JPH01108351A - 連続鋳造用鋳型の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鋼の連続鋳造用鋳型鋳型の製造に好適の連続鋳
造用鋳型の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、鋼の連続鋳造用鋳型材料としては、熱伝導性が良
好であると共に、生産が容易で低コストであるという特
長を有する燐脱酸銅が使用されてきた。ところで、近時
、鋳造機能向上の要求から、鋳造速度の高速化及び鋳造
サイクルの短縮化等の技術改善が操業上実施されている
が、これにより、鋳型は一層苛酷な条件に曝されること
になった。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の燐脱酸銅は高温耐力が小さく、軟
化温度が低いので、鋼の連続鋳造中に、鋳型内壁の温度
が約２５０℃の高温に上昇した場合に、鋳型が軟化した
り、内壁と外壁との間に生じる熱応力に耐えられなくな
って変形及び摩耗が生じたりする。これにより、鋳型の
寿命が短くなる。

そこで、耐摩耗性及び耐熱変形性が優れた鋼の連続鋳造
用鋳型の開発が要望されている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
・耐摩耗性及び耐熱性が優れた鋳型を製造することがで
きる連続鋳造用鋳型の製造方法を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法は、０６ｏ５乃
至０，１５重１％のＦｅ及び０．０２乃至０，０５重量
％のＰを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物である
銅合金の鋳塊を、７００℃以上の温度に加熱してピアシ
ング加工する工程と、得られた素管を３５乃至４５％の
減面率で冷間抽伸加工する工程と、６５０乃至７００℃
の温度で３０分乃至１時間焼鈍する第１の熱処理工程と
、５００乃至６００℃の温度で２乃至４時間焼鈍する第
２の熱処理工程と、３０乃至４５％の総減面率で冷間抽
伸及び鋳型形状への抽伸加工を実施する工程と、２５０
乃至４００℃の温度で３０分乃至４時間焼鈍する第３の
熱処理工程とを有することを特徴とする ［作用］ 本発明においては、Ｆｅ及びＰを所定の組成で含有する
銅合金鋳塊を、先ず、７００℃以上の温度に加熱して熱
間ピアシング加工する。次いで、得られな素管を３５乃
至４５％の減面率で冷間抽伸加工した後、連続的に第１
及び第２の２段熱処理を実施する。第１の熱処理工程に
おいては、６５０乃至７００℃の温度で３０分乃至１時
間焼鈍することにより、ピアシング加工組織を再結晶さ
せる。一方、第２の熱処理工程においては、５００乃至
６００℃の温度で２乃至４時間焼鈍することにより、燐
化鉄（Ｆｅ２　Ｐ）を析出させて導電率及び強度を向上
させる。そして、３０乃至４５％の総滅面率で冷間抽伸
及び鋳型形状への抽伸加工を実施した後、第３の熱処理
を実施する。この第３の熱処理工程においては、２５０
乃至４００℃の温度で３０分乃至４時間焼鈍することに
より、冷間抽伸加工により生じた局部応力を除去する。

このようにして製造された耐熱銅合金製鋳型は、常温及
び約３００°Ｃの高温における機械的性質が従来の燐脱
酸銅製鋳型よりも格段に優れている。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

本発明方法にて製造せんとする連続鋳造用鋳型は、０．
０５乃至０．１５重量％のＦｅと０．０２乃至０６０５
重１％のＰとを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物
である耐熱銅合金で構成されている。

先ず、この耐熱銅合金の成分含有理由及び組成限定理由
について説明する。

含有成分のＦｅおよびＰは、夫々単独では耐摩耗性及び
耐熱性の向上並びに常温及び高温における強度の向上効
果は少なく、ＦｅとＰとが共存し、Ｆｅ２Ｐの燐化鉄が
形成されることによって、耐摩耗性、耐熱性及び強度の
向上効果が得られる。

Ｆｅ含有量が０．０５重量％未満の場合は、上記効果は
少ない。また、Ｆｅが０．１５重量％を超えて含有され
ると、Ｐが０．０２乃至０．０５重量％含有されていて
も、Ｆｅは銅合金母材中に固溶するため、導電率が低下
すると共に、後述の熱間ピアシング工程における押出し
中に割れが発生する。従って、Ｆｅ含有量は０．０５乃
至０．１５重量％とする。

Ｐ含有量が帆０２重量％未満の場合は、０．０５乃至０
．１５重１％のＦｅと化合して形成されるＦｅ２Ｐの量
が少ないため、上述の機械的強度の向」二効果が少ない
。一方、Ｐが０．０５重量％を超えて含有されると、鋳
塊自体の粒界にＣｕ＋Ｃｕ３　Ｐ　（融点７１４℃）の
共晶が生じ、７００乃至９００℃の温度における熱間ピ
アシング加工時に、粒界に割れが発生すると共に、７０
０℃より低い温度においては変形抵抗が大きくなり、加
工が不可能となる。従って、Ｐ含有量は０．０２乃至０
１０５重量％とする。

