銅合金線製造方法

2023-05-07 15:56:26

專利名稱：銅合金線製造方法
技術領域：
本發明涉及在來自熔化爐的熔融銅中添加鐵等的難熔性元素和磷，一邊對其連續鑄造一邊進行壓延而製造含磷的銅合金線的方法。本申請基於2007年10月16日在日本申請的特願2007-269018號而要求優先權，
其內容援用於此。
背景技術：
含有鐵磷的銅合金線具有優異的耐磨損性，通過將其適用於鐵路用架空導線等， 可以減少修繕的頻率等，消減運行成本。作為該含有鐵磷的銅合金線的製造方法，有在專利文獻1中記載的連續鑄造法。作為該專利文獻1記載的製造方法，將從熔化銅原料的鼓風爐中流出的熔融銅在 保持爐內、暫時保持在非氧化性氛圍下後，利用脫氣處理裝置將氧氣、氫氣從熔融銅中除 去。接著利用加熱爐將熔融銅加熱至高溫，同時添加第1合金元素。然後，將該熔融銅經由 導管輸送至中間包，在該中間包中添加第2合金元素。通過添加鐵作為該第1合金元素、添 加磷作為第2合金元素，可以製作含有鐵磷的銅合金。並且，將熔融銅從中間包中供給到石 墨鑄模內來製造鑄塊，然後將該鑄塊擠出並加工而製成銅合金線。另一方面，作為一條龍地進行從鑄造到壓延而連續製造銅線的方法，有使用了專 利文獻2中記載的那種帶輪式連續鑄造機的方法。該帶輪式連續鑄造機的主要部分由繞圈移動的無接頭帶、和使圓周的一部分與該 無接頭帶接觸並旋轉的鑄造輪構成。該連續鑄造機與鼓風爐等大型熔化爐連接，進而與壓 延機相連，由此可以對來自熔化爐的熔融銅進行連續鑄造壓延，用流水式生產線高速地制 造銅線。因此，該帶輪式連續鑄造機可以獲得高生產率，能夠進行大量生產，因此可以使銅 線的製造成本降低。專利文獻1 日本特開2006-341268號公報專利文獻2 日本特開2001-314950號公報

發明內容
但認為對於專利文獻1中所示的含有鐵磷的銅合金線，通過使用專利文獻2記載 的帶輪式連續鑄造機，一邊進行連續鑄造一邊進行壓延，也可實現成本的降低。然而，當使用專利文獻1記載的石墨鑄模進行鑄造時，其鑄塊以大截面積垂直送 出，而對於專利文獻2記載的帶輪式連續鑄造機的情形，由於熔融銅在鑄造的同時被彎曲， 因而鑄造組織不恰當，冷卻時容易產生裂紋。為了避免該問題，認為可將熔融銅溫度與銅的 凝固點的差異減小，但由於添加了難熔性的鐵，因此熔融銅溫度的降低有限。本發明是鑑於前述事實而作出的發明，其目的在於切實地熔化鐵等的難熔性元 素，同時可用帶輪式連續鑄造機連續生產含磷的銅合金線，實現成本的降低。本發明是一邊在熔融銅中添加磷和較該磷為難熔性的元素而一邊連續地製造含磷的銅合金線的方法，其中，將熔融銅從熔化爐送至加熱爐，並保持為第一溫度，同時在加 熱爐內添加難熔性元素，並將從該加熱爐中送來的熔融銅輸送至中間包。接著，在中間包 內，使熔融銅的溫度從前述第一溫度降低至第二溫度並添加磷，然後將來自該中間包的熔 融銅供給到帶輪式連續鑄造機中，從該帶輪式連續鑄造機中導出該鑄造銅材，進行壓延而 連續地製造含磷的銅合金線。S卩，分為難熔性元素、和與該難熔性元素相比可在低溫熔融的磷，在保持來自熔化 爐的熔融銅為高溫的狀態下首先使難熔性元素熔融，在使熔融銅的溫度降低的狀態下添加 磷。由此，在從中間包向帶輪式連續鑄造機供給時，由於熔融銅的溫度降低，因而可以順利 地伴隨著彎曲而進行鑄造。