(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続溶解炉から製出される溶銅を、保持炉内に滞留させ、前記保持炉内の溶銅を樋を通してタンディッシュ内に連続的に導き、次いで前記タンディッシュ内の溶銅を前記タンディッシュに取付けた注湯ノズルから、ベルトとホイールにより構成される回転移動鋳型内に注入し、冷却固化させて鋳塊とし、この鋳塊を前記鋳型から連続的に引出し連続圧延するベルト＆ホイール式連続鋳造圧延法により銅線材を製造する方法において、前記樋およびタンディッシュ内の所要箇所に加熱手段を設け、前記樋の入口と前記タンディッシュの出口に多孔質材製堰を設け、前記樋およびタンディッシュの内部に固体還元剤を配し、前記樋およびタンディッシュ内の溶銅の上部に設ける内蓋により固体還元剤の浮上を抑え、また前記注湯ノズル先端部から前方の鋳型内を還元性ガスで覆って脱酸し、さらに前記タンディッシュ内で脱水素処理を施すことを特徴とする、酸素、水素、Ｆｅ、Ｓの含有量をそれぞれ２０ｐｐｍ以下、１．５ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下に規制し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなるマグネットワイヤ用低酸素銅線材の製造方法。
【請求項２】
前記内蓋と接する前記多孔質材製堰の上部が全幅に渡って孔埋めされていることを特徴とする請求項１に記載のマグネットワイヤ用低酸素銅線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用モーターのマグネットコイル等に適した低酸素銅線材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用モーターのマグネットコイル等では、性能および信頼性の向上を目的に、導体接続が溶接により行われるようになり、このため導体には溶接部にガスボイドが生じ難い無酸素銅線材が使用されるようになった。前記無酸素銅線材は、通常、溶銅周囲を還元性雰囲気にし易いディップフォーミング法やアップキャスト法等の小規模製造法により製造されていた。
なお、前記ディップフォーミング法はコアロッド（無酸素銅）の外周に無酸素溶銅を連続的に固化させる鋳造法、アップキャスト法は溶銅上に配した鋳型内で溶銅を固化させて鋳塊とし、これを上方に連続的に引き上げる鋳造法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の無酸素銅線材は、溶接部の強度が低く、また伸線加工時や曲げ成形時に割れ等の欠陥が生じることがあった。
このため、本発明者等は、無酸素銅線材の溶接性、曲げ成形性、伸線加工性の改善について検討し、無酸素銅線材に含まれる元素のうち、酸素およびＳは溶接等の加熱時に雰囲気中の水素と化合物を形成して溶接部の強度および曲げ成形性を低下させること、Ｆｅはその化合物が結晶粒界に析出し、この析出物が再結晶時に結晶粒界の移動を妨げて曲げ成形性を低下させること、水素は水素ガス気泡を形成して圧延や伸線加工性を低下させることなどを明らかにし、さらに検討を進めて、本発明を完成させるに至った。
本発明は、溶接性、曲げ成形性、伸線加工性に優れた低酸素銅線材、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
