(57)【要約】【課題】活性金属を含む銅合金の連続鋳造において、溶湯の過冷却および酸化物系介在物に起因する粒状組織の生成を抑える連続鋳造用鋳型およびこれを用いた連続鋳造方法を提供する。【解決手段】溶湯に含まれる酸化物系介在物は、セラミックフォームフィルター７により除去される。また、セラミックフォームフィルター７を通過する溶湯１５は、セラミックフォームフィルター７により整流される。よって、乱流に伴う酸化物系介在物の生成が抑制される。さらに、セラミックフォームフィルター７は例えば前述した熱架橋点３１と比較しても熱容量が小さく、このため溶湯１５がセラミックフォームフィルター７により抜熱され、溶湯１５の急激な温度低下に伴う過冷却が生じにくい。【選択図】図１
2008260021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅および銅合金の連続鋳造において使用される鋳型であって、
矩形筒体の一方の開口部に設けられた、溶湯を注入する溶湯供給口と、
矩形筒体の他方の開口部に設けられた、前記溶湯が凝固した鋳塊が引抜かれる鋳塊引抜き口と、
前記溶湯供給口に設けられたセラミックフォームフィルターと、
を有することを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
銅及び銅合金の連続鋳造方法であって、
カリバーが取り付けられた請求項１記載の連続鋳造用鋳型を、傾けた保持炉に設置する工程（ａ）と、
前記保持炉を水平方向に回転し、前記カリバーとダミーバーを接合する工程（ｂ）と、
前記ダミーバーを引抜きロールにより引き抜く工程（ｃ）と、
前記セラミックフォームフィルターを通過した溶湯を、前記連続鋳造用鋳型内で連続して凝固させる工程（ｄ）と、
を有することを特徴とする銅及び銅合金の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅および銅合金の連続鋳造において、酸化物系介在物の混入および鋳造時の溶湯の乱流、溶湯の過冷却等に起因する鋳塊の組織の粒状化およびこれに起因する偏析を防止するための連続鋳造用鋳型およびこれを用いた連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、銅製品素材の製造のため、銅及び銅合金（以下「銅合金」とする）の連続鋳造又は半連続鋳造（以下「連続鋳造」とする）が行われている。連続鋳造は、連続鋳造用の鋳型を保持炉に設置し、鋳型の引抜き口より鋳塊を引抜きながら、保持炉より銅合金の溶融金属（以下「溶湯」とする）を鋳型の溶湯供給口へ流入させて、冷却された鋳型内で溶湯を凝固させて、鋳塊を鋳塊引抜き口から引抜きながら連続して鋳塊を得る方法である。
【０００３】
ところが近年の電気電子部品用銅合金素材に対しては、材料の強度、電気伝導度、曲げ加工性等の特性の向上が要求されている。このため、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｐなどを微量添加した銅合金や、これら元素を添加した析出硬化型の銅合金、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｎ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系等が開発されている。
【０００４】
このような銅合金の添加元素は、酸素との親和力が強い活性金属が多く、雰囲気中の酸素により容易に酸化して介在物を生じる。このような介在物が鋳塊に混入すると、鋳塊の鋳肌品質を悪化させるばかりでなく、鋳造組織が健全な柱状組織ではなく、粒状組織となりやすくなる。
【０００５】
また、このような粒状組織は、鋳造時の鋳型内の乱流に基づく酸化物系介在物の混入により発生するのみではなく、溶湯の平均冷却速度が大きくなって（以下溶湯の「過冷却が起こる」とする）発生する。図６は、従来の連続鋳造に使用される鋳型を示す図であり、図６（ａ）は、保持炉に設置された鋳型の断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ矢視図である。
【０００６】