作為難熔性元素，可以使用選自鐵、鎳、鈷和鉻等的一種或二種以上。在本發明的製造方法中，作為使前述熔融銅的溫度降低的方 法，優選在熔融銅中 添加銅塊的方法。另外，優選使添加前述難熔性元素時的熔融銅的溫度為1150°C以上，使添加前述 磷時的熔融銅的溫度為1130°C以下。進而優選使添加難熔性元素時的熔融銅的溫度為 1170°C以上，使添加磷時的熔融銅的溫度為1120°C以下。根據本發明，將從熔化爐送出的熔融銅在加熱爐中保持高溫並添加難熔性元素， 因此可以切實地使該難熔性元素熔融，同時由於在使該高溫的熔融銅的溫度降低的狀態下 供給到帶輪式連續鑄造機中，因此可以伴隨著該帶輪式連續鑄造機處的彎曲而順利地進行 鑄造，可以防止裂紋等的發生。附圖的簡單說明[

圖1]是概略地表示在本發明一實施方式的銅合金線的製造方法中使用的製造 裝置的構成圖。[圖2A]是表示實施例1的本實施方式的結果的渦流探傷的示意圖。[圖2B]是表示實施例1的比較例的結果的渦流探傷的示意圖。[圖3A]是表示實施例2的本實施方式的結果的渦流探傷的示意圖。[圖3B]是表示實施例2的比較例的結果的渦流探傷的示意圖。[符號說明]1 銅合金線製造裝置2 第1添加設備3 中間包4 澆注噴嘴5 熔融銅冷卻設備6 磷添加設備11無接頭帶13 鑄造輪A 熔化爐B 保持爐C 加熱爐D 鑄造導管
E 帶輪式連續鑄造機F 壓延機G 線圈
具體實施例方式以下，對於本發明的含磷的銅合金線製造方法的一實施方式，基於附圖進行說明。首先，對於其製造裝置進行說明。本實施方式的銅合金製造裝置1的主要部分大致由熔化爐A、保持爐B、加熱爐C、鑄造導管D、帶輪式連續鑄造機E、壓延機F、和線圈G構成。熔化爐A具有圓筒形的爐主體，例如可以適宜地使用鼓風爐。在熔化爐A的下部， 沿圓周方向，上下方向上多段狀地設置多個燃燒器(圖示省略)。在該熔化爐A中，在還原 性的氛圍下進行燃燒，製作所謂的無氧銅的熔融銅。還原性的氛圍例如可以通過在天然氣 與空氣的混合氣體中，提高燃料比來得到。保持爐B用於將從熔化爐A流出的熔融銅暫時性地保持，從而將熔融銅對下流側 的供給量控制為一定。保持爐B中具備燃燒器等加熱設備，以使保持的熔融銅的溫度不降 低。另外，爐內可以通過提高燃燒器的燃料比等而形成還原性氛圍。作為加熱爐C，例如可以使用小型電爐，其將經由保持爐B送出的熔融銅加熱至規 定的高溫，以保持其高溫狀態而送入鑄造導管D。另外，該加熱爐C具備用於在該加熱爐C內的高溫的熔融銅中添加鐵等難熔性元 素的第1添加設備2。添加的鐵等難熔性元素例如可使用粒狀物。鑄造導管D將保持爐B和加熱爐C之間、以及加熱爐C和中間包2之間連接，將熔 融銅在非氧化氛圍下進行密封，一邊進行脫氣處理一邊輸送至中間包3。非氧化氛圍例如可 以通過在鑄造導管D內吹入作為惰性氣體的氮和一氧化碳的混合氣體或氬等稀有氣體來 形成。作為脫氣處理，在鑄造導管D的中途設置多個內澆道(圖示省略)，同時在這些內澆 道之間以浮遊狀態設置碳制的多量的球或粉(圖示省略)，利用內澆道一邊攪拌熔融銅一 邊進行脫氣。該碳制的球或粉可以將熔融銅中的氧作為一氧化碳高效地排出。在中間包3中，在熔融銅流動方向的終端設置澆注噴嘴4，以將來自中間包3的熔 融銅向帶輪式連續鑄造機E供給。另外，在該中間包3中設置熔融銅冷卻設備5和磷添加 設備6。