JP2013227600A - Cu−Ni−Si系銅合金 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、Ni: 1.2〜4.5%、Si:0.25〜1.0%含有し、残部がCu及び不可避不純物からなり、圧延面における{111}面からのX線回折強度I{111}、純銅粉末標準試料における{111}面のX線回折強度をI0{111}としたとき、I{111}/I0{111}が0.15以上、圧延面における{200}面からのX線回折強度I{200}、純銅粉末標準試料における{200}面のX線回折強度をI0{200}としたとき、I{200}/I0{200}が0.5以下、圧延面における{220}面からのX線回折強度I{220}、{311}面からのX線回折強度I{311}としたとき、I{111}/(I{111}+I{200}+I{220}+I{311})が0.2以上、圧延直角方向の曲げたわみ係数が130GPa以上、圧延直角方向の降伏強度YSが次式、YS≧ -22×(Ni質量%)2+215×(Ni質量%)+422を満たし、圧延直角方向の導電率が30%IACS以上であるCu-Ni-Si系銅合金である。
【選択図】なし
Description
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、強度,導電率及び曲げたわみ係数に共に優れるCu-Ni-Si系銅合金の提供を目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明のCu-Ni-Si系銅合金は、質量%で、Ni: 1.2〜4.5%、Si:0.25〜1.0%含有し、残部がCu及び不可避不純物からなり、圧延面における{111}面からのX線回折強度I{111}、純銅粉末標準試料における{111}面のX線回折強度をI0{111}としたとき、I{111}/I0{111}が0.15以上、圧延面における{200}面からのX線回折強度I{200}、純銅粉末標準試料における{200}面のX線回折強度をI0{200}としたとき、I{200}/I0{200}が0.5以下、圧延面における{220}面からのX線回折強度I{220}、{311}面からのX線回折強度I{311}としたとき、I{111}/(I{111}+I{200}+I{220}+I{311})が0.2以上、圧延直角方向の曲げたわみ係数が130GPa以上、圧延直角方向の降伏強度YSが次式、YS≧ -22×(Ni質量%)2+215×(Ni質量%)+422を満たし、圧延直角方向の導電率が30%IACS以上である。
更にMg、Mn、Sn、Zn、Co及びCrの群から選ばれる少なくとも1種以上を総量で0.005〜2.5質量%含有するか、又は更にP、B、Ti、Zr、Al、Fe及びAgの群から選ばれる少なくとも1種以上を総量で0.005〜1.0質量%含有することが好ましい。
[Ni及びSi]
銅合金中のNi濃度を1.2〜4.5%とし、Si濃度を0.25〜1.0%とする。Ni及びSiは、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物を形成し,導電率を劣化させずに強度を向上させる。
Ni及びSiの含有量が上記範囲未満であると、強度の向上効果が得られず、上記範囲を超えると導電性が低下すると共に熱間加工性が低下する。
合金中に、更にMg、Mn、Sn、Zn、Co及びCrの群から選ばれる少なくとも1種以上を総量で0.005〜2.5質量%含有してもよい。
Mgは強度と耐応力緩和特性を向上させる。Mnは強度と熱間加工性を向上させる。Snは強度を向上させる。Znは半田接合部の耐熱性を向上させる。Co及びCrは、Niと同様にSiと化合物を形成するため、析出硬化により導電率を劣化させずに強度を向上させる。
又、合金中に、更にP、B、Ti、Zr、Al、Fe及びAgの群から選ばれる少なくとも1種以上を総量で0.005〜1.0質量%含有してもよい。これら元素を含有すると、導電率、強度、応力緩和特性、めっき性等の製品特性が改善される。
なお、上記した各元素の総量が上記範囲未満であると上記した効果が得られず、上記範囲を超えると導電率の低下を招く場合がある。