矩形筒型の連続鋳造用鋳型３０は保持炉１３に設置される。保持炉１３には溶湯１５が保持されており、連続鋳造用鋳型３０は、外周を冷却構造体１７で囲まれている。連続鋳造用鋳型３０の溶湯供給口９には熱架橋点３１が複数併設されている。鋳造の詳細は後述するが、溶湯１５は保持炉１３より熱架橋点３１の隙間を通り、溶湯供給口９より鋳型本体３内へ流入する。流入した溶湯１５は、冷却構造体１７からの冷却により鋳型本体３内で凝固し、鋳塊２５となり、鋳塊２５は鋳塊引抜き口１１より連続して引抜かれて鋳造が行われる。
【０００７】
ここで、熱架橋点３１は、溶湯１５が鋳型本体３内へ流入する際に乱流が生じないように、溶湯１５を整流する機能を有する。熱架橋点３１により溶湯１５が整流されることで、溶湯１５の酸化に伴う酸化物系介在物の生成を防止し、これにより組織が粒状組織となることを防止している。
【０００８】
しかし、前述の通り、活性元素が添加された銅合金においては、わずかな溶湯１５の乱れによっても溶湯１５表面において酸化物系介在物が生じやすく、また、熱架橋点１５と溶湯１５との接触により、溶湯１５が急激に冷却されると、溶湯１５の過冷却が大きくなり、これらは粒状組織の発生を助長させるという問題がある。このように粒状組織が生じると、鋳塊の偏析を誘起するため、素材特性を低下させる恐れがある。
【０００９】
このような粒状組織の要因の一つである酸化物系介在物の混入を防ぐ方法としては、例えば、酸化物の生成を抑制するために、活性元素の添加後にＡｒ雰囲気下で鋳造を行う方法がある（特許文献１）。また、金属の溶解を真空中で行う方法がある（特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−２１６９０５号公報
【特許文献２】特開平８−１２０３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１、２にかかる方法は共に、保持炉においての酸化物系介在物の生成を抑えることはできるが、鋳型流入時の溶湯の乱流を抑える効果はない。よって、鋳型流入時の乱流により、溶湯が酸化し酸化物系介在物が生成するという問題がある。また、Ａｒ雰囲気や真空雰囲気とするための装置が必要であり、設備が大掛かりとなるという問題がある。
【００１１】
溶湯の乱流を防ぐために、上記方法と熱架橋点とを併用することも考えられるが、前述の通り、活性金属を含む銅合金においては、熱架橋点による整流効果では酸化物系介在物の生成防止効果は十分でない。また、熱架橋点と溶湯との接触時の過冷却が生じるおそれがある。このような酸化物系介在物の混入や溶湯の過冷却は、粒状組織が生じる要因となるという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、活性金属を含む銅合金の連続鋳造において、鋳型への溶湯の流入時の乱流を抑え、これにより鋳型流入時における溶湯の酸化に伴う酸化物系介在物の生成を抑え、酸化物系介在物の鋳塊への混入を防止すると共に、この際の溶湯の過冷却を防止し、溶湯の過冷却および酸化物系介在物に起因する粒状組織の生成を抑える連続鋳造用鋳型およびこれを用いた連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、銅および銅合金の連続鋳造において使用される鋳型であって、矩形筒体の一方の開口部に設けられた、溶湯を注入する溶湯供給口と、矩形筒体の他方の開口部に設けられた、前記溶湯が凝固した鋳塊が引抜かれる鋳塊引抜き口と、前記溶湯供給口に設けられたセラミックフォームフィルターと、を有することを特徴とする連続鋳造用鋳型である。
【００１４】
第１の発明によれば、鋳型の溶湯供給口に設けられたセラミックフォームフィルターにより酸化物系介在物を除去し、また、溶湯がセラミックフォームフィルターを通過する際に整流され、鋳型内での溶湯の乱流を抑えることができ、酸化物系介在物の生成を抑えることができ、このためこれら介在物の鋳塊への混入を防止することができ、さらに、セラミックフォームフィルターの熱容量が小さいため、溶湯がセラミックフォームフィルターと接触しても溶湯の過冷却が抑制されるため、これらに起因する粒状組織の生成を抑える連続鋳造用鋳型を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、銅及び銅合金の連続鋳造方法であって、カリバーが取り付けられた第１の発明にかかる連続鋳造用鋳型を、傾けた保持炉に設置する工程（ａ）と、前記保持炉を水平方向に回転し、前記カリバーとダミーバーを接合する工程（ｂ）と、前記ダミーバーを引抜きロールにより引き抜く工程（ｃ）と、前記セラミックフォームフィルターを通過した溶湯を、前記連続鋳造用鋳型内で連続して凝固させる工程（ｄ）と、を有することを特徴とする銅及び銅合金の連続鋳造方法である。