熔融銅冷卻設備5在熔融銅內加入作為冷材的銅塊，利用該銅塊的熔化熱而使熔融 銅的溫度降低。磷添加設備6是在因銅塊的加入而形成低溫的熔融銅中添加磷的設備。設置該熔融銅冷卻設備5和磷添加設備6的位置未必限於中間包3中，但為了極 力避免磷與氧的化學反應，合適的是設置在經過了脫氣設備的鑄造導管D的終端部以後至 中間包3的終端之間，以便將磷添加在經脫氧處理和脫氫處理的熔融銅中。該帶輪式連續鑄造機E由繞圈移動的無接頭帶11、和使圓周的一部分與該無接頭 帶11接觸並旋轉的鑄造輪13構成。帶輪式連續鑄造機E進而與壓延機F連接。壓延機F對從帶輪式連續鑄造機E中輸出的鑄造母線材23進行壓延。該壓延機 F介由探傷器19與線圈G連接。以下，對使用這種構成的含磷的銅合金線製造裝置來製造含磷的銅合金線的方法 進行說明。
首先，在熔化爐A中裝入電解銅等銅原料，通過燃燒器的燃燒將該銅原料熔融而 得到熔融銅。此時，使熔化爐A內為還原性氛圍，製造低氧狀態的熔融銅。熔化爐A中所得的熔融銅通過在保持爐B中暫時保持，能夠在控制為一定流量的 狀態下進行輸送，供給至加熱爐C。該熔融銅在利用燃燒器的熔化爐α緊後為例如iioo°c 以下，將其在加熱爐c內保持為例如1150°C 1240°C的高溫(第一溫度)。第一溫度更優 選為 1190°C 1210°C。在該加熱爐C內添加鐵(Fe)。此時，在從熔化爐A和保持爐B流出的例如1100°C 的熔融銅中，添加的鐵未完全熔化，容易作為未熔化Fe而殘留，但由於在加熱爐C內熔融銅 可以維持足夠的高溫，因此即使是難熔性的鐵，也可以完全固溶。該鐵例如可以使用粒狀的 金屬鐵。為了熔化該鐵，還有添加Cu-Fe合金的方法，但添加物的成本高，故不優選。接著，從加熱爐C經由鑄造導管D來輸送熔融銅，使該鑄造導管 D中為非氧化氛 圍，另外通過設置內澆道(圖示省略)，使熔融銅在流動期間受到攪拌並進行脫氣處理。該 脫氣處理可以防止由Fe或Sn得到的氧化物等混入熔融銅，最終使熔融銅的氧濃度為IOppm 以下。將經該脫氣處理的熔融銅輸送至中間包3，在該中間包3中，利用熔融銅冷卻設備 5和磷添加設備6加入銅塊作為冷材，同時添加磷。作為該銅塊，例如在鑄造速度為23t/ 小時的情形，以150kg/小時加入體積為Imm3 150mm3的塊狀物。通過加入該銅塊，可以 使熔融銅溫度降低至較第一溫度低的第二溫度、例如1085°C 1130°C。第二溫度更優選為 1090°C 1110 。在該溫度降低的熔融銅中添加磷。作為該添加材料的磷可以使用含有15襯％磷 (P)的銅母合金(15% P母合金)。使添加該磷時的熔融銅溫度降低至1085°C 1130°C，這 是因為如果熔融銅溫度超過1130°C，則由於粗大柱狀晶體的生長而導致容易在鑄造母線材 23上生成裂紋或裂縫。應予說明，如果將從熔化爐A送出的熔融銅不經過加熱爐C而進行供給，雖可在 較低溫度的熔融銅中添加磷，但這樣做時，難熔性的鐵不會固溶在銅中，而作為未熔化鐵殘 留，故不優選。因此，為了熔化該鐵而暫時形成提高了熔融銅溫度的狀態，使鐵完全固溶後， 降低熔融銅溫度以添加磷。這樣，添加了鐵、磷的熔融銅從中間包3注入到帶輪式連續鑄造機E中而進行連續 地鑄造，在從帶輪式連續鑄造機E輸出後成型為鑄造母線材23。