JP2004285449A - 銅合金材とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Znを15〜45wt%、Snを0.1〜4.5wt%含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅基合金を被加工材とし、冷間圧延と焼鈍とを繰り返して所定板厚の板材に加工する銅合金材製造に際し、材料表面におけるすべり系の集積度を反映する結晶方位パラメーターS(ND)を指標としてすべり系の表面集積度を調節する手法を導入した。S(ND)は材料表面のX線回折強度に基づいて下記(1)式により算定する:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200})÷(I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)
0.3≦S(ND)≦0.5 の範囲に調節することにより所期の効果が得られる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コネクタ等の電気・電子部品用材料として使用される銅合金材に関し、更に詳しくは、優れたプレス成形性、強度、弾性、導電性に加えて特に曲げ加工性に優れた低廉な電気・電子部品用銅合金材およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、エレクトロニクスの発達により、種々の機械の電気配線は複雑化、高集積化し、それに伴いコネクタ等の電気・電子部品製造用材料として使用される伸銅品材料の需要が増加している。
【0003】
また、コネクタ等の電気・電子部品は、軽量性、高信頼性、低コスト性が要求されている。よって、これらの要求を満たすために、コネクタ等の電気・電子部品用銅合金材料は薄肉化され、端子幅も狭くなり、また複雑な形状にプレスするため、プレス成形性、強度、弾性及び導電性が良好でなければならない。
【0004】
従来、黄銅やりん青銅等が、コネクタ材として一般に使用されてきた。黄銅は低コストの材料として使用されているが、引張強さは質別がEHでも600N/mm2 を越えず、また耐食性、耐応力腐食割れ性で劣っている。また、質別SH・ESHにおいては600N/mm2以上の高い強度を有するものの、曲げ加工性が劣り、複雑な加工に対応できない。りん青銅は強度、耐食性、耐応力腐食割れ性のバランスに優れているが、導電率が例えばばね用りん青銅で12%IACSと小さく、かつコスト的にも不利である。
【0005】
よって、黄銅に近い価格で優れたプレス成形性、強度、弾性及び導電性を有する材料が求められている。具体的には、引張強さ600N/mm2 以上、ばね限界値450N/mm2以上、導電率が20%IACS以上を有していることが必要となる。
【0006】
このような状況に鑑み、特許文献1ではCu−Zn系材料にSnを添加した合金を提案している。
【0007】
しかしながら、端子の小型化に伴い、曲げ加工時のスプリングバックを抑え寸法精度を向上させるため、プレス曲げ加工部の曲げ部半径(R)は小さくなってきている。さらに、設計上、180°密着曲げを施し、見かけの板厚を増やす加工方法が採用される場合も多く、ますます複雑な加工へ対応する必要が出てきている。このため、従来の90°曲げよりも厳しい180°曲げでの加工性が求められている。
【0008】
また、狭ピッチコネクタの場合、端子の打ち抜きを連続して行うため、一般に曲げ加工性の良くない、板の展伸方向と直角方向の曲げ加工を施した場合の曲げ部表面が良好であることが要求される。
【0009】
具体的には、先に示した数値範囲の引張強さ、ばね限界値、導電率を有し、さらに、板の展伸方向と直角方向の180°曲げ加工において、曲げ部分に割れを生じることなく加工可能な、曲げ部半径(R)と板厚(t)の比R/tが1.0以下、好ましくはR/tが0.5以下となる条件を満足する曲げ加工性を持つ材料が望まれている。
【0010】
【特許文献1】特開2001−294957(特願2000−113520)
【特許文献2】特開2000−80428(特願平10−245192)
【特許文献3】特開2000−328157(特願平11−133385)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コネクタ等の電気・電子部品用材料に要求される高い強度を有しながら曲げ加工性に優れたコネクタ等の電気・電子部品用銅合金材とその製造方法を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コネクタ等の電気・電子部品用銅合金について、組成および材料の材料表面における特定結晶面集積度を制御することにより、即ち具体的には圧延板材の表面(以下ND面という)におけるすべり系の活動効果に着目して材料表面のX線回折を行い、特定方向の回折強度が所定の条件を満たすように結晶構造を制御することによって、コネクタ等の電気・電子部品用材料に要求される曲げ加工性を向上させたコネクタ等の電気・電子部品用銅合金を提供するものである。なおここでX線回折強度とは、例えばX線回折法で測定される材料の結晶方位の積分強度を意味するものである。
