铜合金线制造方法

专利名称：铜合金线制造方法
技术领域：
本发明涉及在来自熔化炉的熔融铜中添加铁等的难熔性元素和磷，一边对其连续铸造一边进行压延而制造含磷的铜合金线的方法。本申请基于2007年10月16日在日本申请的特愿2007-269018号而要求优先权，
其内容援用于此。
背景技术：
含有铁磷的铜合金线具有优异的耐磨损性，通过将其适用于铁路用架空导线等， 可以减少修缮的频率等，消减运行成本。作为该含有铁磷的铜合金线的制造方法，有在专利文献1中记载的连续铸造法。作为该专利文献1记载的制造方法，将从熔化铜原料的鼓风炉中流出的熔融铜在 保持炉内、暂时保持在非氧化性氛围下后，利用脱气处理装置将氧气、氢气从熔融铜中除 去。接着利用加热炉将熔融铜加热至高温，同时添加第1合金元素。然后，将该熔融铜经由 导管输送至中间包，在该中间包中添加第2合金元素。通过添加铁作为该第1合金元素、添 加磷作为第2合金元素，可以制作含有铁磷的铜合金。并且，将熔融铜从中间包中供给到石 墨铸模内来制造铸块，然后将该铸块挤出并加工而制成铜合金线。另一方面，作为一条龙地进行从铸造到压延而连续制造铜线的方法，有使用了专 利文献2中记载的那种带轮式连续铸造机的方法。该带轮式连续铸造机的主要部分由绕圈移动的无接头带、和使圆周的一部分与该 无接头带接触并旋转的铸造轮构成。该连续铸造机与鼓风炉等大型熔化炉连接，进而与压 延机相连，由此可以对来自熔化炉的熔融铜进行连续铸造压延，用流水式生产线高速地制 造铜线。因此，该带轮式连续铸造机可以获得高生产率，能够进行大量生产，因此可以使铜 线的制造成本降低。专利文献1 日本特开2006-341268号公报专利文献2 日本特开2001-314950号公报

发明内容
但认为对于专利文献1中所示的含有铁磷的铜合金线，通过使用专利文献2记载 的带轮式连续铸造机，一边进行连续铸造一边进行压延，也可实现成本的降低。然而，当使用专利文献1记载的石墨铸模进行铸造时，其铸块以大截面积垂直送 出，而对于专利文献2记载的带轮式连续铸造机的情形，由于熔融铜在铸造的同时被弯曲， 因而铸造组织不恰当，冷却时容易产生裂纹。为了避免该问题，认为可将熔融铜温度与铜的 凝固点的差异减小，但由于添加了难熔性的铁，因此熔融铜温度的降低有限。本发明是鉴于前述事实而作出的发明，其目的在于切实地熔化铁等的难熔性元 素，同时可用带轮式连续铸造机连续生产含磷的铜合金线，实现成本的降低。本发明是一边在熔融铜中添加磷和较该磷为难熔性的元素而一边连续地制造含磷的铜合金线的方法，其中，将熔融铜从熔化炉送至加热炉，并保持为第一温度，同时在加 热炉内添加难熔性元素，并将从该加热炉中送来的熔融铜输送至中间包。接着，在中间包 内，使熔融铜的温度从前述第一温度降低至第二温度并添加磷，然后将来自该中间包的熔 融铜供给到带轮式连续铸造机中，从该带轮式连续铸造机中导出该铸造铜材，进行压延而 连续地制造含磷的铜合金线。S卩，分为难熔性元素、和与该难熔性元素相比可在低温熔融的磷，在保持来自熔化 炉的熔融铜为高温的状态下首先使难熔性元素熔融，在使熔融铜的温度降低的状态下添加 磷。由此，在从中间包向带轮式连续铸造机供给时，由于熔融铜的温度降低，因而可以顺利 地伴随着弯曲而进行铸造。作为难熔性元素，可以使用选自铁、镍、钴和铬等的一种或二种以上。在本发明的制造方法中，作为使前述熔融铜的温度降低的方 法，优选在熔融铜中 添加铜块的方法。另外，优选使添加前述难熔性元素时的熔融铜的温度为1150°C以上，使添加前述 磷时的熔融铜的温度为1130°C以下。进而优选使添加难熔性元素时的熔融铜的温度为 1170°C以上，使添加磷时的熔融铜的温度为1120°C以下。根据本发明，将从熔化炉送出的熔融铜在加热炉中保持高温并添加难熔性元素， 因此可以切实地使该难熔性元素熔融，同时由于在使该高温的熔融铜的温度降低的状态下 供给到带轮式连续铸造机中，因此可以伴随着该带轮式连续铸造机处的弯曲而顺利地进行 铸造，可以防止裂纹等的发生。附图的简单说明[