該鑄造母線材23利用壓延 機F進行壓延，形成含有磷的銅合金母材25，通過探傷器19檢測傷的有無，然後一邊塗布蠟 等潤滑油一邊捲成線圈G。根據這樣的製造方法，鐵完全固溶，同時可以製造不產生裂紋的具有良好品質的 含磷的銅合金母材25。該含磷的銅合金母材25在進行熔體化處理、時效處理後，作為去皮 處理後具有溝槽的架空導線(卜口 U線)而拉絲。例如可以得到含有0. 080 0. 500wt % Sn、0. 001 0. 300wt % Fe、0. 001 0. IOOwt % P、餘部包含Cu和不可避免雜質的含磷的銅合金線，其中，含有0. 100 0. 150wt% Sn、0. 080 0. 120wt% Fe,0. 025 0. 040wt%P、餘部包含 Cu 和不可避免雜質、 且Fe/P的比例為2. 5 3. 2的含磷的銅合金線優選作為架空導線。
實施例1對在中間包中添加磷時的熔融銅溫度導致的裂紋發生的影響進行試驗。作為冷材的銅塊使用無氧銅的電鍍用銅球，其直徑為11mm，檢測熔融銅溫度並進行反饋，同時例如以200個/小時的比例加入。熔融銅溫度為1120°C。利用帶輪式連續鑄 造機對該熔融銅進行連續鑄造，同時經由壓延機進行壓延，製造直徑為18mm的粗軋銅合金 線。該銅合金線是含有Sn 0. 118wt%, Fe 0. 090wt%, P :0. 031wt%、餘部包含Cu和不可 避免雜質的銅合金。該情形下，Fe/P的比例約為2. 9。氧(0)濃度為8ppm。用渦流探傷機 對該銅合金線探傷時的示意圖示於圖2A。另一方面，控制中間包中的冷材的加入，結果熔融銅溫度變為1140°C，此時，形成 含有Sn 0. 118wt%,Fe 0. 078wt%,P 0. 031wt%、餘部包含Cu和不可避免雜質的銅合金。 氧(0)濃度為6ppm。該銅合金線的探傷示意圖示於圖2B。對於前者本實施例的情形，製造約4000kg，作為產品無妨礙程度的小傷發現1個， 中傷發現2個，作為產品成為缺陷的大傷為0。相對於此，對於後者比較例的情形，製造約 2800kg,發現多到探傷機不能測定程度的大傷。實施例2接著，將含有Co :1550ppm、Ni :310ppm、Zn :280ppm、Sn :380ppm、P :470ppm、餘部包
含Cu和不可避免雜質的銅合金線(所謂HRS合金)，利用上述帶輪式連續鑄造機進行連續 鑄造，同時經由壓延機壓延，由此進行製造。應予說明，氧(0)濃度為6ppm。在中間包中，檢測熔融銅溫度並進行反饋，同時例如以200個/小時的比例加入作 為冷材的銅塊，使中間包溫度為1115°C。由該條件製作的銅合金線用渦流探傷機得到的探 傷結果示於圖3A。另一方面，限制中間包中的冷材的加入，結果熔融銅溫度變為1140°C。由該條件制 作的銅合金線用渦流探傷機得到的探傷結果示於圖3B。對於該銅合金線，在中間包溫度為1115°C的本實施例的情形，製造約4000kg，作 為產品沒有妨礙程度的小傷發現19個，中傷發現12個，作為產品成為缺陷的大傷為6個。 相對於此，中間包溫度為1140°C的比較例的情形，製造約4000kg，小傷和中傷多到無法測 定的程度，大傷為45個。應予說明，在本發明中，不限於上述實施方式，在不脫離本發明的主旨的範圍內可 以進行各種變換。例如，作為在中間包中加入的冷材，也可以是含有磷的脫氧銅的銅球等， 可以同時進行熔融銅的冷卻和磷的添加。