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技術 タフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法

出願人 日立電線株式会社
発明者 渡部雅人青山正義田村幸一市川貴朗根本孝角田博昭
出願日 1996年12月5日 (24年0ヶ月経過) 出願番号 1996-325149
公開日 1998年6月16日 (22年6ヶ月経過) 公開番号 1998-158758
状態 未査定
技術分野 金属圧延一般 鋳造前の予備処理と金属の鋳造 鋳型中の金属の処理 非鉄金属または合金の熱処理 非鉄合金の製造
主要キーワード 微小分析 リッチ液 規定範囲外 熱間加工割れ Bi量 電子プローブ 粒界面積 Cu相
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年6月16日)のものです。
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図面 (1)

課題

新規設備およびラインの変更が不要で、かつ、不純物元素であるBiなどを含有していても熱間加工割れの生じないタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法を提供するものである。

解決手段

Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊を熱間加工して所望の製品を製造する際に、そのタフピッチ銅鋳塊における単位結晶粒界面積当たりの見掛けBi量[見掛けの粒界Bi濃度:CBi(g/mm2 )]が9.3×10-8(g/mm2 )以下となるように上記タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズを制御するようにしたものである。

概要

背景

タフピッチ銅鋳塊を熱間または冷間加工して所望の製品を得ようとする場合、銅中の不純物量が多いと、鋳塊加工時に割れクラック)が発生することがある。そして、この加工時の割れは、後工程の加工(圧延鍛造引抜きなど)によっても完全に除かれることはなく、最終製品履歴として残留し、その品質や特性などに少なからず影響を及ぼすとされている。

また、加工性に及ぼす銅中の不純物元素の影響は、冷間加工よりも熱間加工の場合においてより顕著であるため、鋳塊を加工して得られる製品の品質や特性などを低下させないためには、特に熱間加工時における鋳塊の割れを防止することが必要である。

タフピッチ銅の熱間加工性に悪影響を及ぼす不純物元素の一つとしてBiが挙げられる。

Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊の部分断顕微鏡写真の模式図を図1に示す。図1(a)は熱間圧延加工前、図1(b)は熱間圧延加工後を示している。

図1(a)に示すタフピッチ銅鋳塊1に熱間圧延加工を施すことによって、図1(b)に示すように、タフピッチ銅鋳塊11の結晶粒界3に沿って熱間加工割れ粒界割れ)4およびボイド(空隙)5が発生する。このタフピッチ銅鋳塊11について電子プローブX線微小分析を行ったところ、結晶粒界3にはBiが検出される。

すなわち、タフピッチ銅鋳塊11における熱間圧延加工時の熱間加工割れ4およびボイド5は、結晶粒界3に存在する低融点物質であるBiが熱間加工時の高温下においては液相(BiリッチCu相)の状態で存在するため、結晶粒界3の強度が低下すると共に加工によって結晶粒2同士が移動し易くなることによって生ずるものと考えられる。したがって、この熱間加工割れ4を防止するためには、タフピッチ銅鋳塊1の鋳造工程前段階において精練などを行い、タフピッチ銅中の不純物元素であるBiなどを除去することが必要となる。

概要

新規設備およびラインの変更が不要で、かつ、不純物元素であるBiなどを含有していても熱間加工割れの生じないタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法を提供するものである。

Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊を熱間加工して所望の製品を製造する際に、そのタフピッチ銅鋳塊における単位結晶粒界面積当たりの見掛けBi量[見掛けの粒界Bi濃度:CBi(g/mm2 )]が9.3×10-8(g/mm2 )以下となるように上記タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズを制御するようにしたものである。

目的

そこで本発明は、上記課題を解決し、新規設備およびラインの変更が不要で、かつ、不純物元素であるBiなどを含有していても熱間加工割れの生じないタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊熱間加工して所望の製品を製造する際に、そのタフピッチ銅鋳塊における単位結晶粒界面積当たりの見掛けBi量[見掛けの粒界Bi濃度:CBi(g/mm2 )]が9.3×10-8(g/mm2 )以下となるように上記タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズを制御するようにしたことを特徴とするタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法

請求項2

上記タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズが、溶融タフピッチ銅の低温鋳造、鋳造時における溶融タフピッチ銅への超音波の付与、または鋳造時における溶融タフピッチ銅の電磁攪拌などによって制御される請求項1記載のタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法。

