WO2017065071A1 - 鋳造用モールド材及びＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材 - Google Patents

鋳造用モールド材及びＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材 Download PDF

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less
precipitates
precipitate
casting mold
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翔一郎 矢野
志信 佐藤
敏夫 坂本
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三菱マテリアル株式会社
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/059—Mould materials or platings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
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    • C22C9/01—Alloys based on copper with aluminium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • the present invention relates to a casting mold material used when casting a metal such as a steel material, and a Cu—Cr—Zr—Al alloy material suitable for the above-described casting mold material.
  • the penetration depth ⁇ of the magnetic field is expressed by the following equation when the permeability ⁇ , the frequency f of the applied magnetic field, and the conductivity ⁇ are used.
  • ⁇ (1 / ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ f ⁇ ⁇ ) 0.5
  • the conductivity ⁇ of the molding material is low.
  • the electrical conductivity ⁇ is too low, the thermal conductivity is lowered and cooling may be insufficient.
  • a molding material has been proposed in which the conductivity ⁇ is adjusted to about 30 to 60% IACS by adding an additive element other than Cr and Zr.
  • Patent Document 1 contains Cr: 0.3 to 1.5% by weight ratio, Zr: 0.03 to 0.6%, and further includes Al and Si, Ni, Sn, Zn, Mn, and the like.
  • a precipitation hardening type continuous casting mold material to which elements are added is disclosed.
  • Patent Document 2 contains Cr: 0.3 to 1.2 wt%, Zr: 0.05 to 0.25 wt%, and further includes Sn, Al, Ag, Ni, Ti, Co, Fe, etc.
  • a metal casting mold material is disclosed.
  • a casting mold material is generally used by spraying a Ni—Cr alloy or the like excellent in heat resistance and wear resistance on its surface to improve durability.
  • thermal spraying treatment for example, after performing heat treatment in a high temperature range of about 1000 ° C., it is gradually cooled without performing water cooling or the like. Hardness) and electrical conductivity are not sufficiently improved.
  • granular Cr is contained during the slow cooling.
  • Precipitates (Cr-based precipitates) and Zr-containing precipitates (Zr-based precipitates) are precipitated.
  • Cr and Zr which have been solid-solved with these granular precipitates as nuclei, are precipitated, so that the precipitates grow and become coarse, which contributes to the precipitation strengthening mechanism. Goods cannot be secured sufficiently, and strength (hardness) cannot be improved.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and even when it is gradually cooled after thermal spraying, the strength (hardness) and electrical conductivity can be sufficiently improved by subsequent aging treatment.
  • An object is to provide a casting mold material and a Cu—Cr—Zr—Al alloy material suitable for the casting mold material.
  • a casting mold material of one aspect of the present invention is a casting mold material used when casting a metal material. And containing 0.3 mass% or more and less than 0.5 mass% of Cr, 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less of Zr, 0.1 mass% or more and less than 2.0 mass% of Al, with the balance being Cu and inevitable impurities And has a needle-like precipitate or a plate-like precipitate.
  • Cr is 0.3 mass% or more and less than 0.5 mass%
  • Zr is 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less
  • Al is contained in the range of 0.1 mass% or more and less than 2.0 mass%. Since the balance is composed of Cu and inevitable impurities, the strength (hardness) and conductivity can be improved by precipitating fine precipitates by aging treatment. Further, the conductivity can be adjusted to about 30 to 60% IACS, and it is particularly suitable as a molding material for electromagnetic stirring.
  • the molding material for casting of the present invention has needle-like precipitates or plate-like precipitates containing Cr, it is suppressed that granular precipitates are formed during slow cooling after thermal spraying. Has been. For this reason, during the aging treatment after the thermal spraying treatment, it is possible to suppress the precipitation of Cr and Zr using the granular precipitates as nuclei, and to sufficiently disperse the fine precipitates. ) And conductivity can be sufficiently improved.
  • the maximum size of the needle-like precipitate or the plate-like precipitate is 100 ⁇ m or less.
  • the maximum size of the needle-like precipitate or the plate-like precipitate was defined as the diameter when a minimum circumscribed circle was drawn in the observed precipitate.
  • Cr is sufficiently solid solution in the parent phase of Cu, and during the subsequent aging treatment Fine precipitates can be sufficiently dispersed, and the strength (hardness) and electrical conductivity can be sufficiently improved by the precipitation strengthening mechanism.
  • the casting mold material of the present invention it is preferable that one or more elements selected from Fe, Si, Co, and P are further included in a total of 0.01 mass% to 0.15 mass%. .
  • elements such as Fe, Si, Co, and P are contained within the above-described range, the formation of granular precipitates during slow cooling after thermal spraying is suppressed, and a needle containing Cr The formation of a plate-like precipitate or a plate-like precipitate is promoted. Therefore, fine Cr-based and Zr-based precipitates can be sufficiently precipitated by the aging treatment after the thermal spraying treatment, and the strength (hardness) and electrical conductivity can be reliably improved.
  • the Cu—Cr—Zr—Al alloy material of the present invention has a Cr content of 0.3 mass% to less than 0.5 mass%, a Zr content of 0.01 mass% to 0.15 mass%, and an Al content of 0.1 mass% to 2.0 mass%.
  • the electrical conductivity (% IACS) after cooling at 1000 ° C. to 600 ° C. after being held at 1000 ° C. for 1 hour is 10 ° C./min.
  • the conductivity (% IACS) after being held at 500 ° C. for 3 hours is B
  • the cooling rate from 1000 ° C. to 600 ° C. is 10 ° C.