次に、上述の組成を有する銅合金材料の加工条件及び熱
処理条件について詳述する。

この組成を有する銅合金はＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系の析出強化
型のものであり、基本的には、熱間加工後の低加工率の
冷間抽伸と、時効及び局部応力除去のための焼鈍の工程
とで製造される。つまり、燐脱酸銅と同一の熱間加工方
式により製造可能であれば、従来の設備をそのまま使用
し、低コストで耐熱性及び耐摩耗性が優れた鋳型を製造
することができる。しかしながら、本願発明者等が製造
実験を繰り返したところ、中間熱処理において、−ｆｆ
ｉ銅合金材と同様に５００℃の温度で２時間という条件
で焼鈍したのでは、ピアシング材のその後の冷間加工率
が低いため、上述の組成の銅合金が再結晶せず異常組織
が発生して粒界か弱くなることが判明した。このように
粒界か弱いと、その後の冷間抽伸工程で円周方向に割れ
が生じるため、製品化が困難である。

そこで、本願発明者等がＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金の製造上
の問題点である熱間ピアシング後の冷間抽伸工程におけ
る割れの発生を防止するために、その製造条件について
種々実験研究を重ねた結果、以下に示すように最適の加
工及び熱処理条件を見出した。この条件で前述の組成の
銅合金を使用して鋳型を製造することによって、燐脱酸
銅製鋳型の製造と同様に熱間ピアシング法を適用して耐
熱性及び耐摩耗性が優れた連続鋳造用管壁鋳型を容易に
製造することができる 以下、この銅合金材料の加工工程及び熱処理工程につい
て説明する。

先ず、上述の組成を有する銅合金の鋳塊を７００℃以上
の温度に加熱し、ピアシング法により熱間加工して素管
を得る。

この素管を減面率が３５乃至４５％の低加工率で冷間抽
伸した後、連続２段の熱処理を実施する。第１の熱処理
工程においては、この素管を６５０乃至７００℃の温度
で３０分乃至１時間焼鈍する。これはピアシング材の低
加工率の冷間組織を均一に再結晶させ、次工程の冷間抽
伸加工において割れが発生することを防止するためであ
る。

この焼鈍温度が６５０℃未゛満の場合には、銅合金が再
結晶せず、このため伸びが小さく、加工性が向上しない
、その結果、次工程の冷間抽伸加工において割れが発生
する。焼鈍温度が７００℃を超える場合には、二次再結
晶が起って結晶粒が大きくなるために、粒界か弱くなり
、硬さ及び強度が低下する。従って、第１の熱処理工程
の焼鈍温度は６５０乃至７００℃とする。

焼鈍時間は、上記熱処理の効果を得るためには３０分以
上が必要である。一方、省エネルギーの観点から長時間
熱処理することは無駄であるので、焼鈍時間は１時間以
内にする。

第２の熱処理工程においては、素管を５００乃至６００
℃の温度で２乃至４時間焼鈍する。これは、燐化鉄（Ｆ
ｅ２Ｐ）を析出させるためであり、この燐化鉄の析出に
より導電率が向上し、強度も僅かではあるが向上する。

しかし、焼鈍時間が５００℃未満の場合には２乃至４時
間焼鈍処理しても十分な析出効果が得られない、また、
熱処理温度が６００℃を超えると、析出は生じるものの
その析出量が少ないため導電率の向上効果が小さい。従
って、第２の熱処理工程の焼鈍温度は５００乃至６００
℃とする。

焼鈍時間が２時間未満である場合は、５００乃至６００
℃の温度で焼鈍しても析出が不十分であり、逆に、焼鈍
時間が４時間を超えると、省エネルギーの観点から不経
済である。従って、第２の熱処理工程の焼鈍時間は２乃
至４時間とする。

次に、この熱処理後の素管を冷間抽伸加工した後、更に
角型鋳型形状への抽伸加工を実施する。

この加工における総加工率（総減面率）は３０乃至４５
％である。

その後、２５０乃至４００℃の温度で３０分乃至４時間
焼鈍する。これは、冷間抽伸加工により生じた局部応力
を除去するためである。この第３の熱処理工程の焼鈍温
度が２５０℃未満の場合には、この局部応力除去の効果
は少なく、また、４００℃を超える温度で焼鈍すると銅
合金の硬さが低下する。