【００１６】
第２の発明によれば、鋳型の溶湯供給口に設けられたセラミックフォームフィルターにより酸化物系介在物を除去し、また、溶湯がセラミックフォームフィルターを通過する際に整流され、鋳型内での溶湯の乱流を抑えることができ、酸化物系介在物の生成を抑えることができ、このためこれら介在物の鋳塊への混入を防止することができ、さらに、セラミックフォームフィルターの熱容量が小さいため、溶湯がセラミックフォームフィルターと接触しても溶湯の過冷却が抑制されるため、これらに起因する粒状組織の生成を抑える連続鋳造用鋳型を用いた連続鋳造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、活性金属を含む銅合金の連続鋳造において、鋳型への溶湯の流入時の乱流を抑えることで酸化物系介在物の発生を抑え、酸化物系介在物の鋳塊への混入を防止するとともに、この際の溶湯の過冷却を防止し、これらを原因とする粒状組織の生成を抑える連続鋳造用鋳型およびこれを用いた連続鋳造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる連続鋳造用鋳型１を示す図であり、図１（ａ）は連続鋳造用鋳型１を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ断面図を示す図である。
【００１９】
連続鋳造用鋳型１は主に、鋳型本体３とセラミックフォームフィルター７とで構成される。鋳型本体３は矩形の筒型形状であり、一方の開口部が溶湯供給口９、もう一方の開口部が鋳塊引抜き口１１となっている。溶湯供給口９側は、凹状に段差が設けられており、当該段差にセラミックフォームフィルター７が挿入されている。セラミックフォームフィルター７の外周は、鋳型本体３と耐熱接着剤５により接着されている。ここで、セラミックフォームフィルター７は、連続気孔の三次元骨格構造を有し、例えば空孔率が８０〜９０％である一般的なセラミック多孔体である。
【００２０】
溶湯が溶湯供給口９側よりセラミックフォームフィルター７を通過して鋳型本体３内へ流入すると、溶湯は鋳型本体３により冷却され鋳塊となり、鋳塊引抜き口１１側より引抜かれる。このように溶湯の凝固と得られた鋳塊の引抜きが連続して行われることで連続鋳造が行われる。
【００２１】
ここで、鋳型本体３の材質及び熱架橋点３１としては、黒鉛が使用される。また、セラミックフォームフィルター７の材質は特定しないが、例えばコージライトおよびアルミナのブレンドタイプや、炭化珪素質、チタン酸アルミなどが使用できる。また、セラミックフォームフィルター７の気孔ピッチは特定しないが、本実施の形態において連続鋳造による銅合金の工業生産可能な範囲で使用しやすく、高い効果を得るためには、３０〜４０ｐｐｉ（１インチあたりの気孔数）が望ましい。また、耐熱接着剤５としては、例えばセメントが使用できる。
【００２２】
次に、本実施の形態にかかる連続鋳造方法について説明する。図２、図３は、本実施の形態にかかる連続鋳造方法を示した図である。図２（ａ）は、カリバー１９が取り付けられた連続鋳造用鋳型１を、傾けられた保持炉１３に設置した状態を示す図である。
【００２３】
まず、連続鋳造用鋳型１の鋳型本体３内にカリバー１９を挿入する。カリバー１９は鋳型本体３内の筒内断面とほぼ同断面形状であり、鋳造初期に溶湯１５が鋳型本体３から流出しないように栓をする役割と共に、鋳造開始時には、後述するダミーバー２１および引抜きロール２３によって、鋳塊を引抜く役割を有する。
【００２４】
次に、図２（ａ）に示すように、カリバー１９が取り付けられた連続鋳造用鋳型１を保持炉１３に設置する。保持炉１３には予め図示しない溶解炉より溶湯１５が注湯されており、保持炉１３は、連続鋳造用鋳型１が斜め上方へ向くように傾けられている。この際、溶湯１５の表面には、酸化防止や鋳型本体３との潤滑を向上させるための鋳造用のフラックス、例えばカーボン粉で覆われていても良い。また、連続鋳造用鋳型１の外周は、冷却構造体１７が設けられる。冷却構造体１７には冷却水が流れており、連続鋳造用鋳型１を冷却する。
