(57)【要約】      （修正有）【課題】安価で、軟化温度の低く、かつ導電率の高い無酸素銅材の製造方法及び銅材を提供する。【解決手段】上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、又はＮｉから選択される少なくとも１種の金属又は合金を添加し、無酸素銅溶湯中に含まれる該金属又は合金の割合を０．０００４〜０．０５５重量％に調整する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、
上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、又はＮｉから選択される少なくとも１種の金属又は合金を添加し、無酸素銅溶湯中に含まれる該金属又は合金の割合を０．０００４〜０．０５５重量％に調整することを特徴とする銅材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法を用いて製造された銅材であって、半軟化温度が１１０℃以下であることを特徴とする銅材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅材の製造方法に係り、特に、無酸素銅材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、銅線を含む各種線材の多くは、連続鋳造圧延法により形成される。先ず、シャフト炉で溶解させた溶湯がＳＣＲ方式、又はコンチロッド（登録商標）方式の連続鋳造手段に供給され、鋳造バーが得られる。次に、その鋳造バーは連続鋳造手段に連結された熱間圧延手段に供給され、所定の外径に圧延される。その後、圧延材が冷却され、荒引き線が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
連続鋳造圧延法は、溶解工程、鋳造工程、及び熱間圧延工程の各ラインが連続しており、荒引き線の製造法としては効率的で、生産性に優れた方法である。得られた荒引き線は、その後、冷間伸線工程、焼きなまし工程に供され、最終製品（例えば銅線）が得られる。この銅線の構成材の一つにタフピッチ銅がある。タフピッチ銅は、スクラップ銅と電気銅を混ぜたものを利用することができるため、原料コストが安価である。また、タフピッチ銅は、無酸素銅と比べて酸素含有量が多いため、必然的に、無酸素銅と比べて酸化した不純物の含有量が多くなるという特徴がある。また、無酸素銅の製法として、溶銅湯面に配した鋳型内で溶銅を凝固させて上方に連続的に引上げる上方引上連続鋳造法（アップキャスト法）などがある。この無酸素銅は、近年モータ用のマグネットワイヤにも使用されるようになってきた。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４０４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、銅線製造の焼きなまし工程において、連続焼きなましを行う（冷間伸線工程と焼きなまし工程を連続的に行う）ことで、工業生産性を向上させることができる。しかし、この場合、被焼きなまし材の軟化温度が高いと、焼きなまし工程に時間がかかると共に、焼きなまし工程の生産速度に冷間伸線工程の生産速度を合わせる必要があり、銅線の生産性が阻害される。また、被焼きなまし材の軟化温度が高いと、焼きなましに要する熱エネルギーが増大し、製品コストの上昇を招いてしまう。よって、被焼きなまし材の軟化温度の低下が図られている。
【０００６】
銅材の軟化温度を低下させるには、銅母材中に含まれる不純物元素を除去し、Ｃｕ純度を高めることが必要とされる。不純物元素を除去する方法としては、例えば、溶湯原料の選定（高純度のものを使用）、溶湯の酸化精錬、還元精錬などがある。しかしながら、この不純物元素を除去する方法は、コストが非常にかさむ方法である。このため、溶湯原料にタフピッチ銅を用いた場合、この方法は経済的に極めて不利であり、工業的に適した方法とは言えなかった。さらに、近年では、マグネットワイヤなどの接続溶接時にガスのボイドが生じ難い無酸素銅の要求があり、この点ではタフピッチ銅は適さない。
【０００７】
