JP2007204829A - 成形加工性の優れた硬質α黄銅及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】銅62.0wt%〜71.5wt%、不可避不純物以外の残部が亜鉛からなるα黄銅であって、引張り強さが530MPa〜620MPa、0.2%耐力(σ0.2)が450MPa〜540MPa、応力緩和率が52%以下で、エリクセン値(Er:mm)と0.2%耐力(σ0.2:MPa)との関係が、
の関係を満たす硬質α黄銅材とし、この黄銅材は、1μm〜2μmの結晶粒径となるよう再結晶焼鈍を施した出発板材に5%〜18%の加工率で冷間圧延加工を加えた後0.2%耐力(σ0.2)がピークを示す温度以上で低温焼鈍することを特徴とする方法により製造する。
【選択図】図1
Description
本件発明に係る硬質α黄銅は、銅62.0wt%〜71.5wt%、不可避不純物以外の残部が亜鉛からなるα黄銅であって、引張り強さが530MPa〜620MPa、0.2%耐力(σ0.2)が450MPa〜540MPa、120℃100時間後の応力緩和率が52%以下であり、且つエリクセン値(Er:mm)と0.2%耐力(σ0.2:MPa)との関係が以下の数3を満たすことを特徴とする硬質α黄銅である。
そして、本件発明に係る製造方法から得られた硬質α黄銅の0.2%耐力(σ0.2)は450MPa〜540MPaであって一般材よりも約30MPaは高く、エリクセン値(Er)はこの範囲全域にわたって以下の数5を満足できるものであり、一般材と比較した場合には少なくとも0.5mm以上エリクセン値(Er)が優れているのである。
この製造方法を説明する前に、ここで言う焼鈍温度、焼鈍時間について明記しておくことにする。バッチ焼鈍の場合は、実体温度が測定可能で、温度は実体温度、時間はその温度±5℃での保持時間とする。これに対し、連続焼鈍の場合は実体温度の測定が困難で、所定の温度とした加熱炉中に通板すると徐々に板温は上昇し、加熱炉出口で最高温度となる。出口温度は、本件発明の温度条件で言う加熱炉温度より数度から数十度低くなると考えられる。従って、連続焼鈍炉における焼鈍条件は加熱炉の温度は目安と出来るものの、ライン速度によって決まる数秒から数十秒の加熱時間を含め経験的に求め、定めるものである。
まず、前記再結晶焼鈍工程から得られた出発板材には、加工硬化させるために冷間圧延加工を加えることになる。このときの加工率は5%未満とした場合には強度が低く、また応力緩和率の低温焼鈍による回復効果が十分に得られず、18%以上とした場合には強度レベルが高くなりすぎてH材相当の加工性が実現できなくなってしまうのである。
そして、前記低温焼鈍は、0.2%耐力(σ0.2)の焼鈍温度依存性からみて、0.2%耐力(σ0.2)が最高値を示す焼鈍温度以上の温度で行うことが好ましいとしている。ここで最終的に行う低温焼鈍は、単に低い温度で行う歪み取り焼鈍をさすものではなく、いわゆる低温焼鈍硬化現象を伴う処理を言っているのである。このように最終冷間圧延後の材料を低温焼鈍する場合、低温焼鈍温度を上げてゆくと0.2%耐力(σ0.2)は緩いピークを作って上昇し、さらには次第に減少して次に急激に減少する。これは低温焼鈍硬化現象として知られていることである。
前記出発板材が、結晶粒径が1μm〜2μm、ビッカース硬度が130〜170であることが好ましく、またこの出発板材が、ビッカース硬度が130〜170に調整された素材板を加工率80%〜95%で冷間圧延加工した後ビッカース硬度130〜170に再結晶焼鈍したものであることも好ましいとしている。そして、このビッカース硬度が130〜170に調整された素材板は、熱間圧延した板材を加工率80%〜95%で冷間圧延加工した後再結晶焼鈍したものであることも好ましいのである。