  • the electrical conductivity is improved by subsequent heat treatment at 500 ° C. for 3 hours, and the strength can be improved by precipitation hardening. For this reason, it is particularly suitable as a material for the above-mentioned casting mold material.
  • one or more elements selected from Fe, Si, Co and P are further added in a total amount of 0.01 mass% or more and 0.15 mass. % Or less is preferable.
  • elements such as Fe, Si, Co, and P are contained within the above-mentioned range, Cr and Zr are not required even when gradually cooled after being heated to a high temperature range of about 1000 ° C., for example. It is possible to prevent solid precipitation and to secure the solid solution amount of Cr and Zr. Therefore, fine precipitates can be sufficiently precipitated by the aging treatment after slow cooling, and the strength (hardness) and electrical conductivity can be reliably improved.
  • a casting mold material capable of sufficiently improving strength (hardness) and electrical conductivity by a subsequent aging treatment even when it is gradually cooled after thermal spraying, and the casting mold A Cu—Cr—Zr—Al alloy material suitable for the material can be provided.
  • FIG. It is a flowchart of the manufacturing method of the molding material for casting which is one Embodiment of this invention. It is a structure
  • FIG. It is a figure which shows the acicular precipitate or plate-shaped precipitate observed by the SEM image in the example 2 of this invention. It is a figure which shows the elemental mapping result of the acicular precipitate or plate-like precipitate observed by EPMA (Cr) in Example 2 of this invention. It is a figure which shows the element mapping result of the acicular precipitate or plate-like precipitate observed by EPMA (Zr) in Example 2 of this invention. It is explanatory drawing which shows the Vickers hardness measurement position in an Example.
  • the casting mold material according to the present embodiment is used for a casting mold for continuous casting of steel materials and the like.
  • the Cu—Cr—Zr—Al alloy material is used as a material for the above-mentioned casting mold material.
  • the casting mold material and the Cu—Cr—Zr—Al alloy material according to the present embodiment have Cr of 0.3 mass% or more and less than 0.5 mass%, Zr of 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less, and Al of 0 .1 mass% or more and less than 2.0 mass%, the balance is composed of Cu and inevitable impurities, and one or more elements selected from Fe, Si, Co, and P are added in total to 0 .01 mass% to 0.15 mass%.
  • the component composition of the casting mold material and the Cu—Cr—Zr—Al alloy material is defined as described above will be described below.
  • Cr 0.3 mass% or more and less than 0.5 mass%
  • Cr is an element having an effect of improving strength (hardness) and conductivity by finely depositing Cr-based precipitates in the crystal grains of the parent phase by aging treatment.
  • the Cr content is less than 0.3 mass%, the amount of precipitation becomes insufficient in the aging treatment, and the effect of improving the strength (hardness) may not be sufficiently obtained.
  • the Cr content is 0.5 mass% or more, for example, when slow cooling is performed at a cooling rate from a high temperature range of about 1000 ° C. to a temperature of 800 ° C.
  • the Cr content is set within a range of 0.3 mass% or more and less than 0.5 mass%.
  • the lower limit of the Cr content is preferably 0.35 mass% or more, and the upper limit of the Cr content is preferably 0.45 mass% or less.
  • Zr 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less
  • Zr is an element having an effect of improving strength (hardness) and electrical conductivity by finely depositing a Zr-based precipitate at a crystal grain boundary of the parent phase by aging treatment.
  • the content of Zr is less than 0.01 mass%, the precipitation amount becomes insufficient in the aging treatment, and there is a possibility that the effect of improving the strength (hardness) cannot be obtained sufficiently.
  • content of Zr exceeds 0.15 mass%, there exists a possibility that electrical conductivity and thermal conductivity may fall.
  • even if it contains Zr exceeding 0.15 mass% there exists a possibility that the effect of the further intensity
  • the content of Zr is set within a range of 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less.
  • the lower limit of the Zr content is preferably 0.05 mass% or more
  • the upper limit of the Zr content is preferably 0.13 mass% or less.
  • Al 0.1 mass% or more and less than 2.0 mass%
  • the conductivity of the casting mold material can be adjusted to about 30 to 60% IACS, which is particularly preferable as a molding material for electromagnetic stirring.
  • the content of Al is set within a range of 0.1 mass% or more and less than 2.0 mass%.
  • the lower limit of the Al content is preferably 0.5 mass% or more
  • the upper limit of the Al content is preferably 1.5 mass% or less. .
  • Elements such as Fe, Si, Co, and P when subjected to slow cooling at a cooling rate of 25 ° C./min or less from a high temperature range of about 1000 ° C. to a temperature of 800 ° C. or less, for example, It has the effect of suppressing the precipitation of system precipitates and promoting the precipitation of needle-like precipitates or plate-like precipitates containing Cr.
  • the total content of one or more elements selected from Fe, Si, Co, and P is less than 0.01 mass%, the above-described effects may not be achieved. .
  • the conductivity and thermal conductivity may be reduced.
  • the total content of one or more elements selected from Fe, Si, Co, and P is set within a range of 0.01 mass% to 0.15 mass%. ing.
  • the lower limit of the total content of one or more elements selected from Fe, Si, Co, and P is set to 0.02 mass% or more.
  • the upper limit of the total content of one or more elements selected from Fe, Si, Co, and P is preferably 0.1 mass% or less.
  • the molding material for casting which is this embodiment has the acicular precipitate or plate-shaped precipitate containing Cr in the parent phase of Cu.
