JPS6128728B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な線状添加剤の製造方向に関す
る。さらに詳しくは、添加剤の偏析がさけられ、
しかも歩留りが向上されうる。金属溶湯（以下、
溶湯という）に添加する線状添加剤の製造方法に
関する。

金属の溶解に際しては脱ガス、脱硫、不純物除
去、諸特性の向上などの目的をもつて、種々の物
質が添加されるが、添加剤には、たとえばFe、
Cuなどの溶湯に対するCa、Mg、Znなどの添加
剤のように、溶湯の溶融金属より溶融点、比重な
どがいちじるしく低かつたり、また大気中で酸化
するなど、溶湯に溶解しても偏析したり、歩留り
がわるいものがある。したがつて線状添加剤の製
造方法にはいくつかの方法が提案されている。こ
れらの方法を例示すれば、たとえば直接に添加剤
を溶湯に投入する方法、溶湯の溶融金属と同一の
金属と添加剤との間で合金を溶製し、これをその
ままあるいは加工成形して溶湯に投入する方法、
添加剤を異種材料で被覆成形してクラツド材とし
て投入する方法などがあげられる。

添加剤を溶湯に直接投入する方法はもつとも簡
単な方法があるが、添加剤がCa、Mg、Znなどの
ばあいには、添加剤がFe、Cuなどの溶湯の溶融
金属に比べて溶融点や比重がいちじるしく異な
り、また雰囲気中で酸化、気化するので、溶湯中
で偏析をおこしたり、また歩留りが低下する。添
加剤を溶湯の溶融金属と同一の金属で合金化して
投入する方法は、添加剤が溶湯中で偏析をおこさ
ず、また歩留りは良好であるが、合金の製造工程
において、前記のごとく溶融点や比重の差または
酸化、気化などにより添加剤が偏析をおこし、ま
た歩留りに劣るという欠点がある。また合金も加
工成形して使うばあいには、添加剤の種類によつ
ては加工性に劣り、たとえば線状に加工するとき
加工中に断線するばあいもある。一方添加剤を異
種材料で被覆成形してクラツド材として溶湯に投
入する方法は、具体的には添加剤を溶湯の溶融金
属と同一の金属または溶湯の溶融金属に何ら影響
をおよぼすことのない材料で被覆して、添加剤が
雰囲気と直接接触して反応するのを防止した方法
であり、添加剤を直接投入する方法に比べて添加
剤の歩留りがいちじるしく向上される。とくに連
続鋳造設備では添加剤の連続投入が望ましいため
に、添加剤を線状に成形した線状クラツド材が実
用に供されている。

従来の線状添加剤は、溶湯の溶融金属と同一の
金属または溶湯の溶融金属に何ら影響をおよぼす
ことのない材料でつくられた容器に添加剤を充填
し、たとえば溶融金属と同一の金属でつくられた
金属テープ（以下、金属テープという）で粉粒状
の添加剤を被覆したのち、線状に加工成形する方
法により製造されている。しかしこの線状添加剤
においては、外周部が被覆されているので添加剤
の外部雰囲気による酸化などの反応は防止されう
るが、内部にある添加剤は単独で存在するため
に、溶湯中において添加剤の偏析がいちじるし
く、また歩留りが劣るという欠点がある。また添
加剤を前記金属テープで形成した筒状物に充填し
たのち、添加剤を加熱溶解してソリツド化したも
のもあるが、このものは、添加剤が充填された金
属テープで形成した筒状物中に空気が巻き込ま
れ、しかも添加剤同士および添加剤と筒状物とが
強固に密着していないので、添加剤の加熱溶融に
より添加剤が酸化され、しかも溶融した添加剤と
筒状物との固液拡散が殆んどなく、したがつて添
加剤と筒状物との間で合金化されえず、充填され
た添加剤が金属テープで形成した筒状物内部で単
に溶融してソリツド化したものであり、溶湯中で
添加剤が偏析し、しかも歩留りに劣るという欠点
がある。

しかして本発明者らは叙上の欠点を排除し、添
加剤の偏析がさけられ、しかも歩留りが向上され
うる線状添加剤を提供するべく鋭意研究を重ねた
結果、本発明を完成するにいたつた。