曲げ加工性を向上させるため、結晶面集積度を制御する手法は特許文献2,3にも示されている。しかしながら、本発明と基本組成が異なり(具体的にはZn、Snの含有量が多い)、このため上記文献に記載されている最終板材表面の結晶面を制御するのみでは本発明で要求されている黄銅に近い価格で優れた曲げ加工性、強度、弾性及び導電性を有することは困難であった。
本発明では、当該組成材料の冷間加工率を変化させた際に急激に変化する{111}面の集積度に着目し、更に最終板材表面だけでなく中間加工材段階においても板材表面の結晶方位制御を行うことにより、安価に高強度を達成しつつ、曲げ加工性を向上させることを可能とした。この結果、本発明で要求される価格、曲げ加工性、強度、弾性及び導電性を有した材料を製造することが出来た。
【0013】
即ち本発明は第一の態様として、Zn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅基合金を被加工材として用い、冷間圧延と焼鈍とを繰り返して所定板厚の板材に加工した銅合金材であって、最終冷間加工後の材料表面のX線回折強度に基づいて下記(1)式により算定するパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)
[ただし、式中の I/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比I{abc}/Cu{abc}の略記である]が下記(2)式:
0.3 ≦ S(ND) ≦0.5 …(2)
を満たすようなすべり系の材料表面集積特性を有し、かつ、該板材をその展伸方向と直角方向に180°曲げ加工したときの加工可能な最小曲げ半径Rとその時の板材厚さtとの比 R/t が下記(3)式:
R/t ≦ 1.0 … (3)
を満たすような曲げ加工特性を有することを特徴とする主としてコネクタ等の電気・電子部品用材料として好適な銅合金材を提供するものである。ただし上記説明中、標準銅試料とは、銅粉末試料あるいはランダムな結晶方位を有する銅板を意味し、「加工可能な」とは、曲げ部表面に割れが発生しない、という意味であり(但し、「割れ」とは、割れの底が真上から観察できない、せん断帯に沿って割れた状態をいう。:日本伸銅協会技術標準JBMA T307:1999参照)、曲げ半径Rは、曲がり部の湾曲の曲率半径であり、曲がりの内側の表面で測定した値である。「所定の板厚」とは客先の要求に対応した最終製品の形状によるものであるため数値的限定はしないが当業者には自明のことである。
本発明は第二の態様として、 Zn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを必須成分として含み、更にFe:0.01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1wt%、Si:0.01〜3wt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、Ce:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、Ag:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt% およびB:0.001〜0.5wt%からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を随意的付加成分として、その総量で0.001〜5wt%含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅基合金を被加工材として用い、冷間圧延と焼鈍とを繰り返して所定板厚の板材に加工した銅合金材であって、最終冷間加工後の材料表面のX線回折強度に基づいて下記(1)式により算定するパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)
[ただし、式中の I/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比I{abc}/Cu{abc}の略記である]が下記(2)式:
0.3 ≦ S(ND) ≦ 0.5 …(2)
を満たし、かつ、該板材をその展伸方向と直角方向に180°曲げ加工したときの加工可能な最小曲げ半径Rと板材厚さtとの比、R/tが下記(3)式:
R/t ≦ 1.0 … (3)
を満たすことによって示される高度な曲げ加工性を有することを特徴とする主としてコネクタ等の電氣・電子部品用材料として好適な銅基合金を提供するものである。
