JP5343856B2 - 銅合金線製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2007年10月16日に、日本に出願された特願2007−269018号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
この鉄リン含有銅合金線の製造方法として、特許文献1に記載の連続鋳造法がある。
この特許文献1に記載の製造方法は、銅原料を溶解するシャフト炉から出湯された溶銅を保持炉内で非酸化性雰囲気内で一時保持した後、脱ガス処理装置によって溶銅から酸素ガス、水素ガスを除去する。次いで加熱炉によって溶銅を高温に加熱しながら第1の合金元素を添加する。その後、該溶銅を、樋を経由してタンディッシュまで移送し、該タンディッシュにおいて第2の合金元素を添加する。この第1の合金元素として鉄を添加し、第2の合金元素としてリンを添加することにより、鉄リン含有銅合金を製造することができる。そして、タンディッシュから溶銅を黒鉛鋳型内に供給して鋳塊を製造し、その後、この鋳塊を押出し加工して銅合金線とする。
このベルトホイール式連続鋳造機は、その主要部が、周回移動する無端ベルトと、この無端ベルトに円周の一部を接触させて回転する鋳造輪とにより構成される。この連続鋳造機は、シャフト炉などの大型の溶解炉と連続され、さらに圧延機と連結されることによって、溶解炉からの溶銅を連続鋳造圧延して銅線を一連の生産ラインで高速に製造することができる。従って該ベルトホイール式連続鋳造機は、高い生産性を得ることができ、大量生産が可能になることから、銅線の製造コストを低減させることが可能になる。
しかしながら、特許文献1記載の黒鉛鋳型を用いて鋳造する場合は、その鋳塊が大きな断面積で垂直に送り出されるが、特許文献2記載のベルトホイール式連続鋳造機の場合は、溶銅を鋳造しながら曲げられるために、鋳造組織が適正でないと、冷却時にクラック等が生じ易い。これを回避するためには、溶銅温度と銅の凝固点との差を小さくするとよいと考えられるが、難溶性の鉄を添加するため、溶銅温度を下げることは限界がある。
難溶性元素としては、鉄、ニッケル、コバルト及び、クロム等から選択される一種または二種以上を適用することができる。
本発明の製造方法において、前記難溶性元素を添加する際の溶銅の温度を1150℃以上とし、前記リンを添加する際の溶銅の温度を1130℃以下とすることが好ましい。さらには、難溶性元素を添加する際の溶銅の温度を1170℃以上、リンを添加する際の溶銅の温度を1120℃以下とすることが好ましい。
2 第1添加手段
3 タンディッシュ
4 注湯ノズル
5 溶銅冷却手段
6 リン添加手段
11 無端ベルト
13 鋳造輪
A 溶解炉
B 保持炉
C 加熱炉
D 鋳造樋
E ベルトホイール式連続鋳造機
F 圧延機
G コイラー
まず、その製造装置について説明する。
本実施形態の銅合金製造装置1は、その主要部が、溶解炉Aと、保持炉Bと、加熱炉Cと、鋳造樋Dと、ベルトホイール式連続鋳造機Eと、圧延機Fと、コイラーGとから大別構成されている。
溶解炉Aとしては、円筒形の炉本体を有する、例えばシャフト炉が好適に用いられている。溶解炉Aの下部には、円周方向に複数のバーナー(図示略)が、上下方向に多段状に設けられている。この溶解炉Aでは、還元性の雰囲気で燃焼が行われて、いわゆる無酸素銅の溶銅がつくられる。還元性の雰囲気は、例えば、天然ガスと空気との混合ガスにおいて、燃料比を高めることで得られる。
加熱炉Cとしては、例えば小型の電気炉が用いられ、保持炉Bを経由して送られてきた溶銅を所定の高温に加熱し、その高温状態に保持して鋳造樋Dに送るようになっている。
また、この加熱炉Cには、該加熱炉C内の高温の溶銅に鉄等の難溶性元素を添加するための第1添加手段2が備えられている。添加される鉄等の難溶性元素は、例えば粒状のものが使用される。
圧延機Fは、ベルトホイール式連続鋳造機Eから出た鋳造母線材23を圧延するものである。この圧延機Fは、探傷器19を介して、コイラーGに連結されている。
まず、溶解炉Aに電気銅などの銅原料を装入し、この銅原料をバーナの燃焼によって溶解して溶銅を得る。このとき、溶解炉A内を還元性雰囲気とし、低酸素状態の溶銅を製造する。
そして、この加熱炉C内において鉄(Fe)が添加される。この場合、溶解炉A及び保持炉Bから出湯されたままの例えば1100℃の溶銅では、添加される鉄が完全には溶解せず、未溶解Feとして残存し易いが、加熱炉C内で溶銅は十分に高温に維持されているので、難溶性の鉄であっても完全に固溶することができる。この鉄は例えば粒状の金属鉄が使用される。