請求項１記載の発明は、連続溶解炉から製出される溶銅を、保持炉内に滞留させ、前記保持炉内の溶銅を樋を通してタンディッシュ内に連続的に導き、次いで前記タンディッシュ内の溶銅を前記タンディッシュに取付けた注湯ノズルから、ベルトとホイールにより構成される回転移動鋳型内に注入し、冷却固化させて鋳塊とし、この鋳塊を前記鋳型から連続的に引出し連続圧延するベルト＆ホイール式連続鋳造圧延法により銅線材を製造する方法において、前記樋およびタンディッシュ内の所要箇所に加熱手段を設け、前記樋の入口と前記タンディッシュの出口に多孔質材製堰を設け、前記樋およびタンディッシュの内部に固体還元剤を配し、前記樋およびタンディッシュ内の溶銅の上部に設ける内蓋により固体還元剤の浮上を抑え、また前記注湯ノズル先端部から前方の鋳型内を還元性ガスで覆って脱酸し、さらに前記タンディッシュ内で脱水素処理を施すことを特徴とする、酸素、水素、Ｆｅ、Ｓの含有量をそれぞれ２０ｐｐｍ以下、１．５ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下に規制し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなるマグネットワイヤ用低酸素銅線材の製造方法である。
請求項２記載の発明は、前記内蓋と接する前記多孔質材製堰の上部が全幅に渡って孔埋めされていることを特徴とする請求項１に記載のマグネットワイヤ用低酸素銅線材の製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、酸素、水素、ＦｅおよびＳの含有量を規定して、溶接性、伸線加工性、曲げ成形性を改善した低酸素銅線材およびその製造方法である。
本発明において、低酸素銅とは、酸素量が２０ｐｐｍ以下の純銅を指し、酸素量が１０ｐｐｍ以下の無酸素銅も含むものである。
【０００８】
本発明において、酸素またはＳの含有量をそれぞれ２０ｐｐｍ以下または１０ｐｐｍ以下に規定する理由は、前記規定値を超えると、酸素またはＳが溶接時等の加熱で雰囲気中の水素ガスと結合して結晶粒界に析出して低酸素銅線を脆化させ、これにより溶接強度および曲げ成形性が低下するためである。
Ｆｅの含有量を１０ｐｐｍ以下に規定する理由は、前記規定値を超えると、Ｆｅが結晶粒界に析出し結晶粒界の移動を妨げて曲げ成形性を低下させるためである。
水素の含有量を１．５ｐｐｍ以下に規定する理由は、前記規定値を超えると、水素ガス気泡が生成して伸線加工性が低下するためである。
【０００９】
本発明の低酸素銅線材は、製造能力が２０〜４０Ｔ／ｈｒ規模の高生産性のベルト＆ホイール式（Ｂ＆Ｗ式と略記）連続鋳造圧延法（ＳＣＲ法等）において、移動中の溶銅を還元することにより製造できる。
【００１０】
従来のＢ＆Ｗ式連続鋳造圧延法は、図７に示すように、縦型連続溶解炉（シャフト炉）１４から出湯する溶銅を、保持炉１５内に滞留させ、保持炉１５内の溶銅４を樋２を通してタンディッシュ６内に連続的に導き、タンディッシュ６内の溶銅をタンディッシュ６に取付けた注湯ノズル７から、ベルト１７とホイール１８により構成される回転移動鋳型（以下適宜、鋳型と略記する）１０内に注入し、注入された溶銅４を冷却固化させて鋳塊１６とし、この鋳塊１６を鋳型１０から連続的に引出してそのまま連続圧延（図示せず）し線材とする方法であり、この方法では、溶銅露出部が大気に触れるため酸素が３５０ｐｐｍ程度含まれる。
図７で２０はガイドロールである。
【００１１】
本発明は、前記Ｂ＆Ｗ式連続鋳造圧延法において、前記樋２およびタンディッシュ６内に固体還元剤を配し、この固体還元剤と溶銅４中に含まれる酸素とを反応させて、前記酸素を炭酸ガスとして除去し、さらに前記注湯ノズル先端部から前方の鋳型内空間（注湯部）を還元性ガスで覆うことにより溶銅４中の酸素をさらに除去して低酸素銅線材とするものである。また、水素ガスはタンディッシュ内の溶銅に窒素ガスなどの不活性ガスをバブリングさせて除去する。不活性ガスはパイプを用いて供給しても、またはタンディッシュの底部にガス供給口を設けて供給しても良い。