图1]是概略地表示在本发明一实施方式的铜合金线的制造方法中使用的制造 装置的构成图。[图2A]是表示实施例1的本实施方式的结果的涡流探伤的示意图。[图2B]是表示实施例1的比较例的结果的涡流探伤的示意图。[图3A]是表示实施例2的本实施方式的结果的涡流探伤的示意图。[图3B]是表示实施例2的比较例的结果的涡流探伤的示意图。[符号说明]1 铜合金线制造装置2 第1添加设备3 中间包4 浇注喷嘴5 熔融铜冷却设备6 磷添加设备11无接头带13 铸造轮A 熔化炉B 保持炉C 加热炉D 铸造导管
E 带轮式连续铸造机F 压延机G 线圈
具体实施例方式以下，对于本发明的含磷的铜合金线制造方法的一实施方式，基于附图进行说明。首先，对于其制造装置进行说明。本实施方式的铜合金制造装置1的主要部分大致由熔化炉A、保持炉B、加热炉C、铸造导管D、带轮式连续铸造机E、压延机F、和线圈G构成。熔化炉A具有圆筒形的炉主体，例如可以适宜地使用鼓风炉。在熔化炉A的下部， 沿圆周方向，上下方向上多段状地设置多个燃烧器(图示省略)。在该熔化炉A中，在还原 性的氛围下进行燃烧，制作所谓的无氧铜的熔融铜。还原性的氛围例如可以通过在天然气 与空气的混合气体中，提高燃料比来得到。保持炉B用于将从熔化炉A流出的熔融铜暂时性地保持，从而将熔融铜对下流侧 的供给量控制为一定。保持炉B中具备燃烧器等加热设备，以使保持的熔融铜的温度不降 低。另外，炉内可以通过提高燃烧器的燃料比等而形成还原性氛围。作为加热炉C，例如可以使用小型电炉，其将经由保持炉B送出的熔融铜加热至规 定的高温，以保持其高温状态而送入铸造导管D。另外，该加热炉C具备用于在该加热炉C内的高温的熔融铜中添加铁等难熔性元 素的第1添加设备2。添加的铁等难熔性元素例如可使用粒状物。铸造导管D将保持炉B和加热炉C之间、以及加热炉C和中间包2之间连接，将熔 融铜在非氧化氛围下进行密封，一边进行脱气处理一边输送至中间包3。非氧化氛围例如可 以通过在铸造导管D内吹入作为惰性气体的氮和一氧化碳的混合气体或氩等稀有气体来 形成。作为脱气处理，在铸造导管D的中途设置多个内浇道(图示省略)，同时在这些内浇 道之间以浮游状态设置碳制的多量的球或粉(图示省略)，利用内浇道一边搅拌熔融铜一 边进行脱气。该碳制的球或粉可以将熔融铜中的氧作为一氧化碳高效地排出。在中间包3中，在熔融铜流动方向的终端设置浇注喷嘴4，以将来自中间包3的熔 融铜向带轮式连续铸造机E供给。另外，在该中间包3中设置熔融铜冷却设备5和磷添加 设备6。熔融铜冷却设备5在熔融铜内加入作为冷材的铜块，利用该铜块的熔化热而使熔融 铜的温度降低。磷添加设备6是在因铜块的加入而形成低温的熔融铜中添加磷的设备。设置该熔融铜冷却设备5和磷添加设备6的位置未必限于中间包3中，但为了极 力避免磷与氧的化学反应，合适的是设置在经过了脱气设备的铸造导管D的终端部以后至 中间包3的终端之间，以便将磷添加在经脱氧处理和脱氢处理的熔融铜中。该带轮式连续铸造机E由绕圈移动的无接头带11、和使圆周的一部分与该无接头 带11接触并旋转的铸造轮13构成。带轮式连续铸造机E进而与压延机F连接。压延机F对从带轮式连续铸造机E中输出的铸造母线材23进行压延。该压延机 F介由探伤器19与线圈G连接。以下，对使用这种构成的含磷的铜合金线制造装置来制造含磷的铜合金线的方法 进行说明。
首先，在熔化炉A中装入电解铜等铜原料，通过燃烧器的燃烧将该铜原料熔融而 得到熔融铜。此时，使熔化炉A内为还原性氛围，制造低氧状态的熔融铜。熔化炉A中所得的熔融铜通过在保持炉B中暂时保持，能够在控制为一定流量的 状态下进行输送，供给至加热炉C。该熔融铜在利用燃烧器的熔化炉α紧后为例如iioo°c 以下，将其在加热炉c内保持为例如1150°C 1240°C的高温(第一温度)。第一温度更优 选为 1190°C 1210°C。在该加热炉C内添加铁(Fe)。此时，在从熔化炉A和保持炉B流出的例如1100°C 的熔融铜中，添加的铁未完全熔化，容易作为未熔化Fe而残留，但由于在加热炉C内熔融铜 可以维持足够的高温，因此即使是难熔性的铁，也可以完全固溶。该铁例如可以使用粒状的 金属铁。为了熔化该铁，还有添加Cu-Fe合金的方法，但添加物的成本高，故不优选。