(57)【要約】  ケイ素、ニッケル、クロム及びジルコニウム、並びに金属間化合物の初晶相を含む銅合金からなる鋳型部材の製造方法であり、その際、インゴットが、熱間成形によって一方向でだけ、少なくとも４：１の比率で延伸され、その際、延伸されたインゴットから製造された鋳造部材の、金属溶融物と接触する鋳造面は、インゴットの延伸方法に対して本質的に垂直な面が選択される。この方法によって製造された鋳型部材は、高い摩耗耐性及び高められた寿命によって、とりわけ二重ベルト鋳造装置のサイドダム用ブロック材としての使用に適している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
群（ａ）がニッケル及びコバルトを含み、群（ｂ）がクロム、ジルコニウム、ベリリウム及びケイ素を含む、該群（ａ）と該群（ｂ）のそれぞれからの少なくとも一種の合金元素、及び金属間化合物の初晶相を含む銅合金からなる鋳型部材の製造方法であり、その際に、インゴットが、熱間成形によって一方向においてだけ、好くなくとも４：１の比率で延伸され、その際に、延伸されたインゴットから製造された鋳型部材の、金属溶融物と接触する鋳造面は、インゴットの延伸方向に対して９０±１０°の角度の鋳造面が選択される、上記方法。
【請求項２】
前記鋳造面と、前記鋳造面に対し９０±１０°の角度にある前記延伸されたインゴットの面との間での、顕微鏡写真に写された金属間化合物の初晶相の量比が１．５：１よりも大きく調節されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記インゴットが、熱間成形によって、少なくとも７：１の比率で一方向にだけ延伸されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記インゴットが、熱的鍛造によって延伸されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記インゴットが、熱間圧延によって延伸されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法によって製造された鋳型部材。
【請求項７】
前記鋳造面と、前記鋳造面に対し９０±１０°の角度にある前記延伸されたインゴットの面との間での、顕微鏡写真に写された金属間化合物の初晶相の量比が１．５：１よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の鋳型部材。
【請求項８】
前記金属間化合物の初晶相が筋状に配列しており、その際に、鋳造面の平面に存在する筋の平均長と、鋳造面に対して９０±１０°の角度で延びている筋の平均長との比率が３：１０より小さいことを特徴とする、請求項６又は７に記載の鋳型部材。
【請求項９】
前記銅合金が析出硬化された状態で、２０℃で少なくとも６００ＭＰａの引張り強さを有し、かつ５００℃で少なくとも３５０ＭＰａの引張り強さを有することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一つに記載の鋳型部材。
【請求項１０】
前記銅合金が析出硬化された状態で、２０℃で少なくとも４７０ＭＰａの０．２％−耐力を有することを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一つに記載の鋳型部材。
【請求項１１】
前記銅合金が析出硬化された状態で、２０℃で少なくとも１５％の破断伸びＡ５を有することを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか一つに記載の鋳型部材。
【請求項１２】
前記銅合金が、２０℃で少なくとも１９０ＨＶ１０の硬度を有することを特徴とする、請求項６〜１１のいずれか一つに記載の鋳型部材。
【請求項１３】
前記銅合金が、２０℃で、少なくとも４０％ＩＡＣＳの電気伝導度を有することを特徴とする、請求項６〜１２のいずれか一つに記載の鋳型部材。
【請求項１４】
前記銅合金が、２０℃で少なくとも４５％ＩＡＣＳの電気伝導度を有することを特徴とする、請求項６〜１２のいずれか一つに記載の鋳型部材。