技術分野

0001

本発明は、タフピッチ銅鋳塊熱間加工割れ防止方法係り、特に、Biを含有したタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法に関するものである。

背景技術

0002

タフピッチ銅鋳塊を熱間または冷間加工して所望の製品を得ようとする場合、銅中の不純物量が多いと、鋳塊加工時に割れクラック)が発生することがある。そして、この加工時の割れは、後工程の加工(圧延鍛造引抜きなど)によっても完全に除かれることはなく、最終製品履歴として残留し、その品質や特性などに少なからず影響を及ぼすとされている。

0003

また、加工性に及ぼす銅中の不純物元素の影響は、冷間加工よりも熱間加工の場合においてより顕著であるため、鋳塊を加工して得られる製品の品質や特性などを低下させないためには、特に熱間加工時における鋳塊の割れを防止することが必要である。

0004

タフピッチ銅の熱間加工性に悪影響を及ぼす不純物元素の一つとしてBiが挙げられる。

0005

Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊の部分断顕微鏡写真の模式図を図1に示す。図1(a)は熱間圧延加工前、図1(b)は熱間圧延加工後を示している。

0006

図1(a)に示すタフピッチ銅鋳塊1に熱間圧延加工を施すことによって、図1(b)に示すように、タフピッチ銅鋳塊11の結晶粒界3に沿って熱間加工割れ(粒界割れ)4およびボイド(空隙)5が発生する。このタフピッチ銅鋳塊11について電子プローブX線微小分析を行ったところ、結晶粒界3にはBiが検出される。

0007

すなわち、タフピッチ銅鋳塊11における熱間圧延加工時の熱間加工割れ4およびボイド5は、結晶粒界3に存在する低融点物質であるBiが熱間加工時の高温下においては液相(BiリッチCu相)の状態で存在するため、結晶粒界3の強度が低下すると共に加工によって結晶粒2同士が移動し易くなることによって生ずるものと考えられる。したがって、この熱間加工割れ4を防止するためには、タフピッチ銅鋳塊1の鋳造工程前段階において精練などを行い、タフピッチ銅中の不純物元素であるBiなどを除去することが必要となる。

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、タフピッチ銅鋳塊1の鋳造工程の前段階において精練などによって、タフピッチ銅中の不純物元素であるBiなどの除去はできるものの、次のような問題点がある。

0009

溶融タフピッチ銅鋳塊を精練するための新規設備が必要である。

0010

の設備の導入に伴う実操業ラインの変更が必要である。

0011

Biは乾式精練による除去が比較的難しい元素である。

0012

そこで本発明は、上記課題を解決し、新規設備およびラインの変更が不要で、かつ、不純物元素であるBiなどを含有していても熱間加工割れの生じないタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

上記課題を解決するために請求項1の発明は、Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊を熱間加工して所望の製品を製造する際に、そのタフピッチ銅鋳塊における単位結晶粒界面積当たりの見掛けBi量[見掛けの粒界Bi濃度:CBi(g/mm2 )]が9.3×10-8(g/mm2 )以下となるように上記タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズを制御するようにしたものである。

0014

請求項2の発明は、上記タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズが、溶融タフピッチ銅の低温鋳造、鋳造時における溶融タフピッチ銅への超音波の付与、または鋳造時における溶融タフピッチ銅の電磁攪拌などによって制御される請求項1記載のタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法である。

0015

以上の構成によれば、Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊を熱間加工して所望の製品を製造する際に、そのタフピッチ銅鋳塊における単位結晶粒界面積当たりの見掛けのBi量[見掛けの粒界Bi濃度:CBi(g/mm2 )]が9.3×10-8(g/mm2 )以下となるように上記タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズを制御したため、新規設備およびラインの変更が不要で、かつ、不純物元素であるBiなどを含有していても熱間加工割れの生じないタフピッチ銅鋳塊を得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、本発明の実施の形態を説明する。

0017

上述したように、Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊の熱間加工時の割れは結晶粒界に沿って生じており、また、その結晶粒界からはBiが検出されている。このことから、熱間加工割れはBiリッチ液相の存在による結晶粒界の強度低下によるものと考えられる。

0018

本発明者らは鋭意研究した結果、結晶粒界の強度低下の対応策として、結晶粒界の面積の増加、すなわち、結晶粒の微細化を行うことによって、有害なBiを分散させると共にタフピッチ銅鋳塊の単位結晶粒界面積当たりのBi量(見掛けの粒界Bi濃度)を減少させ、タフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ感受性を低減させることができるということを見出だした。