上記で再結晶焼鈍工程に供される素材板は、前述の如く銅62.0wt%〜71.5wt%、不可避不純物以外の残部が亜鉛からなるα黄銅を連続鋳造、熱間圧延の後冷間圧延と焼鈍とを繰り返すことで得られるものであるが、この繰り返しにおける最終再結晶焼鈍前に入る冷間圧延加工前の焼鈍による結晶粒径調整が重要なのである。この時点で得られている結晶粒径が細かいほど次の冷間圧延加工工程における加工率を低く設定することができ、最終再結晶焼鈍で均一な微細結晶粒が得られやすいのである。この意味で、最終再結晶焼鈍前の焼鈍では結晶粒径を1μm〜2μmにしておくことが好ましく、この場合には冷間圧延加工の加工率を20%〜95%とできるのである。但し、より均一な粒径分布を得るためには加工率が40%以上であることが好ましく、60%以上とすることが更に好ましい。そして、冷間圧延加工における加工率を80%以上とできる場合にはその前の結晶粒径は問わなくても良いのである。これは、黄銅の冷間圧延加工においては加工率を80%以上、好ましくは83%以上とした場合には剪断帯が発達し、焼鈍条件を抑制することにより微細結晶粒が得やすいのである。なお、冷間圧延加工における加工率の上限は95%を上限とすることが好ましい。この加工率を超えて冷間圧延加工を加えると端部に割れが生じ、品質確保に問題が生じることがあるのである。
(a)前の焼鈍(熱間圧延とその後の面削とを含む)
(b)冷間圧延
(c)再結晶焼鈍
(d)最終冷間圧延
(e)低温焼鈍
実施例1では上記から得られた出発板材を、実験用冷間圧延機を用いて加工率10%で冷間圧延加工(d)を加えて冷間圧延黄銅板を得、更にこれを塩浴で低温焼鈍(e)して硬質α黄銅材を得た。塩浴での焼鈍時間は連続焼鈍に似せるために2秒と短時間に設定し、塩浴の温度を実施例1−1,1−2,1−3をそれぞれ280℃、340℃、420℃とした。得られた硬質α黄銅材の物性を評価した結果、引張り強さが532MPa〜549MPa、0.2%耐力(σ0.2)が458MPa〜504MPa、応力緩和率が47%〜51%、エリクセン値が8.6mm〜8.8mmであった。詳細を実施例2〜実施例4及び比較例と併せて表3に示す。
そして、実施例2及び実施例3ではそれぞれインゴット2及びインゴット3を用い、熱間圧延から最終低温焼鈍までの全てを現場製造ラインを使用して実施した。まず、熱間圧延後面削した板材に加工率84%で冷間圧延加工を加えて1.8mmの素材板とし、表2に示す前の焼鈍(a)を実施した後再び冷間圧延加工(b)を加え、最終再結晶焼鈍(c)を施して出発板材を得た。そして、これらに最終冷間圧延加工(d)を加えて冷間圧延黄銅板を得、更にこれを0.2%耐力(σ0.2)のピークが得られる温度よりもやや焼鈍過剰となる条件設定で低温焼鈍(e)して硬質α黄銅材を得た。得られた硬質α黄銅材の物性を評価した結果、それぞれの引張り強さが598MPa、543MPa、0.2%耐力(σ0.2)が537MPa、486MPa、応力緩和率が49%、51%、エリクセン値(Er)が8.5mm、9.6mmであって、機械強度がEH材の規格範囲に入っているにもかかわらずエリクセン値(Er)がH材よりも優れたものとなっている。詳細には表3に示す。
本実施例ではインゴット2を用い、熱間圧延した後に面削(a)し、11.5mm厚みの原料素材を得た。そして、加工率と焼鈍温度を変化させた予察試験を実施して焼鈍軟化曲線を得た。なお、用いた塩浴での焼鈍時間は10秒である。ここで得られた焼鈍軟化曲線を図2に示す。図2によれば、加工率70%のものを除き再結晶焼鈍材のビッカース硬度(Hv)は約150と安定している。そして、結晶粒の光学顕微鏡観察によれば加工率70%のものでは430℃まで加工組織が残り、450℃では最大10μmの結晶粒と3μm以下の結晶粒が混在している結晶組織となっていた。一方、その他の加工率で冷間圧延加工を加えたものを430℃で焼鈍した場合にはおよそ2μmの結晶粒径であった。