本発明は第三の態様として、Zn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材、またはZn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、更にFe:0.01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1wt%、Si:0.01〜3wt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、Ce:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、Ag:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%および B:0.001〜0.5wt%からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を、その総量で0.001〜5wt%含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材を被加工材として用い、冷間圧延と焼鈍とを繰り返して所定板厚の板材に加工する銅合金材の製造方法であって、その製造工程において最終冷間加工前の圧延加工である中延加工の実施後、板材表面のX線回折強度を測定し、その強度に基づいて下記(1)式により算定するパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)[ただし、式中の I/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比:I{abc}/Cu{abc}の略記である]の値を検定して、S(ND)が下記(4)式:
S(ND) ≦ 0.3 …(4)
を満たすように冷間圧延と焼鈍とが行われたことを確認し、次いで最終冷間加工を行い、かつ該最終冷間加工後の材料表面のX線回折強度により算定する上記(1)式のパラメータS(ND)が下記(2)式:
0.3 ≦ S(ND) ≦ 0.5 …(2)
を満たしていることを確認して最終冷間加工を終結し最終製品板材を得ることからなる主としてコネクタ等の電氣・電子部品用材料として好適な銅合金材の製造方法を提供するものである。
本発明は第四に、最終冷間加工前の圧延加工である中延圧延終了後の材料表面のX線回折強度を測定し、そのX線回折強度に基づいて(1)式により算定するパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)[ただし、式中の I/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比:I{abc}/Cu{abc}の略記である]が下記(5)式:
S(ND) ≦ 0.3 …(5)
を満たすことを確認して中延圧延を終結する工程に加えて、最終冷間加工前の焼鈍である中延焼鈍実施後の材料表面のX線回折強度を測定し、そのX線回折強度に基づいて上記(1)式により算定するパラメータS(ND)が下記(4)式:
S(ND) ≦ 0.8 …(4)
を満たすことを確認して中延焼鈍を終結する工程を更に含む前記第三の態様に記載の主としてコネクタ等の電氣・電子部品用材料として好適な銅合金材の製造方法を提供するものである。
本発明は第五の態様として、最終冷間加工後の圧延合金の結晶粒径が5μm以下となるように中延圧延、中延焼鈍および最終冷間加工の処理条件を制御することをも重要な製造条件の一つとして含むことを特徴とする前記第三または第四の態様に記載の主としてコネクタ等の電氣・電子部品用材料として好適な銅合金材の製造方法を提供するものである。
本発明は第六の態様として、最終冷間加工後の圧延合金をばね限界値がピークになる熱処理温度よりも高い温度で熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする前記第三乃至第五の態様として記載のコネクタ等電氣・電子部品用材料として好適な銅合金材の製造方法を提供するものである。ここに、ばね限界値がピークになる熱処理温度とは、最終冷間加工後の材料を低温焼鈍した後に測定したばね限界値の値が最大となるような低温焼鈍の温度を意味する。熱処理温度については、最終圧延加工条件によって最適な熱処理温度は変動するが当業者は目的に応じ適宜決定できる。例えば、200〜600℃(時間:5秒〜180分)が通常行っている低温焼鈍条件になる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容をさらに具体的に説明する。そこでまず、本発明銅合金材における合金成分元素の含有量限定理由につき説明する。
【0015】