還元性ガスを空燃比を制御した可燃性ガスの燃焼炎とすることで鋳造温度の低下を防止できる。
【００１２】
本発明において、樋には、図２（イ）、（ロ）に示すように、複数のガスバーナー１を樋２の長さ方向に均等な間隔で設置し、樋２の入口側と出口側に多孔質材製堰３を配置し、溶銅４上部に内蓋５を配置する。
樋２内の溶銅４は、樋２の出口側の下部に取付けた出湯筒１３を経て図３に示すタンディッシュ６内に供給される。
【００１３】
タンディッシュ６には、図３に示すように、複数のガスバーナー１（１個のみ図示）を所要箇所に均等な間隔で設置し、入口側と出口側に多孔質材製堰３を配置し、溶銅４上部に内蓋５を配置する。タンディッシュ６内の溶銅４は、タンディッシュ６の下部に取付けられた注湯ノズル７から鋳型１０内へ注湯される。
【００１４】
注湯ノズル７には、図４に示すように、その先端部分の外周に複数のガスバーナー１を配置し、注湯ノズル先端部から前方の鋳型内を、前記複数のガスバーナー１から噴射される空燃比制御炎８により、還元性ガス雰囲気とし、注湯ノズル７から出湯する溶銅４および鋳型１０内溶銅４を外気から遮断する。
前記注湯ノズル先端部から前方の鋳型内空間（注湯部）を一酸化炭素ガスを３容量％以上含む還元性ガス雰囲気にすることが望ましい。
【００１５】
前記樋およびタンディッシュ内に配する固体還元剤の量は、前記溶銅量の４０〜８０容量％にするのが望ましい。
前記固体還元剤には、市販の木炭（ナラ木炭、備長炭等）や等方性黒鉛等が使用できる。その形状は、任意であるが、粒状のものは、溶銅との接触面積が大きく、脱酸が迅速になされ望ましい。
【００１６】
溶銅に対する固体還元剤の配合率は、４０容量％未満では溶銅と固体還元剤との接触面積が少ないため十分な脱酸効果が得られず、８０容量％を超えると溶銅の流れが悪くなり十分な鋳造速度を確保できなくなる。従って４０〜８０容量％が望ましい。なお、前記固体還元剤の配合率（容量％）は、粒状固体還元剤の平均粒径が３０ｍｍの場合であり、粒径の異なる粒状固体還元剤を用いる場合は表面積が同じになるように配合率を換算する。
【００１７】
この発明では、樋やタンディッシュに加熱手段を設けることにより、（１）初期通過溶銅の固化が防止できる。（２）固体還元剤を予熱（赤熱化）しておくことにより鋳造初期から良好に脱酸できる。（３）操業中の溶銅温度および脱酸効果を適正に維持できる。前記加熱手段は樋やタンディッシュの長さ方向に均等に設けるのが加熱が効率良くなされ望ましい。
加熱にはガスバーナー、電熱等任意の手段が適用できる。ガスバーナーは空気混合比を極力絞って燃焼させるのが溶銅の酸化が防止され望ましい。
【００１８】
この発明では、樋やタンディッシュに多孔質材製堰を設けることにより、異物混入の少ない高品質の溶銅が得られる。例えば、前記堰を樋の入口に設ければ、溶解炉や保持炉内で混入したノロ等の異物が樋以降に侵入するのが阻止できる。タンディッシュの出口に設ければ、固体還元剤から発生する灰分が鋳型内に流出するのが阻止できる。
前記堰は線材の要求品質に応じて、樋の入口およびタンディッシュの出口以外の任意の箇所に設けることができる。多孔質材製堰には通常の市販品を始めとして任意の材質品が使用できる。
【００１９】
この他、堰には、溶銅を整流化して、溶銅を部分的に留まることなく流動させ、固体還元剤との十分な反応を実現させる効果がある。
また、堰を樋の底部に設けることにより、溶銅を蛇行（乱流化）させて、固体還元剤と溶銅中酸素との反応を促進させ、脱酸効率を高める効果もある。
【００２０】