【００２５】
図２（ｂ）は、保持炉１３が回転動作（図中Ａ方向）し、連続鋳造用鋳型１が水平方向へ向いた状態を示す図である。保持炉１３を回転させ、溶湯１５が鋳型本体３内に流入しても、前述の通り、カリバー１９により、溶湯１５が連続鋳造用鋳型１より流出することはない。
【００２６】
次に、カリバー１９とダミーバー２１を接合する。図２（ｂ）に示すように、ダミーバー２１は予め引抜きロール２３に通されている。すなわち、連続鋳造用鋳型１とカリバー１９、ダミーバー２１が水平方向に一直線に配置される。
【００２７】
次に、ダミーバー２１を引抜きロール２３により引抜き、鋳造を開始する。図３（ａ）は、ダミーバー２１を引抜き、鋳造を開始した状態を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ部拡大図である。引抜きロール２３を図中Ａ方向に回転させると、ダミーバー２１がＢ方向へ引抜かれる。ダミーバー２１が引抜かれると、ダミーバー２１に取り付けられたカリバー１９が連続鋳造用鋳型１より引抜かれ、これに伴い溶湯１５が鋳型本体３内へ流入する。
【００２８】
鋳型本体３は周囲の冷却構造体１７により冷却されており、鋳型本体３に流入した溶湯１５を冷却し鋳塊２５とする。鋳塊２５の先端はカリバー１９と固着しており、引抜きロール２３により連続してＢ方向へ引抜かれる。すなわち、鋳塊２５が引抜かれながら、これに応じた量の溶湯１５が鋳型本体３内へ流入し、連続して鋳塊２５が生成される。
【００２９】
ここで、溶湯１５が鋳型本体３へ流入するためには、鋳型本体３の溶湯供給口９に設けられたセラミックフォームフィルター７を通過する。この際、溶湯に含まれる酸化物系介在物は、セラミックフォームフィルター７により除去される。よって、鋳型本体３内へ酸化物系介在物が混入することが抑制される。なお、酸化物系介在物は、主に溶湯１５を保持炉１３へ移送する際等において生成される。しかし、鋳造初期における鋳型本体３内の雰囲気と溶湯１５との接触によっても、酸化物系介在物が生じることがあるため、鋳塊２５の鋳造初期に係る部分はその後除去することが望ましい。
【００３０】
また、セラミックフォームフィルター７を通過する溶湯１５は、セラミックフォームフィルター７により整流される。すなわち、鋳型本体３内へ流入する溶湯１５は乱流を生じることがない。よって、乱流に伴う酸化物系介在物の生成が抑制される。さらに、セラミックフォームフィルター７は例えば前述した熱架橋点３１と比較しても熱容量が小さく、このため溶湯１５がセラミックフォームフィルター７により抜熱され、溶湯１５の急激な温度低下に伴う過冷却が生じにくい。
【実施例】
【００３１】
以下に本発明の実施例を説明する。表１に示す銅合金２０００ｋｇの鋳塊を半連続鋳造設備を用いて鋳造を行った。得られる鋳塊のサイズは厚さ１８ｃｍ、幅２４ｃｍとした。また鋳造条件は、鋳造温度１２５０℃、鋳造スピード６ｍ／ｈｒとした。鋳造は、本発明に係る連続鋳造用鋳型として、３０ｐｐｉおよび４０ｐｐｉの空孔ピッチを有するセラミックフォームフィルターを設置したものを用いた。また比較例として、従来の熱架橋点を有する連続鋳造用鋳型を使用して鋳造を行った。
【００３２】
【表１】
2008260021.tif 000003
【００３３】
得られた鋳塊の断面ほぼ中心部分について、光学顕微鏡を用いて組織観察を行った。ここで、健全な組織とは前述の通り鋳塊内部まで柱状晶が存在していることをいい、この場合は鋳塊には偏析を生じていない。これに対し、鋳塊内部に粒状晶が生じている場合は、鋳塊表面または内部に偏析が生じていることを表しているため問題となる。
【００３４】
図４、図５は得られた組織を示す光学顕微鏡写真であり、図４は本発明にかかるセラミックフォームフィルター（一例として３０ｐｐｉ）付の鋳型を使用して鋳造された鋳塊の組織であり、図５は、比較例として従来の熱架橋点を使用した鋳型を用いて鋳造された鋳塊の組織である。また、表２はこれらの組織観察の評価を整理した結果を示す。