Zn:Znの添加により強度、ばね性が向上し、かつCuより安価であるため多量に添加することが望ましいが、45wt%を越えると曲げ加工性、耐食性、耐応力腐食割れ性、めっき性、はんだ付性が低下する。また、製造工程中においてβ相の形成量が多くなり、冷間加工性が低下することに加え、途中の圧延・焼鈍工程での結晶方位・結晶粒径の制御が困難になる。また、15wt%より少ないと強度、ばね性が不足し、安価なZnが少なくコスト的にも不利になる。したがって、Znは、15〜45wt%の範囲であれば良い。好ましい範囲としては20〜35wt%である。更に好ましい範囲としては、23〜30wt%である。この範囲であると、溶解鋳造時の凝固組織と熱間圧延との兼ね合いで生じる熱間割れを抑制できる。
【0016】
Sn:SnはZnの共存下で微量であっても強度,弾性をはじめとした機械的特性を向上させる効果がある。さらにSnめっき等、Snを表面処理した材料の再利用の点からも添加元素として含有するのが好ましい。しかし、Sn含有量が増すと導電率が急激に低下し、また熱間加工性も低下する。このため、4.5wt%を越えない範囲でなければならない。また、0.1 wt%より少ないと機械的特性を向上させる効果が望めない。したがって、Snは、0.1〜4.5wt%の範囲であれば良い。好ましい範囲としては、0.3〜3.0wt%である。更に好ましい範囲としては0.4〜2.0wt%である。この範囲であると、溶解鋳造時の凝固組織と熱間圧延との兼ね合いで生じる熱間割れを抑制できる。
また、後述する材料表面の結晶方位についても、Znが15%〜45wt%、Snが0.1%〜4.5wt%の範囲であれば、曲げに対して割れの生じ難い方位である{100}面が多く材料表面に集積し易く、曲げ加工性が向上する。Zn量、Sn量が上記範囲より少ないと、{100}面の集積度が少なくなり、曲げ加工性が低下しやすい。また、上記の範囲より多い場合でも、マトリクス中に冷間加工性に乏しいβ相が発生し易くなるため、曲げ加工性は低下する。
【0017】
さらに、第3添加元素として、Fe:0.01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1wt%、Si:0.01〜3wt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、Ce:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、Ag:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%、B:0.001〜0.5wt%のうち少なくとも1種以上の元素をその総量が0.001〜5wt%となる範囲で含んでも良い。
【0018】
これらは、Cuマトリックス中に固溶または析出して化合物を形成することで、曲げ加工性に影響を与えずに強度、導電率、熱間加工性を向上させる効果を有している。ただし、各元素の含有範囲からはずれると所望とする効果が得られないか、曲げ加工性を劣化させる。または、熱間加工性、導電率、コスト面等で不利となる。
【0019】
次に、本発明銅合金材における結晶方位制御理由につき説明する。
曲げ加工に際して、材料の曲げ変形時に生じる表面の肉引け、破断を抑えるためには、曲げ加工時に材料表面で働くすべり系の多い結晶面を板材表面に優先的に発生させ、局部的なくびれの発生を抑制することが重要である。
【0020】
FCC(面心立方格子)の結晶構造を持つCu系の多結晶材料は、すべり面{111}とすべり方向<110>の組み合わせ、即ち、12個のすべり系{111}<110>を有し、変形に際し1個以上のすべり系が活動する(ここで、{ }は等価な面を一括して表したもの、< >は等価な方向(方位)を一括して表したものである)。曲げ加工変形の場合、すべり系が多く活動すれば肉引け、クラックの発生を抑制することができる。
【0021】
板材表面をND面として、4種類の面、{110}面,{111}面,{311}面,{100}面に注目すると、曲げ加工変形に際し、12個のすべり系のうち8個のすべり系が活動可能な{100}面を多く表面に集積させることで最も曲げ加工性を向上させ得る。次いで{311}面、{111}面,逆に曲げ加工変形に際して活動可能なすべり系個数の少ない{110}面が多く集積した場合、曲げ加工性が劣化する。
【0022】
具体的には、曲げ加工の際、曲げ部表面のしわに対して応力が集中し、肉引けが大きくなり、クラックに至る。
【0023】
ここで、銅基合金のようにFCC(面心立方格子)の結晶構造を有する金属の場合、X線回折では{110}面、{111}面、{311}面、{100}面の回折強度は各々I{ 220 }、I{ 111 },I{ 311 },I{ 200 }として生じる。
【0024】
以上を考慮した上で、従来の問題を解決すべく鋭意研究した結果、{220}面の回折強度I{ 220 },{111}面の回折強度I{ 111 },{311}面の回折強度I{ 311 },{200}面の回折強度I{ 200 }を測定し、
S(ND)=(I/Cu{311}+I/Cu{200})÷(I/Cu{220}+I/Cu{111})・・・(1)
