JPH03294043A - ベリリウム銅合金の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 本発明は、ベリリウム銅合金の連続鋳造方法に関するも
のである。

（ロ）従来技術 ベリリウム銅合金は、その高い強度や弾性、硬度及び疲
労特性に加え、電気伝導性、耐熱性、耐食性及び耐応力
緩和特性等に優れているため、その展伸材は電気−電子
部品用として広い範囲で利用されている。

また、　ＣＤ　Ａ　（Ｃｏｐｐｅｒ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍ
ｅｎｔ　Ａｇ５ｏｃｉａ　−ｔｉｏｎ）の名称でＣ１７
０００，Ｃ１７２００、Ｃ１７３００、Ｃ１７４００，
Ｃ１７５００，Ｃ１７５１Ｏなど、多くの工業的なベリ
リウム銅合金が知られており、これらの合金は種々の量
のベリリウムおよびコバルト、ニッケル等の元素を含有
している。

従来、ベリリウム鋼合金の展伸材を製造するためには、
大断面積の鋳塊を半連続鋳造あるいは鋳込み式によって
製造し、これを熱間＊ａや熱間圧延等の熱間加工によっ
て小断面積の素板（素コイル）を作り、これを固剤した
後、溶体化処理等の熱処理、冷間圧延を繰返して所望の
板厚の板材（コイル）を製造していた。

しかしながら、従来の方法では小断面積の秦コイルを製
造するまでに多くの工程が必要でコスト高となると共に
、鋳造時に粗大なニッケルーベリリウム系、コバルト−
ベリリウム系等の金属間化合物が生じ、その後の熱処理
によっても再固溶させるのが難しく、最終板材の延性、
加工性及びメツキ＠額性等に悪影響を及ぼしていること
が多かった。

また、製造工程上においても、粗大析出物が粒界に多く
析出しているため、その後の加工性を劣化させ、歩留り
の低下を招いているのが現状である。

更に、ベリリウム銅合金の小断面積の鋳塊の連続鋳造性
は、ベリリウム銅合金の凝固温度範囲が広く、またベリ
リウムが活性であり、反応性に富み、固液共存域での湯
切れが生じ易いなどの点から、多くの問題がある。

ベリリウム銅合金の連続鋳造法に関しては、例えば特開
昭６３−１２３５５０号公報記載の技術が提案されてい
るが、該公報記載の方法は内壁面が溶湯を凝固させない
温度を保持した鋳型を用い、鋳型出口付近で急速冷却を
行ない、鋳塊内部に引出し方向に平行な温度勾配を形成
させながら一方向凝固を行なわせる連続鋳造法である。

しかしながら、該方法は鋳型内の温度条件を厳しく制御
する必要があり、更に振動や酸化等の影響を受は易く、
また表面近傍にクラックが生じ易いので、安定した鋳塊
を効率良く生産するためには多くの問題点がある。また
、一方向凝固によって得られた鋳塊の冷間加工性は優れ
てはいるものの、熱処理後もこの組織の影響が残るので
、均質かつ等方性の材料が得難いという致命的な欠点も
ある。

（ハ）発明の開示 本発明は、上記のような諸欠点を解消すべく開発された
技術であって、ベリリウム鋼合金の小断面積の鋳塊を効
率良く生産し、しかも粗大析出物の析出を極力抑制した
連続鋳造法を提供するものである。

即ち、本発明は、重量％でベリリウム０．０５〜２．５
％、コバルト又はニッケルのうち少なくとも一方を０．
０５〜１０，０％含み、残部が銅および不可避的不純物
からなる銅合金の溶湯を保持する保持炉に連通し、出口
側を冷却構造体に接触させた鋳型を用いて該溶湯を鋳型
内に導入し、該鋳型内で凝固界面を形成させて引き出し
を行なうに際し、弓出し時の鋳型の内壁面の温度勾配を
凝固開始温度から凝固終了温度までの温度域を引出し方
向に対して２０ｍｍ以内の範囲でかつ溶湯温度を凝固開
始温度より５０〜１８０℃高い温度とし、該溶湯温度か
ら費固耕了温度以下３００℃までの温度域を平均５０℃
／分以上の冷却速度で冷却することを特徴とするベリリ
ウム鋼合金の連続鋳造方法に関するものである。

以下、本発明に係る連続鋳造性を詳細に説明する。

まず５本発明におけるベリリウム銅合金の成分組成範囲
について、 【ベリリウム］ ベリリウムは銅−ベリリウム系、コバルト−ベリリウム
系及びニッケルーベリリウム系等の金属間化合物を形成
し、析出強化と分散強化を因るために不可欠な元素であ
る。

