(57)【要約】【課題】オシレーションマーク深さを十分に低減でき、表面品質に優れた鋳塊を製造することが可能なＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】Ｃｕの含有量が６９ｍａｓｓ％以上７９ｍａｓｓ％以下、Ｓｉの含有量が２．０ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％未満とされたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金からなる断面積１００００ｍｍ２以下の棒状または管状の鋳塊を間欠的に引き出して連続鋳造するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法であって、前記鋳塊を引き抜き方向に移動させる際の最高移動速度Ｄｍａｘとし、引き抜き方向への移動速度が０．１×Ｄｍａｘ以上とされた引き抜き動作と引き抜き方向への移動速度が０．１×Ｄｍａｘ未満とされた停止動作とからなる間欠引き抜きサイクルにおける前記鋳塊の引き抜き方向の移動距離が５ｍｍ以上とされ、１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記停止動作の時間ＴＳが３秒以上とされている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕの含有量が６９ｍａｓｓ％以上７９ｍａｓｓ％以下の範囲内とされ、Ｓｉの含有量が２．０ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％未満の範囲内とされたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金からなる断面積１００００ｍｍ２以下の棒状または管状の鋳塊を間欠的に引き出して連続鋳造するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法であって、
前記Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の溶湯が貯留される鋳造炉と、この鋳造炉に連結されたモールドと、を有する連続鋳造機を用いて、
前記モールド内で凝固した前記鋳塊を引き抜き方向に移動させる際の最高移動速度Ｄｍａｘに対して、引き抜き方向への移動速度が０．１×Ｄｍａｘ以上とされた引き抜き動作と、引き抜き方向への移動速度が０．１×Ｄｍａｘ未満とされた停止動作とからなる間欠引き抜きサイクルを繰り返し実施する構成とされており、
１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記鋳塊の引き抜き方向の移動距離が５ｍｍ以上とされ、１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記停止動作の時間ＴＳが３秒以上とされていることを特徴とするＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法において、
前記間欠引き抜きサイクルにおける前記引き抜き動作の時間ＴＤと前記停止動作の時間ＴＳとの比ＴＤ／ＴＳが、１／１０≦ＴＤ／ＴＳ≦１／２の範囲内とされていることを特徴とするＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法において、
前記モールドが、断熱部材を介して前記鋳造炉の坩堝に連結された構造とされており、前記坩堝及び前記モールドは、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で構成され、前記断熱部材は、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料からなり、厚さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とされていることを特徴とするＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法によって製造されたことを特徴とするＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の棒状または管状の鋳塊を連続的に製造するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法、及び、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種部品の素材として、被削性に優れた銅合金である快削黄銅が広く用いられている。この快削黄銅は、Ｃｕ−Ｚｎ合金にＰｂを添加することで被削性を向上させたものである。しかし、近年では、環境問題等の観点から、Ｐｂの使用が規制されており、その用途が大幅に制限されている。
そこで、Ｐｂの含有量を大幅に低減しても優れた被削性を有する銅合金として、例えば特許文献１に示すＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金が提供されている。このＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、Ｐｂを含有していないことから、例えば、飲料水等と接触する上水道用配管の水栓金具、給排水金具、バルブ、水道メータ金具等の各種部品に用いられている。
【０００３】
ここで、上述の部品は、通常、大型の鋳塊を押出加工することにより棒材とし、この棒材に対して、鍛造加工、切削加工等を行うことによって製造されている。しかし、押出加工を行って棒材を製造する場合には、大型の鋳塊を製造する鋳造工程と、鋳塊を加熱する加熱工程と、加熱した鋳塊を押し出す押出工程と、多くの工程を行う必要があり、多大な製造コスト及び製造時間を要するものであった。
