JP2002038227A - 深絞り性に優れたりん青銅条及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 りん青銅の深絞り性を向上する。 【解決手段】Ｓｎを３〜９質量％、Ｐを０．０３〜０．
３５質量％及びＡｇを３０〜２００質量ｐｐｍ含有し、
残部が銅及びその不可避的不純物からなることを特徴と
する、深絞り性に優れたりん青銅条。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非常に優れた深絞り性
を有するりん青銅条及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】りん青銅は展延性、耐疲労性及び耐食性
がよいことから、スイッチ、リードフレーム、コネク
タ、ベローズ、ヒューズクリップ、ダイヤフラム、電子
・電気機器用バネ、軸受、打楽器などの用途で広く用い
られている。一方、近年の電子・電気部品の軽薄・短小
化及び高機能化に伴い、従来プレス加工や曲げ加工が主
体であったりん青銅に対しても、深絞り加工による部品
の製造が求められるようになった。ところで、現在、銅
合金のなかでも最も良好な深絞り性を有すると言われて
いるのは黄銅である（「塑性加工技術シリーズ１３、プ
レス絞り加工、」日本塑性加工学会編、１９９９年６月
２５日発行、（株）コロナ社、第１６２頁参照）が、こ
れと同等な深絞り性を有するりん青銅の開発に対する要
求が高まってきている。

【０００３】金属の深絞り性には集合組織が大きな影響
を及ぼす。すなわち、銅合金の場合は深絞り性に有効な
板面方位は（１１１）と（１１０）であり、有害な板面
方位は（１００）である。例えば、純銅の再結晶集合組
織は、立方体組織と呼ばれる（１００）〔００１〕方位
であるが、ＣｕにＺｎを添加すると、積層欠陥エネルギ
ーが低下して再結晶集合組織の主方位が（１１０）〔１
１２〕となり、この結果として深絞り性が向上する。こ
れが、黄銅の深絞り性が純銅より優れる理由である。

【０００４】一方、りん青銅はＣｕにＩＶ属のＳｎ及び
Ｖ属のＰを添加したものであるから、積層欠陥エネルギ
ーはかなり低いものと思われる。したがって、りん青銅
の冷延集合組織は非常に鮮鋭な（１１０）〔１１２〕方
位となり、微弱方位として（１１１）が板面方位として
存在する（前掲「プレス絞り加工」第１６２頁参照）。
また、深絞り性に対しては、結晶粒径は大きい方がよい
とされているが、これは結晶粒径が大きい方が、ｎ値
（加工硬化係数）が大きくなり、一様な歪分布が得られ
るためである（日本伸銅協会：銅及び銅合金の基礎と工
業技術、（１９９８）、ｐ．５４０）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した技術の水準を基に集合組織に関する新たな知見を加
えて、りん青銅条の深絞り性を他の特性を低下させるこ
となく改良することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述のとおり、りん青銅
条の冷延集合組織は非常に鮮鋭な（１１０）〔１１２〕
方位であるが、再結晶焼鈍後の集合組織は冷延時に比較
してその優先度はかなり低下する。そこで本発明者ら
は、りん青銅に微量元素を添加することにより、再結晶
集合組織を変化させて、主方位である（１１０）〔１１
２〕の存在量を減少させることを防ぎ、深絞り性を改善
することを試みた。その結果、りん青銅に添加された微
量のＡｇが、深絞り性に有効な（１１０）及び（１１
１）方位を増加させ、深絞り性が向上することを見出し
た。従来、純銅にＰを微量に添加すると曲げ加工性が向
上することは知られており（鈴木敬治郎、上田喜三郎、
辻正博：伸銅技術研究会誌、２１（１９８２）、ｐ８
９）、また１００〜２００ｐｐｍ添加されたＡｇが銅合
金の強度と耐熱性を向上することも知られていた（特許
第２８９５５４９号公報）が、りん青銅の深絞り性に対
するＡｇ微量添加の効果は新しい発見であった。

【０００７】本発明に関わるりん青銅条は、Ｓｎを３〜
９質量％、Ｐを０．０３〜０．３５質量％及びＡｇを３
０〜２００ｗｔｐｐｍ含有し、残部が銅及びその不可避
的不純物からなり、深絞り性に優れた合金であり、また
本発明に係る方法は、上記組成を有する銅合金を圧延
し、圧延上がりのりん青銅板を再結晶焼鈍して結晶粒径
を５〜６０μｍに調整し、次いで加工度２０〜９０％の
範囲で冷間圧延を行ない、最後に６００〜８５０℃にて
再結晶焼鈍を行って結晶粒径を５〜５０μｍに調整する
ことを特徴とする方法である。