すなわち本発明は、被覆材として溶湯の溶融金
属と同一の金属を用いて、溶湯の溶融金属より低
い溶融点を有する添加剤を被覆し、ついで空気の
巻き込みを極力防いで金属テープで形成した筒状
物と添加剤および添加剤同士の強固な接触をはか
り、さらには外周部の金属テープより添加剤の中
心部にいたるまでの距離を減少せしめて固液拡散
時間を大巾に短縮するために、えられる被覆物を
圧縮成形せしめて線状のクラツド材をえたのち、
該線状クラツド材を被覆材の溶融点より低い温度
で加熱処理して被覆材と添加剤の間で合金化せし
めることを特徴とする線状添加剤の製造方法に関
するものであつて、溶湯に添加する添加剤が溶湯
の溶融金属と同一の金属と合金化された線状添加
剤を用いることにより、従来の線状添加剤におけ
るごとく添加剤が溶湯中に拡散することなく局部
的に存在して偏析をおこしたり、また雰囲気によ
り酸化または気化して歩留りが低下するなどの欠
点が排除され、添加剤が溶湯中に偏析することな
く、しかも添加剤の歩留りがいちじるしく向上さ
れうるというきわめて顕著な効果が奏される。

すなわち本発明の方法においては、 (1) 加熱処理して添加剤を合金化する工程におい
て、線状のクラツド材が空気の巻き込みを極力
防いで金属テープで形成した筒状物と添加剤お
よび添加剤同士の強固な接触がはかられ、しか
も外周部の金属テープより添加剤の中心部にい
たるまでの距離を減少せしめて固液拡散時間を
大巾に短縮せしめるように形成されているの
で、添加剤の溶融により該添加剤の酸化がさけ
られ、しかも溶融した添加剤と筒状物の金属と
の固液拡散が促進され、通常の合金の製造方法
に比べて合金化が容易に行なわれ、また酸化、
チツ化、気化などによるロスが殆んどない、 (2) 添加剤が前記金属材で被覆されているので、
添加剤が脆弱であつても曲げ、伸線などの加工
成形が容易である、 (3) 溶湯の溶融金属の溶融点より低い温度で合金
化が可能であるので、加熱に要する費用が軽減
される。たとえばCuとCaの合金の組合せのよ
うに、共晶反応を起すばあいには添加剤（すな
わちCa）の溶融点よりも低い温度で合金化が
可能であり、加熱に要する費用がさらに軽減さ
れる などの顕著な効果が奏される。

本発明の方法は銅合金用、鉄鋼合金用などの溶
湯添加用線状添加剤の製造に適用されるが、この
ばあい添加剤としては、溶湯の溶融金属より低に
溶融点を有するものがあげられ、たとえば銅合金
用としてはCa、Zn、Ｐなどが採用され、また鉄
鋼合金用としてはMg、Alなどが採用される。

本発明における、溶湯の溶融金属と同一の金属
を用いて添加剤を被覆し、これを圧縮成形して線
状クラツド材を製造する方法としては、とくに制
限なく弾常の方法が採用されるが、たとえば金属
テープを筒状に成形しながら、この金属テープの
筒状物内部にその上部開口より粉粒状添加剤を連
続的に供給しつつ、これをその進行方向の前方に
おいて圧延、伸線などの方法で線状に圧縮成形す
るか、または粉粒状添加剤を溶湯の溶融金属と同
一の金属からなるパイプに充填し、これを丸棒状
に圧縮したのちダイスにより伸線して線状に圧縮
成形するなどの方法があげられる。

またえられる線状クラツド材の加熱処理条件と
しては、前記金属からなる被覆材の溶融点より低
い温度で加熱して被覆材の金属と添加剤とを合金
化せしめる条件があげられ、たとえば被覆材とし
てCuを用いかつ添加剤としてCaを用いるばあい
について例示すれば、真空中で加熱温度700〜
1000℃および加熱時間0.3〜10分が採用され、こ
れによりCuとCaの間で合金化が容易に行なわれ
る。

つぎに添加剤としてCaを用いかつ被覆材の金
属としてCuを用いた線状添加剤（すなわち銅合
金用線状添加剤）を代表させて本発明の方法およ
び効果を具体的に説明する。

Caはごく少量の添加により再結晶温度を低下
せしめる効果をもつことが知られているが、化学
的にきわめて活性な物質であり、高温下で酸素や
チツ素と容易に反応する。またCaの溶融点は840
℃とCuの溶融点1083℃と比較して低く、比重も
1.55とCuの比重8.9と比較して低い。このために
Caを単独にまたはCuで被覆してCuの溶湯に添加
してもCuと合金化して添加しなければ、Caの偏
析や歩留りがわるくなる。とくにごく微量で前記
効果を発揮する添加物質においては、偏析や歩留
りに特別な注意を払わなければならない。