I/Cu{abc}:[測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比:I{abc}/Cu{abc}を意味する。]なるパラメータS(ND)を指標に組織制御する。具体的には工程における焼鈍・圧延条件を決定することで曲げ加工性の向上を成し得た。
【0025】
すなわち最終冷間加工後の板材表面のS(ND)を(1)式により求め、S(ND) ≧ 0.3の条件が満たされるような焼鈍・圧延処理を行ったときは、R/t = 1.0以下で180°曲げ加工を施した後の曲げ部表面にクラックが無く、良好な曲げ部表面を得ることができた。一方、S(ND) < 0.3のときは、曲げ部にクラックが発生した。S(ND) > 0.5の場合、曲げ加工性は満足できるが、引張強さをはじめとする他の特性を満足することができないことがわかった。
【0026】
次に、本発明に係る製造条件の限定理由につき説明する。
最終冷間加工後板材において曲げ加工性を向上するために必要な、結晶粒径が小さく均一な組織を有する中延焼鈍後材を得るためには、中延圧延後の材料表面において(1)式によるパラメータS(ND)が0.30以下となるような圧延加工を行うことが好ましい。S(ND)が0.30を越えると、中延焼鈍において前述の組織を得ることが出来る温度領域が狭くなり、結晶粒径の制御が難しい。
【0027】
さらに、中延焼鈍後の材料表面において(1)式によるパラメータS(ND)を0.80以下、結晶粒径を5μmとなるように中延焼鈍条件を制御すれば最終冷間加工後板材において高い強度を有しつつ、曲げ加工性を向上できる。S(ND)が0.80を越えるか、あるいは結晶粒径が5μmを越えると、必要な強度特性を得るための最終冷間圧延加工率が大きくなり、X線回折強度によって決定される(1)式に示すパラメータが(2)式に示す範囲を下回る。このため、最終冷間加工後板材の曲げ加工性が低下する上、経済的に不利になる。
【0028】
この後、最終冷間加工後材料において(1)式によるパラメータS(ND)が、0.3≦ S(ND) ≦ 0.5を満たすように冷間加工率を制御すれば高い強度を有しつつ、曲げ加工性に優れた材料を製造することができる。
【0029】
さらに、200〜600℃の温度で5秒〜180分間熱処理する。この熱処理により材料の曲げ加工性を向上させ、さらにばね限界値、耐応力腐食割れ性、導電率を向上させることができる。200℃未満の温度ではこのような効果が充分でなく、600℃を超える温度では急速に強度が低下することに加え、材料表面の結晶回折強度の変化、結晶粒の粗大化が生じる。また時間については、5秒間〜180分間が好ましい。処理時間が短すぎると上記の効果が十分でなく、長すぎると経済的に不利になる。
【0030】
また、ばね限界値がピークになる熱処理温度よりも高い温度で熱処理することで曲げ加工性、耐応力腐食割れ性をさらに向上させることができる。ただし、熱処理温度が高すぎると引張強さ、ばね限界値が急激に低下するため、ばね限界値がピーク値の70から100%の間となるような熱処理条件が望ましい。
【0031】
以上のようにして成分の範囲、板材表面の結晶方位、製造条件を限定することで曲げ加工性(R/t≦1.0 の180°曲げにもクラック発生無し)を満足しつつ、さらにコネクタ材として必要な諸特性、具体的には引張強さ600N/mm2 以上、導電率が20%IACS以上を満足するコネクタ用銅基合金を製造できる。
【0032】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
【0033】
【実施例】
[実施例1]
表1に化学成分(wt%)を示す銅合金No.1〜18を高周波誘導溶解炉を用いて溶製し、40×40×150(mm)の鋳塊に鋳造した。ただし、溶解鋳造時の雰囲気はArガス雰囲気とし、鋳造後直ちに水冷した。
【0034】
その後、各鋳塊を熱間圧延後、冷間圧延と焼鈍を繰り返し、板材表面の式(1)に示すS(ND)が0.2<S(ND)<0.35となるような中延圧延(最終冷間加工前の圧延加工)を行った。
【0035】
上記のようにして得られたNo.18までの板材について300〜550℃×1時間の熱処理を実施した。なお、熱処理後の板材の結晶粒径は5〜15μmであり、板材表面(ND面)についてX線回折を行い、式(1)に示すS(ND)を測定した結果、0.55<S(ND)<0.85であった。上記のように得られた熱処理材を厚さ0.25 mmまで冷間圧延した後、各温度条件で30分間の焼鈍を行い、酸洗を施したものを試験材とした。
【0036】
ここで、X線回折強度の測定条件は以下の通りである。
管球:Mo(Cu)、管電圧:40kV、管電流:30mA、サンプリング幅:0.020°、モノクロメーター使用、試料ホルダー:Al
なお、X線回折測定条件は、上記条件に限定されるものでなく、試料の種類によって適宜変更される。
【0037】