本発明では、樋およびタンディッシュに内蓋を設け、この内蓋により固体還元剤の浮上を抑え固体還元剤を溶銅中に沈めて脱酸効率を高めるのが望ましい。内蓋は樋およびタンディッシュの長さ方向全長にわたり設けるのが、脱酸が効率良くなされ、また外気の侵入が防止できて望ましい。鋳造中に固体還元剤を補給する場合は、溶銅中への外気の侵入を抑えるため迅速に行う必要がある。
【００２１】
多孔質材製堰の内蓋と接する上部を全幅に渡って孔埋めして（多孔質性を失わせて）、前記内蓋の下側に脱酸反応後のガス（炭酸ガス）が層状に滞留するようにすると、外気の侵入がさらに防止できる。
【００２２】
本発明では、前記樋およびタンディッシュ内の所要箇所に加熱手段を設け、前記樋の入口とタンディッシュの出口に多孔質材製堰を設け、前記樋およびタンディッシュに内蓋を設けることが望ましい。
【００２３】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
図１〜図４に示したＢ＆Ｗ式連続鋳造圧延法により、酸素量が２０ｐｐｍ以下の低酸素銅線材（８ｍｍφの荒引線）を製造した。銅原料にはＦｅ量およびＳ量の少ない電気銅を用いた。
鋳造を開始するにあたり、予め、樋２およびタンディッシュ６内に粒状木炭１２を所定量配し、内蓋５を被せ、樋２およびタンディッシュ６の長さ方向に設置したガスバーナー１を点火して樋２、タンディッシュ６および粒状木炭１２を赤熱化するまで十分予熱したのち、保持炉１５から溶銅４を出湯した。粒状木炭には平均粒径が３０ｍｍのものを用いた。
【００２４】
保持炉１５から出湯する溶銅４は、樋２入口側の多孔質材製堰３を経て樋２内に入り、樋２内を通り、樋２出口側の多孔質材製堰３を経てタンディッシュ６へ導かれ、タンディッシュ６の入口側と出口側の多孔質材製堰３を経て、タンディッシュ６の下部に取付けた注湯ノズル７から鋳型１０内に注湯された。樋２およびタンディッシュ６内では、粒状木炭１２は内蓋５に押されて溶銅４中に没し、溶銅４中の酸素は樋２およびタンディッシュ６内を通り抜ける間に粒状木炭（炭素）１２と反応して炭酸ガスとなり溶銅４中を浮上し放出された。水素ガスはパイプを用いてタンディッシュの底部から窒素ガスをバブリングさせて除去した。樋２およびタンディッシュ６内の溶銅４温度はガスバーナー１により適温に保持した。
縦型連続溶解炉１４、保持炉１５、樋２、タンディッシュ６等の加熱または保温に用いられるガスバーナー１の空気混合比は燃焼可能な範囲で種々に絞った。
【００２５】
注湯ノズル７から出湯される溶銅４は、注湯ノズル７先端部の外周に配置した複数のガスバーナー１から噴射する空燃比制御炎８により外気と遮断し、還元を促した。また注湯ノズル７から出湯する溶銅４は適温に保持された。
鋳型１０内に注入された溶銅４は鋳型１０内で冷却固化して鋳塊１６となり、連続的に引出され、そのまま鋳型１０前方に設置された連続圧延機（図示せず）により線材に熱間圧延された。
【００２６】
樋２およびタンディッシュ６内に配した粒状木炭１２の溶銅４に対する比率は３０〜８０容量％の範囲内で種々に変化させた。また注湯ノズル７先端部から前方の鋳型空間部（注湯部）はブタンガス燃焼炎で還元性ガス雰囲気を形成した。
【００２７】
得られた線材（荒引線）を伸線加工して直径２．６ｍｍの素線とし、この素線について（１）溶接性、（２）曲げ成形性、（３）伸線加工性を調べた。
（１）溶接性は、図５に示すように、２本の素線２１を、その端面を所定の荷重を掛けて突き合わせ、この状態で７０Ａの電流を３秒間流して溶接して溶接線とし、この溶接線の両端を溶接部２２を挟んで引張って、破断強度を測定した。破断強度が１４０Ｎ以上のとき溶接性が良好と判定した。
