１０は、外周に所定の断面形状を有する溝部（例えば断面形状が四辺形からなる溝部）を有している。また、ベルト５２０は、ホイール５１０の外周面の一部に接触しながらホイール５１０の周囲を周回移動するよう構成されている。ホイール５１０の溝部とベルト５２０との間に形成される空間に、タンディッシュ３００の下流側に接続された注湯ノズル３２０から流出される溶銅１１０が注入される。また、ホイール５１０およびベルト５２０は、例えば冷却水により冷却されている。この冷却水による冷却により、ホイール５１０の溝部とベルト５２０との間に形成される空間に注入される溶銅１１０が冷却・固化（凝固）されて、鋳造方向からみたときの断面形状が四辺形からなる棒状の銅鋳造材１２０が連続的に鋳造される。
【００２４】
タンディッシュ３００から連続鋳造機５００へ供給される溶銅１１０から銅鋳造材１２０が製造される際、断面形状が四辺形からなる銅鋳造材１２０は、連続鋳造機５００へ供給される溶銅１１０が温度Ｔ（℃）を有して連続鋳造されるときに得られる銅鋳造材１２０の厚さ方向に形成される柱状晶の平均の長さＬ1と銅鋳造材１２０の幅方向に形成される柱状晶の長さＬ2との比Ｌ1／Ｌ2が下記（１）式を満たすように、連続的に鋳造される。
Ｌ1／Ｌ2≦（１５８０−Ｔ）／３００  …（１）
【００２５】
このとき、銅鋳造材１２０に形成される柱状晶の長さの比Ｌ1／Ｌ2は、１．０以上１．６以下であることが好ましく、１．２以上１．５以下がより好ましく、さらに好ましくは１．２以上１．４以下である。銅鋳造材１２０に形成される柱状晶の長さの比Ｌ1／Ｌ2をこのような範囲とすることにより、鋳型内において形成される凝固シェルの厚さを不均一になりにくくすることができる。そのため、連続鋳造して得られる銅鋳造材１２０は、その表面の割れの発生が抑制されたものとなる。また、Ｌ1は、１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。さらに連続鋳造機５００へ供給される溶銅１１０の温度Ｔは、１０９０℃以上１２００℃以下であることが好ましく、１１２０℃以上１１６０℃以下がより好ましい。
【００２６】
図２は、本発明の一実施形態に係る銅鋳造材１２０を鋳造方向から観察したときの断面写真である。銅鋳造材１２０の厚さ方向に形成される柱状晶の平均の長さＬ1とは、図２に示されるように、断面形状が四辺形からなる銅鋳造材１２０において、その断面の厚さ方向に沿って形成される柱状晶同士がぶつかり合うことで形成される境界の位置（境界１２１ａ）から厚さ方向に配置される対辺の各辺１２２の位置までの柱状晶の長さＬ1AおよびＬ1Bを平均した長さ（Ｌ1＝（Ｌ1A＋Ｌ1B）／２）であることを示す。また、銅鋳造材１２０の幅方向に形成される柱状晶の長さＬ2とは、断面形状が四辺形からなる銅鋳造材１２０において、その断面の厚さ方向に沿って形成される柱状晶と幅方向に沿って形成される柱状晶とがぶつかり合うことで形成される境界の位置（境界１２１ｂ）であって、かつ境界１２１ａと交差する位置（交点１２３）から幅方向に配置される対辺の各辺１２２ｂの位置までの鋳造晶の長さであることを示す。なお、銅鋳造材１２０の断面の各長さ（Ｌ1A、Ｌ1B、Ｌ2）は、得られた銅鋳造材１２０の断面に対して研磨およびエッチングを施すことによって断面の鋳造組織を出した後、直接スケールを当て測定することにより求めることが出来る。また、マイクロスコープで断面の写真を撮影し、測長機能を使って測定しても良い。
【００２７】
連続圧延装置６２０は、連続鋳造機５００の下流側（鋳造材排出側）に設けられ、連続鋳造機５００から移送される銅鋳造材１２０を例えば４５０℃以上９５０℃以下の温度で連続的に熱間圧延するよう構成されている。銅鋳造材１２０が圧延されることで、所定の外径を有する銅荒引線１３０が成形加工される。
【００２８】
コイラー６４０は、連続圧延装置６２０の下流側（銅荒引線の排出側）に設けられ、連続圧延装置６２０から移送される銅荒引線１３０を巻き取るよう構成されている。
【００２９】
〔銅鋳造材、銅荒引線の製造方法〕
次に、上述した銅鋳造材および銅荒引線の製造装置１０を用いて銅鋳造材および銅荒引線を製造する方法について説明する。
【００３０】
本実施形態の銅鋳造材および銅荒引線の製造方法は、溶融工程、タンディッシュ貯留工程、溶銅流出工程、連続鋳造工程、連続圧延工程を有している。これらの工程は、個々に不連続に行われるのではなく、一連の工程として連続的に行われる。
【００３１】
（溶融工程）
まず、溶解炉２１０の炉本体に、原料銅を投入する。例えば、１１００℃以上１３２０℃以下に加熱された溶解炉２１０に、原料銅として、タフピッチ銅、無酸素銅、高純度銅などの純銅からなる電気銅を投入する。そして、バーナーで炉本体を加熱する。これにより溶銅１１０を連続的に生成する。
【００３２】
溶解炉２１０で生成された溶銅１１０を、上樋２２０を介して、所定温度に保持された保持炉２３０に移送させる。
【００３３】
（タンディッシュ貯留工程）
次に、溶銅１１０を、保持炉２３０から下樋２６０を介してタンディッシュ３００に移送させる。これにより、タンディッシュ３００に溶銅１１０を一時的に貯留させる。
【００３４】