一方、銅材の軟化温度を低下させる他の方法として、銅母材中に含まれる不純物元素の内、ある元素の濃度をより低くすればよいことが知られている。ここで言うある元素の１つとして、Ｃｕに固溶した状態で存在する硫黄（Ｓ）や鉛（Ｐｂ）などがある。このＣｕ中に固溶したＳやＰｂの濃度を低減させるべく、銅の溶湯に真空脱ガス処理を施したり、鋳造後の銅バーに特定温度で熱処理を施すなどの方策が試みられている。しかし、従来のこれらの方策では、ＳやＰｂの濃度を十分に低減させることができないため、銅材の軟化温度を十分に低下させることができなかった。さらに、近年ＨＥＶ車の普及により、モータの高効率化の点からマグネットワイヤの導体には、高い導電率が求められている。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、安価で、軟化温度の低く、導電率の高い無酸素銅材の製造方法及び銅材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく本発明に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、又はＮｉから選択される少なくとも１種の金属又は合金を添加し、無酸素銅溶湯中に含まれる該金属又は合金の割合を０．０００４〜０．０５５重量％に調整するものである。
【００１０】
一方、本発明に係る銅材は、前述した銅材の製造方法を用いて製造された銅材であって、半軟化温度が１１０℃以下のものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、安価で、軟化温度の低く、かつ導電率の高い無酸素銅材を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適一実施の形態を説明する。
【００１３】
本発明の好適一実施の形態に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造するものである。
【００１４】
具体的には、先ず、上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段（例えば、溶解炉など）に貯溜された無酸素銅溶湯に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、又はＮｉから選択される少なくとも１種の金属又は合金を添加する。この時、無酸素銅溶湯中に含まれる金属又は合金の割合が０．０００４〜０．０５５重量％となるように、その添加量を調整する。これらの金属（又は合金）は、いずれもＳとの親和力が大きな金属（以下、硫黄親和性金属という）である。ここで言う硫黄親和性金属とは、金属元素の単体又は混合体や、合金の単体又は混合体のいずれであってもよい。
【００１５】
また、ここに無酸素銅とは、１０ｐｐｍ以下の酸素含有量で、かつ不可避的不純物を含む純銅のことを意味する。
【００１６】
次に、硫黄親和性金属を含む無酸素銅溶湯を、溶銅の湯面に配した鋳型から上方に引上げ、無酸素銅の荒引き材（例えば、荒引き線）を連続的に製造する。その後、荒引き材に、適宜、冷間減面加工を施して最終線径とし、半軟化温度が１１０℃以下の銅材（例えば、銅線）が得られる。この銅材に焼きなまし処理を施したものが、最終製品となる。ここで言う半軟化温度とは、６０分間加熱した後の銅材の引張強度が加熱前の銅材の引張強度の半分になる時の温度のことである。
【００１７】
硫黄親和性金属の含有量を０．０００４〜０．０５５重量％、好ましくは０．０００５〜０．０４５重量％、より好ましくは０．００１〜０．０４５重量％と規定したのは、含有量が０．０００４重量％未満だと、硫黄親和性金属と銅母材に固溶しているＳが十分に反応せず、軟化温度を低下させる効果が十分に得られないためである。一方、含有量が０．０５５重量％を超えると、銅材に固溶する硫黄親和性金属の固溶量が多くなりすぎて、銅材の軟化温度が逆に上昇するためである。
【００１８】
また、半軟化温度を１１０℃以下、好ましくは１００℃以下と規定したのは、半軟化温度が１１０℃以上だと、銅材の軟化温度の低減効果が十分でないためである。
【００１９】
ここで、本実施の形態に係る銅材の軟化温度が大幅に低下する理由は、次のように考えられる。
【００２０】