（２）曲げ成形性は、素線を８５０℃で３０分間加熱し、この素線について９０度曲げ試験を行った。曲げ試験では、図６に示すように右方向に９０度曲げ、元に戻して１回、左方向に９０度曲げ、元に戻して２回と数えて、素線が破断するまでの曲げ回数を調べた。破断までの曲げ回数が８回以上を曲げ成形性が良好と判定した。
（３）伸線加工性は、荒引線を素線に伸線加工する際の最終ダイス出口に渦流探傷器を配置して欠陥数を計測した。伸線量５トンあたりの欠陥数が４以下を伸線加工性が良好と判定した。
素線の酸素量および水素量は常法により測定した。
【００２８】
（比較例１）
タンディッシュの保温用ガスバーナーの空気混合比を、実施例１の場合より若干大きくした他は、実施例１と同じ方法により銅線材を製造し、これを伸線加工して得られた素線について、前述と同じ方法で溶接性、曲げ成形性、伸線加工性を調べた。
【００２９】
（比較例２）
窒素ガスをバブリングしなかった他は、実施例１と同じ方法により低酸素銅線材を製造し、さらに伸線加工して得られた素線について、前述と同じ方法で溶接性、曲げ成形性、伸線加工性を調べた。
【００３０】
（比較例３）
銅原料にＦｅ量およびＳ量が若干多めの電気銅を用いた他は、実施例１と同じ方法により低酸素銅線材を製造し、これを伸線加工して得られた素線について、前述と同じ方法で溶接性、曲げ成形性、伸線加工性を調べた。
【００３１】
【表１】
0004014900.tif 000002
【００３２】
表１から明らかなように、実施例１のＮｏ．１〜９（本発明例）は、いずれも、溶接強度、曲げ成形性、伸線加工性が良好で、総合的に極めて優れるか、優れるものであった。
これに対し、比較例１のＮｏ．１０、１１は酸素量が多かったため、また比較例３のＮｏ．１５はＳ量が多かったため、いずれも水素化合物が結晶粒界に析出して溶接強度および曲げ成形性が低下した。比較例２のＮｏ．１２、１３は水素量が多かったためいずれも水素ガス気泡が生成して伸線加工性が低下した。比較例３のＮｏ．１４はＦｅ量が多かったためＦｅ化合物が結晶粒界の移動を妨げて曲げ成形性が低下した。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の低酸素銅線材は、酸素、水素、Ｆｅ、Ｓの含有量を小量に規定したので、溶接性、曲げ成形性、伸線加工性に優れる。本発明の低酸素銅線材は、生産性に優れるＢ＆Ｗ式連続鋳造圧延法により製造可能であり製造コストを安くできる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＢ＆Ｗ式連続鋳造圧延法の実施形態を示す工程説明図である。
【図２】（イ）、（ロ）は本発明で用いる樋の実施形態を示すそれぞれ縦、横断面説明図である。
【図３】本発明で用いるタンディッシュの実施形態を示す縦断面説明図である。
【図４】本発明で用いる注湯部の実施形態を示す側面説明図である。
【図５】溶接強度の試験方法の説明図である。
【図６】曲げ試験方法の説明図である。
【図７】従来のＢ＆Ｗ式連続鋳造圧延法の工程説明図である。
【符号の説明】
１ガスバーナー
２樋
３多孔質材製堰
４溶銅
５内蓋
６タンディッシュ
７注湯ノズル
８空然比制御炎
１０回転移動鋳型
１２粒状木炭
１３出湯筒
１４縦型連続溶解炉
１５保持炉
１６鋳塊
１７ベルト
１８ホイール
１９酸素測定センサー
２０ガイドロール
２１素線
２２溶接部
【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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【図７】
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