このとき得られた試験材のうち、代表としてCu‐25.21wt%Zn‐0.78wt%Sn の中延圧延後のS(ND)が0.30、中延焼鈍後のS(ND)が0.72、結晶粒径が5μmの材料について最終冷間加工率を変更し、得られた試験材と標準CuサンプルのX線回折強度の積分強度比、S(ND)を測定した例を図1に示す。図1の例では、冷間加工率の増加と共に、{220}面の集積度は増加、{311}面,{200}面の集積度は減少している。
【0038】
このように材料表面における各結晶面の集積度判定基準となるS(ND)に基づいて冷間加工率を決定することで、曲げ加工性に優れ、かつ高強度の材料を安定かつ確実に製造することができる。
【0039】
以上のようにして得られた試験材を用いてビッカース硬さ、引張強さ、ヤング率、ばね限界値および導電率を測定すると共に、曲げ加工性を調査した。 ビッカース硬さ、引張強さ、ヤング率、ばね限界値および導電率の測定は、それぞれJIS−Z―2244、JIS−Z―2241、JIS−H―3130、JIS−H―0505に従った。
【0040】
曲げ加工性は、展伸方向と直角方向に採取した試料について180゜曲げ試験(JIS Z 2241、R=0.25 mm 、W=2.0 mm)を行い、内曲げ半径Rと板厚tの比をR/tとして、中央部の山表面で割れの発生しなかった最小のR/tで評価した。
【0041】
【表1】
【0042】
表1に示した結果から、本発明に係るNo.1〜8の銅合金は、曲げ加工性が良好であり、なおかつ引張強さ、導電率のバランスに優れている。したがって、コネクタ等の電気・電子部品用材料として非常に優れた特性を有する銅合金である。
また、第3元素を添加した本発明合金No.6〜8は、強度あるいは導電率の向上が確認されている。
【0043】
これに対して、Zn、Sn各含有量が本発明で規定するより少ない比較合金No.9,No.10は、曲げ加工性・引張強さに劣り、Zn、Sn各含有量が本発明で規定するより多い比較合金No.11,No.12は曲げ加工性に劣っている。
【0044】
また、最終冷間加工後の材料表面の結晶方位パラメータS(ND)が(2)式で規定するより小さい比較合金No.13は引張強さ、ばね限界値は本発明合金と同等だが、曲げ加工性に劣り、S(ND)が(2)式で規定するより大きい比較合金No.14は曲げ加工性が劣っている上、引張強さ、ばね限界値が低下している。
【0045】
中延焼鈍前、中延圧延後の結晶方位パラメータS(ND)が(5)式で規定するより大きい値を示す試料である比較合金No.15、中延焼鈍後の結晶方位パラメータS(ND)が(4)式で規定するより大きく、結晶粒径が10μmである比較合金No.16はいずれも曲げ加工性に劣っている。
【0046】
比較合金No.17は冷間加工後、熱処理を行わなかった試料であるが、曲げ加工性・ばね限界値が大きく劣っている。
【0047】
比較合金No.18,No.19は市販の黄銅1種(C2600−EH)、りん青銅2種(C5191−EH)についてビッカース硬さ、引張強さ、ヤング率、ばね限界値、導電率および曲げ加工性を調査した結果である。
【0048】
本発明の銅合金は、従来の代表的なコネクタ等の電気・電子部品用材料である黄銅一種に比較して曲げ加工性、強度が向上していることがわかる。りん青銅に比較しても、曲げ加工性,強度,導電率に優れている。さらにコスト面でも成分と製造工程から優れているといえる。したがって、本発明合金は従来の黄銅、りん青銅に比較しても十分に優れているといえる。
【0049】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明に係る銅基合金または本発明方法によって得られた銅合金材料は、従来の黄銅やりん青銅等に比較して、成形加工性が良好でありかつ強度,導電率のバランスをはじめ耐環境性,耐熱性等に優れるため、安価なコネクタ等の電気・電子部品用材料として最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】Cu−25.21wt%Zn−0.78wt%Snの組成をもつ被加工材であって中延圧延後のS(ND)が0.30、中延焼鈍後のS(ND)が0.72、結晶粒径が5μmの材料について最終冷間加工率を変更して得られた試験材と標準CuサンプルのX線回折強度の積分強度比およびS(ND)の測定結果を示す。
Claims (8)
- Zn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材であってその板材の材料表面のX線回折強度から、下記(1)式により定まるパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)
[ただし、式中のI/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比:I{abc}/Cu{abc}を表す]が下記(2)式:
0.3 ≦ S(ND) ≦0.5 …(2)
を満たし、かつ、該板材をその展伸方向と直角方向に180°曲げ加工したときの加工可能な最小曲げ半径Rとその時の板材厚さtとの比 R/t が下記(3)式:
