具体实施方式

本发明的制造方法是基于连续铸造法或半连续铸造法的Cu-Ni-Sn合金的制造方法。通过本发明的方法制造的Cu-Ni-Sn合金优选为含有Cu、Ni和Sn的旋节合金。该旋节合金优选含有Ni：8～22重量％和Sn：4～10重量％，余量为Cu和不可避免的杂质，更优选含有Ni：14～16重量％和Sn：7～9重量％，余量为Cu和不可避免的杂质，进一步优选含有Ni：14.5～15.5重量％和Sn：7.5～8.5重量％，余量为Cu和不可避免的杂质。作为这样的Cu-Ni-Sn合金，可优选例示在UNS：C72900中规定的Cu-15Ni-8Sn合金。像这样，在制造含有低熔点的Sn的铜合金的情况下，在铸块的冷却工序中容易产生内部裂纹，但根据本发明的Cu-Ni-Sn合金的制造方法，能够在缩短铸块的冷却时间的同时减少内部裂纹，能够兼顾生产率和品质。

本发明的Cu-Ni-Sn合金的制造方法包括(1)熔化铸造工序和(2)冷却工序。在熔化铸造工序中，使熔融的Cu-Ni-Sn合金从两端开放的铸模的一端流入，一边使该合金的铸模附近的部分凝固，一边作为铸块从铸模的另一端连续地抽出。在后续的冷却工序中，通过向抽出的铸块吹送雾状的液体来进行冷却，从而制成Cu-Ni-Sn合金的铸造品。这样，通过对熔化铸造而得到的铸块吹送雾状的液体来进行冷却、即喷雾冷却，能够在缩短铸块的冷却时间的同时减少内部裂纹，制造兼顾生产率和品质的Cu-Ni-Sn合金。

如上所述，在含有低熔点的Sn的铜合金的制造中，铸块的冷却速度对所得到的合金的生产率和品质造成影响，因此，难以兼顾生产率和品质，但根据本发明的方法，具有如下优点：能够在缩短铸块的冷却时间的同时减少内部裂纹，能够制造兼顾了生产率和品质的Cu-Ni-Sn合金。

图1表示本发明的制造方法的一例中的制造装置及铸块的剖视图。以下，参照图1对上述工序进行说明。

(1)熔化铸造工序

首先，使熔融的Cu-Ni-Sn合金从两端开放的铸模12的一端(例如通过石墨喷嘴14)流入，一边使该合金的铸模12附近的部分凝固，一边作为铸块16从铸模12的另一端连续地抽出。熔融的Cu-Ni-Sn合金的温度优选为1200～1400℃，更优选为1250～1350℃、进一步优选为1300～1350℃。

铸模12只要使用在铜合金的铸造中使用的一般的铸模即可，没有特别限定，优选为铜制的铸模。优选水等冷却介质在铸模12的内部循环。由此，能够使熔融的高温的Cu-Ni-Sn合金迅速地从表层凝固，同时作为铸块16从铸模12的另一端连续地抽出。

熔化铸造工序优选通过可工业利用的方法进行氧化抑制。例如，为了抑制铸块16的氧化，优选在氮、Ar、真空等非活性气氛下进行。

也可以在将Cu-Ni-Sn合金熔化后且铸造前，进行炉渣处理、成分分析等用于得到所希望的Cu-Ni-Sn合金的前处理。例如，也可以将Cu-Ni-Sn合金在1300～1400℃熔化，通过搅拌15～30分钟使成分均匀化，进行炉渣处理之后，进行铸造。另外，也可以在炉渣处理后，采集Cu-Ni-Sn合金的一部分作为成分分析用试样，测定成分值。根据该测定结果，在偏离目标成分值的情况下，也可以再次追加Cu-Ni-Sn合金，以成为目标成分值的方式进行调整。

(2)冷却工序

通过向从铸模12的另一端抽出的铸块16吹送雾状的液体来进行冷却(即喷雾冷却)，制成Cu-Ni-Sn合金的铸造品。通过进行喷雾冷却，能够在缩短铸块16的冷却时间的同时减少内部裂纹，得到兼顾了生产率和品质的Cu-Ni-Sn合金。即，作为含有Cu、Ni和Sn的铸块16的以往的冷却方法的例子，可列举直接施加空气吹淋、喷淋状的液体；直接浸渍于液体中等，但在这些方法中，难以在缩短铸块16的冷却时间的同时减少内部裂纹，但根据本发明的制造方法涉及的喷雾冷却，能够在缩短铸块16的冷却时间的同时减少内部裂纹。