ベリリウム含有量が０．０５ｗｔ％未満ではこのような
効果が充分ではなく、一方、２．５　ｗｔ％を超えると
強度向上効果の割にコストが高くなるので、ベリリウム
含有量は０．０５〜２．５　ｗｔ％の範囲とした。

［コバルト又はニッケル］ コバルトおよびニッケルは銅マトリー７クス中に固溶し
１強度、慢性等を向上させる効果があり。

また溶体化処理時の結晶粒粗大化防止及び時効処理時の
粒界反応の抑制等の効果がある。また、ベリリウムと化
合物を形成し１強度１弾性、電気伝導性耐熱及び耐応力
緩和特性等を向上させる。

コバルト又はニッケルの少なくとも一方又は双方を合計
量で０．０５ｗｔ％未満ではト記のような効果が得られ
ず、一方１０ｗｔ％を越えると電気伝導性や加工性の低
下が著しいので、コバルト又はニツケルのいずれか一方
をあるいは双方の合計量で０．０５〜１０．Ｏｗｔ％の
範囲とした。

次に、上記のような成分組成のベリリウム銅合金の連続
鋳造の一例として、水平式連続鋳造法を第１図に示す。

図中１は溶ｓ２を保持する保持炉であり、該保持炉１に
連通し、出口側を冷却構造体３に接触させた鋳型４を用
いて、保持炉１内の溶湯２を鋳型４内に導入し、該鋳型
内で凝固界面を形成させ、ピンチロール５により固化し
た鋳塊７を引き出すのである。

鋳型４の出口側先端から引き出された鋳塊７は、水冷シ
ャワー６によって冷却される。

固液共存にあるベリリウム銅合金は連続鋳造性を阻害し
、健全な鋳塊７の形成を妨げるが、この影響を小さくす
るためには、鋳覆４の引出し方向に対する温度勾配を適
切にとることが必要である。特に、鋳型４の内壁面ある
いは内壁面近傍の温度勾配を凝固開始温度から凝固終了
温度までの温度域を引出し方向に対して２０＋＋ｎ以下
の範囲とすることが重要である。

上記が２０層厘を超えると健全な鋳塊７を得るのが難し
く、特にパルス引出しを行なう場合はオ。

シレートに伴なうサイドと表面の割れが発生し易く、連
続引出しを行なう場合には、湯切れ現象が生じ易いので
ある。

また、溶湯温度は凝固開始温度より５０℃未満では湯流
れ性が悪＜、１８０℃を越えるとガス吸収や酸化の問題
が生じてエネルギーコストの点からも好ましくない。

更に、鋳造時の粗大析出物の晶出および冷却過程中の析
出物の成長をできるだけ抑制する必要があるため、鋳造
時の冷却速度を限定する必要がある。

溶湯温度から凝固終了温度以下３００℃までの平均冷却
速度が５０℃／分未満では鋳造時の粗大析出物の晶出や
冷却時の析出物の成長が起こり、その後の加工性令最終
板材の延性、加工性、メツキ信頼性等に悪影響を及ぼす
ので、平均冷却速度は５０℃／分以上とする。

また、この時の冷却速度を限定した終点温度を凝固開始
温度以下３００℃としたのは、実質的にこの温度以下で
の析出物の秦集粗大化が起こり難いからである。

しかしながら、銅−ベリリウム系化合物の時効析出によ
る硬さが上昇し、延性が減少することによって、後工程
の加工性が阻害されるので、２００℃以下までを５０で
７分以上の冷却速度で冷却するのがより好ましい、この
冷却は、水冷等の２次冷却を行なうことにより容易に目
的が達成されるのである。

次に、本発明を実施例により説明する。

（ニ）実施例 実施例！ ベリリウム：　１．９５ｗｔ％、コバルト：　０．３５
ｗｔ％。

残部が銅および不可避的不純物からなるベリリウム銅合
金を、Ｎ２ガス中にて高周波誘導炉を用いてカーボンる
つぼ中で溶解し、該るつぼに連通したＢＮ（チッ化ホウ
素）鋳型により水平式連続鋳造を行なった。

ここで、鋳型の鋳塊引き出し側には冷却構造体（銅製水
冷ジャケット）を接触させ、その接触位置や面積及び水
冷ジャケット内を流れる水量をコントロールし、また鋳
塊の引き出し条件を変化させることによって鋳型内壁面
（内壁面近傍）の温度勾配を変化させた。