【０００８】続いて、本発明に関わるりん青銅条の限定
理由を以下説明する。Ｓｎ ：Ｓｎが３質量％未満の場合、再結晶焼鈍後の伸び
が小さく良好な深絞り性が得られない。また、りん青銅
は加工硬化性が強く、Ｓｎが９質量％を超えると引張り
強さが高くなり伸びが減少するため、加工性が低下し、
深絞り加工を行なうには不利となる。そこで、Ｓｎ含有
量を３〜９質量％に規定した。

【０００９】Ａｇ：Ａｇはりん青銅の原料である電気銅
中に１０ｐｐｍ程度不純物として含有されており、した
がって従来のりん青銅中にも数ｐｐｍのＡｇは含有され
ている。このりん青銅中のＡｇ含有量を３０ｐｐｍ以上
にすると、結晶方位に変化が現われ、深絞り性の改善効
果が生じる。Ａｇ含有量が増加するに従い、深絞り性の
改善効果が大きくなるが、Ａｇ含有量が２００ｐｐｍを
超えると、Ａｇ含有量をさらに増やしても深絞り性はほ
とんど改善されず原料コストのみが増加する。そこで、
Ａｇ含有量を３０〜２００質量ｐｐｍに規定した。

【００１０】Ｐ：Ｐは脱酸剤として添加される。Ｐ含有
量が０．０３質量％未満の場合には、その脱酸効果が不
充分であり、酸化物系介在物が生成してインゴットの加
工性が低下する。また、Ｐは０．３５質量％を超えると
Ｃｕ₃Ｐが析出して硬く、脆くなるため、インゴットの
加工性が低下し、圧延中に耳割れが発生して条に加工で
きなくなる。そこで、Ｐ含有量を０．０３〜０．３５質
量％に規定した。

【００１１】さらに、本発明に関わるりん青銅条は圧延
方向に直角な断面において測定して５〜５０μｍの結晶
粒径をもつことが好ましい。結晶粒径 ：結晶粒径が５μｍ未満になると、ｎ値の低下
に伴い、深絞り加工の際に局所的に歪が集中しやすくな
り、深絞り性が低下する。一方、結晶粒径が５０μｍを
超えると、深絞り加工した製品の側壁部にオレンジピー
ルと呼ばれる肌荒れが発生する。肌荒れは結晶粒内と粒
界における変形ひずみの相違によって現われ、結晶粒径
が粗大化すると目立つようになって製品価値を損ねる。
そこで、好ましい結晶粒径を５〜５０μｍに規定した
が、より好ましい結晶粒径の範囲は５〜２０μｍであ
る。

【００１２】加えて、本発明に関わるりん青銅条は有害
な（１００）板面方位を下記式により抑制することが好
ましい。Ｘ線回折強度 ：深絞り性に有効な板面方位は（１１１）
と（１１０）であり、有害な板面方位は（１００）であ
る。りん青銅条に対して深絞り性の改善するためには、 Ｉ₍₂₂₀₎＋Ｉ₍₁₁₁₎＞Ｉ₍₂₀₀₎ となるように、結晶方位を調整することが好ましい。こ
こで、Ｉ_(hkl)は圧延面に対しＣｏ管球を用いてＸ線回
折を行なったときの（ｈｋｌ）面の回折強度の積分値で
ある。

【００１３】製造方法：本発明のりん青銅条は、電気
銅、りん青銅スクラップ、金属すず、りん化銅、電気銀
などを通常の方法で溶解し、得られたインゴットを条に
加工することにより得られる。条の寸法は、特に制限が
ないが、一般には厚さが０．１〜１．０ｍｍ、幅が２０
〜７００ｍｍ程度のものである。深絞り性が優れた方位
を得るためには以下の工程順を踏むことが好ましい。 圧延上がりのりん青銅板を、再結晶焼鈍を行って結晶
粒径を５〜６０μｍに調整する。 次いで加工度２０〜９０％の範囲で冷間圧延を行な
う。 最後に８７３Ｋ（６００℃）〜１１２３Ｋ（８５０
℃）の加熱炉中で再結晶焼鈍を行っ て結晶粒径を５〜
５０μｍに調整する。

