(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素濃度：２ｐｐｍ以下の極低酸素純銅溶湯にＣｒ，ＺｒおよびＳｉを添加することを特徴とするＣｒ：０．１〜１．５質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｓｉ：０．０１〜０．３質量％を含有し、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなる組成を有し、素地中にＣｒとＳｉの化合物粒子が分散している組織を有する連続鋳造鋳型用クロム・ジルコニウム系銅合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、連続鋳造鋳型用クロム・ジルコニウム系銅合金の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、クロム・ジルコニウム系銅合金は、優れた耐熱性、熱伝導性、高温耐摩耗性、電気伝導度などを有しているために、連続鋳造鋳型の素材として使用されている。このクロム・ジルコニウム系銅合金からなる板は、通常、連続鋳造または半連続鋳造して得られたＣｒ：０．１〜１．５質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．２５質量％を含有する組成のクロム・ジルコニウム系銅合金インゴットを７００℃以上に加熱したのち熱間加工を行い、次いで９２０〜１０００℃の範囲に加熱後急水冷することにより溶体化処理し、次いで４００〜５２０℃の温度で０．５〜５時間保持の時効処理を行うことにより製造することが知られている。
【０００３】
このようにして得られたクロム・ジルコニウム系銅合金板は、所定の寸法に切断、加工され、必要に応じて、表面にＮｉメッキ等を施し、連続鋳造鋳型に組み立てられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＣｒ：０．１〜１．５質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．２５質量％を含有する組成のクロム・ジルコニウム系銅合金は高温強度、耐熱性および高温耐摩耗性が十分でなく、したがって、この従来のクロム・ジルコニウム系銅合金で構成された連続鋳造鋳型は連続鋳造回数を重ねると摩耗が進行し、連続鋳造鋳型の寸法精度が低下すると共に変形しやすいなどの課題があり、一層高温強度および高温耐摩耗性の優れクロム・ジルコニウム系銅合金が求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる観点から、熱伝導性、電気伝導度などの特性を低下させることなく、高温強度および高温耐摩耗性の一層優れたクロム・ジルコニウム系銅合金を得るべく研究を行った結果、
従来のＣｒ：０．１〜１．５質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．２５質量％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有するクロム・ジルコニウム系銅合金に、Ｓｉ：０．０１〜０．３質量％を含有させ、その合金素地中にＣｒとＳｉの化合物粒子を均一に分散した組織を生成させたクロム・ジルコニウム系銅合金は、熱伝導性、電気伝導度などの特性が低下することなく高温強度および高温硬さが一層向上し、このクロム・ジルコニウム系銅合金は酸素濃度：２ｐｐｍ以下の極低酸素純銅溶湯にＣｒ，ＺｒおよびＳｉを添加することにより得られる、という知見を得たのである。
【０００６】
この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、
（１）酸素濃度：２ｐｐｍ以下の極低酸素純銅溶湯にＣｒ，ＺｒおよびＳｉを添加することを特徴とするＣｒ：０．１〜１．５質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｓｉ：０．０１〜０．３質量％を含有し、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなる組成を有し、素地中にＣｒとＳｉの化合物粒子が分散している組織を有する連続鋳造鋳型用クロム・ジルコニウム系銅合金の製造方法、に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明の成分組成および組織を有する連続鋳造鋳型用クロム・ジルコニウム系銅合金を製造するには、９９．９９％以上の純度を有する電気銅を溶解して酸素濃度：２ｐｐｍ以下の極低酸素純銅溶湯を作製し、この極低酸素純銅溶湯にＣｒ，ＺｒおよびＳｉを添加することによりこれら成分を含むクロム・ジルコニウム系銅合金溶湯を作製し、このクロム・ジルコニウム系銅合金溶湯を連続鋳造することによりインゴットを作製し、クロム・ジルコニウム系銅合金インゴットを７００℃以上に加熱し、この温度で熱間加工を行うことにより鋳造組織を破壊して加工組織とし、次いで９２０〜１０００℃の範囲に加熱後急水冷することにより溶体化処理し、次いで４００〜５２０℃の温度で０．５〜５時間保持の時効処理を行うことにより製造することができる。
【０００８】