上記の水平式連続鋳造によって箇造した鋳塊の形状は、
１０ｔＸ１００ｗＸ５０００１　（約４４Ｋｇ）であっ
た。

鋳型の内壁面（内壁面近傍）の温度勾配については５該
鋳型に引ぎ出し方向に熱伝対を連設させて測温し、温度
勾配曲線を求めた。また、凝固開始温度とｌＪｌ固終了
温度は示差熱分析（ＤＴＡ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ
　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　）により求めた
。その結果、凝固開始温度は９８０℃、凝固終了温度は
８７０℃であった。

以上の鋳型内壁の温度勾配曲線及び凝固開始温度と凝固
終了温度から、鋳型内壁の凝固開始温度から凝固終了温
度までの温度域を引き出し方向に対して求めた。この長
さをＬｌ　として第１表に示した。

次に、鋳型出口直後の鋳塊温度、鋳型内壁面の温度勾配
および溶湯温度を用いて、溶湯温度から凝固終了温度以
下３００℃（この場合５７０℃）までの平均冷却速度を
算出した。

更に、得られた鋳塊を切断、研磨、エツチングした後、
光学−微鐘で析出物の状態を観察した。

析出物のサイズは５−ｍＸ　５　ｍｍの区画で確認され
る粗大析出物５領の平均値で表示した。

鋳塊の欠陥は実体顕微鏡で倍率４倍として観察し、欠陥
の認められないものはＯ印、欠陥が認められたものはｘ
印として評価した０以上の結果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表の結果から分るように、本発明法によって得られ
た鋳塊は粗大析出物が極めて少なく、かつ欠陥のない優
れた鋳塊である。

これに対し、平均冷却速度が低い比較例）ｌｏ、　２に
は粗大析出物があり、Ｌｌ　（鋳型内壁面の凝固開始温
度から凝固終了温度までの引き出し方向に対する長さ）
の長い比較例Ｎｏ、３は粗大析出物や鋳塊欠陥があり、
劣っていることが分る。

実施例２ ベリリウム：　０．３１ｗｔ％、コバルト０．２５ｗｔ
％、残部が銅および不可避不純物からなるベリリウム銅
合金を上記実施例１と同様に水平式連続鋳造した。ただ
し、鋳型の材質はカーボン製に変更した。

鋳型内壁面の温度勾配、凝固開始温度と凝固終了温度の
測定も実施例１と同様に行なった。その結果、上記ベリ
リウム鋼合金の凝固開始温度は１０６５℃で、凝固終了
温度は１０２０℃であった。

また平均冷却速度については、溶湯温度から凝固開始温
度以下３００℃（この場合７２０℃）までの平均冷却速
度を算出した。

Ｆ記以外の析出物の顕微鏡観察や鋳塊欠陥等に関しては
、全て実施例１と同様にして行なった。

以上の結果を第２表に示す。

（以下余白） 第２表の結果から分るように１本発明法によって得られ
た鋳塊は粗大析出物が極めて少なく、しかも欠陥もない
優れた鋳塊である。

これに対して、冷却速度が低い比較例）ｌｏ、　２やり
、の長い比較例Ｎ０１３は粗大析出物及び鋳塊欠陥の点
で著しく劣る。

（ホ）発明の効果 以上のように、本発明法によれば、製造された鋳塊には
粗大析出物や鋳造欠陥等がほとんど認められず、連続鋳
塊を効率良く製造することができ、ヘリリウム鋼合金展
伸材の品質向上やコストダウンに寄与するところ極めて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る連続鋳造法の一例を示す説明図で
ある。 符号説明 ｌ−溶湯保持炉　２−溶湯　３−冷却構造体４−鋳型　
５−ピンチロール ６−冷水シャワー　７−鋳塊 第１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％でベリリウム０．０５〜２．５％、コバルト又は
   ニッケルのうち少なくとも一方を０．０５〜１０．０％
   含み、残部が銅および不可避的不純物からなる銅合金の
   溶湯を保持する保持炉に連通し、出口側を冷却構造体に
   接触させた鋳型を用いて該溶湯を鋳型内に導入し、該鋳
   型内で凝固界面を形成させて引き出しを行なうに際し、
   引出し時の鋳型の内壁面の温度勾配を凝固開始温度から
   凝固終了温度までの温度域を引出し方向に対して２０ｍ
   ｍ以内の範囲でかつ溶湯温度を凝固開始温度より５０〜
   １８０℃高い温度とし、該溶湯温度から凝固終了温度以
   下３００℃までの温度域を平均５０℃／分以上の冷却速
   度で冷却することを特徴とするベリリウム銅合金の連続
   鋳造方法。