従って、焼鈍温度は２５０乃至４００℃とする。一方、
焼鈍時間が３０分未満の場合は上述した効果が少く、ま
た、４時間を超える焼鈍は省エネルギーの観点から無駄
である。従って、焼鈍時間は３０分乃至４時間とする。

次に、本発明方法により、実際に鋼の連続鋳造用管壁鋳
型を製造した結果について説明する。

下記第１表に示す組成の合金Ｎ０８１乃至３を容量が６
トンのコアレス炉に装入し、木炭被覆して大気中で溶解
し、外径が２０５ｍｍ、長さが１０００ｍｍの鋳塊を造
塊した。なお、合金Ｎ１１３は燐脱酸銅であり、本発明
にて規定した組成範囲から外れるものである。

第１表 この鋳塊を長さが７４０ｍｍになるように切断し、８５
０℃に加熱した後、ピアシング法により熱間加工し、外
径が２０４■、内径が１６５ｍｍの素管を得な９次いで
、この素管を６５０乃至６８０℃の温度から水中に急冷
した後、この素管から、厚さが１９ｍｍ、幅が１５０ｍ
ｍ、長さが２００＋＊ｍの試験片を切出した。製法は下
記の通り管壁モールドの製造工程に準じて行った。

ピアシング加工後の素管を４０％の加工率で冷間圧延し
た後、下記第２表に示すように、６５０乃至７５０℃の
温度で３０分間焼鈍して第１の熱処理（１回目の中間熱
処理）を実施した。次いで、５００乃至５７５℃の温度
で４時間焼鈍して第２の熱処理（２回目の中間熱処理）
を実施した。更に、硫酸により酸化スケールを除去し、
３５％の加工率で冷間圧延した後、３５０℃の温度で２
時間焼鈍して局部応力を除去した。但し、比較例３の燐
脱酸銅については、中間焼鈍条件が４００℃の温度で３
０分とし、最終の局部応力除去のための焼鈍条件は２０
０℃の温度で２時間としな。

なお、比較例１のように、第１の熱処理において５００
℃で焼鈍したものはピアシング加工後に割れが発生した
。従って、以後の工程は実施していない。

これらの試料を用いて、常温での特性及び３００℃の高
温における機械的性質を試験した結果を前述の第２表に
併せて示す。

この試験方法は以下のとおりである。

（１）引張強さ及び耐力は圧延方向に平行に切出した５
關厚のＪＩＳ１３号Ｂ試験片により試験した。

赤外線炉を使用して試験片を３００℃の温度に加熱し、
１５分間保持した後、引張試験した。

（２硬さは、ビッカース硬度計により荷重５ｋｇで測定
した。

（３）導電率は市販の導電率測定器により測定した。

この導電率測定器による測定値とＪ　Ｉ　５ＨＯ５０５
のダブルブリッジ法による測定値との補正は別に用意し
た同種の２ｍｍ厚の条材により行った。

第２表から明らかなように、本発明方法により製造され
た実施例鋳型においては、ピアシング加工後の冷間抽伸
割れが防止されており、また、比較例２及び３の鋳型に
比して、常温及び高温特性が優れている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、所定の組成の銅
合金製鋳型が従来の燐脱酸銅製鋳型の製造工程と同様の
ピアシング加工を含む工程により製造されるので、従来
方法にて使用した設備をそのまま使用して鋳型を製造す
ることができる。得られた鋳型は、導電率が燐脱酸銅製
鋳型と略々間等であるのに対し、常温及び約３００℃の
高温における機械的性質は、燐脱酸銅よりも著しく優れ
ている。特に、本発明により得られた鋳型は、耐力が燐
脱酸銅の２．５倍と高いので、鋼の高速連続鋳造に際し
て大きな熱応力を受けても変形し難い。

従って、本発明によれば、鋳型の寿命が延長され、連続
鋳造時の鋳型の交換及び保守点検のための時間を短縮す
ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ０．０５乃至０．１５重量％のＦｅ及び０．０２乃至０
   ．０５重量％のＰを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不
   純物である銅合金の鋳塊を、７００℃以上の温度に加熱
   してピアシング加工する工程と、得られた素管を３５乃
   至４５％の減面率で冷間抽伸加工する工程と、６５０乃
   至７００℃の温度で３０分乃至１時間焼鈍する第１の熱
   処理工程と、５００乃至６００℃の温度で２乃至４時間
   焼鈍する第２の熱処理工程と、３０乃至４５％の総減面
   率で冷間抽伸及び鋳型形状への抽伸加工を実施する工程
   と、２５０乃至４００℃の温度で３０分乃至４時間焼鈍
   する第３の熱処理工程とを有することを特徴とする連続
   鋳造用鋳型の製造方法。