銅材の製造方法及び銅材
【課題】安価で、軟化温度の低く、かつ導電率の高い無酸素銅材の製造方法及び銅材を提供するものである。
【解決手段】本発明に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯にＮｂを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂの割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整するものである。
【解決手段】本発明に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯にＮｂを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂの割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅材の製造方法に係り、特に、無酸素銅材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、銅線を含む各種線材の多くは、連続鋳造圧延法により形成される。先ず、シャフト炉で溶解させた溶湯がＳＣＲ方式、又はコンチロッド（登録商標）方式の連続鋳造手段に供給され、鋳造バーが得られる。次に、その鋳造バーは連続鋳造手段に連結された熱間圧延手段に供給され、所定の外径に圧延される。その後、圧延材が冷却され、荒引き線が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
連続鋳造圧延法は、溶解工程、鋳造工程、及び熱間圧延工程の各ラインが連続しており、荒引き線の製造法としては効率的で、生産性に優れた方法である。得られた荒引き線は、その後、冷間伸線工程、焼きなまし工程に供され、最終製品（例えば銅線）が得られる。この銅線の構成材の一つにタフピッチ銅がある。タフピッチ銅は、スクラップ銅と電気銅を混ぜたものを利用することができるため、原料コストが安価である。また、タフピッチ銅は、無酸素銅と比べて酸素含有量が多いため、必然的に、無酸素銅と比べて酸化した不純物の含有量が多くなるという特徴がある。また、無酸素銅の製法として、溶銅湯面に配した鋳型内で溶銅を凝固させて上方に連続的に引上げる上方引上連続鋳造法（アップキャスト法）などがある。この無酸素銅は、近年モータ用のマグネットワイヤにも使用されるようになってきた。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４０４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、銅線製造の焼きなまし工程において、連続焼きなましを行う（冷間伸線工程と焼きなまし工程を連続的に行う）ことで、工業生産性を向上させることができる。しかし、この場合、被焼きなまし材の軟化温度が高いと、焼きなまし工程に時間がかかると共に、焼きなまし工程の生産速度に冷間伸線工程の生産速度を合わせる必要があり、銅線の生産性が阻害される。また、被焼きなまし材の軟化温度が高いと、焼きなましに要する熱エネルギーが増大し、製品コストの上昇を招いてしまう。よって、被焼きなまし材の軟化温度の低下が図られている。
【０００６】
銅材の軟化温度を低下させるには、銅母材中に含まれる不純物元素を除去し、Ｃｕ純度を高めることが必要とされる。不純物元素を除去する方法としては、例えば、溶湯原料の選定（高純度のものを使用）、溶湯の酸化精錬、還元精錬などがある。しかしながら、この不純物元素を除去する方法は、コストが非常にかさむ方法である。このため、溶湯原料にタフピッチ銅を用いた場合、この方法は経済的に極めて不利であり、工業的に適した方法とは言えなかった。さらに、近年では、マグネットワイヤの接続溶接時にガスのボイドが生じ難い無酸素銅の要求があり、この点ではタフピッチ銅は適さない。
【０００７】
一方、銅材の軟化温度を低下させる他の方法として、銅母材中に含まれる不純物元素の内、ある元素の濃度をより低くすればよいことが知られている。ここで言うある元素の１つとして、Ｃｕに固溶した状態で存在する硫黄（Ｓ）や鉛（Ｐｂ）などがある。このＣｕ中に固溶したＳやＰｂの濃度を低減させるべく、銅の溶湯に真空脱ガス処理を施したり、鋳造後の銅バーに特定温度で熱処理を施すなどの方策が試みられている。しかし、従来のこれらの方策では、ＳやＰｂの濃度を十分に低減させることができないため、銅材の軟化温度を十分に低下させることができなかった。さらに、近年ＨＥＶ車の普及により、モータの高効率化の点から、マグネットワイヤの導体には高い導電率が求められている。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、安価で、軟化温度の低く、かつ導電率の高い無酸素銅材の製造方法及び銅材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく本発明に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯にＮｂを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂの割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整するものである。