そこで、銅合金の棒材を低コストで効率良く製造する方法として、例えば特許文献２に開示されているように、銅合金の溶湯が貯留された鋳造炉に鋳型を設置し、棒状または管状の鋳塊を連続的に鋳造するニアネットシェイプ連続鋳造法が提供されている。なお、上述の鋳型においては、通常、固体潤滑性を有する黒鉛製のモールドが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１１９７７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０５００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献２に示すように、棒状または管状の鋳塊を連続的に鋳造する場合には、鋳塊を一定の速度で連続的に引き抜くことなく、引き抜きと停止とを繰り返し行う間欠引き出しを行うのが一般的である。このように間欠引き出しを実施した場合には、鋳塊の表面に、間欠引き出しの周期に同調したオシレーションマークと呼ばれる模様が形成される。このオシレーションマークは、間欠引き出し時における溶湯の湯境に相当することになるが、製造条件によっては、オシレーションマークの部分にクラックが生じたり、深い凹凸が生じたりして、表面欠陥を伴うことがある。ここで、本明細書においては、オシレーションマークに伴う表面欠陥等の深さを、オシレーションマーク深さと称する。
【０００６】
上述のオシレーションマーク深さが深い場合には、後工程における欠陥やトラブルを未然に防止するために、鋳塊の表面を切削して表面欠陥を除去する必要があった。特に、断面積が１００００ｍｍ２以下の鋳塊を製造する場合には、鋳塊表面の切削によって歩留まりが大幅に低下することから、上述のオシレーションマーク深さを十分に低減する必要があった。
【０００７】
ここで、特許文献１に開示されたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金は、固相と液相とが混在する温度幅が広いため、モールド内において固液共存域が幅広く存在し、凝固シェルの強度が不足する傾向にある。このため、間欠引き出し時に凝固シェルが破断しやすく、上述のオシレーションマーク深さが深くなってしまうといった問題があった。
また、上述のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金に含有されているＳｉは黒鉛と反応しやすい元素であることから、溶湯中のＳｉとモールドの黒鉛とが反応することで鋳塊の表面が荒れてしまい、オシレーションマーク深さが深くなるといった問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金からなる断面積１００００ｍｍ２以下の棒状または管状の鋳塊を連続して鋳造した場合であっても、オシレーションマーク深さを十分に低減でき、表面品質に優れた鋳塊を製造することが可能なＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法、及び、このＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法によって製造されたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、鋳塊の間欠引き出しのパターンを適正化することにより、固相と液相とが混在する温度幅が広いＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金であっても、オシレーションマーク深さを低減できるとの知見を得た。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法は、Ｃｕの含有量が６９ｍａｓｓ％以上７９ｍａｓｓ％以下の範囲内とされ、Ｓｉの含有量が２．０ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％未満の範囲内とされたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金からなる断面積１００００ｍｍ２以下の棒状または管状の鋳塊を間欠的に引き出して連続鋳造するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法であって、前記Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の溶湯が貯留される鋳造炉と、この鋳造炉に連結されたモールドと、を有する連続鋳造機を用いて、前記モールド内で凝固した前記鋳塊を引き抜き方向に移動させる際の最高移動速度Ｄｍａｘに対して、引き抜き方向への移動速度が０．１×Ｄｍａｘ以上とされた引き抜き動作と、引き抜き方向への移動速度が０．１×Ｄｍａｘ未満とされた停止動作とからなる間欠引き抜きサイクルを繰り返し実施する構成とされており、１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記鋳塊の引き抜き方向の移動距離が５ｍｍ以上とされ、１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記停止動作の時間ＴＳが３秒以上とされていることを特徴としている。なお、棒状または管状の鋳塊の断面積は小さいほどオシレーションマーク深さが製品歩留に影響することから、断面積が１０００ｍｍ２以下の棒状又は管状の鋳塊に適用することがより望ましい。
【００１１】