【００１４】りん青銅ではＳｎが偏析しやすく、インゴ
ットを熱間圧延すると、これに起因して、火割れと言わ
れる割れが発生することがある。このため、熱間圧延は
行なわれずに、インゴットを均質化焼鈍した後、冷間圧
延加工を行って条に仕上げる場合が多い。ところが、り
ん青銅は（１）加工硬化が著しく、板厚が薄くなるにし
たがって加工が困難になること、（２）圧延組織が発達
し異方性が強くなること、などの理由から、中間の再結
晶焼鈍が必要となる。この再結晶焼鈍における結晶粒
径を５〜６０μｍに調整する。また、の再結晶焼鈍に
より所望の結晶方位を得る。すなわち、りん青銅の工業
的生産において、焼鈍は２回以上行なわれる。製品の特
性に関するのは最後の焼鈍で得られる結晶粒径と結晶方
位であるが、この粒径と方位を得るためには、その前の
焼鈍である後の結晶粒径を所定の範囲に調整する必要
がある。

【００１５】の再結晶焼鈍では、バッチ炉を用いて６
７３Ｋ（４００℃）〜８７３Ｋ（６００℃）の温度で数
時間の加熱を行ってもよいし、連続焼鈍ラインを用いて
８７３Ｋ（６００℃）〜１１２３Ｋ（８５０℃）で数秒
間から数分間の加熱を行ってよい。ただし、再結晶焼鈍
後の結晶粒径を５〜６０μｍの範囲に調整することが重
要である。再結晶焼鈍後の結晶粒径が６０μｍを超える
と、の焼鈍後の再結晶組織が不均一となり、深絞り加
工後の製品に肌荒れが生じる。また、再結晶焼鈍後の結
晶粒径が５μｍ未満の場合には、所望の結晶方位が得ら
れず深絞り性が低下する。

【００１６】の冷間圧延において、加工度が２０％未
満の場合には、の焼鈍後の再結晶組織が不均一とな
り、深絞り加工後の製品に肌荒れが生じる。また、加工
度が９０％を超える場合には、再結晶焼鈍後に（１１
０）方位は増大するものの、（１１１）方位は急激に減
少し、深絞りに有害な（１００）方位が急激に増大す
る。さらに、加工度が高くなるにしたがって、深絞り製
品のカップ耳高さが高くなるため、製品としての価値が
低下する。

【００１７】の焼鈍で上述した結晶粒径と結晶方位を
得る。所望の結晶方位を得るためには、バッチ炉を用い
て低温で長時間の焼鈍を行なうよりも、連続焼鈍ライン
を用いて高温で短時間の熱処理を行なう方が望ましい。
この場合の適当な加熱炉の温度は、８７３Ｋ（６００
℃）〜１１２３Ｋ（８５０℃）である。加熱炉の温度が
１１２３Ｋ（８５０℃）を超えると、結晶粒径が５０μ
ｍ以下の再結晶組織を得ることが困難となる。また、８
７３Ｋ（６００℃）を下回ると所望の結晶方位が得られ
ない。焼鈍時間は、目標とする結晶粒径と加熱炉の温度
によって決定されるが、通常は数秒間から数分間の範囲
である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。圧延
上がりのりん青銅条（厚みをｔ_oｍｍと表す）を再結晶
焼鈍した（以下「中間焼鈍」とする）。次に、冷間圧延
を行なって厚みを０．３ｍｍとした。最後に、再結晶焼
鈍を行って、結晶粒径を調整した（以下「最終焼鈍」と
する）。冷間圧延における圧延加工度（Ｒ）を、Ｒ＝
（ｔ_o−０．３）／ｔ_o×１００（％）で定義する。この
ように製造したりん青銅条について、中間焼鈍後及び最
終焼鈍後の結晶粒径を測定した。また、最終焼鈍後の材
料について、結晶方位を測定し、深絞り性を評価した。
深絞り性の評価については、その代用特性としてよく用
いられるランクフォード値を測定するとともに、実際に
カップを作製して耳の高さと肌荒れの状況を調査した。
試験方法の詳細を以下に示す。

【００１９】（１）断面組織 圧延方向に直角な断面を鏡面研摩した後、１０％アンモ
ニア水１０ｍｌ＋３％過酸化水素水１０ｍｌ＋水５ｍｌ
の水溶液に浸漬して組織を現出した。そして、日本工業
規格ＪＩＳＨ０５０１の比較法にしたがって、結晶粒径
を測定した。

【００２０】（２） 結晶方位 圧延面において、Ｘ線回折により、（１１１）、（２２
０）及び（２００）の各面の回折強度の積分値を測定
し、 Ｉ'＝（Ｉ₍₂₂₀₎＋Ｉ₍₁₁₁₎）／Ｉ₍₂₀₀₎ の値を求めた。この測定はＣｏ管球を使用して行った。

