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JP3504284B2 - 硬化可能な銅合金 - Google Patents

硬化可能な銅合金

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JP3504284B2
JP3504284B2 JP34279492A JP34279492A JP3504284B2 JP 3504284 B2 JP3504284 B2 JP 3504284B2 JP 34279492 A JP34279492 A JP 34279492A JP 34279492 A JP34279492 A JP 34279492A JP 3504284 B2 JP3504284 B2 JP 3504284B2
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ホルスト・グラーフエマン
トマース・ヘルメンカムプ
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カーエム・オイローパ・メタル・アクチエンゲゼルシヤフト
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent

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  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
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  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、最終寸法に近い鋳造を
する場合に変動する熱応力を受ける鋳造用ロール及び鋳
造用ホイールを製造するための硬化可能な銅合金に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】熱間及び／又は冷間成形ステップを節約
するために、製造すべき半製品をできるだけ最終寸法に
近い鋳造をするという、特に鉄鋼産業の世界的に広がっ
た目的は、約１９８０年以来、一連の発展、例えば単一
ロール式及び２ロール式の連続鋳造法をもたらした。
【０００３】この鋳造法では、鋼材合金、ニッケル、銅
並びに熱間圧延するのが非常に難しい合金を鋳造する際
の水冷却されるロール又はローラには、溶湯の鋳込み領
域において非常に高い表面温度が生ずる。この表面温度
は、例えば鋼材合金を最終寸法に近い鋳造をする場合、
但し、この鋳造用ロールは、４８ｍ／Ωｍｍ2 の導電率
と約３２０Ｗ／ｍＫの熱伝導度とを有するＣｕＣｒＺｒ
材料から成るが、３５０〜４５０℃である。ＣｕＣｒＺ
ｒ基体の材料は、今まで主として熱的に高い負荷を受け
る連続鋳造鋳型及び鋳造用ホイールのために使用されて
いた。表面温度は、これらの材料の場合鋳造用ロールを
冷却することにより回転の都度周期的に、鋳込み領域の
直前で約１５０〜２００℃に下がる。
【０００４】これに反して鋳造用ロールの冷却された裏
面では、表面温度が、回転の間ほぼ一定して約３０〜４
０℃のままである。鋳造用ロールの表面温度の周期的変
化と関連した表面と裏面との間の温度勾配は、著しい熱
応力をロール材料の表面領域において生じさせる。
【０００５】±０．３％のひずみ振幅と０．５Ｈｚの周
波数−これらのパラメーターはほぼ３０回転／ｍｉｎの
鋳造用ロールの回転速度に相当する−と共に種々の温度
における、今まで使用されているＣｕＣｒＺｒ材料の疲
労特性の試験によれば、例えば４００℃の最大の表面温
度において−これは水冷却部上方の２５ｍｍの壁厚さに
相当する−最適な場合で、亀裂形成まで３０００サイク
ルの寿命が期待できる。従って、鋳造用ロールは、約１
００分の比較的短い運転時間の後では、既に、表面の亀
裂を除去するために後加工をしなければならない。鋳造
用ロールを交換するためには、鋳造機械を止め、鋳造過
程を中断しなければならない。
【０００６】信頼できる鋳型材料ＣｕＣｒＺｒの別の欠
点は、この使用例に対して、約１１０〜１３０ＨＢの比
較的低い硬さしか有していないことである。単一ロール
式又は２ロール式連続鋳造法では、即ち、既に鋳込み領
域の前で、鋼材飛沫がロール表面に達するということは
避けられない。その際、固まった鋼材粒子は、鋳造用ロ
ールの比較的柔らかい表面内に押し込まれ、それによ
り、約１．５〜４ｍｍの厚さの鋳造された帯体の表面品
質が著しく損なわれる。
【０００７】１％までのニオブを含有する公知のＣｕＮ
ｉＢｅ合金の低い導電率は、ＣｕＣｒＺｒ合金に比べて
高い表面温度を導く。導電率は熱伝導度に対して反比例
の関係にあるので、ＣｕＮｉＢｅ合金から成る鋳造用ロ
ールの表面温度は、表面では４００℃で裏面では３０℃
の最大温度であるＣｕＣｒＺｒから成る鋳造用ロールと
比べて、約５４０℃へと上昇する。
【０００８】三成分のＣｕＮｉＢｅ合金もしくはＣｕＣ
ｏＢｅ合金は、確かに基本的に２００ＨＢ以上のブリネ