通常の無酸素銅には１０ｐｐｍ前後のＳが固溶しており、このＳが銅材の軟化温度を上昇させる大きな因子といわれている。そこで、本実施の形態に係る製造方法では、鋳造直前の無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属を所定の割合で添加している。この硫黄親和性金属（例えば、Ｔｉ）が無酸素銅溶湯に固溶しているＳと反応することで、Ｓが硫化物（例えば、ＴｉＳ）として析出し、Ｓの固溶量が減少される。また、硫黄親和性金属は、無酸素銅溶湯が凝固、再結晶する際の核となることから、これによって、無酸素銅の再結晶生成エネルギーを低くすることができる。これらの複合効果により、銅材の軟化温度を大幅に低下させることができると考えられる。
【００２１】
本実施の形態に係る製造方法に用いる荒引き材及び最終的に得られる銅材の形態は、減面加工によって形成可能なものであれば特に限定するものではなく、例えば、線状、板状、又は条状などのいずれであってもよい。
【００２２】
次に、本実施の形態に係る銅材の作用を説明する。
【００２３】
通常、荒引き材に冷間減面加工を施し、伸延、伸線させてなる銅線は、加工硬化によって高硬度な線材（例えば、硬銅線）となっている。このため、通常の硬銅線に焼きなましを行う際、特にアニーラー焼きなましを行う際は、高温、長時間の熱処理が必要となる。
【００２４】
しかしながら、本実施の形態に係る製造方法により得られた無酸素銅材は、銅材の原料となる無酸素銅溶湯に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、又はＮｉから選択される少なくとも１種の硫黄親和性金属を、その含有量が０．０００４〜０．０５５重量％となるように添加している。
【００２５】
ここで、硫黄親和性金属は、酸素との反応性が強い金属であるため、大気中の酸素と容易に反応して酸化する。よって、無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属を添加してから実際に鋳造に供するまでの時間が長いと、硫黄親和性金属が大気に晒される時間が長くなり、硫黄親和性金属が多量に酸化されて添加ロスとなる。そこで、硫黄親和性金属と大気中の酸素との反応を抑制することが重要となる。本実施の形態に係る製造方法において、硫黄親和性金属を銅溶湯中に添加する望ましいタイミングは鋳造直前である。また、硫黄親和性金属の添加形態は、硫黄親和性金属の単体を、直接、添加してもよいが、銅母材と合金化させたものを添加することが好ましい。これによって、前述したように硫黄親和性金属の酸化を抑制することができる。また、添加量の秤量ばらつきを抑制することができ、延いては硫黄親和性金属の含有量の精度を高めることができる。
【００２６】
以上のような製造方法によって得られた銅材は、無酸素銅を用い、従来の方法で製造した無酸素銅材（以下、従来の銅材という）と比較して軟化温度が低くなる（例えば、半軟化温度が１１０℃以下となる）。このため、本実施の形態の銅材は、より低い温度で十分な焼きなましを行うことができる。よって、アニーラー焼きなましを行う際、本実施の形態の銅材は、従来の銅材と比較して、より低い温度で、かつ、短時間で焼きなましを行うことが可能となる。その結果、銅材の生産性が向上すると共に、銅材製造に要するエネルギーの削減も可能となる。
【００２７】
本実施の形態の銅材は、接続溶接性に優れた無酸素銅で構成されており、かつ、その軟化温度が従来の銅材よりも大幅に低いことから、最終製品の原料コスト及び製造コストが安価となり、その工業的価値が非常に高い銅材である。
【００２８】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００２９】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３０】
アップキャスト方式の上方引上連続鋳造装置を用い、無酸素銅からなる直径φ８ｍｍの荒引き線を製造した。荒引き線の構成材は、無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属を所定の割合で添加したものである。この荒引き線に冷間減面加工、焼きなまし処理を適宜繰り返して施し、直径φ０．５ｍｍの銅線を作製した（試料１〜試料１８）。
【００３１】
試料１は、硫黄親和性金属を無添加とした。
【００３２】
試料２〜４については、硫黄親和性金属としてそれぞれＴｉを添加した。Ｔｉを０．００３重量％含有させたものを（実施例１）、Ｔｉを０．０００３重量％含有させたものを（比較例２）、Ｔｉを０．０６重量％含有させたものを（比較例３）とした。