【００２１】（３） ランクフォード値（ｒ値） 引張り方向が圧延方向と成す角度が、０°、４５°及び
９０°となる３種類の方向に、ＪＩＳ５号引張り試験片
を採取した。この試験片を引張試験機を用いて引張り、
２０％の永久伸びを与え、次式によりｒ値を求めた。 ｒ＝ｌｎ（Ｗ_o／Ｗ）／ｌｎ（ｔ_o／ｔ）＝ｌｎ（Ｗ_o／
Ｗ）／ｌｎ（ＬＷ／Ｌ_oＷ _o） ここで、Ｗ_o、Ｗは変形前、後の板幅であり、ｔ_o、ｔは
変形前、後の板厚であり、Ｌ_o、Ｌは変形前、後の評点
距離である。なおＬ_oは５０ｍｍとした。ｒ値は深絞り
性と相関を持つ因子であり、ｒ値の高い材料は深絞り性
が良好である。ｒ値は異方性が著しく、圧延方向に対し
て０度の方向の値（ｒ_o）、４５°の方向の値（ｒ₄₅）
及び９０°の方向の値（ｒ₉₀）の値がかなり異なるの
で、これらの加重平均値である平均塑性ひずみ比
（ｒ'）で評価するのが一般的である。 ｒ'＝（ｒ_o＋２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／２ また、ｒ_oとｒ₉₀の平均値とｒ₄₅の差である△ｒの値で
面内異方性を評価する。 △ｒ＝（ｒ_o−２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／２ △ｒは深絞りカップに発生する耳と関係があり、△ｒ＝
０では耳が発生せず、△ｒ＞０で ０°及び９０°方向
に耳が発生し、△ｒ＜０で４５°方向に耳が発生する。

【００２２】（４）深絞り試験 エリクセン社製試験機を用い、ブランク径：φ６４ｍ
ｍ、ポンチ径：φ３３ｍｍ、シート圧力：３．０ｋＮ、
潤滑剤：白色ワセリンの条件で、カップを作製した。こ
のカップの耳の高さを測定し、また外観を観察した。耳
の高さの測定では、カップをガラス板上に置いて耳の谷
とガラス板との間に生成した間隙を読み取り顕微鏡で測
定し、カップに発生した４個の耳の平均値を求めた。

【００２３】表１に評価したりん青銅条の成分及び製造
方法を示す。Ｎｏ．１〜２３は本発明の実施例であっ
て、Ｎｏ．２１，２２は請求項２，３の範囲外である
が、請求項１の範囲内であり、Ｎｏ．２４〜３７は成分
または成分と製造方法が本発明外の比較例である。な
お、Ｎｏ．２４はＡｇを添加していない従来のりん青銅
である。今回の評価では、Ｉ'≧０．９６、ｒ'＞１．８
５、｜△ｒ｜＜０．２５、耳高さ＜０．４ｍｍ、外観＝
肌荒れなしの場合に従来のりん青銅条に対して深絞り性
が改善されていると判定した。本発明例のＮｏ．１〜２
３は、この条件を満たしている。

【００２４】図１と図２は実施例のＮｏ．１〜７及びＮ
ｏ．２４〜２６について、Ａｇ含有量とＩ'、耳高さ、
ｒ'及び△ｒとの関係を図示したものである。これら実
施例では、いずれもＳｎ含有量が約８％であり、製造方
法についても、中間焼鈍後の結晶粒径が８〜１８μｍ、
圧延加工度が７５％、最終焼鈍後の結晶粒径５〜１５μ
ｍとほぼ同様である。Ａｇ含有量が高くなるに従い、
圧延面における（２２０）及び（１１１）面の存在比率
が増加し、深絞り後の耳が小さくなり（耳は４５°方
向に発生）、ｒ'値（この値が大きいほど深絞り性は
良好）が大きくなり、△ｒの絶対値（この値がゼロに
近づくほど異方性が低減し耳が減少）が小さくなってい
る。Ａｇ含有量増加に伴うこのような効果は、Ａｇが２
００ｐｐｍを超える範囲ではほとんど認められない。

【００２５】Ａｇ含有量がほぼ等しく、同様の方法で製
造されたＮｏ．３、８、９及び２７を比較すると、Ｓｎ
含有量が増加するに従い、Ｉ'及びｒ'が増加し、△ｒの
絶対値及び耳高さが低下することがわかる。ただし、Ｓ
ｎ含有量が９％を超えるＮｏ．２８は、深絞り試験中に
破断が生じたため、カップに成形できなかった。また、
Ｎｏ．２７はＳｎ含有量が３％に満たないため、Ｉ'＜
０．９６であり深絞り性が劣る。