この鉄を溶解するために、Cu−Fe合金を添加する方法もあるが、添加物としてコストが高く、好ましくない。
そして、この温度低下した溶銅にリンを添加する。この添加材としてのリンは、リン(P)を15wt%含有する銅母合金(15%P母合金)を使用する。このリンを添加するときの溶銅温度を1085℃〜1130℃にまで低下させておくのは、溶銅温度が1130℃を超えていると、粗大柱状晶の成長により、鋳造母線材23にクラックや割れが生じ易くなるためである。
なお、溶解炉Aから送られる溶銅を加熱炉Cを経由することなく供給すれば、比較的低温の溶銅にリンを添加することができるが、そうすると、難溶性の鉄が銅中に固溶せず、未溶解鉄として残存していまい、好ましくない。したがって、この鉄を溶解するために一旦溶銅の温度を上げた状態とし、鉄を完全固溶させた後に、溶銅温度を下げてリンを添加するようにしたのである。
例えば、Snが0.080〜0.500wt%、Feが0.001〜0.300wt%、Pが0.001〜0.100wt%含有し、残りがCu及び不可避不純物からなるリン含有銅合金線を得ることができ、その中でも、Snが0.100〜0.150wt%、Feが0.080〜0.120wt%、Pが0.025〜0.040wt%含有し、残りがCu及び不可避不純物からなり、Fe/Pの比率が2.5〜3.2のものがトロリ線として好ましい。
冷材としての銅塊は、無酸素銅のメッキ用銅ボールで直径が11mmのものを使用し、溶銅温度を検出してフィードバックしながら例えば200個/時間の割合で投入した。溶銅温度は1120℃であった。その溶銅をベルトホイール式連続鋳造機によって連続鋳造しながら、圧延機を経由して圧延し、直径18mmの荒引銅合金線を製造した。この銅合金線は、Sn:0.118wt%、Fe:0.090wt%、P:0.031wt%、残部がCu及び不可避不純物からなる銅合金であった。この場合、Fe/Pの比率は約2.9となる。酸素(O)濃度は8ppmであった。この銅合金線を渦流探傷機で探傷したときのチャートを図2Aに示す。
一方、タンディッシュでの冷材の投入を制限したところ溶銅温度が1140℃となり、その場合、Sn:0.118wt%、Fe:0.078wt%、P:0.031wt%、残部がCu及び不可避不純物からなる銅合金であった。酸素(O)濃度は6ppmであった。この銅合金線の探傷チャートを図2Bに示す。
タンディッシュに、溶銅温度を検出してフィードバックしながら例えば200個/時間の割合で冷材としての銅塊を投入し、タンディッシュ温度を1115℃とした。この条件によって製出された銅合金線の渦流探傷機での探傷結果を図3Aに示す。
一方、タンディッシュでの冷材の投入を制限したところ溶銅温度が1140℃となった。この条件によって製出された銅合金線の渦流探傷機での探傷結果を図3Bに示す。
まず、溶解炉で得られた溶銅を保持炉で一旦保持する。一定の流量に制御された状態で加熱炉に供給した。加熱炉では、1200℃で保持しながら鉄(Fe)を所定量添加した。鉄(Fe)が添加された溶銅は鋳造樋を経由してタンディッシュに移送される。ここで、溶銅を冷却するために冷材が添加される。冷材としての銅塊は、無酸素銅のメッキ用銅ボールで直径が11mmのものを使用し、溶銅温度を検出してフィードバックしながら例えば220個/時間の割合で投入した。溶銅温度は1100℃であった。ここで、リン(P)および錫(Sn)を所定量添加し、その溶銅をベルトホイール式連続鋳造機によって連続鋳造しながら、圧延機を経由して圧延し、直径18mmの荒引銅合金線を製造した。
Claims (2)
- 溶銅にリン及び該リンよりも難溶性の元素を添加し、リン含有銅合金線を連続的に製造する方法であって、
溶解炉から溶銅を加熱炉へ送り、該加熱炉内で溶銅を第1温度に保持しつつ難溶性元素を添加する工程と、
該加熱炉から溶銅をタンディッシュに移送し、前記溶銅に銅塊を添加し、溶銅の温度を前記第1温度よりも低い第2温度へ低下させてリンを添加する工程と、
該タンディッシュから溶銅をベルトホイール式連続鋳造機に供給して鋳造銅材を製造し、該ベルトホイール式連続鋳造機から導出された鋳造銅材を圧延してリン含有銅合金線を連続的に製造する工程とを有することを特徴とするリン含有銅合金線製造方法。 - 前記難溶性元素を添加する際の溶銅の第1温度が1150℃以上とされ、前記リンを添加する際の溶銅の第2温度が1130℃以下とされている請求項1に記載のリン含有銅合金線製造方法。
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