【請求項１５】
前記析出硬化された銅合金が、ＡＳＴＭ  Ｅ１１２に基づき測定して、せいぜい１３０μｍの粒度を有することを特徴とする、請求項６〜１４のいずれか一つに記載の鋳型部材。
【請求項１６】
二重ベルト鋳造装置のサイドダム用ブロック材であることを特徴とする、請求項６〜１５のいずれか一つに記載の鋳型部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の特徴による、ケイ素、ニッケル、クロム及びジルコニウム、並びに金属間化合物の初晶相（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｓｃｈｅ  Ｐｒｉｍａｅｒｐｈａｓｅｎ）を含む銅合金からなる鋳型部材の製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、さらに、その製造方法によって製造された鋳型部材にも関する。
【背景技術】
【０００３】
欧州特許第０３４６６４５Ｂ１号（特許文献１）は、１．６〜２．４％ニッケル、０．５〜０．８％ケイ素、０．０１〜０．２０％ジルコニウム、残余の銅並びに製造条件に付随する不純物及び慣用的な加工用添加材よりなる、析出硬化可能な銅合金を、鋳造に際して永続的に変化する温度負荷に曝される鋳型部材、とりわけ、二重ベルト鋳造装置のサイドダム（Ｓｅｉｔｅｎｄａｅｍｍｅ）用ブロック材の形態の鋳型部材を製造するための材料として使用することを記載している。二重ベルト鋳造装置の能力は、ブロック材から形成されたサイドダム列の欠点のない機能によって決定的に左右される。すなわち、それらのブロック材は、可能な限り高い熱伝導度を有し、それにより、融解熱又は凝固熱をできる限り迅速に取り除き得ることが必要である。ブロック間に空隙を形成し、それからその空隙中への溶融物の侵入を招くような機械的応力によるブロック材の側縁部の早すぎる摩耗を防ぐために、材料は、高い硬度及び引張り強さの他に、低い粒度を有するものでなければならない。最後に、鋳造区間を出た後のブロック材の再冷却時に現れる熱的応力により、鋼製ベルトを収容するために組み込まれたＴ型溝の角部において、ブロック材に亀裂が生じないことを保証するような、最適な疲労挙動が極めて決定的な重要性を有する。すなわち、熱衝撃により引き起こされるこのような亀裂が出現する場合には、当該ブロック材は、短時間後にすでに列から脱落し、その際、溶融金属は、鋳型の空洞から不制御に流出し、そして装置部材に損傷を与え得る。損傷を受けたブロック材を交換するためには、装置を停止して鋳造プロセスを中断しなければならない。
【０００４】
亀裂発生傾向を検査するための試験方法が実証されており、それによれば、ブロック材を５００℃で二時間の熱処理に供し、そして引き続き、２５℃の水中で急激に冷却する。この熱衝撃試験を何度も繰り返す時にも、適当な材料の場合には、Ｔ型溝の範囲内に亀裂が全く出現してはならない。
【０００５】
欧州特許第０３４６６４５Ｂ１号（特許文献１）に記載のジルコニウムを含む析出硬化可能なＣｕＮｉＳｉＣｒ−合金は、二重ベルト鋳造装置のサイドダム用ブロック材として際立って適している。クロムの添加によって原材料の伝導度が高められる。Ｆｅ添加によって、原材料の他の特性に悪影響を与えることなく、溶体化処理時の粒子成長が制限される。
【０００６】
クロム及びジルコニウム含有材料の組織において、その溶融物の凝固時に亜共晶に、すなわち、不均一な分布で晶出する、金属間化合物の初晶相が生じることが知られている。そのＣｒＳｉ含有及びＮｉＺｒ含有の相は、二重ベルト鋳造装置のサイドダム用ブロック材の製造用出発材料として使用される鋳造された丸ビレット中に方法条件に起因して既に生じる。鋳造された材料は、通常は、微粒組織の調整のために並びに必要な硬度および電気伝導度を達成するために、慣用の成形方法、例えば押出法、鍛造法、又は圧延法で成形され、引き続き、溶体化処理し、そして析出硬化させ、その際に、鋳物状態の金属間化合物の初晶相の共晶性の不均一な分布は、大なり小なり十分に破壊され、そしてその際、初晶相は、主成形方向に筋状に配列する。押出又は熱間圧延されたロッドからのブロック材の慣用の製造においては、比較的不均一に分布した、はっきりと筋状に整列した初晶相配列がブロック材の鋳造表面に存在する。インゴットからプレートを鍛造する時、総変形度が制限されておりかつ長手方向及び横方向においてプレートがほぼ同等に成形されるため、通常、鋳物状態の金属間化合物の初晶相の網形状の分布は、不十分にしか取り除かれない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許第０３４６６４５Ｂ１号