【００１０】
また、本発明に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯に、ＮｂとＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、又はミッシュメタルから選択される少なくとも１種の金属又は合金とを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれる各金属又は合金の割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整するものである。
【００１１】
一方、本発明に係る銅材は、前述した各銅材の製造方法を用いて製造された銅材であって、半軟化温度が１１５℃以下のものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、安価で、軟化温度の低く、かつ導電率の高い無酸素銅材を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適一実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明の好適一実施の形態に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造するものである。
【００１５】
具体的には、先ず、上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段（例えば、溶解炉など）に貯溜された無酸素銅溶湯に、Ｎｂが添加される。この時、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂの割合が０．０００６〜０．０６重量％となるように、その添加量が調整される。このＮｂは、Ｓとの親和力が大きな金属（以下、硫黄親和性金属という）である。添加されるＮｂは、Ｎｂの単体又はそのＮｂを含む合金の単体のいずれであってもよい。
【００１６】
次に、Ｎｂを含む無酸素銅溶湯を、溶銅湯面に配した鋳型から上方に引上げて凝固させ、無酸素銅の荒引き材（例えば、荒引き線）を連続的に製造する。その後、荒引き材に、適宜、冷間減面加工を施して最終線径とし、半軟化温度が１１５℃以下の銅材（例えば、銅線）が得られる。この銅材に焼きなまし処理を施したものが、最終製品となる。ここで言う半軟化温度とは、６０分間加熱した後の銅材の引張強度が加熱前の銅材の引張強度の半分になる時の温度のことである。
【００１７】
また、ここで言う無酸素銅とは、１０ｐｐｍ以下の酸素含有量で、かつ不可避的不純物を含む純銅のことを意味する。
【００１８】
硫黄親和性金属含有量（Ｎｂ含有量）を０．０００６〜０．０６重量％、好ましくは０．０００６〜０．０５５重量％、より好ましくは０．００１〜０．０５重量％と規定したのは、Ｎｂ含有量が０．０００６重量％未満だと、銅母材に固溶しているＳとＮｂが十分に反応せず、軟化温度を低下させる効果が十分に得られないためである。一方、Ｎｂ含有量が０．０６重量％を超えると、銅材に固溶するＮｂの固溶量が多くなりすぎて、銅材の軟化温度が逆に上昇し、所望の半軟化温度が得られないためである。
【００１９】
また、半軟化温度を１１５℃以下、好ましくは１００℃以下、より好ましくは９５℃以下と規定したのは、半軟化温度が１１５℃以上だと、銅材の軟化温度の低減効果が十分でないためである。
【００２０】
ここで、本実施の形態に係る銅材の軟化温度が大幅に低下する理由は、次のように考えられる。
【００２１】
通常の無酸素銅には１０ｐｐｍ前後のＳが固溶しており、このＳが銅材の軟化温度を上昇させる大きな因子といわれている。そこで、本実施の形態に係る製造方法では、鋳造直前の無酸素銅溶湯にＮｂを所定の割合で添加している。このＮｂが無酸素銅溶湯に固溶しているＳと反応することで、Ｓが硫化物（例えば、ＮｂＳ）として析出し、Ｓの固溶量が減少される。また、Ｎｂは、無酸素銅溶湯が凝固、再結晶する際の核となることから、これによって、無酸素銅の再結晶生成エネルギーを低くすることができる。これらの複合効果により、銅材の軟化温度を大幅に低下させることができると考えられる。
【００２２】
本実施の形態に係る製造方法に用いる荒引き材及び最終的に得られる銅材の形態は、減面加工によって形成可能なものであれば特に限定するものではなく、例えば、線状、板状、又は条状などのいずれであってもよい。
【００２３】
次に、本実施の形態に係る銅材の作用を説明する。
【００２４】
通常、荒引き材に冷間減面加工を施し、伸延、伸線させてなる銅線は、加工硬化によって高硬度な線材（例えば、硬銅線）となっている。このため、通常の硬銅線に焼きなましを行う際、特にアニーラー焼きなましを行う際は、高温、長時間の熱処理が必要となる。
【００２５】
しかしながら、本実施の形態に係る製造方法により得られた銅材は、銅材の原料となる無酸素銅溶湯にＮｂを、その含有量が０．０００６〜０．０６重量％となるように添加している。
【００２６】