在冷却工序中，液体只要能够作为水、油等冷却介质使用，就没有特别限定，从处理容易性、制造成本的观点出发，优选为水。此外，从调整冷却速度的观点出发，可以使用油作为冷却介质。

通过了铸模12的铸块16优选在铸造结束后2小时以内被冷却至50℃以下，更优选在铸造结束后1小时以内被冷却至100℃以下，进一步优选在铸造结束后0.5小时以内被冷却至500℃以下。这样，通过在短时间内冷却铸块16，能够缩短基于连续铸造法以及半连续铸造法的铸造周期，能够提高生产率。

在冷却工序中，优选通过使铸块16穿过配置于铸模12的正下方的冷却器18来进行冷却。由此，在从铸模12的另一端刚抽出铸块16之后进行喷雾冷却，不仅铸块16的表层不破裂，内部也能够不破裂地迅速冷却。另外，在将铸块16从铸模12的另一端抽出并使其通过冷却器18而下降时，也可以一边利用承受台(未图示)支撑铸块16，一边使其下降。优选铸块16被承受台支撑，承受台以25～40mm/分钟的速度下降，更优选以25～35mm/分钟的速度下降，进一步优选以25～30mm/分钟的速度下降。

优选的冷却器18具备圆筒状主体18a、液体供给部18b和空气喷射部18c。液体供给部18b设置在圆筒状主体18a的上部，以使液体W向下方滴落的方式构成，另一方面，空气喷射部18c设置在液体供给部18b的下方，以朝向圆筒状主体18a的中心轴喷射空气A的方式构成。根据该结构，能够将从液体供给部18b滴落的液体W与空气A混合，形成雾状的液体(即喷雾)，并将其喷射到位于圆筒状主体18a的内侧的铸块16。而且，能够缩短基于喷雾冷却的铸块16的冷却时间以及抑制内部裂纹，能够兼顾Cu-Ni-Sn合金的生产率和品质。另外，由于滴落的液体W中含有碳等杂质，因此为了不堵塞喷射空气A的喷嘴(也称为孔)，希望调节喷嘴的口径。喷嘴的口径优选为直径2～5mm、更优选为3～4mm。从液体供给部18b滴落的液体W的流速优选为7～13L/min，更优选为9～11L/min。从空气喷射部18c喷射的空气A的压力优选为2.0～4.0MPa，更优选为2.7～3.3MPa。

冷却器18优选以向下方滴落的液体W不与铸块16直接接触而与空气A混合的方式构成。由此，能够避免滴落的液体W直接与铸块16接触而发生局部急冷，能够对铸块16的整体均匀地进行喷雾冷却，能够进一步抑制内部裂纹的产生。另外，冷却器18优选以从液体供给部18b滴落的液体W的位置为比空气喷射部18c的位置更靠近圆筒状主体18a的位置的方式构成。由此，在液体W从液体供给部18b滴落时，空气喷射部18c的空气A恰好吹送，能够高效地产生雾状的液体(即喷雾)。

另外，冷却器18的空气喷射部18c优选以空气A向斜下方喷射的方式构成。若来自液体供给部18b的液体W的势头较弱，则液体W因重力而向下方滴落，液体W作为雾状的液体而接触铸块的位置降低，冷却速度产生不均。但是，通过以向斜下方喷射空气A的方式构成，能够因液体W的势头(液体量)而使液体W接触铸块的位置不产生差异，从而使冷却速度均匀。

实施例

通过以下的例子进一步具体地说明本发明。

例1(比较)

作为Cu-Ni-Sn合金，通过以下的步骤制作UNS：C72900所规定的Cu-15Ni-8Sn合金，并进行评价。

(1)称量

以成为目标组成的方式称量作为Cu-Ni-Sn合金的原料的纯Cu熔核、Ni基体、Sn基体、电气锰以及Cu-Ni-Sn合金废料。即，称量163kg的Cu、30kg的Ni、15kg的Sn和1450kg的Cu-Ni-Sn合金废料，进行混合，由此进行调合。

(2)熔化及炉渣处理

将称量的Cu-Ni-Sn合金的原料在大气用高频熔融炉中在1200～1400℃熔化，搅拌30分钟，由此使成分均匀化。熔化结束后，进行炉渣刮取和炉渣捞起。

(3)成分分析(铸造前)

采集通过熔化和炉渣处理而得到的Cu-Ni-Sn合金的一部分作为成分分析用试样，测定其成分值。其结果，成分分析用试样含有Ni：14.9重量％和Sn：8.0重量％，余量为Cu和不可避免的杂质。该组成满足UNS：C72900所规定的Cu-15Ni-8Sn合金的条件。