【０００８】
上記を背景にして、本発明は、鋳型部材の製造方法、とりわけ、二重ベルト鋳造装置のサイドダム用ブロック材の製造を、金属溶融物と接触する鋳造面の摩耗がより遅く始まり、かつよりゆっくりと進行するように最適化し、その結果、この鋳型部材の採用のもとで、より長い製造期間にわたって、欠点のない表面品質を有する鋳造された金属ストリップを製造することができるようにするという課題に基づく。さらに、向上された特性を有する鋳型部材の提供も狙いである。
【０００９】
この課題の上記の方法の部分は、請求項１に記載の特徴によって解決される。
【００１０】
有利な性質を有する鋳型部材は、請求項６に記載の対象物である。
【００１１】
いずれの従属請求項も、本発明の概念の有利な発展形態に関する。
【００１２】
本発明が基づく課題は、延伸されたインゴットから製造された鋳型部材の、金属溶融物と接触する鋳造表面は、インゴットの延伸方法に対し９０±１０°の角度、すなわち本質的に垂直な表面が選択されるように、銅合金中に含まれる金属間化合物の初晶相を方向付けられた熱間成形によって配向することによって解決される。以下において、“本質的に垂直”とは、インゴットの延伸方向に対して９０±１０°の角度であると理解される。垂直とは９０°の角度を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、鋳造された丸ビレットの顕微鏡写真を示す。
【図２】図２は、鋳型部材の鋳造面の領域における顕微鏡写真を示す。
【図３】図３は、図２の鋳造面に対して垂直な顕微鏡写真を示す。
【００１４】
この処置方法では、インゴットの熱間成形時に、元来粒子の粗い鋳物組織の微粒組織再結晶化に加えて、はっきりと現れた繊維配向が、繊維に沿った金属間化合物の初晶相の細化及び方向付けによって、生ずることが本質である。ここで、繊維配向が、可能な限り微細でかつ均一な分布の初晶相を有することが重要であり、これは本発明の範囲内において、熱間成形による延伸が唯一の方向でだけ行われることによって達成され、その際、インゴットは、少なくとも４：１、好ましくは７：１よりも大きい比率で延伸される。この際、熱間成形は、鍛造及び又は熱間圧延のような方法によって行うことができる。それに対して、異なる方向における少なくとも４：１又は好ましくは少なくとも７：１のおおざっぱな全体成形は、本発明により所望される繊維延び方向を生じさせない。
【００１５】
更に別の重要な方法の特徴とは、延伸されたインゴットから製造された鋳型部材が、金属溶融物と接触する鋳造面を有し、この鋳造面が、延伸方向に対して本質的に垂直な（＝９０±１０°）、好ましくは厳密に垂直に選択されることである。この場合においてのみ、鋳造面の摩耗が著しく低減され、それ故、より長い製造期間にわたって、申し分のない表面品質を有する鋳造された金属ストリップを製造することができる。
【００１６】
繊維の配向によって、鋳造面における金属間化合物の初晶相は、本質的に、均一に分布した点としてだけ現れる。鋳造面と、鋳造面に対して垂直な位置にある延伸されたインゴットの面との間での顕微鏡写真に写された金属間化合物の初晶相の量比が、１．５：１より大きく調節される場合に、合目的的であると見なされる。これは、鋳造面においてあるいは延伸方向に対して本質的に垂直な平面においては、鋳造面に対して垂直な面あるいは平面における場合よりも、少なくとも５０％多くの金属間化合物の初晶相が写し出されることを意味する。
【００１７】