比較例1ではそれぞれ途中工程までは実施例1と同一条件で加工し、条件を表2に示すように低温焼鈍条件(e)のみを変えたものとして実施した。得られたα黄銅材の物性を評価した結果引張り強さが547MPa〜559MPa、0.2%耐力(σ0.2)が495MPa〜499MPa、エリクセン値(Er)が8.5mm〜9.1mmであったが、応力緩和率は53%〜54%であった。詳細を実施例1〜実施例4と併せて表3に示す。
市販のC2680材(Cu/Zn:65%/35%)及びC2600材(Cu/Zn:70%/30%)のH材及びC2680材(Cu/Zn:65%/35%)のEH材の物性を参考例として評価した。これら参考例の黄銅材は再結晶焼鈍後加工率25%、17%、35%で最終冷間圧延加工を加えており、低温焼鈍は施していないものである。評価結果は引張り強さが486MPa〜567MPa、0.2%耐力(σ0.2)が437MPa〜524MPa、応力緩和率が36%〜52%、エリクセン値(Er)が6.9mm〜8.3mmであった。詳細は表4に示す。そして、参考例1では機械強度、エリクセン値(Er)の絶対値と以下の数6が、そして参考例2では参考例1に比べて結晶粒が小さく仕上がっているためにエリクセン値(Er)が相対的に高いものの8.5mmには到達しておらず、また以下の数6も満足できておらず応力緩和率も大きめである。そして、参考例3では機械強度と応力緩和値は満足できているがエリクセン値(Er)の絶対値と以下の数6を満足できていない。
上記実施例1及び比較例1で得られたデータを用い、低温焼鈍温度が硬質α黄銅の特性、0.2%耐力(σ0.2)及び応力緩和率に与える影響を図1に示した。この図からは、0.2%耐力(σ0.2)については低温焼鈍温度が高くなるほど低下する傾向が認められ、低温焼鈍温度を低めに設定しても所期の強度は得られることが見て取れる。しかしながら、低温焼鈍温度を20℃低下させただけで応力緩和率の上昇がみられている。従って、本件特許に係る機械強度が大きく且つ応力緩和率劣化の小さな硬化α黄銅は、最終冷間圧延加工の加工率と低温焼鈍温度の最適選択による結晶粒微細化により得られることが明確である。
Claims (8)
- 前記硬質α黄銅のエリクセン値(Er)が8.5mm以上であることを特徴とする、請求項1に記載の硬質α黄銅。
- 請求項1又は請求項2に記載の硬質α黄銅の製造方法であって、出発板材に5%〜18%の加工率で冷間圧延加工を加えて冷間圧延黄銅板とし、この冷間圧延黄銅板を低温焼鈍して0.2%耐力(σ0.2)を最高値の90%以上に調整したことを特徴とする硬質α黄銅の製造方法。
- 前記低温焼鈍は、0.2%耐力(σ0.2)の焼鈍温度依存性からみて、0.2%耐力(σ0.2)が最高値を示す焼鈍温度以上の温度で行うものである請求項3に記載の硬質α黄銅の製造方法。
- 前記出発板材が、結晶粒径が1μm〜2μm、ビッカース硬度が130〜170であることを特徴とする、請求項3〜請求項4に記載の硬質α黄銅の製造方法。
- 前記出発板材が、ビッカース硬度が130〜170に調整された素材板を加工率40%〜95%で冷間圧延加工した板材を再結晶焼鈍したものであることを特徴とする請求項3〜請求項5に記載の硬質α黄銅の製造方法。
- 請求項6で用いる素材板が、熱間圧延した板材を加工率80%〜95%で冷間圧延加工した後再結晶焼鈍したものであることを特徴とする請求項3〜請求項6に記載の硬質α黄銅の製造方法。
- 再結晶焼鈍工程及び低温焼鈍工程が連続工程で実施されることを特徴とする請求項3〜請求項7に記載の硬質α黄銅の製造方法。
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