線状添加剤はつぎの方法により製造した。すな
わち偏平状Ca（大きさ：平均２mm）を内径10.7
mm、外径14.0mmのCuパイプに充填し、これを直
径6.0mmの丸棒に圧延したのち、ダイスにより直
径2.6mmまで伸線して線状クラツド材を製造し
た。ついでこの線状クラツド材を真空中で800
℃、２分間加熱処理して、CuとCaの間で固液拡
散を行なわしめ、Cuパイプの内側とCaとともに
溶解して合金化した。このばあいCaの溶融点は
840℃であるが、Cu−Ca系においては800℃の加
熱温度でもCuと合金化されえた。このようにし
てえられた銅合金用線状添加剤の横断面を走査型
電子顕微鏡（倍率：150倍）により観察した。第
１図は本発明の方法によりえられた銅合金用線状
添加剤の横断面における内部組織の顕微鏡写真、
第２図は加熱処理前の銅合金用線状添加剤の横断
面における内部組織の顕微鏡写真である。

第１図はCaをCuで被覆した線状添加剤を加熱
して合金化された中心部の二次電子線像である。
図の白い部分はCaCu₅（γ）相で、他の部分は
Ca相とCa₄Cu相とが共存していることを示す。
一方第２図はCaをCuで被覆した線状添加剤を加
熱する前の中心部の二次電子線像であり、この図
では内部がCa相のままで存在しており、合金化
されていないことを示す。

本発明の方法によりえられる線状添加剤は、
Cu溶湯に線状添加剤を添加したばあいCu中に容
易に溶解するので、Caの偏析、歩留りに殆んど
影響をおよぼすことがない。

ついでえられた線状添加剤を長さ70mmに切断
し、その2.2ｇを黒鉛坩堝中でCu800ｇを溶解し
たのち1200℃に維持した溶湯に、該溶湯表面に垂
直に立てた石英パイプを通して落下させ、添加し
た。ついで溶湯を撹拌することなく1200℃で30分
間放置したのち、傾斜した黒鉛鋳型中に鋳込み、
断面10mm×20mmおよび長さ350mmの鋳造材をえ
た。この鋳造材の黒鉛鋳型底面からそれぞれ100
mm、200mmおよび300mmに対応する部分で分析試料
を採取し、Ca濃度（ppm）の分析（原子吸光光
度法による、以下同様）を行なつた。その結果を
第３図に示す。

また比較のために、加熱処理前の銅合金用線状
添加剤、すなわち前記線状クラツド材を用いたほ
かは前記と同様にして鋳造材をえ、かつCa濃度
の分析を行なつた。その結果を第３図に示す。

第３図から、本発明の方法によりえられた銅合
金用線状添加剤は、加熱処理前の銅合金用線状添
加剤に比べて、Caの偏析が少なく、しかも歩留
りにすぐれた効果が発揮され、とくにCaの歩留
りがいちじるしく向上されうることが明らかであ
る。

以上、本発明による効果をCu溶湯にCaを添加
するばあいを代表させて説明したが、Ci以外の
他の溶湯に該溶湯の溶融金属より低い溶融点を有
する添加剤を添加するばあいにおいても、本発明
の方法が適用できることはいうまでもない。また
被覆材と添加剤の合金化を促進するには、添加剤
を被覆材で被覆したのち、圧縮成形により被覆材
と添加剤を強固に密着せしめて、接触面積を増大
させることが不可欠であるが、微細な添加剤を用
いたり、添加剤と、被覆材と同一の微細状金属粉
とを混合して用いることにより、さらにその効果
は増大される。

以上述べたごとく、添加剤の溶湯の溶融金属と
同一の金属からなる被覆材の合金化を行なつた本
発明の線状添加剤を用いるときは、溶湯中におけ
る添加剤の偏析がさけられ、また添加剤の歩留り
がよい鋳造材がえられ、工業上きわめて有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によりえられた銅合金用
線状添加剤の横断面における電子顕微鏡写真、第
２図は加熱処理前の銅合金用線状添加剤の横断面
における電子顕微鏡写真、第３図は本発明の方法
によりえられた銅合金用線状添加剤および加熱処
理前の銅合金用線状添加剤をそれぞれ用いてえら
れた鋳造材におけるCa濃度と鋳型底面からの距
離との関係を示すグラフである。 （図面の符号）、１：Cu相、２：CaCu₅（γ）
相、３：Ca相。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被覆材として金属溶湯の溶融金属と同一の金
   属を用いて、金属溶湯の溶融金属より低い溶融点
   を有する添加剤を被覆し、ついで圧縮成形して線
   状のクラツド材をえたのち、該線状クラツド材を
   被覆材の溶融点より低い温度で加熱処理して被覆
   材と添加剤の間で合金化せしめることを特徴とす
   る線状添加剤の製造方法。