この鋳造面の配向と組み合わせて、写し出された金属間化合物の初晶相のこのように調節された量比は、最適化された使用挙動を有する鋳型部材を与える。なぜなら、この鋳造面における亀裂の開始と亀裂の成長が妨げられるからである。それによって、亀裂の成長がよりゆっくりと進み、それが寿命を引き伸ばすのに寄与するため、使用における鋳型部材の摩耗が低下する。疲労亀裂形成に対する耐性は、金属間化合物の初晶相が本質的に方向付けられていない鋳型部材と比べて、明らかにより大きい。
【００１８】
本発明による方法に従って製造された鋳型部材は、金属間化合物の初晶相を繊維又は筋状に配向させることをも引き起こす繊維延び方向を有する。ある一つの平面に存在する初晶相の平均長さは測定可能である。その鋳造面の平面に存在する筋の平均長さと、鋳造面に対して本質的に垂直に（＝９０±１０°）、好ましくは厳密に垂直に延びる筋の平均長さとの比率が、３：１０より小さいことが有利と見られる。言い換えるならば、鋳造面に対して本質的に垂直か又は厳密に垂直に延びている金属間化合物の初晶相の筋の長さのせいぜい３０％にあたる長さを持つ結晶間化合物の初晶相の筋が鋳造面に存在する。
【００１９】
本発明による鋳型部材は、析出硬化可能な銅合金からなり、この銅合金は、金属間化合物の相として析出するこの目的のための合金成分を構成成分として含む。この析出硬化可能な銅合金は、好ましくはニッケルを含み、これは、コバルトで少なくとも部分的に置き換えることができる。この合金は、次の合金元素、すなわちクロム、ジルコニウム、ベリリウム、ケイ素の少なくとも一種をさらに含む。
【００２０】
完成した鋳型部材は、特定の用途に適合された優れた材料特性、すなわち、特に、２０℃の室温における少なくとも６００ＭＰａの引張り強さ、並びに、５００℃の温度における少なくとも３５０ＭＰａの引張り強さを特徴とする。
【００２１】
銅合金は、硬化された状態において２０℃で、少なくとも４７０ＭＰＡの０．２％−耐力（Dehngrenze）、少なくとも１５％の破断伸びＡ５、少なくとも１９０ＨＶ１０の硬度、並びに２０℃での少なくとも４０％ＩＡＣＳ（ＩＡＣＳ＝国際焼きなまし銅線標準、銅＝１００％と比較した電気伝導度）の電気伝導度を有する。好ましくは、電気伝導度は、少なくとも４５％である。
【００２２】
析出硬化された銅合金は、ＡＳＴＭ  Ｅ  １１２に基づいて測定されたせいぜい１３０μｍの粒度を有するべきである。米国規格のＡＳＴＭ  Ｅ  １１２（米国材料試験協会）は、平均粒度を測定するための標準試験法である。
【００２３】
本発明は、後述の幾つかの実施例に基づいて説明される。
【００２４】
図１は、鋳造された丸ビレットの顕微鏡写真を示しており、これは出発材料として、二重ベルト鋳造装置のサイドダムの鋳型部材を製造するのに使用される。これは、共晶配列にあるＣｒＳｉ−含有あるいはＮｉＺｒ−含有の金属間化合物の初晶相を有するＣｕＮｉＳｉＣｒＺｒ合金の典型的な鋳物組織である。この原材料は、引き続き、微粒組織の調整のために並びに必要な硬度及び電気伝導度を得るために、押出、鍛造又は圧延のような成形方法によって成形され、引き続き、溶体化処理及び析出硬化され、その結果、金属間化合物の初晶相の共晶性の不均一な分布が変化する。
【００２５】
図１中に示した、金属間化合物の初晶相の網状の分布を有する素材（Ｇｕｓｓｒｏｈｌｉｎｇ）が、長手方向においても横方向においても同等に変形される場合、相の配向は、所望するようには変わらない。
【００２６】
これに対し、図２は、すでに熱間成形されたインゴットの金属間化合物の初晶相の分布、及びそれでもって、のちの鋳型部材の鋳造面の領域における顕微鏡写真を示している。金属間化合物の初晶相が、非常に微小で、かつ均一に分布していることが明らかにわかる。繊維の配向あるいは金属間化合物の初晶相の配向は、鋳造面に対して垂直であり、それため、写し出された初晶相はこの図においては点として現れている。
【００２７】