上述の構成のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法においては、鋳塊を引き抜き方向に移動させる際の最高移動速度Ｄｍａｘとした場合に、引き抜き方向への移動速度が０．１×Ｄｍａｘ以上の場合を引き抜き動作とし、引き抜き方向への移動速度が０．１×Ｄｍａｘ未満の場合を停止動作と定義し、これら引き抜き動作と停止動作からなる間欠引き抜きサイクルを繰り返し実施することで、鋳塊を間欠的に引き出す構成としている。
そして、１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記鋳塊の引き抜き方向の移動距離が５ｍｍ以上とされているので、溶湯がモールド内に一定の流速で流れ込むことになる。また、１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記停止動作の時間ＴＳが３秒以上とされているので、モールド内に流れ込んだ溶湯が急冷されて十分な厚さの凝固シェルが形成されることになる。よって、引き抜き時における凝固シェルの破断を抑制でき、オシレーションマーク深さを低減することが可能となる。
【００１２】
ここで、１回の間欠引き抜きサイクルにおける鋳塊の引き抜き方向の移動距離が５ｍｍ未満では、鋳塊を引き抜き方向に移動させた際に流れ込む溶湯量が少なく、鋳造炉側の高温の溶湯を十分に供給することができなくなる。すなわち、モールド近傍の比較的温度の低い溶湯がモールド内に供給されることになり、モールド内に固相と液相とが混在した固液共存領域が幅広く存在することになる。
また、１回の間欠引き抜きサイクルにおける前記停止動作の時間ＴＳが３秒未満の場合には、溶湯の冷却・凝固が不十分となり、十分な厚さの凝固シェルを形成することができなくなる。
以上のことから、本発明では、１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記鋳塊の引き抜き方向の移動距離を５ｍｍ以上、かつ、１回の前記間欠引き抜きサイクルにおける前記停止動作の時間ＴＳを３秒以上に設定している。
【００１３】
本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法においては、前記間欠引き抜きサイクルにおける前記引き抜き動作の時間ＴＤと前記停止動作の時間ＴＳとの比ＴＤ／ＴＳが、１／１０≦ＴＤ／ＴＳ≦１／２の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記引き抜き動作の時間ＴＤと前記停止動作の時間ＴＳとの比ＴＤ／ＴＳが、１／２以下とされているので、前記停止動作の時間ＴＳが十分に確保され、十分な厚さの凝固シェルを形成することが可能となる。また、ＴＤ／ＴＳが、１／１０以上とされているので、前記停止動作の時間ＴＳが不必要に長くならず、一定の鋳造速度を確保することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００１４】
また、本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法においては、前記モールドが、断熱部材を介して前記鋳造炉の坩堝に連結された構造とされており、前記坩堝及び前記モールドは、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で構成され、前記断熱部材は、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料からなり、厚さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とされていることが好ましい。
この場合、モールドにおける冷却能力を高くした場合でも、坩堝側の溶湯が温度低下することが抑制されることになり、坩堝及びモールド内において、固相と液相とが混在した固液共存領域が幅広く存在することを抑制でき、高温の溶湯をモールド内で急冷して十分な厚さの凝固シェルを形成することができる。ここで、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、断熱部材の厚さを２５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１５】
本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材は、上述のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法によって製造されたことを特徴としている。
このＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材においては、オシレーションマーク深さが浅く、表面品質に優れているので、表面研削量を低減することができ、歩留まりの向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金からなる断面積１００００ｍｍ２以下の棒状または管状の鋳塊を連続して鋳造した場合であっても、オシレーションマーク深さを十分に低減でき、表面品質に優れた鋳塊を製造することが可能なＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法、及び、このＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法によって製造されたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法で用いられる連続鋳造装置の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法における間欠引き抜きパターンを示す説明図である。
【図３】オシレーションマーク深さを測定した一例を示す鋳塊（オシレーションマーク深さ１５０μｍ未満）の断面写真である。