【００３３】
試料５〜７については、硫黄親和性金属として、Ｚｒを０．００３重量％含有させたものを（実施例２）、Ｆｅを０．００３重量％含有させたものを（実施例３）、Ｍｇを０．００３重量％含有させたものを（実施例４）とした。
【００３４】
試料８，９については、硫黄親和性金属としてそれぞれＴａを添加した。Ｔａを０．００６重量％含有させたものを（実施例５）、Ｔａを０．０４重量％含有させたものを（実施例６）とした。
【００３５】
試料１０〜１３については、硫黄親和性金属としてそれぞれＮｉを添加した。Ｎｉを０．０００５重量％含有させたものを（実施例７）、Ｎｉを０．００５重量％含有させたものを（実施例８）、Ｎｉを０．０１重量％含有させたものを（実施例９）、Ｎｉを０．０５重量％含有させたものを（実施例１０）とした。
【００３６】
試料１４〜１７については、硫黄親和性金属としてそれぞれＮｉ＋αの計２種を添加した。０．０１Ｎｉ＋０．００１Ｔｉ(重量％)含有させたものを（実施例１１）、０．０１Ｎｉ＋０．００１Ｖ(重量％)含有させたものを（実施例１２）、０．０１Ｎｉ＋０．０００５Ｃa(重量％)含有させたものを（実施例１３）、０．０１Ｎｉ＋０．００１Ｍｎ(重量％)含有させたものを（実施例１４）とした。
【００３７】
試料１８は、連続鋳造圧延方式（ＳＣＲ方式）を用いてタフピッチ銅からなる荒引線φ８ｍｍを製造した。荒引き線の構成材は、無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属であるＴｉを０．００３重量％添加したものである。この荒引き線に冷間伸線加工、焼きなまし処理を適宜繰り返して施し、直径φ０．５ｍｍの銅線を作製したものである（従来例１）。
【００３８】
実施例１〜１４、比較例１〜３及び従来例１の各銅線を用いて軟化試験を行い、軟化特性の評価を行った。その結果を表１に示す。ここで、軟化特性の評価は、半軟化温度を用いて行った。また、各銅線については、完全焼きなまし処理（銅線の強度がそれ以上に低下しないところまで軟化させる処理）を行い、導電率の測定も実施した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示すように、実施例１〜１４の各銅線は、いずれも硫黄親和性金属の含有量が０．０００４〜０．０５５重量％の範囲であり、本発明に係る銅線の製造方法を満足していた。実施例１〜１４の各銅線の半軟化温度はいずれも１１０℃以下（６６〜１０８℃）であり、硫黄親和性金属が無添加の比較例１の各銅線の半軟化温度（１３５℃）と比較すると、２５℃以上（約２７〜６９℃）も半軟化温度が低下していた。実施例９，１１〜１４の各銅線を比較すると、硫黄親和性金属としてＮｉの他に更に１種加えると、実施例１３（Ｃａ添加）を除いて半軟化温度が更に低下した。しかし、実施例９，１３を比較すると、半軟化温度の大幅な上昇はないことから、少量であれば、耐熱性の向上効果が望めるＣａを添加してもよい。
【００４１】
これに対して、比較例２の銅線は、硫黄親和性金属の含有量が０．０００３重量％と少なすぎるため、銅線の軟化温度を低下させる効果が全く得られず、半軟化温度は比較例１の銅線と全く同じ１３５℃であった。
【００４２】
また、比較例３の銅線は、硫黄親和性金属の含有量が０．０６重量％と多すぎるため、銅線の軟化温度を逆に上昇させてしまい、半軟化温度は硫黄親和性金属無添加の場合（比較例１の銅線）より約１００℃も高温の２３１℃であった。
【００４３】
各銅線の完全焼きなまし処理後の導電率は、半軟化温度の低い本実施例１〜１４は、１０１．５％ＩＡＣＳ以上であったが、半軟化温度の高い比較例１〜３は、１０１．５％ＩＡＣＳ未満であった。また、試料である銅線と銅線の先端同士を突合わせしＴＩＧ溶接したところ、従来例の銅線の場合には銅中にボイドが形成されたが、本発明の実施例１〜１４及び比較例１〜３にはボイドが認められなかった。
【００４４】
以上より、荒引き線の構成材である無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属を所定の割合で添加し、その無酸素銅溶湯を上方引上連続鋳造装置に供給して銅線を製造することで、銅線の軟化温度を大幅に低下させることができることが確認された。さらに、溶接時に導体中のボイドは発生せず、接続信頼性が大幅に向上した。