接着，从加热炉C经由铸造导管D来输送熔融铜，使该铸造导管 D中为非氧化氛 围，另外通过设置内浇道(图示省略)，使熔融铜在流动期间受到搅拌并进行脱气处理。该 脱气处理可以防止由Fe或Sn得到的氧化物等混入熔融铜，最终使熔融铜的氧浓度为IOppm 以下。将经该脱气处理的熔融铜输送至中间包3，在该中间包3中，利用熔融铜冷却设备 5和磷添加设备6加入铜块作为冷材，同时添加磷。作为该铜块，例如在铸造速度为23t/ 小时的情形，以150kg/小时加入体积为Imm3 150mm3的块状物。通过加入该铜块，可以 使熔融铜温度降低至较第一温度低的第二温度、例如1085°C 1130°C。第二温度更优选为 1090°C 1110 。在该温度降低的熔融铜中添加磷。作为该添加材料的磷可以使用含有15衬％磷 (P)的铜母合金(15% P母合金)。使添加该磷时的熔融铜温度降低至1085°C 1130°C，这 是因为如果熔融铜温度超过1130°C，则由于粗大柱状晶体的生长而导致容易在铸造母线材 23上生成裂纹或裂缝。应予说明，如果将从熔化炉A送出的熔融铜不经过加热炉C而进行供给，虽可在 较低温度的熔融铜中添加磷，但这样做时，难熔性的铁不会固溶在铜中，而作为未熔化铁残 留，故不优选。因此，为了熔化该铁而暂时形成提高了熔融铜温度的状态，使铁完全固溶后， 降低熔融铜温度以添加磷。这样，添加了铁、磷的熔融铜从中间包3注入到带轮式连续铸造机E中而进行连续 地铸造，在从带轮式连续铸造机E输出后成型为铸造母线材23。该铸造母线材23利用压延 机F进行压延，形成含有磷的铜合金母材25，通过探伤器19检测伤的有无，然后一边涂布蜡 等润滑油一边卷成线圈G。根据这样的制造方法，铁完全固溶，同时可以制造不产生裂纹的具有良好品质的 含磷的铜合金母材25。该含磷的铜合金母材25在进行熔体化处理、时效处理后，作为去皮 处理后具有沟槽的架空导线(卜口 U線)而拉丝。例如可以得到含有0. 080 0. 500wt % Sn、0. 001 0. 300wt % Fe、0. 001 0. IOOwt % P、余部包含Cu和不可避免杂质的含磷的铜合金线，其中，含有0. 100 0. 150wt% Sn、0. 080 0. 120wt% Fe,0. 025 0. 040wt%P、余部包含 Cu 和不可避免杂质、 且Fe/P的比例为2. 5 3. 2的含磷的铜合金线优选作为架空导线。
实施例1对在中间包中添加磷时的熔融铜温度导致的裂纹发生的影响进行试验。作为冷材的铜块使用无氧铜的电镀用铜球，其直径为11mm，检测熔融铜温度并进行反馈，同时例如以200个/小时的比例加入。熔融铜温度为1120°C。利用带轮式连续铸 造机对该熔融铜进行连续铸造，同时经由压延机进行压延，制造直径为18mm的粗轧铜合金 线。该铜合金线是含有Sn 0. 118wt%, Fe 0. 090wt%, P :0. 031wt%、余部包含Cu和不可 避免杂质的铜合金。该情形下，Fe/P的比例约为2. 9。氧(0)浓度为8ppm。用涡流探伤机 对该铜合金线探伤时的示意图示于图2A。另一方面，控制中间包中的冷材的加入，结果熔融铜温度变为1140°C，此时，形成 含有Sn 0. 118wt%,Fe 0. 078wt%,P 0. 031wt%、余部包含Cu和不可避免杂质的铜合金。 氧(0)浓度为6ppm。该铜合金线的探伤示意图示于图2B。对于前者本实施例的情形，制造约4000kg，作为产品无妨碍程度的小伤发现1个， 中伤发现2个，作为产品成为缺陷的大伤为0。相对于此，对于后者比较例的情形，制造约 2800kg,发现多到探伤机不能测定程度的大伤。实施例2接着，将含有Co :1550ppm、Ni :310ppm、Zn :280ppm、Sn :380ppm、P :470ppm、余部包