  • the maximum size of these needle-like precipitates or plate-like precipitates is 100 ⁇ m or less. Whether or not it has “a needle-like precipitate or a plate-like precipitate containing Cr” is determined from the criteria described below. A sample for observation is taken from the molding material for casting, and the cross section polished after the polishing treatment is subjected to a structure observation with a scanning electron microscope to determine whether or not there are needle-like precipitates or plate-like precipitates containing Cr. Check. Whether or not it contains “Cr” can be understood from the analysis of the composition by EPMA.
  • the longest diameter of the precipitate is obtained from the shape of the precipitate as the longitudinal direction size. Of the diameters in the direction perpendicular to the longitudinal diameter, the longest diameter of the precipitates is obtained as a transverse direction size. If the value of the aspect ratio (longitudinal diameter / short diameter) is 5 or more, the precipitate is judged as “acicular precipitate or plate-like precipitate”. Furthermore, fine Cr-based and Zr-based precipitates having a particle size of, for example, 5 ⁇ m or less are dispersed in the casting mold material according to this embodiment. These fine Cr-based and Zr-based precipitates are precipitated in the aging treatment after slow cooling.
  • acicular precipitates or plate-like precipitates are formed during slow cooling after thermal spraying to spray a Ni-Cr alloy having excellent heat resistance and wear resistance when producing a casting mold material. is there. More specifically, in the present embodiment, Cr is 0.3 mass% or more and less than 0.5 mass%, Zr is 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less, Al is contained by 0.1 mass% or more and less than 2.0 mass%, For the copper alloy composed of Cu and inevitable impurities as the balance, after being heated to, for example, 1000 ° C. or higher during the thermal spraying process, the cooling rate from a high temperature range of about 1000 ° C. to 600 ° C. or lower is 10 ° C./min or less When the slow cooling is performed, acicular precipitates or plate-like precipitates containing Cr are deposited. This suppresses the precipitation of granular Cr-based and Zr-based precipitates during slow cooling.
  • the Cu—Cr—Zr—Al alloy material according to the present embodiment has the same composition as the above-mentioned casting mold material, and the cooling rate from 1000 ° C. to 600 ° C. after holding at 1000 ° C. for 1 hour.
  • the conductivity (% IACS) after cooling at 10 ° C./min is A
  • the conductivity (% IACS) after holding at 500 ° C. for 3 hours is B
  • B / A> 1.1 Have the relationship. That is, in the Cu—Cr—Zr—Al alloy material according to the present embodiment, even when the cooling rate from 1000 ° C. to 600 ° C. is 10 ° C./min after holding at 1000 ° C. for 1 hour, Subsequent heat treatment of holding at 500 ° C. for 3 hours improves the conductivity.
  • a copper raw material made of oxygen-free copper having a copper purity of 99.99 mass% or more is charged into a carbon crucible and melted using a vacuum melting furnace to obtain a molten copper.
  • the aforementioned additive elements are added to the obtained molten metal so as to have a predetermined concentration, and the components are prepared to obtain a molten copper alloy.
  • a raw material for the additive elements Cr, Zr, and Al a high-purity material is used.
  • a Cr raw material having a purity of 99.99 mass% or more is used, and a Zr raw material is 99.95 mass in purity.
  • the raw material for Al is 99.95 mass% or more in purity. Further, Fe, Si, Co, and P are added as necessary.
  • a raw material for Cr, Zr, Fe, Si, Co, and P a mother alloy with Cu may be used. And the ingot is obtained by pouring the prepared copper alloy melt into the mold.
  • Hot processing step S03 hot rolling with a processing rate of 50% to 99% is performed on the ingot in a temperature range of 900 ° C. to 1000 ° C. to obtain a rolled material.
  • the hot working method may be hot forging. Immediately after this hot working, it is cooled by water cooling.
  • First temporary treatment process S05 Next, after the solution treatment step S04, a first temporary effect treatment is performed, and precipitates such as a Cr-based precipitate and a Zr-based precipitate are finely precipitated to obtain a first temporary effect treatment material.
  • the first temporary treatment is performed, for example, under conditions of 400 ° C. or more and 530 ° C. or less and 0.5 hours or more and 5 hours or less.
  • the heat treatment method during the aging treatment is not particularly limited, but it is preferably performed in an inert gas atmosphere.
  • the cooling method after the heat treatment is not particularly limited, but it is preferably performed by water cooling. Through this process, the Cu—Cr—Zr—Al alloy material according to this embodiment is manufactured.
  • the cooling after the heat treatment after the thermal spraying is performed by slow cooling with a relatively low cooling rate such as furnace cooling.
  • the cooling rate of the slow cooling is such that the cooling rate in the range from the heat treatment temperature to 800 ° C. or less is 5 ° C./min to 70 ° C./min.
  • a second aging treatment is performed to precipitate finely precipitates such as Cr-based precipitates and Zr-based precipitates.
  • the aging treatment is performed under conditions of, for example, 400 ° C. or more and 530 ° C. or less and 0.5 hour or more and 5 hours or less.
  • the heat treatment method during the aging treatment is not particularly limited, but it is preferably performed in an inert gas atmosphere.
  • the cooling method after the heat treatment is not particularly limited, but it is preferably performed by water cooling. Through such a process, the casting mold material according to the present embodiment is manufactured.
  • Cr is 0.3 mass% or more and less than 0.5 mass%
  • Zr is 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less
  • Al is 0. .1 mass% or more and less than 2.0 mass%
  • the balance is made up of Cu and inevitable impurities, so in the second aging treatment step S07, finely depositing Cr-based and Zr-based precipitates , Strength (hardness) and electrical conductivity can be improved.
  • Al is contained in the range of 0.1 mass% or more and less than 2.0 mass%, the conductivity can be adjusted to about 30 to 60% IACS, and it is particularly suitable as a molding material for electromagnetic stirring applications. .