【００３５】
【表２】
2008260021.tif 000004
【００３６】
図４に示す組織は、全面に渡り柱状晶２７が形成されている。一方、図５に示す組織は、粒状晶２９が生じており、樹枝状に成長する柱状晶２７は確認されなかった。
【００３７】
以上説明してきたように、本発明によれば、連続鋳造用鋳型１の溶湯供給口９にセラミックフォームフィルター７を設置したため、溶湯１５が鋳型本体３へ流入する際、溶湯に含まれる酸化物系介在物は、セラミックフォームフィルター７により除去される。このため、鋳塊２５へ酸化物系介在物が混入することが抑制される。よって、鋳塊の鋳肌品質を向上させるばかりでなく、酸化物系介在物に起因する粒状晶２９の発生を抑制する。
【００３８】
また、セラミックフォームフィルター７を通過する溶湯１５は、セラミックフォームフィルター７により整流され、鋳型本体３内で溶湯１５が乱流を生じることがない。このため、ガスの巻き込みが減少するばかりでなく、溶湯１５の乱流に起因する酸化物系介在物の生成が抑制され、酸化物系介在物に起因する粒状晶２９の生成を抑制することができる。
【００３９】
さらに、セラミックフォームフィルター７は熱容量が小さいため、溶湯１５がセラミックフォームフィルター７により抜熱され、急激に温度低下を招くことがなく、これにより溶湯の過冷却が抑制される。よって、溶湯の過冷却に起因する粒状晶の発生が抑制される。また、溶湯がセラミックフォームフィルター７を通過する際に、溶湯１５の垂直方向の温度分布が均一化されるため、温度分布等に伴う粒状晶の発生も抑制される。
【００４０】
このように健全な柱状晶の成長の妨げとなる粒状晶の生成を伴う塊状凝固が生じなくなるため、これら要因による偏析を低減することができ、偏析に伴う諸特性の悪化を防ぎ、面削量を低減して歩留まりの向上も得ることができる。
【００４１】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４２】
例えば、実施例で示した析出硬化型銅合金以外の合金、例えば、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系の合金やＣｕ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｍｎ系の合金においても同様の結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施の形態に係る連続鋳造用鋳型１を示す図で、（ａ）は連続鋳造用鋳型１の斜視図、（ｂ）は連続鋳造用鋳型１のＡ断面の断面図。
【図２】連続鋳造方法を示す図で、（ａ）はカリバー１９が取り付けられた連続鋳造用鋳型１を、傾けられた保持炉１３に設置した状態を示す図、（ｂ）は保持炉１３が回転動作し、連続鋳造用鋳型１が水平方向へ向き、カリバー１９とダミーバー２１を水平方向に接続した図。
【図３】連続鋳造方法を示す図で、（ａ）は引抜きロール２３を回転させて、ダミーバー２１を引抜きながら鋳造を行っている状態を示す図、（ｂ）は連続鋳造用鋳型１を含むＣ部の拡大図。
【図４】本発明に係る連続鋳造鋳型１を使用した鋳造により得られた鋳塊の組織を示す光学顕微鏡写真。
【図５】従来の連続鋳造鋳型３０を使用した鋳造により得られた鋳塊の組織を示す光学顕微鏡写真。
【図６】従来の連続鋳造方法を示す図で、（ａ）は連続鋳造用鋳型３０を保持炉１３に設置した状態を示す図、（ｂ）は連続鋳造用鋳型３０のＡ方向矢視図。
【符号の説明】
【００４４】
１、３０………連続鋳造用鋳型
３………鋳型本体
５………耐熱接着剤
７………セラミックフォームフィルター
９………溶湯供給口
１１………鋳塊引抜き口
１３………保持炉
１５………溶湯
１７………冷却構造体
１９………カリバー
２１………ダミーバー
２３………引抜きロール
２５………鋳塊
２７………柱状晶
２９………粒状晶
３１………熱架橋点
【図１】
2008260021.tif 000005
【図２】
2008260021.tif 000006
【図３】
2008260021.tif 000007
【図６】
2008260021.tif 000008
【図４】
2008260021.tif 000009
【図５】
2008260021.tif 000010