另外，作為利用本發明的製造方法製造的含磷的 銅合金線，除了架空導線以外，還可以適用於直徑例如為8mm 30mm的汽車用配線等。另外，雖然對於利用設置在中間包中的磷添加設備添加銅母合金(15% P母合金) 的構成進行了說明，但不限於此，也可以使用該磷添加設備添加磷以外的元素。另外，也可 以在中間包中設置磷添加設備以外的第2添加設備以添加其它的元素這樣進行構成。實施例3進而，將含有Sn 0. 118wt%,Fe 0. 090wt%,P 0. 031wt%、餘部包含 Cu 和不可避
免雜質的銅合金線，利用上述帶輪式連續鑄造機進行連續鑄造，同時經由壓延機壓延，由此 進行製造。應予說明，氧(0)濃度為8ppm。首先，將熔化爐中所得的熔融銅暫時保持在保持爐中。在控制為一定流量的狀態下向加熱爐供給。在加熱爐中，一邊保持在1200°C—邊添加規定量的鐵(Fe)。添加了鐵 (Fe)的熔融銅經由鑄造導管輸送至中間包。這裡，為了冷卻熔融銅而添加冷材。作為冷材的 銅塊可以使用無氧銅的電鍍用銅球，其直徑為11mm，檢測熔融銅溫度並進行反饋，同時以例 如220個/小時的比例加入。熔融銅溫度為1100°C。這裡，添加規定量的磷(P)和錫(Sn)， 將該熔融銅利用帶輪式連續鑄造機進行連續鑄造，同時經由壓延機進行壓延而製造直徑為 18mm的粗軋銅合金線。 使用渦流探傷機測定線表面的傷，結果對於本實施例的情形，製造約4000kg，作為 產品沒有妨礙程度的小傷發現0個，中傷發現1個，作為產品成為缺陷的大傷為0。另外，使 用金屬顯微鏡以500倍觀察銅合金線的截面，結果不存在鐵(Fe)的未熔化。
權利要求
含磷的銅合金線製造方法，其是在熔融銅中添加磷和較該磷為難熔性的元素而連續地製造含磷的銅合金線的方法，其特徵在於，具有下述工序將熔融銅從熔化爐送至加熱爐，在該加熱爐內將熔融銅保持在第1溫度，同時添加難熔性元素的工序，將熔融銅從該加熱爐輸送到中間包中，使熔融銅的溫度降低至較前述第1溫度低的第2溫度，並添加磷的工序，和將熔融銅從該中間包供給到帶輪式連續鑄造機中製造鑄造銅材，對從該帶輪式連續鑄造機中導出的鑄造銅材進行壓延而連續地製造含磷的銅合金線的工序。
2.根據權利要求1所述的含磷的銅合金線製造方法，其中，為了使前述熔融銅的溫度 降低，而在熔融銅中添加銅塊。
3.根據權利要求1或2所述的含磷的銅合金線製造方法，其中，使添加前述難熔性元 素時的熔融銅的第1溫度為1150°C以上，使添加前述磷時的熔融銅的第2溫度為1130°C以 下。
全文摘要
本發明提供一邊在熔融銅中添加磷和較該磷為難熔性的元素，一邊連續地製造含磷的銅合金線的方法。在本發明中，通過下述步驟而連續地製造含磷的銅合金線，即，在將從熔化爐送出的熔融銅保持為規定的高溫的加熱爐內，添加難熔性元素，將從該加熱爐送出的熔融銅輸送到中間包中，在該中間包中使熔融銅的溫度降低並添加磷後，將熔融銅從該中間包供給到帶輪式連續鑄造機中，對從該帶輪式連續鑄造機中導出的鑄造銅材進行壓延而連續地製造含磷的銅合金線。
文檔編號B22D11/12GK101821036SQ200880111499
公開日2010年9月1日 申請日期2008年10月16日 優先權日2007年10月16日
發明者中本齊, 服部芳明 申請人:三菱綜合材料株式會社