  • the second aging treatment step S07 after the spraying treatment step S06 can sufficiently disperse fine precipitates, and the precipitation strengthening mechanism can sufficiently improve the strength (hardness). it can.
  • the maximum size of the needle-like precipitates or plate-like precipitates containing Cr is relatively small, 100 ⁇ m or less, so Cr is contained in the Cu matrix. It is sufficiently solid solution, and fine precipitates can be sufficiently dispersed by the second aging treatment step S07 after the spraying treatment step S06, and the strength (hardness) and conductivity are sufficiently improved by the precipitation strengthening mechanism. Can be made.
  • the casting mold material according to the present embodiment further includes one or more elements selected from Fe, Si, Co, and P in total of 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less. Therefore, the formation of granular precipitates during the slow cooling after the thermal spraying process S06 is suppressed, and the formation of acicular precipitates or plate-like precipitates containing Cr is promoted. Therefore, by the second aging treatment step S07 after the thermal spraying treatment step S06, fine precipitates can be sufficiently precipitated, and the strength (hardness) and conductivity can be improved reliably.
  • the conductivity (% IACS) after cooling at 1000 ° C. to 600 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./min after holding at 1000 ° C. for 1 hour. ) Is A, and then the electrical conductivity (% IACS) after being held at 500 ° C. for 3 hours is B, it has a relationship of B / A> 1.1.
  • the electrical conductivity is improved in the second aging treatment step S07 after slow cooling, and the strength (hardness) is improved by precipitation hardening. Can be achieved.
  • a copper raw material made of oxygen-free copper having a purity of 99.99 mass% or more was prepared, charged into a carbon crucible, and melted in a vacuum melting furnace (vacuum degree 10 ⁇ 2 Pa or less) to obtain a molten copper.
  • Various additive elements were added to the obtained molten copper to prepare the component compositions shown in Table 1, and after maintaining for 5 minutes, the molten copper alloy was poured into a cast iron mold to obtain an ingot.
  • the size of the ingot was about 80 mm in width, about 50 mm in thickness, and about 130 mm in length.
  • the raw material for Cr, which is an additive element was 99.99 mass% or more in purity
  • the raw material for Zr was 99.95 mass% or more in purity
  • the raw material for Al was 99.99 mass% or more in purity.
  • hot rolling was performed.
  • the rolling reduction during hot rolling was 80%, and a hot rolled material having a width of about 100 mm, a thickness of about 10 mm, and a length of about 520 mm was obtained.
  • a solution treatment was performed at 1000 ° C. for 1.5 hours, followed by water cooling.
  • the first temporary treatment was performed at 500 ( ⁇ 15) ° C. for 3 hours.
  • a Cu—Cr—Zr—Al alloy material was obtained.
  • the obtained Cu—Cr—Zr—Al alloy material is subjected to heat treatment under conditions of 1 hour at 1000 ° C. by simulating thermal spraying treatment, and then a cooling rate of 10 ° C. from 1000 ° C. to 600 ° C. Slowly cooled at / min. Thereafter, a second aging treatment was performed at 500 ° C. for 3 hours. Thereby, a molding material for casting was obtained.
  • the obtained Cu—Cr—Zr—Al alloy material was evaluated for Vickers hardness (rolled surface) and conductivity. Furthermore, Vickers hardness (rolled surface) and electrical conductivity were evaluated for the molding material for casting after the thermal spraying treatment and after the second aging treatment. Furthermore, the structure was observed, and the presence or absence of needle-like precipitates or plate-like precipitates containing Cr was evaluated.
  • FIGS. 3A to 3C show enlarged observation results of the needle-like precipitates or plate-like precipitates containing Cr observed in Example 3 of the present invention.
  • the minimum circumscribed circle was drawn about the acicular precipitate or plate-shaped precipitate observed as mentioned above, and the diameter of this minimum circumscribed circle was made into the maximum size of a precipitate.
  • the conductivity (% IACS) after holding for 3 hours at 500 ° C. (after the second aging treatment) is B, it is confirmed that B / A> 1.1. .
  • the present invention has needle-like precipitates or plate-like precipitates containing Cr. And in the example of the present invention, it is confirmed that the Vickers hardness and conductivity are greatly increased by the second aging heat treatment as compared with the comparative example.
  • Example 4 of the present invention as shown in FIG. 2, needle-like precipitates or plate-like precipitates containing Cr were observed in the test pieces that were gradually cooled after the thermal spraying treatment.
  • FIGS. From the granular precipitate, Cr and Zr are detected.
  • the strength (hardness) and electrical conductivity of the casting mold material can be sufficiently improved even if the aging treatment is performed after the thermal spraying treatment for the casting mold material made of the Cu—Cr—Zr—Al alloy material. Thus, it is possible to provide a molding material for casting that is superior in durability in a harsh environment.

