JPH0314900B2 - - Google Patents

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管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
つた。 ［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つ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
あつて、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、
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。 ［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
られた素管を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
（Fe₂P）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％の総減面率で冷間抽伸及
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℃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0.05重量
％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つて、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。従つて、Fe
含有量は0.05乃至0.15重量％とする。 Ｐ含有量が0.02重量％未満の場合は、0.05乃至
0.15重量％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上効果が少
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＋Cu₃P（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、700℃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。従つて、Ｐ含有
量は0.02乃至0.05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、一
般銅合金材と同様に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が弱くなること
が判明した。このように粒界が弱いと、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つて、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型鋳型を容
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、二次再結晶が起つて結晶粒が大きく
なるために、粒界が弱くなり、硬さ及び強度が低
下する。従つて、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（Fe₂P）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。従つて、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。従つて、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
つて、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。従つて、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
用管型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No.１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No.３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。

【表】 この鋳塊を長さが740mmになるように切断し、
850℃に加熱した後、ピアシング法により熱間加
工し、外径が204mm、内径が165mmの素管を得た。
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
150mm、長さが200mmの試験片を切出した。製法は
下記の通り管型モールドの製造工程に準じて行つ
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30分と
し、最終の局部応力除去のための焼鈍条件は200
℃の温度で２時間とした。 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。従つて、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。

【表】 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５mm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、ビツ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
JISH0505のダブルブリツ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
り行つた。 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同
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。
従つて、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. 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。