ここで、硫黄親和性金属であるＮｂは、酸素との反応性が強い金属であるため、大気中の酸素と容易に反応して酸化する。よって、タフピッチ銅溶湯にＮｂを添加してから実際に鋳造に供するまでの時間が長いと、Ｎｂが大気に晒される時間が長くなり、Ｎｂが多量に酸化されて添加ロスとなる。そこで、Ｎｂと大気中の酸素との反応を抑制することが重要となる。本実施の形態に係る製造方法において、Ｎｂを銅溶湯中に添加する望ましいタイミングは鋳造直前である。また、Ｎｂの添加形態は、Ｎｂ金属の単体を、直接、添加してもよいが、銅母材と合金化させたものを添加することが好ましい。これによって、前述したようにＮｂの酸化を抑制することができる。また、添加量の秤量ばらつきを抑制することができ、延いてはＮｂ含有量の精度を高めることができる。
【００２７】
以上のような製造方法によって得られた銅材は、タフピッチ銅を用い、従来の方法で製造した無酸素銅材（以下、従来の銅材という）と比較して軟化温度が低くなる（例えば、半軟化温度が１１０℃以下となる）。このため、本実施の形態の銅材は、より低い温度で十分な焼きなましを行うことができる。よって、アニーラー焼きなましを行う際、本実施の形態の銅材は、従来の銅材と比較して、より低い温度で、かつ、短時間で焼きなましを行うことが可能となる。その結果、銅材の生産性が向上すると共に、銅材製造に要するエネルギーの削減も可能となる。
【００２８】
本実施の形態の銅材は、接続溶接性に優れる無酸素銅で構成されており、かつ、その軟化温度が従来の銅材よりも大幅に低いことから、最終製品の製造コストが安価となり、その工業的価値が非常に高い銅材である。
【００２９】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００３０】
前実施の形態に係る銅材の製造方法においては、硫黄親和性金属としてＮｂのみを用いるものであった。
【００３１】
これに対して、本発明の他の好適一実施の形態に係る銅材の製造方法は、硫黄親和性金属として、Ｎｂの他に少なくとも１種の金属を用いるものである。言い換えると、本実施の形態に係る銅材の製造方法は、前実施の形態に係る銅材の製造方法において硫黄親和性金属として添加されるＮｂの一部を、他の金属で置き換えたものである。この本実施の形態に係る銅材の製造方法は、無酸素銅溶湯中に添加する硫黄親和性金属が複種類であることを除けば、前実施の形態に係る銅材の製造方法と同じである。よって、前実施の形態に係る製造方法と相違する点のみを、以下に述べる。
【００３２】
本実施の形態に係る銅材の製造方法では、上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段（例えば、溶解炉など）に貯溜された無酸素銅溶湯に、ＮｂとＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、又はミッシュメタルから選択される少なくとも１種の金属（又は合金）とが添加される。この時、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂと少なくとも１種の金属（又は合金）の割合が０．０００６〜０．０６重量％となるように、その添加量が調整される。この少なくとも１種の金属（又は合金）も、Ｎｂと同様に硫黄親和性金属である。添加されるＮｂと少なくとも１種の金属（又は合金）は、Ｎｂ単体と少なくとも１種の金属単体の混合体や、Ｎｂを含む合金と少なくとも１種の金属を含む合金の混合体のいずれであってもよい。
【００３３】
本実施の形態に係る製造方法で得られた銅材においても、前実施の形態に係る製造方法で得られた銅材と同様の作用効果が得られる。
【００３４】
また、本実施の形態の銅材と前実施の形態の銅材において、Ｎｂの含有量が同じ場合、硫黄親和性金属の添加量がやや多くなる分、本実施の形態の銅材の方が、前実施の形態の銅材よりも軟化温度がやや高くなる。しかし、銅材の耐熱性については、本実施の形態の銅材の方が、前実施の形態の銅材よりも良好となる。これは、Ｎｂと共に添加される少なくとも１種の金属が、無酸素銅溶湯に固溶しているＳと反応し、銅材の軟化温度を低くすることに寄与すると共に、銅材の耐熱性を高めることにも寄与するためである。
【００３５】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００３６】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３７】
アップキャスト方式の上方引上連続鋳造装置を用い、無酸素銅からなる直径φ８ｍｍの荒引き線を製造した。荒引き線の構成材は、無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属を所定の割合で添加したものである。この荒引き線に冷間減面加工、焼きなまし処理を適宜繰り返して施し、直径φ０．５ｍｍの銅線を作製した（試料１〜試料１７）。
【００３８】
試料１については、硫黄親和性金属を無添加とした（比較例１）。
【００３９】
試料２〜６については、硫黄親和性金属としてそれぞれＮｂのみを添加した。
Ｎｂを０．００６重量％含有させたものを（実施例１）、
Ｎｂを０．０１２重量％含有させたものを（実施例２）、
Ｎｂを０．０４重量％含有させたものを（実施例３）、
Ｎｂを０．０６重量％含有させたものを（実施例４）、
Ｎｂを０．０００５重量％含有させたものを（比較例２）とした。
【００４０】
試料７〜１６については、硫黄親和性金属としてそれぞれＮｂ＋αの計２種を添加した。
０．０１２Ｎｂ＋０．００３Ｔｉ(２種合計が０．０１５重量％)含有させたものを（実施例５）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００６Ｚｒ（２種合計が０．０１８重量％）含有させたものを（実施例６）、