【図４】オシレーションマーク深さを測定した一例を示す鋳塊（オシレーションマーク深さ１５０μｍ未満）の断面写真である。
【図５】オシレーションマーク深さを測定した一例を示す鋳塊（オシレーションマーク深さ１５０μｍ以上５００μｍ未満）の断面写真である。
【図６】オシレーションマーク深さを測定した一例を示す鋳塊（オシレーションマーク深さ５００μｍ以上）の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法、及び、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材について説明する。
本実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法は、Ｃｕの含有量が６９ｍａｓｓ％以上７９ｍａｓｓ％以下の範囲内とされ、Ｓｉの含有量が２．０ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％未満の範囲内とされたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金からなる棒状または管状の鋳塊１を連続的に鋳造するものである。
【００１９】
ここで、本実施形態では、Ｃｕの含有量が６９ｍａｓｓ％以上７９ｍａｓｓ％以下、Ｓｉの含有量が２．０ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％未満、残部がＺｎと不可避不純物とからなるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金の鋳塊１としている。
また、製出される鋳塊１は、断面積が１ｍｍ２以上１００００ｍｍ２以下とされた断面円形の棒状鋳塊１とされている。
【００２０】
次に、本実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法に用いられる連続鋳造装置１０について図１を参照して説明する。
この連続鋳造装置１０は、鋳造炉２０と、鋳造炉２０に連結された鋳型３０と、鋳型３０から製出された鋳塊１を引き抜くピンチロール１２と、このピンチロール１２の動作を制御する制御部１４と、を備えている。
【００２１】
鋳造炉２０は、溶解原料を加熱溶解して所定の組成の銅合金溶湯を製出するものであり、溶解原料が投入される原料投入口２１と、溶解原料及び銅合金溶湯が保持される坩堝２２と、この坩堝２２を加熱する加熱手段２７と、を備えている。
本実施形態では、加熱手段２７は、坩堝２２の周囲に配設されたカーボンヒータとされており、図示しない電源装置に接続されている。
【００２２】
また、坩堝２２は、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で構成されており、本実施形態では、熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の黒鉛で構成されている。
この坩堝２２の下部には、側壁の一部から水平方向に延在した連結部２３が設けられており、この連結部２３の端面に鋳型３０が連結される構成とされている。また、連結部２３には、坩堝２２内の銅合金溶湯を鋳型３０へと供給する溶湯供給路２４が設けられている。
【００２３】
鋳型３０は、供給された銅合金溶湯が注入される筒状のモールド３１と、このモールド３１を冷却する冷却手段３２と、を備えている。
本実施形態では、冷却手段３２は、モールド３１の外周側に配設された水冷ジャケットとされており、冷却水を循環させることでモールド３１を冷却する構成とされている。
また、モールド３１は、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で構成されており、本実施形態では、熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の黒鉛で構成されている。
この鋳型３０は、モールド３１の内周孔が水平方向を向くようにして、上述の連結部２３の端面に連結されている。
【００２４】
ピンチロール１２は、鋳型３０から製出される鋳塊１を挟み込み、引き抜き方向Ｆへ引き抜くものである。本実施形態では、制御部１４によってピンチロール１２の動作を制御することにより、鋳塊１を間欠的に引き抜いて、鋳塊１を連続的に製出する構成とされている。
【００２５】
そして、鋳型３０のモールド３１と鋳造炉２０の坩堝２２（連結部２３）との間に、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料からなり、厚さｔが、１０ｍｍ≦ｔ≦１００ｍｍの範囲内とされた断熱部材４０が配設されている。
断熱部材４０は、一般的に市販されているものを用いることができる。本実施形態では、主成分のボロンナイトライド（ＢＮ）に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び／又は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が添加されており、その熱伝導率が８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚さｔが２５ｍｍとされている。
【００２６】
次に、上述した連続鋳造装置１０を用いた本実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法について説明する。
まず、鋳造炉２０の原料投入口２１から、坩堝２２内に溶解原料を投入する。原料としては、Ｃｕ単体、Ｚｎ単体およびＳｉ単体やＣｕ−Ｚｎ母合金およびＣｕ−Ｓｉ母合金等を用いることができる。また、ＺｎおよびＳｉを含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材およびスクラップ材を用いてもよい。