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Abstract

金属材料を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材であって、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、針状析出物もしくは板状析出物を有することを特徴とする。

Description

鋳造用モールド材及びＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材
　本願発明は、例えば鉄鋼材料等の金属を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材、及び、上述の鋳造用モールド材に適したＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材に関するものである。
　本願は、２０１５年１０月１５日に、日本に出願された特願２０１５－２０３５８１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、鉄鋼材料等を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材には、大きな熱応力に耐える高温強度、過酷な熱疲労環境に耐える高温伸び、高温での耐摩耗性（硬さ）などの特性に優れることが求められている。そのため、これらの特性が良好なＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ系合金が、連続鋳造用モールド材として使用されている。上述のＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ系合金においては、さらに添加元素を加えることにより前述した特性が上昇することが知られている。
　また、電磁撹拌用のモールド材においては、磁場の浸透深さδは、透磁率μ、印加した磁場の周波数ｆ、導電率σとした場合に、下記の式で示される。
　　δ＝（１／π・μ・ｆ・σ）０．５
　この式からわかるように、磁場深さδを深くするためには、モールド材の導電率σが低い方が好ましい。しかしながら、導電率σを低くしすぎると熱伝導率が低下し、冷却が不十分となるおそれがある。
　このため、モールド材においては、Ｃｒ、Ｚｒ以外の添加元素を加えることにより、導電率σを３０～６０％ＩＡＣＳ程度に調整したものが提案されている。
　例えば特許文献１には、重量比でＣｒ：０．３～１．５％、Ｚｒ：０．０３～０．６％を含有し、さらに、ＡｌとＳｉ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｎ等の元素を添加した析出硬化型連続鋳造用鋳型材料が開示されている。
　また、特許文献２には、Ｃｒ：０．３～１．２ｗｔ％、Ｚｒ：０．０５～０．２５ｗｔ％を含有し、さらにＳｎ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等を添加した金属鋳造用鋳型材が開示されている。
　上述の特許文献１，２に記載されたＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ系合金においては、溶体化処理によって非平衡相となるＣｒ及びＺｒの過飽和固溶体を形成し、その後の時効処理によってＣｒ及びＺｒを分散させて析出させることにより、高温強度、高温伸び、耐摩耗性（硬さ）などの機械的特性、導電率及び熱伝導率を向上させている。なお、上述の過飽和固溶体を形成するためには、溶体化処理後に急速冷却を行う必要がある。
日本国特公昭６２－０４１３０２号公報（Ａ） 日本国特開平０５－３３９６８８号公報（Ａ）
　ところで、鋳造用モールド材においては、その表面に耐熱性や耐摩耗性に優れるＮｉ－Ｃｒ合金等を溶射し、耐久度を向上させて使用されることが一般的である。上述の溶射処理を行う際には、例えば１０００℃程度の高温域での熱処理を実施した後に水冷等を行わずに徐冷していることから、溶射処理後に時効処理を行っても、強度（硬さ）や導電率が十分に向上しないといった問題があった。
　詳述すると、１０００℃程度の高温域での熱処理を実施した後に、例えば、８００℃までの冷却速度が２５℃／ｍｉｎ以下の徐冷を行った場合には、徐冷時に粒状のＣｒを有する析出物（Ｃｒ系の析出物）及びＺｒを有する析出物（Ｚｒ系の析出物）が析出してしまう。そして、その後の時効処理時には、これらの粒状の析出物を核として固溶していたＣｒ及びＺｒが析出することで、析出物が成長・粗大化してしまい、析出強化機構に寄与する微細な析出物が十分に確保できなくなり、強度（硬さ）の向上を図ることができなくなる。
　本願発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、溶射処理後に徐冷した場合であっても、その後の時効処理によって強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができる鋳造用モールド材、及び、この鋳造用モールド材に適したＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本願発明の一態様の鋳造用モールド材（以下、「本願発明の鋳造用モールド材」と称する）は、金属材料を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材であって、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、針状析出物もしくは板状析出物を有することを特徴としている。
　この構成の鋳造用モールド材においては、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。また、導電率を３０～６０％ＩＡＣＳ程度に調整することができ、電磁撹拌用途のモールド材として特に適している。
　そして、本願発明の鋳造用モールド材においては、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有しているので、溶射処理後の徐冷時に粒状の析出物が形成されることが抑制されている。このため、溶射処理後の時効処理時に、粒状の析出物を核としてＣｒ及びＺｒが析出することが抑制され、微細な析出物を十分に分散させることができ、析出強化機構によって強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができる。
　ここで、本願発明の鋳造用モールド材においては、前記針状析出物もしくは前記板状析出物の最大サイズが１００μｍ以下であることが好ましい。なお、前記針状析出物もしくは前記板状析出物の最大サイズとは、観察された析出物において、最小外接円を描いた際の直径とした。
　この場合、前記針状析出物もしくは前記板状析出物の最大サイズが１００μｍ以下と比較的小さくされているので、Ｃｕの母相中にＣｒが十分に固溶しており、その後の時効処理時に微細な析出物を十分に分散させることができ、析出強化機構によって強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができる。
　また、本願発明の鋳造用モールド材においては、さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含むことが好ましい。
　この場合、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐといった元素を上述の範囲内で含有していることから、溶射処理後の徐冷時に粒状の析出物が形成されることが抑制され、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の生成が促進される。よって、溶射処理後の時効処理によって微細なＣｒ系及びＺｒ系の析出物を十分に析出させることができ、確実に強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。
　本願発明のＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有することを特徴としている。
　この構成のＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材においては、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有することから、１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎと徐冷した場合であっても、その後の５００℃、３時間の熱処理によって導電率が向上することになり、析出硬化による強度向上を図ることが可能となる。
このため、上述の鋳造用モールド材用の素材として特に適している。
　ここで、本願発明のＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材においては、さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含むことが好ましい。
　この場合、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐといった元素を上述の範囲内で含有していることから、例えば１０００℃程度の高温域に加熱した後に徐冷した場合であっても、Ｃｒ及びＺｒの不要な析出を抑制してＣｒ及びＺｒの固溶量を確保することができる。よって、徐冷後の時効処理によって微細な析出物を十分に析出させることができ、確実に強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。