０．０１２Ｎｂ＋０．０１Ｈｆ（２種合計が０．０２２重量％）含有させたものを（実施例７）、
０．０１２Ｎｂ＋０．０３Ｖ（２種合計が０．０４２重量％）含有させたものを（実施例８）、
０．０１２Ｎｂ＋０．０２Ｔａ（２種合計が０．０３２重量％）含有させたものを（実施例９）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００３Ｆｅ（２種合計が０．０１５重量％）含有させたものを（実施例１０）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００２Ｂ（２種合計が０．０１４重量％）含有させたものを（実施例１１）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００２Ｃａ（２種合計が０．０１４重量％）含有させたものを（実施例１２）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００２Ｍｇ(２種合計が０．０１４重量％)含有させたものを（実施例１３）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００２ＭＭ(ミッシュメタル；２種合計が０．０１４重量％)含有させたものを（実施例１４）とした。
【００４１】
試料１７は、連続鋳造圧延方式（ＳＣＲ方式）を用いてタフピッチ銅からなる荒引線φ８ｍｍを製造した。荒引き線の構成材は、無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属であるＴｉを０．００３重量％添加したものである。この荒引き線に冷間伸線加工、焼きなまし処理を適宜繰り返して施し、直径φ０．５ｍｍの銅線を製作したものである（従来例１）。
【００４２】
実施例１〜１４、比較例１、２及び従来例１の各銅線を用いて軟化試験を行い、軟化特性の評価を行った。その結果を表１に示す。ここで、軟化特性の評価は、半軟化温度を用いて行った。また、各銅線については、完全焼きなまし処理（銅線の強度がそれ以上に低下しないところまで軟化させる処理）を行い、導電率の測定も実施した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１に示すように、実施例１〜１４の各銅線は、いずれも硫黄親和性金属の含有量が０．０００６〜０．０６重量％の範囲であり、本発明に係る銅線の製造方法を満足していた。実施例１〜１４の各銅線の半軟化温度はいずれも１１５℃以下（７４〜１１５℃）であり、硫黄親和性金属（Ｎｂ）が無添加の比較例１の各銅線の半軟化温度（１３５℃）と比較すると、２０℃以上（約２０〜６１℃）も半軟化温度が低下していた。実施例４の銅線の半軟化温度が１１５℃であることから、硫黄親和性金属の含有量の上限が０．０６重量％であることが確認できる。特に、実施例１〜３，５〜１４の各銅線は、半軟化温度が９６℃以下であるのでより好ましい。
【００４５】
これに対して、比較例２の銅線は、Ｎｂ含有量が０．０００５重量％と少なすぎるため、銅線の軟化温度を低下させる効果が十分でなく、Ｎｂ無添加の比較例１の銅線と比較して半軟化温度の低下は１４℃だけであった（１２１℃）。
【００４６】
各銅線の完全焼きなまし処理後の導電率は、半軟化温度の低い本実施例１〜１４は１０１．５％ＩＡＣＳ以上であったが、半軟化温度の高い比較例１、２は、１０１．５％ＩＡＣＳ未満であった。また、試料である銅線と銅線の先端同士を突合わせしＴＩＧ溶接したところ、従来例の銅線の場合には銅中にボイドが形成されたが、本発明の実施例１〜１４及び比較例１、２にはボイドが認められなかった。
【００４７】
以上より、荒引き線の構成材である無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属を所定の割合で添加し、その無酸素銅溶湯を上方引上連続鋳造装置に供給して銅線を製造することで、銅線の軟化温度を大幅に低下させることができ、かつ、導電率も高くでき、更に溶接時に導体中のボイドは発生せず、接続信頼性が大幅に向上することが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅材の製造方法に係り、特に、無酸素銅材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、銅線を含む各種線材の多くは、連続鋳造圧延法により形成される。先ず、シャフト炉で溶解させた溶湯がＳＣＲ方式、又はコンチロッド（登録商標）方式の連続鋳造手段に供給され、鋳造バーが得られる。次に、その鋳造バーは連続鋳造手段に連結された熱間圧延手段に供給され、所定の外径に圧延される。その後、圧延材が冷却され、荒引き線が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