(4)半连续铸造

将通过熔化和炉渣处理而得到的Cu-Ni-Sn合金的熔融金属在1250～1300℃流出，如图1中示意性所示，通过石墨喷嘴14流入两端开放的铸模12的一端。此时，通过使水在铸模12的内部循环，从而使流入的熔融金属在从铸模12的一端到通过另一端为止凝固而制成铸块16。此时，主要是铸块16的表层凝固。

(5)冷却(水冷(浸渍冷却))

通过设置于铸模12的正下方的冷却器18对表层凝固了的铸块16吹送液态的水后，浸渍于水槽。需要说明的是，此时未从空气喷射部18c吹入空气A。通过这样的冷却方法，在上述(4)的半连续铸造后，将铸块16在2小时以内冷却至50℃以下。

(6)铸造品的取出

将通过水冷得到的铸块16在其温度低于50℃后取出，得到作为铸造品的Cu-Ni-Sn合金。铸造品的尺寸为直径320mm×长度2m。

(7)各种评价

对得到的铸块和铸造品进行以下的评价。

＜内部裂纹的确认＞

如图2所示，为了确认铸造品的内部裂纹，从在铸造品的长度方向上距顶面250mm的位置、以及距底面150mm的位置分别切出直径320mm×厚度10mm的圆板状样品，对其两面进行目视观察和红液渗透探伤法(red chack)。表示样品的顶面(图中标记为“顶(Top)侧”)和底面(图中标记为“底(Bottom)侧”)的照片。

＜2次DAS测定＞

通过对上述样品进行2次DAS(2次枝晶臂间距)测定，推定至熔化的Cu-Ni-Sn合金凝固而成为铸块为止的冷却速度。首先，在与样品的切割面1/2R位置垂直(铸造方向)的截面中，选择4根以上2次枝晶臂连续的枝晶。1/2R位置是指位于圆板状样品的切割面(圆)的中心与圆周的中央的位置(即，半径的1/2的位置)。接着，对于该枝晶，测定连续的4根以上2次枝晶臂的间隔。将其作为2次DAS。将在与样品的切割面垂直的截面的顶面(图中标记为“顶(Top)侧”)和底面(图中标记为“底(Bottom)侧”)确认到的枝晶和2次DAS的值示于表3中。

例2

代替上述(5)的水冷，如以下那样操作进行喷雾冷却，除此以外，与例1同样地进行试样的制作和评价。得到的铸造品的尺寸为直径320mm×长度2m。

(5’)冷却(喷雾冷却)

如图1示意性所示，对于凝固了的铸块16，一边通过设置于铸模12的正下方的冷却器18吹送雾状的水，一边连续地抽出。此时，从位于冷却器18的圆筒状主体18a的上部的水供给部18b滴落7～13L/min的水W，从作为空气喷射部18c而设置于冷却器18的圆筒状主体18a的下游的120个直径3.5mm的孔，以2.7～3.3MPa的压力吹入空气A，由此使滴落的水W雾化而形成雾状的水(即喷雾)，吹送到铸块16。另外，使铸块16一边用以25mm/min下降的承受台(未图示)承受一边下降。通过这样的冷却方法，在上述(4)的半连续铸造后，将铸块16在2小时以内冷却至50℃以下。

例3(比较)

代替上述(5)的喷雾冷却，如以下那样操作进行空冷，除此以外，与例1同样地进行试样的制作和评价。得到的铸造品的尺寸为直径320mm×长度2m。

(5”)冷却(空冷)

对于凝固了的铸块，一边通过设置于铸模的正下方的冷却器吹送空气，一边连续地抽出。此时，从设置于冷却器的圆筒状主体的120个直径3.5mm的孔吹入空气，另一方面，使铸块一边用以25mm/min下降的承受台承受一边下降。通过这样的冷却方法，在上述(4)的半连续铸造后，将铸块以12小时冷却至50℃。空冷的情况下，由于铸块的冷却速度慢，因此虽然难以产生内部裂纹，但冷却需要长时间，因此可以说生产率差。

在例1～3中，如图2所示，在冷却方法为水冷的例1中观察到内部裂纹，但在冷却方法为喷雾冷却的例2和为空冷的例3中没有观察到内部裂纹。另外，如图3所示，测定出的2次DAS在例1～3中为相同程度。由此，可推定熔化的Cu-Ni-Sn合金的凝固速度在例1(采用水冷)的铸块与例2(采用喷雾冷却)和例3(采用空冷)的铸块为相同程度。