ル硬さを備えるが、例えば抵抗溶接電極を製造するため
の棒もしくは、バネ又はリードフレームを製造するため
の薄板及び帯製品のようなこれらの材料から製造される
標準半製品の導電率は、せいぜい２６〜約３２ｍ／Ωｍ
ｍ2 までの範囲の値である。最適の条件下でも、これら
の標準材料では約５８５℃の鋳造用ロールの表面温度に
しかならない。
【０００９】最後に、米国特許第４，１７９，３１４号
明細書から基本的に公知のＣｕＣｏＢｅＺｒ合金もしく
はＣｕＮｉＢｅＺｒ合金に対しても、合金成分を適切に
選択した場合に２００ＨＢの最小硬さと関連して３８ｍ
／Ωｍｍ2 以上の導電率値が得られるという指摘は全く
なされていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、３．
５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度の場合でも、変動する熱応
力に対して敏感でないか、もしくは鋳造用ロールの作業
温度において高い疲労強度を備える、鋳造用ロール、鋳
造用ロール外殻及び鋳造ホイールを製造するための材料
を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この使用例に対し、１．
２％〜２．６％のニッケルと、０．１％〜０．４５％の
ベリリウムと、残りが製造上不可避な不純物と普通の処
理用添加物とを含む銅とから成り、１．２％以上のニッ
ケルを含有する際のベリリウムに対するニッケルの比
（Ｎｉ／Ｂｅ）が少なくとも５であり、最終寸法に近い
鋳造をする際に変動する熱応力を受ける鋳造用ロール及
び鋳造用ホイールを製造するための材料として、硬化さ
れた状態で少なくとも２００ＨＢのブリネル硬さと３８
ｍ／Ωｍｍ2 以上の導電率とを備える硬化可能な銅合金
が特に適していることが分かった。ここで、普通の処理
用添加物とは、通常、自由な酸素又は結合した酸素を除
去するために液状の銅の溶湯に添加される、燐、硼素、
珪素及び／又はマグネシウムのような脱酸剤のことであ
るが、目的の電気的特性に対するマイナスの作用を回避
するため、これらの付加要素の銅合金における全含有量
は、０．０５％（５００ｐｐｍ）の値を超過すべきでな
い。
【００１２】機械的性質の更なる改善、特に引張強さの
向上は、０．０５％〜０．２５％のジルコニウムを添加
することによって有利に達成される。
【００１３】機械的性質の更なる改善は、本発明により
使用される合金に、ニオブ、タンタル、バナジウム、チ
タン、クロム、セリウム及びハフニウムを含む群から選
択される少なくとも１つの成分を全体で最大０．１５％
まで添加する場合に達成される。
【００１４】ベリリウム含有量に対するニッケル含有量
が一定の比の内にあり、適切な熱的もしくは熱機械的処
理を実施する場合に、最終寸法に近い鋳造をするための
鋳造用ロールにとって必要な特性−即ち、２００ＨＢ以
上のブリネル硬さと少なくとも３８ｍ／Ωｍｍ2 の導電
率−を、またそれにより高い疲労強度も達成すること
が、１．２％〜２．６％のニッケルを含有する場合に可
能となるということが、例えばＡＳＴＭ及びＤＩＮで規
格化された合金を試験した際に分かったのは驚くべきこ
とである。
【００１５】
【実施例】以下に２，３の実施例に基づいて本発明を更
に詳細に説明する：本発明により使用される４つの合金
（合金Ｆ〜Ｋ）及び４つの比較合金（合金Ａ〜Ｄ）で、
所望の特性の組み合わせを得るために、組成が如何に臨
界的であるかが示される。例とした合金の組成は、表１
にそれぞれ重量％で表されている。対応する試験結果が
表２にまとめられている。 表２には、種々のニッケル及びベリリウム含有量−これ
に応じて種々のＮｉ／Ｂｅ比−を有する合金に対して、
得られた硬さ及び導電率の値とが示されている。全ての
合金は、真空炉内で溶解され、熱間成形され、そして少
なくとも１時間の９２５℃での溶体化処理及び引き続く
水での急冷の後、４〜３２時間、３５０℃〜５５０℃の
範囲の温度で硬化される。
【００１６】本発明により使用される合金Ｆ，Ｇ，Ｈ及
びＫで分かる様に、ベリリウムに対するニッケルの重量
比が少なくとも５：１である時に、所望した特性の組合
わせが得られる。
【００１７】溶体化処理後、鋳造用ロールもしくは鋳造
用ロール外殻が約２５％の付加的な冷間成形を受ける場
合に、導電率の更なる改善ができる。従って、例えば
１．４８％のニッケルと、少なくとも５．１のＮｉ／Ｂ
ｅ比を有する合金では４８０℃で３２時間の硬化処理に
より、４３ｍ／Ωｍｍ2 の導電率と２２５ＨＢのブリネ
ル硬さが得られる。ニッケル含有量を上げて行くことと
共に、特性の更なる最適化は、Ｎｉ／Ｂｅ比を高めるこ
とによって可能となる。２．２６％のニッケルと６．５
のＮｉ／Ｂｅ比を有する銅合金は、４８０℃で３２時間
の硬化処理の後、２３０ＨＢのブリネル硬さと４０．５
ｍ／Ωｍｍ2 の導電率とを有する。上限としては、例え
ば２．３％のニッケル含有量に対して７．５のＮｉ／Ｂ
ｅ比が、所望の特性の組合わせを得るために可能であ
る。
【００１８】更に本発明により使用される７つの合金の
組成と技術的特性とが、表３及び表４に表されている。