連続鋳造圧延法は、溶解工程、鋳造工程、及び熱間圧延工程の各ラインが連続しており、荒引き線の製造法としては効率的で、生産性に優れた方法である。得られた荒引き線は、その後、冷間伸線工程、焼きなまし工程に供され、最終製品（例えば銅線）が得られる。この銅線の構成材の一つにタフピッチ銅がある。タフピッチ銅は、スクラップ銅と電気銅を混ぜたものを利用することができるため、原料コストが安価である。また、タフピッチ銅は、無酸素銅と比べて酸素含有量が多いため、必然的に、無酸素銅と比べて酸化した不純物の含有量が多くなるという特徴がある。また、無酸素銅の製法として、溶銅湯面に配した鋳型内で溶銅を凝固させて上方に連続的に引上げる上方引上連続鋳造法（アップキャスト法）などがある。この無酸素銅は、近年モータ用のマグネットワイヤにも使用されるようになってきた。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４０４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、銅線製造の焼きなまし工程において、連続焼きなましを行う（冷間伸線工程と焼きなまし工程を連続的に行う）ことで、工業生産性を向上させることができる。しかし、この場合、被焼きなまし材の軟化温度が高いと、焼きなまし工程に時間がかかると共に、焼きなまし工程の生産速度に冷間伸線工程の生産速度を合わせる必要があり、銅線の生産性が阻害される。また、被焼きなまし材の軟化温度が高いと、焼きなましに要する熱エネルギーが増大し、製品コストの上昇を招いてしまう。よって、被焼きなまし材の軟化温度の低下が図られている。
【０００６】
銅材の軟化温度を低下させるには、銅母材中に含まれる不純物元素を除去し、Ｃｕ純度を高めることが必要とされる。不純物元素を除去する方法としては、例えば、溶湯原料の選定（高純度のものを使用）、溶湯の酸化精錬、還元精錬などがある。しかしながら、この不純物元素を除去する方法は、コストが非常にかさむ方法である。このため、溶湯原料にタフピッチ銅を用いた場合、この方法は経済的に極めて不利であり、工業的に適した方法とは言えなかった。さらに、近年では、マグネットワイヤの接続溶接時にガスのボイドが生じ難い無酸素銅の要求があり、この点ではタフピッチ銅は適さない。
【０００７】
一方、銅材の軟化温度を低下させる他の方法として、銅母材中に含まれる不純物元素の内、ある元素の濃度をより低くすればよいことが知られている。ここで言うある元素の１つとして、Ｃｕに固溶した状態で存在する硫黄（Ｓ）や鉛（Ｐｂ）などがある。このＣｕ中に固溶したＳやＰｂの濃度を低減させるべく、銅の溶湯に真空脱ガス処理を施したり、鋳造後の銅バーに特定温度で熱処理を施すなどの方策が試みられている。しかし、従来のこれらの方策では、ＳやＰｂの濃度を十分に低減させることができないため、銅材の軟化温度を十分に低下させることができなかった。さらに、近年ＨＥＶ車の普及により、モータの高効率化の点から、マグネットワイヤの導体には高い導電率が求められている。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、安価で、軟化温度の低く、かつ導電率の高い無酸素銅材の製造方法及び銅材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく本発明に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯にＮｂを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂの割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整するものである。
【００１０】
また、本発明に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯に、ＮｂとＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、又はミッシュメタルから選択される少なくとも１種の金属又は合金とを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれる各金属又は合金の割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整するものである。
【００１１】
一方、本発明に係る銅材は、前述した各銅材の製造方法を用いて製造された銅材であって、半軟化温度が１１５℃以下のものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、安価で、軟化温度の低く、かつ導電率の高い無酸素銅材を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適一実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明の好適一実施の形態に係る銅材の製造方法は、上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造するものである。
【００１５】
具体的には、先ず、上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段（例えば、溶解炉など）に貯溜された無酸素銅溶湯に、Ｎｂが添加される。この時、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂの割合が０．０００６〜０．０６重量％となるように、その添加量が調整される。このＮｂは、Ｓとの親和力が大きな金属（以下、硫黄親和性金属という）である。添加されるＮｂは、Ｎｂの単体又はそのＮｂを含む合金の単体のいずれであってもよい。