含Cu和不可避免杂质的铜合金线(所谓HRS合金)，利用上述带轮式连续铸造机进行连续 铸造，同时经由压延机压延，由此进行制造。应予说明，氧(0)浓度为6ppm。在中间包中，检测熔融铜温度并进行反馈，同时例如以200个/小时的比例加入作 为冷材的铜块，使中间包温度为1115°C。由该条件制作的铜合金线用涡流探伤机得到的探 伤结果示于图3A。另一方面，限制中间包中的冷材的加入，结果熔融铜温度变为1140°C。由该条件制 作的铜合金线用涡流探伤机得到的探伤结果示于图3B。对于该铜合金线，在中间包温度为1115°C的本实施例的情形，制造约4000kg，作 为产品没有妨碍程度的小伤发现19个，中伤发现12个，作为产品成为缺陷的大伤为6个。 相对于此，中间包温度为1140°C的比较例的情形，制造约4000kg，小伤和中伤多到无法测 定的程度，大伤为45个。应予说明，在本发明中，不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可 以进行各种变换。例如，作为在中间包中加入的冷材，也可以是含有磷的脱氧铜的铜球等， 可以同时进行熔融铜的冷却和磷的添加。另外，作为利用本发明的制造方法制造的含磷的 铜合金线，除了架空导线以外，还可以适用于直径例如为8mm 30mm的汽车用配线等。另外，虽然对于利用设置在中间包中的磷添加设备添加铜母合金(15% P母合金) 的构成进行了说明，但不限于此，也可以使用该磷添加设备添加磷以外的元素。另外，也可 以在中间包中设置磷添加设备以外的第2添加设备以添加其它的元素这样进行构成。实施例3进而，将含有Sn 0. 118wt%,Fe 0. 090wt%,P 0. 031wt%、余部包含 Cu 和不可避
免杂质的铜合金线，利用上述带轮式连续铸造机进行连续铸造，同时经由压延机压延，由此 进行制造。应予说明，氧(0)浓度为8ppm。首先，将熔化炉中所得的熔融铜暂时保持在保持炉中。在控制为一定流量的状态下向加热炉供给。在加热炉中，一边保持在1200°C—边添加规定量的铁(Fe)。添加了铁 (Fe)的熔融铜经由铸造导管输送至中间包。这里，为了冷却熔融铜而添加冷材。作为冷材的 铜块可以使用无氧铜的电镀用铜球，其直径为11mm，检测熔融铜温度并进行反馈，同时以例 如220个/小时的比例加入。熔融铜温度为1100°C。这里，添加规定量的磷(P)和锡(Sn)， 将该熔融铜利用带轮式连续铸造机进行连续铸造，同时经由压延机进行压延而制造直径为 18mm的粗轧铜合金线。 使用涡流探伤机测定线表面的伤，结果对于本实施例的情形，制造约4000kg，作为 产品没有妨碍程度的小伤发现0个，中伤发现1个，作为产品成为缺陷的大伤为0。另外，使 用金属显微镜以500倍观察铜合金线的截面，结果不存在铁(Fe)的未熔化。
权利要求
含磷的铜合金线制造方法，其是在熔融铜中添加磷和较该磷为难熔性的元素而连续地制造含磷的铜合金线的方法，其特征在于，具有下述工序将熔融铜从熔化炉送至加热炉，在该加热炉内将熔融铜保持在第1温度，同时添加难熔性元素的工序，将熔融铜从该加热炉输送到中间包中，使熔融铜的温度降低至较前述第1温度低的第2温度，并添加磷的工序，和将熔融铜从该中间包供给到带轮式连续铸造机中制造铸造铜材，对从该带轮式连续铸造机中导出的铸造铜材进行压延而连续地制造含磷的铜合金线的工序。
2.根据权利要求1所述的含磷的铜合金线制造方法，其中，为了使前述熔融铜的温度 降低，而在熔融铜中添加铜块。
3.根据权利要求1或2所述的含磷的铜合金线制造方法，其中，使添加前述难熔性元 素时的熔融铜的第1温度为1150°C以上，使添加前述磷时的熔融铜的第2温度为1130°C以 下。
全文摘要
本发明提供一边在熔融铜中添加磷和较该磷为难熔性的元素，一边连续地制造含磷的铜合金线的方法。在本发明中，通过下述步骤而连续地制造含磷的铜合金线，即，在将从熔化炉送出的熔融铜保持为规定的高温的加热炉内，添加难熔性元素，将从该加热炉送出的熔融铜输送到中间包中，在该中间包中使熔融铜的温度降低并添加磷后，将熔融铜从该中间包供给到带轮式连续铸造机中，对从该带轮式连续铸造机中导出的铸造铜材进行压延而连续地制造含磷的铜合金线。
文档编号B22D11/12GK101821036SQ200880111499
公开日2010年9月1日 申请日期2008年10月16日 优先权日2007年10月16日
发明者中本齐, 服部芳明 申请人:三菱综合材料株式会社