圧延面における{111}面からのX線回折強度I{111}、純銅粉末標準試料における{111}面のX線回折強度をI0{111}としたとき、I{111}/I0{111}が0.15以上、圧延面における{200}面からのX線回折強度I{200}、純銅粉末標準試料における{200}面のX線回折強度をI0{200}としたとき、I{200}/I0{200}が0.5以下、かつ圧延面における{220}面からのX線回折強度I{220}、{311}面からのX線回折強度I{311}としたとき、I{111}/(I{111}+I{200}+I{220}+I{311})が0.2以上である。
I{111}/I0{111}は{111}面の集積度、I{200}/I0{200}は{200}面の集積度を反映しており、I{111}/I0{111}が0.15未満であると曲げたわみ係数を向上させる方位である{111}面の集積度が低くなり、又I{200}/I0{200}が0.5を超えると、曲げたわみ係数を低下させる方位である{200}面の集積度が高くなるので、曲げたわみ係数が向上しない。
又、I{111}/(I{111}+I{200}+I{220}+I{311})が0.2未満であると、曲げたわみ係数を向上させる方位である{111}面の集積度が低くなるので、曲げたわみ係数が向上しない。なお、(I{111}+I{200}+I{220}+I{311})は圧延面の主要な方位であり、I{111}/(I{111}+I{200}+I{220}+I{311})は、{111}面の集積度をほぼ反映する。
圧延直角方向の曲げたわみ係数が130GPa以上、圧延直角方向の降伏強度YSが次式、YS≧ -22×(Ni質量%)2+215×(Ni質量%)+422を満たし、圧延直角方向の導電率が30%IACS以上である。
曲げたわみ係数は日本伸銅協会技術標準(JCBAT312:2002)に準拠して測定し、降伏強度YSはJIS-Z2241に準拠して測定し、導電率(%IACS)をJIS−H0505に準拠して4端子法により測定する。なお、曲げたわみ係数に類似する指標としてヤング率があるが、ヤング率は引張試験で得られた値を使うのに対し、曲げたわみ係数は片持ち梁に弾性限界を超えない範囲で荷重を掛け、そのたわみ量から算出する値である。従って、曲げたわみ係数は、コネクタ用ばね接触部の接圧をより反映していると考えられるので、本発明では曲げたわみ係数を用いている。
合金の結晶粒径を20〜100μmとすると好ましい。結晶粒径が20μm未満の場合、{111}面の集積度が高くならないため、曲げたわみ係数が向上しないことがある。結晶粒径が100μmを超えると、粒径の粗大化により強度が低下する場合がある。
なお、結晶粒径は、JIS-H0501の切断法に準じ測定する。
再結晶焼鈍は650℃以上で行う。再結晶焼鈍温度が650℃未満であると{111}面の集積度が高くならず、曲げたわみ係数が向上しない。再結晶焼鈍温度は高いほど良いが、800℃を超えても{111}面の集積度が高くなる効果は飽和し、コストアップに繋がるため、800℃以下が好ましい。
第2の冷間圧延は50%を超える加工度で行う。加工度が50%未満であると{111}面の集積度が高くならず、{200}面の集積度が高くなるため、曲げたわみ係数が向上しない。
溶体化処理を800〜1000℃で行う。溶体化処理温度が800℃未満であると、Ni及びSiが十分に固溶せずに強度が低下すると共に、結晶粒径が20μm未満となる。溶体化処理温度が1000℃を超えると、結晶粒径が100μmを超える。
時効処理は400〜550℃で行う。
最終冷間圧延は30〜80%の加工度で行う。加工度が30%未満であると強度が低下し、加工度が80%を超えると曲げたわみ係数と強度の向上効果が飽和する。
溶体化処理以降の冷間圧延(第3の冷間圧延と最終冷間圧延)の総加工度を50%を超えて行う。総加工度が50%以下の場合、{111}面の集積度は高くならず曲げたわみ係数が向上しないと共に、強度も向上しない。
なお、再結晶焼鈍は曲げたわみ係数を向上させる効果があり、第3の冷間圧延と最終冷間圧延の総加工度を50%を超える強加工とすることで、強度と曲げたわみ係数を共に向上させる。
なお、熱間圧延は1000℃で3時間行い、時効処理は400℃〜550℃で1〜15時間時間行った。再結晶焼鈍、第2の冷間圧延、溶体化処理、並びに溶体化処理以降の冷間圧延(第3の冷間圧延と最終冷間圧延)の条件を表1に示す。