【００１６】
次に、Ｎｂを含む無酸素銅溶湯を、溶銅湯面に配した鋳型から上方に引上げて凝固させ、無酸素銅の荒引き材（例えば、荒引き線）を連続的に製造する。その後、荒引き材に、適宜、冷間減面加工を施して最終線径とし、半軟化温度が１１５℃以下の銅材（例えば、銅線）が得られる。この銅材に焼きなまし処理を施したものが、最終製品となる。ここで言う半軟化温度とは、６０分間加熱した後の銅材の引張強度が加熱前の銅材の引張強度の半分になる時の温度のことである。
【００１７】
また、ここで言う無酸素銅とは、１０ｐｐｍ以下の酸素含有量で、かつ不可避的不純物を含む純銅のことを意味する。
【００１８】
硫黄親和性金属含有量（Ｎｂ含有量）を０．０００６〜０．０６重量％、好ましくは０．０００６〜０．０５５重量％、より好ましくは０．００１〜０．０５重量％と規定したのは、Ｎｂ含有量が０．０００６重量％未満だと、銅母材に固溶しているＳとＮｂが十分に反応せず、軟化温度を低下させる効果が十分に得られないためである。一方、Ｎｂ含有量が０．０６重量％を超えると、銅材に固溶するＮｂの固溶量が多くなりすぎて、銅材の軟化温度が逆に上昇し、所望の半軟化温度が得られないためである。
【００１９】
また、半軟化温度を１１５℃以下、好ましくは１００℃以下、より好ましくは９５℃以下と規定したのは、半軟化温度が１１５℃以上だと、銅材の軟化温度の低減効果が十分でないためである。
【００２０】
ここで、本実施の形態に係る銅材の軟化温度が大幅に低下する理由は、次のように考えられる。
【００２１】
通常の無酸素銅には１０ｐｐｍ前後のＳが固溶しており、このＳが銅材の軟化温度を上昇させる大きな因子といわれている。そこで、本実施の形態に係る製造方法では、鋳造直前の無酸素銅溶湯にＮｂを所定の割合で添加している。このＮｂが無酸素銅溶湯に固溶しているＳと反応することで、Ｓが硫化物（例えば、ＮｂＳ）として析出し、Ｓの固溶量が減少される。また、Ｎｂは、無酸素銅溶湯が凝固、再結晶する際の核となることから、これによって、無酸素銅の再結晶生成エネルギーを低くすることができる。これらの複合効果により、銅材の軟化温度を大幅に低下させることができると考えられる。
【００２２】
本実施の形態に係る製造方法に用いる荒引き材及び最終的に得られる銅材の形態は、減面加工によって形成可能なものであれば特に限定するものではなく、例えば、線状、板状、又は条状などのいずれであってもよい。
【００２３】
次に、本実施の形態に係る銅材の作用を説明する。
【００２４】
通常、荒引き材に冷間減面加工を施し、伸延、伸線させてなる銅線は、加工硬化によって高硬度な線材（例えば、硬銅線）となっている。このため、通常の硬銅線に焼きなましを行う際、特にアニーラー焼きなましを行う際は、高温、長時間の熱処理が必要となる。
【００２５】
しかしながら、本実施の形態に係る製造方法により得られた銅材は、銅材の原料となる無酸素銅溶湯にＮｂを、その含有量が０．０００６〜０．０６重量％となるように添加している。
【００２６】
ここで、硫黄親和性金属であるＮｂは、酸素との反応性が強い金属であるため、大気中の酸素と容易に反応して酸化する。よって、タフピッチ銅溶湯にＮｂを添加してから実際に鋳造に供するまでの時間が長いと、Ｎｂが大気に晒される時間が長くなり、Ｎｂが多量に酸化されて添加ロスとなる。そこで、Ｎｂと大気中の酸素との反応を抑制することが重要となる。本実施の形態に係る製造方法において、Ｎｂを銅溶湯中に添加する望ましいタイミングは鋳造直前である。また、Ｎｂの添加形態は、Ｎｂ金属の単体を、直接、添加してもよいが、銅母材と合金化させたものを添加することが好ましい。これによって、前述したようにＮｂの酸化を抑制することができる。また、添加量の秤量ばらつきを抑制することができ、延いてはＮｂ含有量の精度を高めることができる。
【００２７】
以上のような製造方法によって得られた銅材は、タフピッチ銅を用い、従来の方法で製造した無酸素銅材（以下、従来の銅材という）と比較して軟化温度が低くなる（例えば、半軟化温度が１１０℃以下となる）。このため、本実施の形態の銅材は、より低い温度で十分な焼きなましを行うことができる。よって、アニーラー焼きなましを行う際、本実施の形態の銅材は、従来の銅材と比較して、より低い温度で、かつ、短時間で焼きなましを行うことが可能となる。その結果、銅材の生産性が向上すると共に、銅材製造に要するエネルギーの削減も可能となる。
【００２８】
本実施の形態の銅材は、接続溶接性に優れる無酸素銅で構成されており、かつ、その軟化温度が従来の銅材よりも大幅に低いことから、最終製品の製造コストが安価となり、その工業的価値が非常に高い銅材である。
【００２９】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００３０】
前実施の形態に係る銅材の製造方法においては、硫黄親和性金属としてＮｂのみを用いるものであった。
【００３１】
これに対して、本発明の他の好適一実施の形態に係る銅材の製造方法は、硫黄親和性金属として、Ｎｂの他に少なくとも１種の金属を用いるものである。言い換えると、本実施の形態に係る銅材の製造方法は、前実施の形態に係る銅材の製造方法において硫黄親和性金属として添加されるＮｂの一部を、他の金属で置き換えたものである。この本実施の形態に係る銅材の製造方法は、無酸素銅溶湯中に添加する硫黄親和性金属が複種類であることを除けば、前実施の形態に係る銅材の製造方法と同じである。よって、前実施の形態に係る製造方法と相違する点のみを、以下に述べる。