全ての合金は、９２５℃で溶体化処理され、次いで２５
％冷間成形され、続いて４８０℃で１６時間の硬化処理
を受ける。 この試験結果から、更に５〜７．５までのＮｉ／Ｂｅ比
を維持してジルコニウムを添加したＣｕＮｉＢｅ合金に
おいても、高いブリネル硬さ値と関連して高い導電率値
が得られることが認められる。０．２５％までのジルコ
ニウムを添加しても、導電率は、ジルコニウムの無いＣ
ｕＮｉＢｅ合金に対して驚くべきことにほんの僅かしか
低下せず、その際、３８ｍ／Ωｍｍ2 の最小値は保証さ
れている。一方ジルコニウムの添加は、加工の際に色々
な長所をもたらし、熱可塑性を改善する。
【００１９】疲労特性の補足試験をするために、例とし
て合金Ｎが選択された。というのは、この合金が比較的
低い導電率を有しているからである。合金Ｎにより、鋳
造用ロールとして約４９０℃の最大表面温度が達成可能
である。これより、鋼材を鋳造する際の従来公知の鋳造
用ロールの応力の下では、本発明により使用される合金
Ｎの場合、寿命が、ＣｕＣｒＺｒ合金に対して２〜３倍
に延びる。更に、高いブリネル硬さにより、鋳造用ロー
ルの表面が鋼材飛沫の押し込みにより損なわれる危険が
無くなる。
【００２０】似たような臨界的な熱的変動応力は、公知
のサウスワイヤー（Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ）及びプロペル
チ（Ｐｒｏｐｅｒｚｉ）鋳造ロール装置でもって線材延
べ棒を連続鋳造する際の鋳造用ホイールにおいても生じ
る。今やこの方法に対しても、本発明により使用される
ＣｕＮｉＢｅ（Ｚｒ）合金により、鋳造用ホイールを製
造するために特に適した材料が供せられている。この鋳
造法は、鋳造用ホイールに対して使用される材料の不充
分な特性のために、今までは鋼材を鋳造するためには価
値を認められなかった。
【００２１】最後に、最近３年で鋼材を最終寸法に近い
鋳造をするための更に別の方法が開発されたが、この方
法では、銅鋳型が３．５〜約７ｍ／ｍｉｎまでの極端に
高い鋳造速度のために、５００℃までの極端な表面温度
にも達する。鋳型と鋼材連続体との間の摩擦をできるだ
け低く保つためには、鋳型を４００行程／ｍｉｎ以上の
高い振動周波数に調節することが更に必要である。その
際、周期的に変動する浴面は、同様に、メニスカス領域
で鋳型に著しい疲労応力を与え、その結果この種の鋳型
は寿命を満足しない。その高い耐疲労強度を有する本発
明によるＣｕＮｉＢｅ（Ｚｒ）合金を使用することによ
り、この応用に対しても寿命が著しく長くなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−182239（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−165541（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−3939（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−37177（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−3940（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−3941（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭44−1074（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭36−19813（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １．２％〜２．６％のニッケルと、０．
    １％〜０．４５％のベリリウムと、残りが製造上不可避
    な不純物と普通の処理用添加物とを含む銅とから成り、
    １．２％以上のニッケルを含有する際のベリリウムに対
    するニッケルの比（Ｎｉ／Ｂｅ）が少なくとも５であ
    り、最終寸法に近い鋳造をする際に変動する熱応力を受
    ける鋳造用ロール及び鋳造用ホイールを製造するための
    材料として、硬化された状態で少なくとも２００ＨＢの
    ブリネル硬さと３８ｍ／Ωｍｍ2 以上の導電率とを備え
    る硬化可能な銅合金。
  2. 【請求項２】 更に０．０５％〜０．２５％のジルコニ
    ウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の硬化可能
    な銅合金。
  3. 【請求項３】 ベリリウムに対するニッケルの比が、
    ５．５〜７．５の範囲に入っていることを特徴とする請
    求項１又は２に記載の硬化可能な銅合金。
JP34279492A 1991-12-24 1992-12-22 硬化可能な銅合金 Expired - Fee Related JP3504284B2 (ja)

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