R/t ≦ 1.0 … (3)
を満たすことを特徴とする銅合金材。 - Zn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、更にFe:0.01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1wt%、Si:0.01〜3wt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、Ce:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、Ag:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt% およびB:0.001〜0.5wt%からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を、その総量で0.001〜5wt%含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材であってその板材の材料表面のX線回折強度から下記(1)式により定まるパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)
[ただし、式中の I/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比:I{abc}/Cu{abc}を表す]が下記(2)式:
0.3 ≦ S(ND) ≦ 0.5・・・(2)
を満たし、かつ、該板材をその展伸方向と直角方向に180°曲げ加工したときの加工可能な最小曲げ半径Rと板材厚さtとの比、R/tが下記(3)式:
R/t ≦ 1.0 … (3)
を満たすことを特徴とする銅合金材。 - 前記銅合金材が電気・電子部品用材料である請求項1または請求項2記載の銅合金材。
- 前記電気・電子部品がコネクタである請求項3記載の銅合金材。
- Zn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、
残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材、またはZn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、更にFe:0.01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1wt%、Si:0.01〜3wt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、Ce:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、Ag:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%および B:0.001〜0.5wt%からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を、その総量で0.001〜5wt%含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材を被加工材とし、冷間圧延と焼鈍とを1回以上繰り返して所定厚さの板材に加工することからなる銅合金材の製造方法であって、冷間加工と焼鈍とを繰り返す工程を含み、最終冷間加工前の焼鈍である中延焼鈍後の材料表面のX線回折強度を測定し、そのX線強度から定まる下記(1)式のパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)
[ただし、式中の I/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比:I{abc}/Cu{abc}を表す]が下記(4)式:
S(ND) ≦ 0.8 …(4)
を満たし、かつ結晶粒経が5μm以下であることを満たすように中延焼鈍を行った後、最終冷間加工を行い、該最終冷間加工後の材料表面のX線回折強度を測定しそのX線回折強度から定まる上記(1)式のパラメータS(ND)が下記(2)式:
0.3 ≦ S(ND) ≦ 0.5・・・(2)
を満たすように最終冷間加工することを特徴とするコネクタ用銅合金材の製造方法。 - Zn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、