【００３２】
本実施の形態に係る銅材の製造方法では、上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段（例えば、溶解炉など）に貯溜された無酸素銅溶湯に、ＮｂとＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、又はミッシュメタルから選択される少なくとも１種の金属（又は合金）とが添加される。この時、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂと少なくとも１種の金属（又は合金）の割合が０．０００６〜０．０６重量％となるように、その添加量が調整される。この少なくとも１種の金属（又は合金）も、Ｎｂと同様に硫黄親和性金属である。添加されるＮｂと少なくとも１種の金属（又は合金）は、Ｎｂ単体と少なくとも１種の金属単体の混合体や、Ｎｂを含む合金と少なくとも１種の金属を含む合金の混合体のいずれであってもよい。
【００３３】
本実施の形態に係る製造方法で得られた銅材においても、前実施の形態に係る製造方法で得られた銅材と同様の作用効果が得られる。
【００３４】
また、本実施の形態の銅材と前実施の形態の銅材において、Ｎｂの含有量が同じ場合、硫黄親和性金属の添加量がやや多くなる分、本実施の形態の銅材の方が、前実施の形態の銅材よりも軟化温度がやや高くなる。しかし、銅材の耐熱性については、本実施の形態の銅材の方が、前実施の形態の銅材よりも良好となる。これは、Ｎｂと共に添加される少なくとも１種の金属が、無酸素銅溶湯に固溶しているＳと反応し、銅材の軟化温度を低くすることに寄与すると共に、銅材の耐熱性を高めることにも寄与するためである。
【００３５】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００３６】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３７】
アップキャスト方式の上方引上連続鋳造装置を用い、無酸素銅からなる直径φ８ｍｍの荒引き線を製造した。荒引き線の構成材は、無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属を所定の割合で添加したものである。この荒引き線に冷間減面加工、焼きなまし処理を適宜繰り返して施し、直径φ０．５ｍｍの銅線を作製した（試料１〜試料１７）。
【００３８】
試料１については、硫黄親和性金属を無添加とした（比較例１）。
【００３９】
試料２〜６については、硫黄親和性金属としてそれぞれＮｂのみを添加した。
Ｎｂを０．００６重量％含有させたものを（実施例１）、
Ｎｂを０．０１２重量％含有させたものを（実施例２）、
Ｎｂを０．０４重量％含有させたものを（実施例３）、
Ｎｂを０．０６重量％含有させたものを（実施例４）、
Ｎｂを０．０００５重量％含有させたものを（比較例２）とした。
【００４０】
試料７〜１６については、硫黄親和性金属としてそれぞれＮｂ＋αの計２種を添加した。
０．０１２Ｎｂ＋０．００３Ｔｉ(２種合計が０．０１５重量％)含有させたものを（実施例５）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００６Ｚｒ（２種合計が０．０１８重量％）含有させたものを（実施例６）、
０．０１２Ｎｂ＋０．０１Ｈｆ（２種合計が０．０２２重量％）含有させたものを（実施例７）、
０．０１２Ｎｂ＋０．０３Ｖ（２種合計が０．０４２重量％）含有させたものを（実施例８）、
０．０１２Ｎｂ＋０．０２Ｔａ（２種合計が０．０３２重量％）含有させたものを（実施例９）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００３Ｆｅ（２種合計が０．０１５重量％）含有させたものを（実施例１０）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００２Ｂ（２種合計が０．０１４重量％）含有させたものを（実施例１１）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００２Ｃａ（２種合計が０．０１４重量％）含有させたものを（実施例１２）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００２Ｍｇ(２種合計が０．０１４重量％)含有させたものを（実施例１３）、
０．０１２Ｎｂ＋０．００２ＭＭ(ミッシュメタル；２種合計が０．０１４重量％)含有させたものを（実施例１４）とした。
【００４１】
試料１７は、連続鋳造圧延方式（ＳＣＲ方式）を用いてタフピッチ銅からなる荒引線φ８ｍｍを製造した。荒引き線の構成材は、無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属であるＴｉを０．００３重量％添加したものである。この荒引き線に冷間伸線加工、焼きなまし処理を適宜繰り返して施し、直径φ０．５ｍｍの銅線を製作したものである（従来例１）。
【００４２】