　本願発明によれば、溶射処理後に徐冷した場合であっても、その後の時効処理によって強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができる鋳造用モールド材、及び、この鋳造用モールド材に適したＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材を提供することができる。
本願発明の一実施形態である鋳造用モールド材の製造方法のフロー図である。 本発明例２及び比較例４の組織観察写真である。 本発明例２においてＳＥＭ像で観察された針状析出物もしくは板状析出物を示す図である。 本発明例２においてＥＰＭＡ（Ｃｒ）で観察された針状析出物もしくは板状析出物の元素マッピング結果を示す図である。 本発明例２においてＥＰＭＡ（Ｚｒ）で観察された針状析出物もしくは板状析出物の元素マッピング結果を示す図である。 実施例におけるビッカース硬さ測定位置を示す説明図である。
　以下に、本願発明の一実施形態である鋳造用モールド材及びＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材について説明する。
　本実施形態である鋳造用モールド材は、鉄鋼材料等を連続鋳造する際の連続鋳造用鋳型に用いられるものである。また、本実施形態では、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材は、上述の鋳造用モールド材の素材として用いられるものである。
　本実施形態である鋳造用モールド材及びＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含んでいる。
　ここで、上述のように、鋳造用モールド材及びＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材の成分組成を規定した理由について、以下に説明する。
（Ｃｒ：０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満）
　Ｃｒは、時効処理によって母相の結晶粒内にＣｒ系の析出物を微細に析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
　ここで、Ｃｒの含有量が０．３ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、強度（硬さ）向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｃｒの含有量が０．５ｍａｓｓ％以上の場合には、例えば１０００℃程度の高温域から８００℃以下の温度までの冷却速度が２５℃／ｍｉｎ以下となる徐冷を行った際に、粒状のＣｒ系及びＺｒ系の析出物が析出し、徐冷後の時効処理においてこれらの粒状の析出物がさらに成長することにより、析出強化機構に寄与する微細な析出物を確保することができなくなるおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、Ｃｒの含有量を０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満の範囲内に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｃｒの含有量の下限を０．３５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｃｒの含有量の上限を０．４５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｚｒ：０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下）
　Ｚｒは、時効処理によって母相の結晶粒界にＺｒ系の析出物を微細に析出することにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
　ここで、Ｚｒの含有量が０．０１ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、強度（硬さ）向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｚｒの含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率及び熱伝導率が低下してしまうおそれがある。また、Ｚｒを０．１５ｍａｓｓ％を超えて含有しても、さらなる強度向上の効果が得られないおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｚｒの含有量の下限を０．０５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｚｒの含有量の上限を０．１３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ａｌ：０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満）
　Ａｌは、銅合金に固溶することによって導電率を低下させる作用効果を有する元素である。よって、Ａｌの添加量を制御することにより、鋳造用モールド材の導電率を３０～６０％ＩＡＣＳ程度に調整することができ、電磁撹拌用のモールド材として特に好ましいものとなる。
　ここで、Ａｌの含有量が０．１ｍａｓｓ％未満の場合には、導電率を低く抑えることが困難となり、磁場の浸透深さを確保できなくなるおそれがある。また、Ａｌの含有量が２．０ｍａｓｓ％以上の場合には、導電率が大きく低下し、熱伝導率が不十分となるおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、Ａｌの含有量を０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満の範囲内に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ａｌの含有量の下限を０．５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ａｌの含有量の上限を１．５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素：合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下）
　Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐといった元素は、例えば１０００℃程度の高温域から８００℃以下の温度までの冷却速度が２５℃／ｍｉｎ以下となる徐冷を行った際に、粒状のＣｒ系及びＺｒ系の析出物が析出することを抑制し、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の析出を促進する作用効果を有している。
　ここで、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計の含有量が０．０１ｍａｓｓ％未満の場合には、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計の含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率及び熱伝導率が低下してしまうおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計含有量の下限を０．０２ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素の合計含有量の上限を０．１ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（その他の不可避不純物：０．０５ｍａｓｓ％以下）
　なお、上述したＣｒ，Ｚｒ，Ａｌ、Ｐ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ以外のその他の不可避的不純物としては、Ｂ、Ａｇ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ，Ｔｃ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｐｏ，Ｂｉ，ランタノイド、Ｏ，Ｓ，Ｃ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、導電率及び熱伝導率を低下させるおそれがあるため、総量で０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
　そして、本実施形態である鋳造用モールド材は、Ｃｕの母相中にＣｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有している。これら針状析出物もしくは板状析出物の最大サイズが１００μｍ以下とされている。
　「Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有している」かどうかは、以下に説明する基準から判断する。
　鋳造用モールド材から観察用サンプルを採取し、研磨処理後に研磨された断面に対して、走査型電子顕微鏡にて組織観察を行い、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の有無を確認する。