残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材、またはZn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、更にFe:0.01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1wt%、Si:0.01〜3wt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、Ce:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、Ag:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%および B:0.001〜0.5wt%からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を、その総量で0.001〜5wt%含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅基合金を被加工材とし、冷間圧延と焼鈍とを一回以上繰り返して所定厚さの板材に加工することからなる銅合金材の製造方法であって、冷間加工と焼鈍とを繰り返す工程を含み、最終冷間加工前の圧延加工である中延圧延後の板材表面のX線回折強度が下記(1)式により定まるパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)[ただし、式中の I/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比:I{abc}/Cu{abc}を表す]が下記(5)式:
S(ND) ≦ 0.3・・・(5)
を満たすように中延圧延する工程に加えて、最終冷間加工前の焼鈍である中延焼鈍後の材料表面のX線回折強度を測定しそのX線強度から定まる上記(1)式のパラメータS(ND)が下記(4)式:
S(ND) ≦ 0.8 …(4)
を満たし、かつ結晶粒経が5μm以下であることを満たすように中延焼鈍
を行った後、最終冷間加工を行い、該最終冷間加工後の材料表面のX線回折強度を測定しそのX線回折強度から定まる上記(1)式のパラメータS(ND)が下記(2)式:
0.3 ≦ S(ND) ≦ 0.5・・・(2)
を満たすように最終冷間加工することを特徴とするコネクタ用銅合金材の製造方法。 - Zn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、
残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材、またはZn:15〜45wt%とSn:0.1〜4.5wt%とを含み、更にFe:0.01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1wt%、Si:0.01〜3wt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、Ce:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、Ag:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%および B:0.001〜0.5wt%からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を、その総量で0.001〜5wt%含み、残部がCuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金材を被加工材とし、冷間圧延と焼鈍とを一回以上繰り返して所定厚さの板材に加工することからなる銅合金材の製造方法であって、冷間加工と焼鈍とを繰り返す工程を含み、最終冷間加工前の圧延加工である中延圧延後の板材表面のX線回折強度が下記(1)式により定まるパラメータ:
S(ND) = (I/Cu{311}+I/Cu{200}) ÷ (I/Cu{220}+I/Cu{111}) …(1)[ただし、式中の I/Cu{abc}は測定試料の{abc}面回折強度I{abc}と標準銅試料の{abc}面回折強度Cu{abc}の比:I{abc}/Cu{abc}を表す]が下記(5)式:
S(ND) ≦ 0.3・・・(5)
を満たすように中延圧延する工程に加えて、最終冷間加工前の焼鈍である中延焼鈍後の材料表面のX線回折強度を測定しそのX線強度から定まる上記(1)式のパラメータS(ND)が下記(4)式:
S(ND) ≦ 0.8 …(4)
を満たし、かつ結晶粒経が5μm以下であることを満たすように中延焼鈍を行った後、最終冷間加工を行い、該最終冷間加工後の材料表面のX線回折強度を測定しそのX線回折強度から定まる上記(1)式のパラメータS(ND)が下記(2)式:
0.3 ≦ S(ND) ≦ 0.5・・・(2)
を満たすように最終冷間加工する工程に加えて、低温焼鈍を行うことを特徴とするコネクタ用銅合金材の製造方法。 - 最終冷間加工後の圧延合金をばね限界値がピークになる熱処理温度よりも高い温度で熱処理する工程をさらに含む請求項5に記載のコネクタ用銅合金材の製造方法。
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