0019

本発明のタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法は、Biを含有し、かつ、Bi以外の不可避的不純物を適宜含んだタフピッチ銅鋳塊を熱間加工して所望の製品を製造する際に、そのタフピッチ銅鋳塊における単位結晶粒界面積当たりの見掛けのBi量[見掛けの粒界Bi濃度:CBi(g/mm2 )]が9.3×10-8(g/mm2 )以下となるように上記タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズを制御するものである。

0020

本発明のタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れ防止方法を以下に述べる。

0021

本発明においては、タフピッチ銅鋳塊における単位結晶粒界面積当たりの見掛けのBi量[見掛けの粒界Bi濃度:CBi(g/mm2 )]を、
CBi≡[鋳塊のBi量(g)/結晶粒界面積(mm2 )]
と定義している。

0022

ここで、タフピッチ銅鋳塊中の実際の「結晶粒界面積」の測定は不可能であるため、タフピッチ銅鋳塊の任意面の結晶粒界の総延長である「トータル結晶粒界Σl(mm)」を実測し、この値にタフピッチ銅鋳塊の単位厚み1mmを乗じた値を「結晶粒界面積[Σl×1(mm)]」としている。

0023

このタフピッチ銅鋳塊の見掛けの粒界Bi濃度であるCBi(g/mm2 )が9.3×10-8(g/mm2 )以下となるように、鋳造時におけるタフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズを制御する。その後、タフピッチ銅鋳塊に熱間加工(圧延、鍛造、引抜きなど)を施す。ここで、タフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズの制御は、例えば、溶融タフピッチ銅の低温鋳造、鋳造時における溶融タフピッチ銅への超音波の付与、または鋳造時における溶融タフピッチ銅の電磁攪拌などによって行う。

0024

本発明によれば、鋳造時におけるタフピッチ銅鋳塊の結晶粒サイズを制御しているため、熱間加工時におけるタフピッチ銅鋳塊の熱間加工割れを防ぐことができると共に、最終製品の品質や特性などを向上させることが可能となる。

0025

本発明においては、タフピッチ銅を用いているが、タフピッチ銅では、予め200〜500ppm程度の酸素を含有しているため、酸化されやすい不純物元素がタフピッチ銅中に混入した場合、その元素がタフピッチ銅中の酸素と結合して酸化物となる可能性がある。

0026

一方、酸素をほとんど含有しない無酸素銅(O2 濃度:10ppm程度)の場合、無酸素銅中に混入した不純物元素は、タフピッチ銅の場合と比較すると当然異なる挙動をとることが考えられるが、無酸素銅鋳塊の結晶粒を微細化し、結晶粒界に存在する有害元素であるBiを分散させることは、熱間加工割れの防ぐための手段として有効である。タフピッチ銅以上に酸素を含有する銅または無酸素銅よりも酸素含有量の少ない銅(例えば、OFHC)のいずれの場合においても、鋳塊の結晶粒を微細化することは、その熱間加工割れの防止策として有効となる。

0027

不可避的不純物とBiのみを含むタフピッチ銅において、Bi濃度を5、8、15、28、54(mass ppm)と変化させたタフピッチ銅をAr雰囲気加熱炉において溶融し、溶融タフピッチ銅(以下、Bi−5、Bi−8、Bi−15、Bi−28、Bi−54と呼ぶ)とし、それぞれの溶融タフピッチ銅を用い、結晶粒サイズが0.5、1.0、2.0、3.0mm(Bi−15は、結晶粒サイズが2.2mmのもの、およびBi−28は、結晶粒サイズが1.5mmのものを含めて共に5種類)のタフピッチ銅鋳塊を作製する。

0028

この時における、結晶粒サイズの制御は、溶融タフピッチ銅の温度を変えることによって行った。具体的には、1,110〜1,200℃の温度範囲でそれぞれ30分保持し、溶湯鋳型流し込んだ後に空冷することによって、結晶粒サイズの異なるタフピッチ銅を作製した。

0029

また、それぞれのタフピッチ銅鋳塊1mm3 に含まれるBi量は、Bi−5で4.4×10-8(g)、Bi−8で7.1×10-8(g)、Bi−15で1.3×10-7(g)、Bi−28で2.5×10-7(g)、Bi−54で4.8×10-7(g)である。