鋳造面に対して垂直な、それ故、図２の鋳造面に対して垂直な顕微鏡写真を示す図３におけるように、写し出された初晶相の数は約１．７×程多い。図２において、相の筋はある程度のみ認めることができ、そして、最大１００μｍの長さである一方、図３においては、かなり多くの初晶相を認めることができ、その際、相の筋長は１００〜４００μｍの範囲内にあり、そして一部が４００μｍを越える範囲内にある。以下の表は、本発明の方法に従って製造された、ＣｕＮｉＳｉＣｒＺｒ−合金からなる鋳型部材の機械特性並びに疲労耐性を明示している。
【表１】
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【００２８】
実施例Ａは、次の組成（重量％）を有する合金に基づく置く：
【表２】
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【００２９】
この合金を、誘導るつぼ炉中で溶融し、そして、連続鋳造法で丸いインゴットへ鋳込んだ。この丸いインゴットを、鍛造プレス機によって、９５０℃〜７５０℃の温度範囲内でプリセットアップし（vorgestaucht）、そしてそれから直方体に成形した。この直方体を、それから長手方向においてプレートに鍛造した。この予備鍛造したプレートを、それから、９５０℃〜８００℃の熱間圧延機で最終寸法に圧延した。長手方向における全体の変形比率Ｖは、プリセットアップ長から、完成した圧延されたプレート長さまでで、５．３：１であった。プレートを、引き続き、溶体化処理し、そして析出硬化させた。析出硬化後の冷却は、所定の冷却速度を用いて炉中で行った。引き続き、そのプレートを、横方向にストリップ状にのこぎりで切り、そしてこれらのストリップから、７０ｍｍ×５０ｍｍ×４０ｍｍの寸法を有するダムブロック材と呼ばれる鋳型部材を製造した。
【００３０】
替わりに、同じ方法で、寸法６０ｍｍ×５０ｍｍ×４０ｍｍ、あるは５０ｍｍ×５０ｍｍ×４０ｍｍの鋳型部材を取り出すことができる。その際に、鋳型部材の鋳造面は、本質的にプレートの長手方向に対して垂直、とりわけ厳密には垂直となり、そしてそれでもって成形されたインゴットの延伸方向又は繊維配向対して垂直、好ましく厳密に垂直となる。
【００３１】
そのように取り出された鋳型部材の機械的／技術的性質、並びに疲労耐性を、繊維が鋳造面に対して平行な鋳型部材、あるいは少なくとも４：１の比率ですぐれた成形を経ていない鋳型部材と比較して表中に示す。本発明による方法に従って製造された、鋳造面に対して垂直な金属間化合物の初晶相の方向付けを持つ鋳型部材は、実験室の試験において、繊維長が鋳造面に対して平行に伸びている鋳型部材と比較して、１７％向上した疲労耐性を示す。
【００３２】
実施例Ｂは、次の組成を有する合金に基づく。
【表３】
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【００３３】
この合金も、誘導るつぼ炉中で溶融し、そして連続鋳造法において、丸いインゴットに鋳込んだ。この丸いインゴットを、引き続き、９５０℃〜８００℃の熱間圧延機でプレートに圧延した。長手方向における全体の変形比率Ｖは、インゴットの初期長さに対して７．４：１であり、そして、それ故少なくとも７：１である好ましい本発明の規準に相当する。
【００３４】
熱間圧延されたプレートのさらなる処理、及び鋳型部材の取り出しは実施例Ａと同様に行う。
【００３５】
表１には、延伸方向に対して垂直に延びる初晶相を有する鋳型部材の強度特性が、鋳造方向に対して金属間化合物の初晶相が平行に延びている鋳型部材と比較して、再度表されている。
【００３６】
実施例Ｂによる本発明によって製造された鋳型部材は、匹敵する機械的特性において、実験室での試験において、繊維配向が鋳造面に対して平行な鋳型部材と比較して、２６％向上された疲労耐性をも示す。
【００３７】
この実施例は、本発明によって製造された鋳型部材が、鋳造面に対して平行な繊維及び相配向を有するか、又は優先的な配向を有さない鋳型部材と比較して、１７〜２６％向上された鋳造面の疲労挙動を有することを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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