　「Ｃｒを含有する」か否かは、ＥＰＭＡによる組成の分析から分かる。
　「針状析出物もしくは板状析出物」であるかどうかは、組織観察の対象となる断面における析出物の形状から判断する。まず、析出物の形状からその析出物の最長径を長手方向径（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｓｉｚｅ）として得る。そしてこの長手方向径と直交する方向での径のうち、その析出物中で最も長い径を短手方向径（ｔｒａｖｅｒｓｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｓｉｚｅ）として得る。アスペクト比（長手方向径／短手方向径）の値が５以上であれば、その析出物を「針状析出物もしくは板状析出物」と判断する。
　さらに、本実施形態である鋳造用モールド材には、例えば粒径が５μｍ以下の微細なＣｒ系及びＺｒ系の析出物が分散されている。なお、これらの微細なＣｒ系及びＺｒ系の析出物は、徐冷後の時効処理において析出したものである。
　上述の針状析出物もしくは板状析出物は、鋳造用モールド材を製造する際に、耐熱性や耐摩耗性に優れるＮｉ－Ｃｒ合金を溶射する溶射処理後の徐冷時に形成されるものである。詳述すると、本実施形態では、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる銅合金に対して、溶射処理時に例えば１０００℃以上にまで加熱された後、１０００℃程度の高温域から６００℃以下の温度までの冷却速度が１０℃／ｍｉｎ以下となる徐冷を行った際に、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物が析出しているのである。これにより、徐冷時における粒状のＣｒ系及びＺｒ系の析出物が析出することが抑制されることになる。
　また、本実施形態であるＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材は、上述の鋳造用モールド材と同様の組成を有しており、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有する。
　すなわち、本実施形態であるＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材においては、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして徐冷した場合であっても、その後の５００℃、３時間保持の熱処理により、導電率が向上することになる。
　次に、本願発明の一実施形態に係る鋳造用モールド材の製造方法を、図１のフロー図を参照して説明する。
（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
　まず、銅の純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を、カーボンるつぼに装入し、真空溶解炉を用いて溶解し、銅溶湯を得る。次いで、得られた溶湯に、所定の濃度となるように前述の添加元素を添加して、成分調製を行い、銅合金溶湯を得る。
　ここで、添加元素であるＣｒ、Ｚｒ、Ａｌの原料としては、純度の高いものを使用し、例えばＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ａｌの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上のものを使用する。また、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｐを必要に応じて添加する。なお、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｐの原料として、Ｃｕとの母合金を用いてもよい。
　そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳型に注湯して鋳塊を得る。
（均質化処理工程Ｓ０２）
　次に、得られた鋳塊の均質化のために熱処理を行う。
　具体的には、鋳塊を大気雰囲気にて、９５０℃以上１０５０℃以下、１時間以上の条件で均質化処理を行う。
（熱間加工工程Ｓ０３）
　次いで、鋳塊に対して９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で、加工率５０％以上９９％以下の熱間圧延を行い、圧延材を得る。なお、熱間加工の方法は、熱間鍛造であっても良い。この熱間加工後、直ちに水冷によって冷却する。
（溶体化処理工程Ｓ０４）
　次いで、熱間加工工程Ｓ０３で得られた圧延材を、９２０℃以上１０５０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で加熱処理を施し、溶体化処理を行う。加熱処理は、例えば大気または不活性ガス雰囲気で行い、加熱後の冷却は、水冷によって行う。
（第一時効処理工程Ｓ０５）
　次に、溶体化処理工程Ｓ０４の後に、第一時効処理を実施し、Ｃｒ系析出物及びＺｒ系析出物などの析出物を微細に析出させ、第一時効処理材を得る。
　ここで、第一時効処理は、例えば４００℃以上５３０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で行う。
　なお、時効処理時の熱処理方法は、特に限定しないが、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、加熱処理後の冷却方法は、特に限定しないが、水冷で行うことが好ましい。
　このような工程により、本実施形態であるＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材が製造される。
（溶射処理工程Ｓ０６）
　次いで、第一時効処理工程Ｓ０５後に、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材の表面の所定の箇所にＮｉ－Ｃｒ合金等を溶射し、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材の表面の所定の箇所にコーティング層を形成する。そして、この溶射の後に、コーティング層が形成されたＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材に９００℃以上１０００℃以下、１５分以上１８０分以下の熱処理を行う。この熱処理は、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材とコーティング層とを拡散接合するために行われている。
　この溶射が行われた後の熱処理後の冷却は、例えば炉冷のような比較的冷却速度が遅い徐冷によって行われる。ここで、徐冷の冷却速度は、例えば熱処理温度から８００℃以下での範囲の冷却速度が５℃／ｍｉｎ以上７０℃／ｍｉｎ以下である。
（第二時効処理工程Ｓ０７）
　次いで、溶射処理工程Ｓ０６の後に、第二時効処理を実施し、Ｃｒ系析出物及びＺｒ系析出物などの析出物を微細に析出させる。
　ここで、時効処理は、例えば４００℃以上５３０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で行う。
　なお、時効処理時の熱処理方法は、特に限定しないが、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、熱処理後の冷却方法は、特に限定しないが、水冷で行うことが好ましい。
　このような工程により、本実施形態である鋳造用モールド材が製造される。
　以上のような構成とされた本実施形態に係る鋳造用モールド材によれば、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされているので、第二時効処理工程Ｓ０７において、Ｃｒ系及びＺｒ系の析出物を微細に析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。また、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満の範囲で含有しているので、導電率を３０～６０％ＩＡＣＳ程度に調整することができ、電磁撹拌用途のモールド材として特に適している。
　そして、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有しているので、溶射処理工程Ｓ０６後の徐冷時に粒状の析出物が形成されることが抑制されており、溶射処理工程Ｓ０６後の第二時効処理工程Ｓ０７によって微細な析出物を十分に分散させることができ、析出強化機構によって強度（硬さ）を十分に向上させることができる。
　さらに、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の最大サイズが１００μｍ以下と比較的小さくされているので、Ｃｕの母相中にＣｒが十分に固溶しており、溶射処理工程Ｓ０６後の第二時効処理工程Ｓ０７によって微細な析出物を十分に分散させることができ、析出強化機構によって強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができる。
　また、本実施形態に係る鋳造用モールド材においては、さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含んでいるので、溶射処理工程Ｓ０６後の徐冷時に粒状の析出物が形成されることが抑制され、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の生成が促進される。よって、溶射処理工程Ｓ０６後の第二時効処理工程Ｓ０７によって、微細な析出物を十分に析出させることができ、確実に強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。