【００２７】
次に、カーボンヒータ（加熱手段２７）に通電を行い、坩堝２２内に装入された溶解原料を加熱して溶解し、上述した組成の銅合金溶湯を製出する。
この銅合金溶湯は、坩堝２２内において所定の温度にまで加熱されて保持される。そして、この銅合金溶湯が、連結部２３の溶湯供給路２４を介して鋳型３０へと供給される。
【００２８】
鋳型３０内に供給された銅合金溶湯は、モールド３１内で冷却されて凝固して鋳塊１となる。この鋳塊１がピンチロール１２で間欠的に引き抜かれることによって、モールド３１内に銅合金溶湯が順次供給され、鋳塊１が連続的に製造される。
ここで、本実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法においては、鋳塊１の間欠引き抜きパターンに特徴を有している。
【００２９】
本実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法においては、図２に示すように、モールド３１内で凝固した鋳塊１を引き抜き方向Ｆに移動させる際の最高移動速度Ｄｍａｘとした場合において、引き抜き方向Ｆへの移動速度が０．１×Ｄｍａｘ以上とされた引き抜き動作と、引き抜き方向Ｆへの移動速度が０．１×Ｄｍａｘ未満とされた停止動作とからなる間欠引き抜きサイクルを繰り返し実施する構成とされている。
【００３０】
そして、１回の間欠引き抜きサイクルにおける鋳塊１の引き抜き方向Ｆの移動距離が５ｍｍ以上とされ、１回の間欠引き抜きサイクルにおける停止動作時間ＴＳが３秒以上とされている。
ここで、停止動作は、上述のように引き抜き方向Ｆへの移動速度が０．１×Ｄｍａｘ未満とされた状態を示しており、図２に示すように、引き抜き方向Ｆとは反対側（鋳造炉２０側）に向けて後退させる動作も含むものとする。
また、本実施形態では、間欠引き抜きサイクルにおける引き抜き動作時間ＴＤと停止動作時間ＴＳとの比ＴＤ／ＴＳが、１／１０≦ＴＤ／ＴＳ≦１／２の範囲内とされている。
【００３１】
次に、上述のように間欠引き抜きを実施した場合のモールド３１内の凝固状況について説明する。
まず、引き抜き動作によって鋳塊１を引き抜き方向Ｆに大きく移動させることにより、鋳造炉２０内の高温の銅合金溶湯がモールド３１内に一定以上の流速で流れこむことになる。
その後、停止動作時間ＴＳを一定時間確保することによって、モールド３１内の銅合金溶湯を急冷して凝固を十分に進行させる。
モールド内において凝固シェルが十分な厚さで形成された後に、再度、引き抜き動作によって鋳塊１を引き抜き方向Ｆに大きく移動させる。
このように間欠引き出しパターンを繰り返し行うことにより、棒状の鋳塊１が連続的に製出される。
【００３２】
以上のような構成とされた本実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法によれば、上述のように、１回の間欠引き抜きサイクルにおける鋳塊１の引き抜き方向Ｆの移動距離が５ｍｍ以上とされ、１回の間欠引き抜きサイクルにおける停止動作時間ＴＳが３秒以上とされているので、モールド３１内に流れ込んだ高温の銅合金溶湯を急冷して十分に凝固させることができ、モールド３１内において十分な厚さの凝固シェルを形成することができる。よって、引き抜き時における凝固シェルの破断を抑制でき、オシレーションマーク深さを低減することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態では、間欠引き抜きサイクルにおける引き抜き動作時間ＴＤと停止動作時間ＴＳとの比ＴＤ／ＴＳが、１／１０≦ＴＤ／ＴＳ≦１／２の範囲内とされているので、停止動作時間ＴＳが十分に確保されて十分な厚さの凝固シェルを形成することが可能となるとともに、一定の鋳造速度を確保することができ、生産性の向上を図ることができる。なお、上述の鋳造速度は、間欠引き抜きサイクル（引き抜き動作＋停止動作）における鋳塊移動速度の平均値となる。
【００３４】
また、本実施形態では、鋳造炉２０の坩堝２２、及び、鋳型３０のモールド３１が、熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の黒鉛で構成されており、坩堝２２とモールド３１との間に、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料からなり、厚さｔが１０ｍｍ≦ｔ≦１００ｍｍの断熱部材４０が配設されているので、モールド３１における冷却能力を高くした場合でも、坩堝２２側の銅合金溶湯が温度低下することが抑制されることになり、坩堝２２及びモールド３１内において、固相と液相とが混在した固液共存領域が幅広く存在することを抑制でき、高温の銅合金溶湯をモールド３１内で急冷して十分な厚さの凝固シェルを形成することができる。
特に、本実施形態では、鋳型３０が水冷ジャケットを有するものとされ、モールド３１における冷却能力が高くなっているので、モールド３１内の銅合金溶湯を急冷することができ、十分な厚さの凝固シェルを確実に形成することが可能となる。
【００３５】