実施例１〜１４、比較例１、２及び従来例１の各銅線を用いて軟化試験を行い、軟化特性の評価を行った。その結果を表１に示す。ここで、軟化特性の評価は、半軟化温度を用いて行った。また、各銅線については、完全焼きなまし処理（銅線の強度がそれ以上に低下しないところまで軟化させる処理）を行い、導電率の測定も実施した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１に示すように、実施例１〜１４の各銅線は、いずれも硫黄親和性金属の含有量が０．０００６〜０．０６重量％の範囲であり、本発明に係る銅線の製造方法を満足していた。実施例１〜１４の各銅線の半軟化温度はいずれも１１５℃以下（７４〜１１５℃）であり、硫黄親和性金属（Ｎｂ）が無添加の比較例１の各銅線の半軟化温度（１３５℃）と比較すると、２０℃以上（約２０〜６１℃）も半軟化温度が低下していた。実施例４の銅線の半軟化温度が１１５℃であることから、硫黄親和性金属の含有量の上限が０．０６重量％であることが確認できる。特に、実施例１〜３，５〜１４の各銅線は、半軟化温度が９６℃以下であるのでより好ましい。
【００４５】
これに対して、比較例２の銅線は、Ｎｂ含有量が０．０００５重量％と少なすぎるため、銅線の軟化温度を低下させる効果が十分でなく、Ｎｂ無添加の比較例１の銅線と比較して半軟化温度の低下は１４℃だけであった（１２１℃）。
【００４６】
各銅線の完全焼きなまし処理後の導電率は、半軟化温度の低い本実施例１〜１４は１０１．５％ＩＡＣＳ以上であったが、半軟化温度の高い比較例１、２は、１０１．５％ＩＡＣＳ未満であった。また、試料である銅線と銅線の先端同士を突合わせしＴＩＧ溶接したところ、従来例の銅線の場合には銅中にボイドが形成されたが、本発明の実施例１〜１４及び比較例１、２にはボイドが認められなかった。
【００４７】
以上より、荒引き線の構成材である無酸素銅溶湯に硫黄親和性金属を所定の割合で添加し、その無酸素銅溶湯を上方引上連続鋳造装置に供給して銅線を製造することで、銅線の軟化温度を大幅に低下させることができ、かつ、導電率も高くでき、更に溶接時に導体中のボイドは発生せず、接続信頼性が大幅に向上することが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、
上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯にＮｂを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂの割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整することを特徴とする銅材の製造方法。
【請求項２】
上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、
上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯に、ＮｂとＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、又はミッシュメタルから選択される少なくとも１種の金属又は合金とを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれる各金属又は合金の割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整することを特徴とする銅材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法を用いて製造された銅材であって、半軟化温度が１１５℃以下であることを特徴とする銅材。
【請求項１】
上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、
上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯にＮｂを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれるＮｂの割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整することを特徴とする銅材の製造方法。
【請求項２】
上方引上連続鋳造装置を用いて無酸素銅溶湯から直接、銅材を製造する方法において、
上記上方引上連続鋳造装置の溶湯貯溜手段に貯溜された無酸素銅溶湯に、ＮｂとＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、又はミッシュメタルから選択される少なくとも１種の金属又は合金とを添加し、無酸素銅溶湯中に含まれる各金属又は合金の割合を０．０００６〜０．０６重量％に調整することを特徴とする銅材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法を用いて製造された銅材であって、半軟化温度が１１５℃以下であることを特徴とする銅材。
【公開番号】特開２００８−２５４０２３（Ｐ２００８−２５４０２３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９８９６３（Ｐ２００７−９８９６３）
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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