　さらに、本実施形態に係るＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材においては、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有しているので、溶射理工程Ｓ０６において例えば１０００℃程度の高温域に加熱した後に徐冷した場合であっても、徐冷後の第二時効処理工程Ｓ０７において、導電率が向上することになり、析出硬化によって強度（硬さ）の向上を図ることができる。
　以上、本願発明の実施形態について説明したが、本願発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　本実施形態では、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含むものとして説明したが、これに限定されることはなく、これらの元素を意図的に添加しなくてもよい。
　以下に、本願発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
　純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これをカーボンるつぼに装入し、真空溶解炉（真空度１０－２Ｐａ以下）で溶解し、銅溶湯を得た。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、５分間保持した後、銅合金溶湯を鋳鉄製の鋳型に注湯して鋳塊を得た。鋳塊の大きさは、幅約８０ｍｍ、厚さ約５０ｍｍ、長さ約１３０ｍｍとした。
　なお、添加元素であるＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上、Ａｌの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用した。
　次に、大気雰囲気において１０００℃で１時間の条件で均質化処理を行った後、熱間圧延を実施した。熱間圧延時の圧下率を８０％とし、幅約１００ｍｍ×厚さ約１０ｍｍ×長さ約５２０ｍｍの熱間圧延材を得た。
　この熱間圧延材を用いて、１０００℃で１．５時間の条件で溶体化処理を行い、その後水冷した。
　次に、５００（±１５）℃で３時間の条件で第一時効処理を実施した。これにより、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材を得た。
　次に、得られたＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材に対して、溶射処理を模擬して１０００℃で１時間の条件で熱処理を行い、その後、１０００℃から６００℃までの冷却速度１０℃／ｍｉｎで徐冷した。
　その後、５００℃で３時間の条件で第二時効処理を実施した。これにより、鋳造用モールド材を得た。
　得られたＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材について、ビッカース硬さ（圧延面）、導電率を評価した。
　さらに、溶射処理後及び第二時効処理後の鋳造用モールド材について、ビッカース硬さ（圧延面）、導電率を評価した。さらに、組織観察を行い、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の有無を評価した。
（組成分析）
　得られたＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材及び鋳造用モールド材の成分組成は、ＩＣＰ－ＭＳ分析によって測定した。測定結果を表１に示す。
（組織観察）
　得られた鋳造用モールド材から観察用サンプルを採取し、研磨処理後に走査型電子顕微鏡にて組織観察を行い、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の有無を確認した。観察結果を表２に示す。なお、本発明例３の及び比較例２の試料について、第一時効処理後、溶射処理及び徐冷後、第二時効処理後に組織観察を行った結果を図２に示す。さらに、本発明例３で観察されたＣｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物の拡大観察結果を図３Ａ～図３Ｃに示す。
（析出物の最大サイズ）
　上述のようにして観察された針状析出物もしくは板状析出物について、最小外接円を描き、この最小外接円の直径を析出物の最大サイズとした。
（ビッカース硬さ測定）
　ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に準じて、株式会社アカシ製ビッカース硬度試験機により、図４に示すように試験片の９か所でビッカース硬さを測定し、その最大値及び最小値を除外した７つの測定値の平均値を求めた。第一時効処理後、溶射処理後及び第二時効処理後の測定結果を表２に示す。
（導電率測定）
　日本フェルスター社製ＳＩＧＭＡ　ＴＥＳＴ　Ｄ２．０６８（プローブ径φ６ｍｍ）を用いて、１０×１５ｍｍのサンプルの断面中心部を３回測定し、その平均値を求めた。第一時効処理後、溶射処理後及び第二時効処理後の測定結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、本発明例においては、１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後（溶射処理後）の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後（第二時効処理後）の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有することが確認される。
　また、表２に示すように、本発明例においては、Ｃｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物を有していることが確認される。そして、本発明例においては、比較例に比べて、第二時効熱処理によってビッカース硬さ及び導電率が大きく上昇していることが確認される。
　また、組織観察の結果、比較例２では、図２に示すように、溶射処理後に徐冷した試験片でＣｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物が認められず、粒状の析出物が観察されている。
　これに対して、本発明例４では、図２に示すように、溶射処理後に徐冷した試験片でＣｒを含有する針状析出物もしくは板状析出物が観察された。
　なお、本発明例４の第二時効熱処理後の試験片の析出物を拡大観察した結果、図３Ａ～３Ｃに示すように、針状析出物もしくは板状析出物からはＣｒが検出されており、粒状の析出物からはＣｒ及びＺｒが検出されている。
　Ｃｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材からなる鋳造用モールド材に対して溶射処理した後に時効処理を行っても、鋳造用モールド材の強度（硬さ）及び導電率を十分に向上させることができるようになり、過酷な環境での耐久性により優れる鋳造用モールド材を提供できる。

Claims (5)

  1. 　金属材料を鋳造する際に用いられる鋳造用モールド材であって、
    　Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、
    　針状析出物もしくは板状析出物を有することを特徴とする鋳造用モールド材。
  2. 　前記針状析出物もしくは前記板状析出物のサイズが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用モールド材。
  3. 　さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳造用モールド材。
  4. 　Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満、Ｚｒを０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下、Ａｌを０．１ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％未満、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、
    　１０００℃で１時間保持後に１０００℃から６００℃までの冷却速度を１０℃／ｍｉｎとして冷却した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＡ、その後５００℃で３時間保持した後の導電率（％ＩＡＣＳ）をＢとした場合に、Ｂ／Ａ＞１．１との関係を有することを特徴とするＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材。
  5. 　さらに、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｐから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．０１ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下含むことを特徴とする請求項４に記載のＣｕ－Ｃｒ－Ｚｒ－Ａｌ合金素材。
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