このように、本実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法によって製造された棒状鋳塊１（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材）は、オシレーションマーク深さが浅く、表面品質に優れているので、後工程における表面研削量を低減することができ、歩留まりの向上を図ることが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態であるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法、及び、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金素材について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、鋳塊を水平方向に引き抜く構成として説明したが、これに限定されることはなく、鋳型を坩堝の底面に配置して鋳塊を下方に引き抜く構成としてもよいし、鋳型を坩堝の上部に配置して鋳塊を上方へ引き抜く構成としてもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態では、Ｃｕの含有量が６９ｍａｓｓ％以上７９ｍａｓｓ％以下、Ｓｉの含有量が２．０ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％未満、残部がＺｎと不可避不純物とからなるＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金を対象とするものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ａｓ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｃｒ，Ｔｉ等の他の添加元素を含むものとしてもよい。これらの添加元素は、銅合金の各種特性を向上させる作用効果を有することから、用途に応じて適宜添加されるものである。これらの添加元素を含む場合でも、本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金の連続鋳造方法を適用することにより、オシレーションマーク深さを低減することが可能となる。
【００３８】
さらに、断面円形の棒状鋳塊を製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、断面多角形の棒状鋳塊であってもよいし、内周孔を有する管状鋳塊であってもよい。なお、管状鋳塊の場合の断面積は、内周孔部分の面積を差し引いた実面積である。
また、本実施形態では、断熱部材を配設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、断熱部材を配設していなくてもよい。
さらに、本実施形態では、冷却ジャケットを備えた鋳型を使用するものとして説明したが、鋳型の構造に限定はなく、例えばモールド内に二重管からなる水冷プローブを挿入した鋳型であってもよい。
【実施例】
【００３９】
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
溶解原料として、Ｃｕ−２１ｍａｓｓ％Ｚｎ−３ｍａｓｓ％ＳｉのＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金を準備した。この組成の溶解原料を、図１に示す鋳造炉の坩堝内に５０ｋｇ装入して、カーボンヒータによって溶解した。
鋳型として、表１に示すように、水冷ジャケットを備えたジャケット方式のものと、水冷プローブを挿入したプローブ方式のものを準備した。
また、鋳型のモールドと鋳造炉の坩堝との間に、断熱部材を配設した。断熱部材は、主成分のボロンナイトライド（ＢＮ）に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び／又は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が添加されており、その熱伝導率が８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚さｔが２５ｍｍのものを用いた。
そして、表１に示す間欠引き抜きパターンによって、断面積７０６ｍｍ２、外径３０ｍｍの円管状鋳塊の引き抜きを行い、５０ｋｇの鋳造を行った。
【００４０】
得られた鋳塊を、引き抜き方向に平行な面で切断して断面観察を行い、オシレーションマーク深さを測定した。そして、オシレーションマーク深さが１５０μｍ未満のものを◎、１５０μｍ以上５００μｍ未満のものを○、５００μｍ以上のものを×、として評価した。オシレーションマーク深さの評価結果を表１に示す。
また、オシレーションマーク深さが１５０μｍ未満の鋳塊の断面観察写真を図３、４に、オシレーションマーク深さが１５０μｍ以上５００μｍ未満の鋳塊の断面観察写真を図５に、オシレーションマーク深さが５００μｍ以上の鋳塊の断面観察写真を図６に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
１サイクル当りの移動距離若しくは停止動作時間のいずれかが本発明の範囲より短い比較例１，３及び４は、オシレーションマーク深さが５００μｍ以上と深かった。
また、１サイクル当りの移動距離及び停止動作時間がいずれも本発明の範囲より短い比較例２でも、オシレーションマーク深さが５００μｍ以上と深かった。
【００４３】
これに対して、１サイクル当りの移動距離が５ｍｍ以上、停止動作時間が３秒以上とされた本発明例１−２３においては、すべてオシレーションマーク深さが５００μｍ未満であった。
以上、本発明によれば、オシレーションマーク深さを十分に低減でき、表面品質に優れた鋳塊を製造することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００４４】
１  鋳塊
１０  連続鋳造装置
２０  鋳造炉
２１  坩堝
３０  鋳型
３１  モールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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