この発明の成分組成および組織を有する連続鋳造鋳型用クロム・ジルコニウム系銅合金を製造するには、電気銅を真空溶解して酸素濃度：２ｐｐｍ以下の極低酸素純銅溶湯を作製することが必要である。酸素濃度が２ｐｐｍを越えて含有するとＳｉは酸素と先に反応して酸化ケイ素を生成し、ＣｒとＳｉの化合物の生成量が少なくなって素地中に分散するＣｒとＳｉの化合物粒子の量が少なくなり、十分な高温強度および高温硬さが得られないために十分な高温強度および高温耐摩耗性を有する連続鋳造鋳型が得られない。
この発明のクロム・ジルコニウム系銅合金の素地中に分散するＣｒとＳｉの化合物粒子の寸法は微細であるほど高温強度が向上するので好ましく、１μｍ以下であることが好ましい。この発明のクロム・ジルコニウム系銅合金の素地中に分散するＣｒとＳｉの化合物粒子は、大部分がＣｒとＳｉの金属間化合物で構成されているが、微量な酸素と反応して生成したＣｒとＳｉの複合酸化物が一部含まれる。
【０００９】
この発明の連続鋳造鋳型用クロム・ジルコニウム系銅合金の成分組成を前述のごとく限定した理由を説明する。
【００１０】
Ｃｒ：
Ｃｒは析出硬化により高温強度を向上させる作用を有するが、その含有量が０．１質量％未満では十分な効果が得られず、一方、１．５質量％を越えて含有すると晶出粒子が粗大化すると共に増大して一層の高温強度が得られず、かえって熱伝導性が低下するので好ましくない。したがって、Ｃｒ：０．１〜１．５質量％に定めた。Ｃｒ含有量の一層好ましい範囲は０．３〜１．０質量％である。
【００１１】
Ｚｒ：
ＺｒもＣｒと同様に、析出硬化により高温強度を向上させる作用を有するが、その含有量が０．０１質量％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｚｒが０．２５質量％を越えると一層の高温強度が得られず、かえって熱伝導性が低下するので好ましくない。したがって、Ｚｒ：０．０１〜０．２５質量％に定めた。Ｚｒ含有量の一層好ましい範囲は０．０１〜０．１５質量％である。
【００１２】
Ｓｉ：
Ｓｉは、添加することによりＣｒと化合物を形成して高温強度および高温硬さを向上させ、もってクロム・ジルコニウム系銅合金の高温強度および高温硬さを向上させる作用を有するので添加するが、その含有量が０．０１質量％未満では十分な効果が得られず、一方、０．３質量％を越えて含有すると、熱伝導性を阻害するところからＳｉの含有量を０．０１〜０．３質量％に定めた。Ｓｉ含有量の一層好ましい範囲は０．０１〜０．２０質量％である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
純度：９９．９９％以上の純度を有する電気銅カソードを真空溶解して酸素濃度：２ｐｐｍ以下の極低酸素純銅溶湯を作製し、この溶湯にＣｒ，ＺｒおよびＳｉを添加することにより表１に示される成分組成の本発明クロム・ジルコニウム系銅合金（以下、本発明銅合金という）１〜１０からなる溶湯を作製し、得られた溶湯を連続鋳造することにより厚み：２６０ｍｍ×幅：６４０ｍｍの寸法を有する板状インゴットを製造した。得られた板状インゴットを８００℃で熱間圧延して厚さ：５０ｍｍ×幅：９８０ｍｍの寸法を有する板材を作製し、この板材を９５０℃に加熱したのち急水冷することにより溶体化処理を施し、次いで４５０℃に３時間保持することにより時効処理を施した。
【００１４】
さらに、比較のために、純度：９９．９９％以上の純度を有する電気銅カソードを真空溶解して酸素濃度：５ｐｐｍの通常の低酸素純銅溶湯を作製し、この溶湯にＣｒおよびＺｒを添加することにより表１に示される成分組成の従来クロム・ジルコニウム系銅合金（以下、従来銅合金という）からなる溶湯を作製し、得られた溶湯を連続鋳造することにより厚み：２６０ｍｍ×幅：６４０ｍｍの寸法を有する板状インゴットを製造した。得られた板状インゴットを８００℃で熱間圧延して厚さ：５０ｍｍ、幅：９８０ｍｍの寸法を有する板材を作製し、この板材を９５０℃に加熱したのち急水冷することにより溶体化処理を施し、次いで４５０℃に３時間保持することにより時効処理した。
【００１５】
得られた本発明銅合金１〜１０および従来銅合金の板材について、透過型電子顕微鏡により合金素地中のＣｒとＳｉの化合物粒子の有無を測定してその結果を表２に示し、さらに本発明銅合金１〜１０および従来銅合金の板材について常温（２５℃）、２００℃、４００℃および６００℃における引張試験を行い、それぞれの温度における、引張強さ、０．２％耐力およびビッカース硬さを測定し、その結果を表２に示した。
なお、引張試験で使用する試験片は前記板材から切り出してＪＩＳ−Ｇ−０５６７  II形試験片を作製し、ＪＩＳ−Ｇ−０５６７「鉄鋼材料および耐熱合金の高温引張り試験方法」に準じて引張試験を実施した。
【００１６】
【表１】
0004158337.tif 000002
【００１７】
【表２】
0004158337.tif 000003
【００１８】
【発明の効果】
表１〜２に示される結果から明らかなように、この発明の製造方法により製造した本発明銅合金１〜１０は従来銅合金に比べて、高温強度および高温硬さに優れていることがわかる。したがって、この発明の製造方法により製造したクロム・ジルコニウム系銅合金で構成された連続鋳造鋳型は高温強度および高温耐摩耗性に優れるようになって、その寿命が大幅に延び、鉄鋼産業の発達に大きく貢献し得るものである。