0030

その後、これらのタフピッチ銅鋳塊を、Ar雰囲気で800℃、30min加熱保持し、続いて加工度30%で熱間圧延する。熱間圧延後のタフピッチ銅鋳塊表面における熱間加工割れの有無を、倍率約10倍の実態顕微鏡で表面観察することで評価した。

0031

各タフピッチ銅鋳塊の諸元(鋳塊中のBi濃度(mass ppm)、鋳塊1mm3 中のBi含有量(g)、結晶粒サイズ(切片法により算出:mm)、鋳塊1mm3 中の結晶粒界面積(mm2 )、見掛けの粒界Bi濃度CBi(g/mm2))および熱間加工割れの有無を表1に示す。ここで、表1における○印は熱間加工割れ「無し」を、×印は熱間加工割れ「有り」を表している。

0032

0033

表1に示すように、Bi−5の溶融タフピッチ銅を鋳造して作製したタフピッチ銅鋳塊は、全ての結晶粒サイズ(0.5、1.0、2.0、3.0(mm))において、見掛けの粒界Bi濃度CBiが9.3×10-8(g/mm2 )以下であるため、熱間加工割れは発生していない。

0034

Bi−8の溶融タフピッチ銅を鋳造して作製したタフピッチ銅鋳塊は、結晶粒サイズが0.5、1.0、2.0(mm)においては、見掛けの粒界Bi濃度CBiが9.3×10-8(g/mm2 )以下であるため、熱間加工割れは発生していないが、結晶粒サイズが3.0(mm)においては、見掛けの粒界Bi濃度CBiが1.2×10-7(g/mm2 )と規定範囲外であるため、熱間加工割れが発生していた。

0035

Bi−15の溶融タフピッチ銅を鋳造して作製したタフピッチ銅鋳塊は、結晶粒サイズが0.5、1.0、2.0(mm)においては、見掛けの粒界Bi濃度CBiが9.3×10-8(g/mm2 )以下であるため、熱間加工割れは発生していないが、結晶粒サイズが2.2、3.0(mm)においては、見掛けの粒界Bi濃度CBiがそれぞれ1.0×10-7、2.0×10-7(g/mm2 )と規定範囲外であるため、熱間加工割れが発生していた。

0036

Bi−28の溶融タフピッチ銅を鋳造して作製したタフピッチ銅鋳塊は、結晶粒サイズが0.5、1.0(mm)においては、見掛けの粒界Bi濃度CBiが9.3×10-8(g/mm2 )以下であるため、熱間加工割れは発生していないが、結晶粒サイズが1.5、2.0、3.0(mm)においては、見掛けの粒界Bi濃度CBiがそれぞれ1.2×10-7、1.8×10-7、3.5×10-7(g/mm2 )と規定範囲外であるため、熱間加工割れが発生していた。

0037

Bi−54の溶融タフピッチ銅を鋳造して作製したタフピッチ銅鋳塊は、全ての結晶粒サイズ(0.5、1.0、2.0、3.0(mm))において、見掛けの粒界Bi濃度CBiがそれぞれ1.2×10-7、1.6×10-7、3.2×10-7、7.6×10-7(g/mm2 )と規定範囲外であるため、熱間加工割れが発生していた。

0038

すなわち、タフピッチ銅鋳塊中に不純物元素であるBiなどを多少含有していても、タフピッチ銅鋳塊中の結晶粒サイズを微細化して見掛けの粒界Bi濃度CBiを9.3×10-8(g/mm2 )以下とすることにより、熱間加工割れ感受性を低減することができる。これによって、製品の品質および特性の向上を図ることができると共に、生産性の向上および低コスト化を図ることができる。

発明の効果

0039

以上要するに本発明によれば、タフピッチ銅鋳塊中に不純物元素であるBiなどが含有されていても、タフピッチ銅鋳塊中の結晶粒サイズを微細化して見掛けの粒界Bi濃度CBiを9.3×10-8(g/mm2 )以下とすることによって、熱間加工割れ感受性を低減しているため、新規設備およびラインの変更が不要であるという優れた効果を発揮する。

図面の簡単な説明

0040

図1従来のタフピッチ銅鋳塊の部分断面顕微鏡写真の模式図である。(a)は熱間圧延加工前、(b)は熱間圧延加工後を示している。

--

0041

1、11タフピッチ銅鋳塊
2結晶粒
3結晶粒界
4熱間加工割れ
5ボイド(空隙)

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