得られた試料について以下の項目を評価した。
[平均結晶粒径]
溶体化処理後の試料につき、幅20mm×長さ20mmのサンプルを電解研磨後、Philips社製FE-SEMにて反射電子像を観察した。観察倍率は500倍とし、5視野の画像についてJISH0501に規定される切断法にて結晶粒径を求め、平均値を算出した。
[X線回折強度]
X線ディフラクトメータ(株式会社リガク製 RINT2500)により各試料の標準測定を行ない、付属ソフトウェアにて、それぞれ圧延面における{111}面、{200}面、{220}面、{311}面からのX線回折強度の積分強度を算出した。また、純銅粉末標準試料(325mesh)についても同様の測定を行ない、各面からのX線回折強度を測定した。なお、X線照射条件として、Cuターゲットを使用し、管電圧25kV、管電流20mAとした。
各試料について、圧延直角方向に引張試験を行い、JISZ2241に準拠して降伏強度YSを求めた。曲げたわみ係数は日本伸銅協会技術標準(JCBAT312:2002)に準拠して測定した。
[導電率]
各試料について、JISH0505に準拠し、ダブルブリッジ装置を用いた四端子法により求めた体積抵抗率から導電率(%IACS)を算出した。
Siが1.0%を超えた比較例2の場合、いずれも導電率が30%IACS未満に劣化した。
Niが4.5%を超えた比較例4の場合、熱間圧延で割れが発生し、合金を製造できなかった。
再結晶焼鈍温度が650℃未満である比較例8の場合、及び第2の冷間圧延の加工度が50%未満である比較例9の場合、いずれも{111}面の集積度は高くならず、圧延直角方向の曲げたわみ係数が130GPa未満に劣化した。
溶体化処理温度が800℃未満である比較例10の場合、Ni及びSiが十分に固溶せずに圧延直角方向の降伏強度YSが次式、YS≧ -22×(Ni質量%)2+215×(Ni質量%)+422を満たさず、降伏強度YSが低下した。さらに、結晶粒径が20μm未満となり、{111}面の集積度は高くならず、圧延直角方向の曲げたわみ係数が130GPa未満に劣化した。
溶体化処理温度が1000℃を超えた比較例11の場合、圧延直角方向の降伏強度YSが次式、YS≧ -22×(Ni質量%)2+215×(Ni質量%)+422を満たさず、降伏強度YSが低下した。
再結晶焼鈍及び第2の冷間圧延を行わなかった比較例14の場合、{111}面の集積度は高くならず、圧延直角方向の曲げたわみ係数が130GPa未満に劣化した。
Claims (4)
- 質量%で、Ni: 1.2〜4.5%、Si:0.25〜1.0%含有し、残部がCu及び不可避不純物からなり、
圧延面における{111}面からのX線回折強度I{111}、純銅粉末標準試料における{111}面のX線回折強度をI0{111}としたとき、I{111}/I0{111}が0.15以上、
圧延面における{200}面からのX線回折強度I{200}、純銅粉末標準試料における{200}面のX線回折強度をI0{200}としたとき、I{200}/I0{200}が0.5以下、
圧延面における{220}面からのX線回折強度I{220}、{311}面からのX線回折強度I{311}としたとき、I{111}/(I{111}+I{200}+I{220}+I{311})が0.2以上、
圧延直角方向の曲げたわみ係数が130GPa以上、
圧延直角方向の降伏強度YSが次式、YS≧ -22×(Ni質量%)2+215×(Ni質量%)+422を満たし、
圧延直角方向の導電率が30%IACS以上であるCu-Ni-Si系銅合金。 - 結晶粒径が20〜100μmである請求項1に記載のCu-Ni-Si系銅合金。
- 更にMg、Mn、Sn、Zn、Co及びCrの群から選ばれる少なくとも1種以上を総量で0.005〜2.5質量%含有する請求項1又は2に記載のCu-Ni-Si系銅合金。
- 更にP、B、Ti、Zr、Al、Fe及びAgの群から選ばれる少なくとも1種以上を総量で0.005〜1.0質量%含有する請求項1又は2に記載のCu-Ni-Si系銅合金。
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