【００２６】Ｎｏ．２９〜３７の製造方法は本発明外の
比較例である。Ｎｏ．３０は冷間圧延加工度が９０％を
超えたため、Ｎｏ．３１は最終焼鈍後の結晶粒径が５μ
ｍに満たないため、Ｎｏ．３４は中間焼鈍後の結晶粒径
が５μｍに満たないため、Ｎｏ．３３は最終焼鈍を炉温
が６００℃より低い条件で行なったため、Ｉ'＜１であ
り深絞り性が劣る。また、Ｎｏ．２９は冷間圧延加工度
が２０％に満たないため、Ｎｏ．３２は最終焼鈍の炉温
が８５０℃を超えて焼鈍後の結晶粒径（製品での結晶粒
径）が５０μｍを超えたため、Ｎｏ．３５は中間焼鈍後
の結晶粒径が６０μｍを超えたため、深絞り後のカップ
側壁部に肌荒れが発生した。Ｎｏ．３６及び３７はＰ含
有量が本発明外の比較例である。Ｎｏ．３６はＰ含有量
が０．０３％に満たないため、酸化物系介在物が発生
し、また、Ｎｏ．３７はＰ含有量が０．３５％を超えて
いるためＣｕ₃Ｐが析出し、両者ともインゴットを冷間
圧延する際に耳割れが生じて条に加工できなかった。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、深絞り性が黄銅とほぼ同等の
りん青銅条を提供するものである。このりん青銅条は深
絞り性以外のリードフレーム、端子・コネクター及びば
ね材などの用途で要求される、電気伝導性、強度、耐熱
性、曲げ性なども良好である。このような用途のりん青
銅条では、製造工程の最後に冷間圧延が行なわれること
が多いが、冷間圧延後の状態においても、Ａｇ添加で強
度と延性の異方性が低下する効果は認められるので、部
品加工において厳しい加工条件や複雑な加工が容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ａｇ含有量と、結晶方位Ｉ'＝（Ｉ₍₂₂₀₎＋Ｉ
₍₁₁₁₎）／Ｉ₍₂₂₀₎及び耳高さの関係を示すグラフである
（Ｓｎ含有量＝８％、中間焼鈍結晶粒径＝８〜１８μ
ｍ、圧延加工度＝７５％、最終焼鈍結晶粒径＝５〜１５
μｍ）。

【図２】 Ａｇ含有量と、平均塑性ひずみ比ｒ'＝（ｒ_o
＋２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／２及びランクフォード値の面内異方
性△ｒ＝（ｒ_o−２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／２の関係を示すグラ
フである（Ｓｎ含有量＝８％、中間焼鈍結晶粒径＝８〜
１８μｍ、圧延加工度＝７５％、最終焼鈍結晶粒径＝５
〜１５μｍ）。

【図３】 本発明実施例及び比較例の組成及び特性を示
す図表（表１）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｋ ６６１ ６６１Ａ ６８５ ６８５Ｚ ６９１ ６９１Ｂ ６９４ ６９４Ａ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｎを３〜９質量％、Ｐを０．０３〜
   ０．３５質量％及びＡｇを３０〜２００質量ｐｐｍ含有
   し、残部が銅及びその不可避的不純物からなることを特
   徴とする、深絞り性に優れたりん青銅条。
2. 【請求項２】 圧延方向に直角な断面において測定した
   結晶粒径が５〜５０μｍであることを特徴とする請求項
   １記載のりん青銅条。
3. 【請求項３】 Ｃｏ管球を用いてＸ線回折を行った圧延
   面（２２０）面の積分強度値（Ｉ₍₂₂₀₎）及び（１１
   １）面の積分強度値（Ｉ₍₁₁₁₎）が、（２００）面の積
   分強度値（Ｉ₍₂₀₀₎）に対し、Ｉ₍₂₂₀₎＋Ｉ₍₁₁₁₎＞Ｉ
   ₍₂₀₀₎であることを特徴とする請求項１又は２記載のり
   ん青銅条。
4. 【請求項４】 請求項１記載の組成を有する銅合金を圧
   延し、圧延上がりのりん青銅板を再結晶焼鈍して結晶粒
   径を５〜６０μｍに調整し、次いで加工度２０〜９０％
   の範囲で冷間圧延を行ない、最後に６００〜８５０℃に
   て再結晶焼鈍を行って結晶粒径を５〜５０μｍに調整す
   ることを特徴とする深絞り性に優れたりん青銅条の製造
   方法。