なお、上樋２２０からタンディッシュ３００までの間の溶銅１１０に対して、例えば、錫（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）等のうちの少なくとも１つ金属元素を連続的に添加してもよい。このとき、溶銅１１０中では金属元素（例えばチタン、マグネシウムなど）を含む介在物（例えばチタン、マグネシウムの酸化物、窒化物、炭化物、および、硫化物など）が生成される。なお、これらの金属元素は、例えば０．０２質量％以上１０質量％以下の濃度で溶銅中に含有されるように添加されることが好ましい。
【００３５】
（溶銅流出工程）
次に、タンディッシュ３００から注湯ノズル３２０を介して連続鋳造機５００に、溶銅１１０を流出させる。
【００３６】
（連続鋳造工程）
次に、タンディッシュ３００から注湯ノズル３２０を介して流出させた溶銅１１０を、連続鋳造機５００におけるホイール５１０の溝部（例えば断面形状が四辺形からなる溝部）とベルト５２０との間に形成される空間に注入する。そして、ベルト５２０を、ホイール５１０の外周面の一部と接触させながら周回移動させる。このとき、ホイール５１０およびベルト５２０を冷却水に冷却する。これにより、溶銅１１０を冷却・固化し、鋳造方向からみたときの断面形状が四辺形からなる棒状の銅鋳造材１２０を連続的に鋳造する。
【００３７】
タンディッシュ３００から連続鋳造機５００へ供給される溶銅１１０から銅鋳造材１２０が製造される際、断面形状が四辺形からなる銅鋳造材１２０は、連続鋳造機５００へ供給される溶銅１２０が温度Ｔ（℃）を有して連続鋳造されるときに得られる銅鋳造材１２０の厚さ方向に形成される柱状晶の平均の長さＬ1と銅鋳造材１２０の幅方向に形成される柱状晶の長さＬ2との比Ｌ1／Ｌ2が下記（１）式を満たすように、連続的に鋳造される。
Ｌ1／Ｌ2≦（１５８０−Ｔ）／３００  …（１）
【００３８】
このとき、銅鋳造材１２０の厚さ方向に形成される柱状晶の平均の長さＬ1および銅鋳造材１２０の幅方向に形成される柱状晶の長さＬ2の比Ｌ1／Ｌ2は、１．０以上１．６以下であることが好ましく、１．２以上１．５以下がより好ましく、さらに好ましくは１．２以上１．４以下である。また、銅鋳造材１２０の厚さ方向に形成される柱状晶の平均の長さＬ1は、１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。さらに連続鋳造機５００へ供給される溶銅１１０の温度Ｔは、１０９０℃以上１２００℃以下であることが好ましく、１１２０℃以上１１６０℃がより好ましい。
【００３９】
図３は、銅鋳造材１２０を連続鋳造する際の溶銅温度Ｔと銅鋳造材が有する柱状晶の長さＬ1、Ｌ2の比との関係、および得られる銅鋳造材の表面の割れの有無を示す図である。
【００４０】
この連続鋳造工程では、上記式（１）を満たすように銅鋳造材１２０が連続的に鋳造されることにより、鋳型内において形成される凝固シェルの厚さを不均一になりにくくすることができる。そのため、上記式（１）を満たすように連続鋳造して得られる銅鋳造材１２０では、図３に示すように、表面の割れの発生が抑制されたものとすることができる。より具体的には、連続鋳造機５００へ供給された溶銅１１０が冷却される際に、鋳型の側面との間に空間ギャップが生じる。この空間ギャップが生じることにより、鋳型内に存在する溶銅１１０の冷却が弱くなるおそれがある。そのため、鋳型の表面に塗布するカーボンスートの厚さを薄くするなどの調節を行い、銅鋳造材１２０の側面の冷却を強化することが好ましい。このようにして鋳型内に存在する溶銅１１０の冷却を強化することにより、鋳造される銅鋳造材１２０には上記式（１）に示す長さの比を満たすような柱状晶が形成される。そのため、得られた銅鋳造材１２０では、その表面に割れが発生しないことになる。特に、上記式（１）を満たすように連続的に鋳造される銅鋳造材１２０では、その断面の厚さ方向に有する表面に割れが生じることを防止できるだけでなく、幅方向に有する表面に割れが生じることも防止できる。その結果、後述する連続圧延工程を経て得られる銅荒引線１３０の表面には、銅鋳造材１２０の表面の割れに起因する割れや傷等の欠陥が生じにくくなる。
【００４１】
（連続圧延工程）
次に、連続圧延装置６２０により、連続鋳造機５００から移送される銅鋳造材１２０を例えば４５０℃以上９５０℃以下の温度で連続的に圧延する。これにより、所定の外径（例えば３０ｍｍ以下の外径）を有する銅荒引線１３０が成形される。そして、コイラー６４０により、連続圧延装置６２０から移送される銅荒引線１３０を巻き取る。これにより銅荒引線１３０が製造される。
【００４２】
なお、得られた銅荒引線１３０は、さらに伸線加工や圧延加工を施して外径を細くし、さらに必要に応じて熱処理を施すことにより、電線等の導体に適用するための銅線として成形加工してもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実
施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００４４】
また、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００４５】
１０  銅荒引線の製造装置
１１０  溶銅
１２０  銅鋳造材
１３０  銅荒引線
２１０  溶解炉
２２０  上樋
２３０  保持炉
２６０  下樋
３００  タンディッシュ
３２０  注湯ノズル
５００  連続鋳造機
５１０  ホイール
５２０  ベルト
６２０  連続圧延装置
６４０  コイラー
【図１】
2020203317.tif 000003
【図２】
2020203317.tif 000004
【図３】
2020203317.tif 000005