JP2014198894A - 導電性及び応力緩和特性に優れる銅合金板 - Google Patents
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Abstract
Description
(目標特性)
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、75%IACS以上の導電率を有し、且つ350MPa以上の引張強さを有する。導電率が75%IACS以上であれば、通電時の発熱量が純銅と同等といえる。また、引張強さが350MPa以上であれば、大電流を通電する部品の素材又は大熱量を放散する部品の素材として必要な強度を有しているといえる。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、Zr及びTiのうちの一種又は二種を合計で0.01〜0.50質量%、より好ましくは0.02〜0.20質量%含有する。Zr及びTiのうちの一種又は二種の合計が0.01質量%未満になると、350MPa以上の引張強さおよび15%以下の応力緩和率を得ることが難しくなる。Zr及びTiのうちの一種又は二種の合計が0.50質量%を超えると、熱間圧延割れ等により合金の製造が困難になる。Zrを添加する場合にはその添加量を0.01〜0.45質量%に調整することが好ましく、Tiを添加する場合にはその添加量を0.01〜0.20質量%に調整することが好ましい。添加量が下限値を下回ると応力緩和特性の改善効果が得られにくく、添加量が上限値を超えると導電率や製造性の悪化を招くことがある。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、製品表面の残留応力を200MPa以下、好ましくは100MPa以下に調整することで、応力緩和率が15%以下になる。ここで、本発明の残留応力は、X線回折法を用い、X線入射角度に対する(113)面間隔の変化を測定することにより求めるものである。測定方向としては、圧延方向と厚み方向のそれぞれに平行な面内においてX線入射角度を変化させることにより、圧延方向と平行に生じている残留応力値を求める。他の結晶面や方向に対しても残留応力値を測定することは可能であるが、当該条件で測定した場合に、測定のばらつきが最も小さく、残留応力値と応力緩和との間に最も良好な相関が得られた。なお、銅合金板の残留応力は、板の片側表面をエッチングしたときの板の反り量からの算出されることが多いが(須藤一:残留応力とゆがみ、内田老鶴圃社、(1988)、p.46.)、このエッチング法で求めた残留応力値には応力緩和との相関が認められなかった。
本発明の実施の形態に係る銅合金板の圧延方向と直交する断面(以下、圧延直角断面)において、厚み方向の平均結晶粒径Aと幅方向(圧延方向と厚み方向のそれぞれに対し直交する方向)の平均結晶粒径Bとの比(アスペクト比B/A)は1.3以上とすることが好ましい。アスペクト比が1.3未満になると引張強さが350MPa未満となることがある。
製品の厚みは0.1〜2.0mmであることが好ましい。厚みが薄すぎると、通電部断面積が小さくなり通電時の発熱が増大するため大電流を流すコネクタ等の素材として不適である。一方で、厚みが厚すぎると、曲げ加工が困難になる。このような観点から、より好ましい厚みは0.2〜1.5mmである。厚みが上記範囲となることにより、通電時の発熱を抑えつつ、曲げ加工性を良好なものとすることができる。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、電機・電子機器、自動車等で用いられる端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の用途に好適に使用することができ、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車などで用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットPCで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に有用である。
純銅原料として電気銅等を溶解し、カーボン脱酸等により酸素濃度を低減した後、Zr及びTiのうちの一種又は二種と、必要に応じて他の合金元素を添加し、厚み30〜300mm程度のインゴットに鋳造する。このインゴットを例えば800〜1000℃の熱間圧延により厚み3〜30mm程度の板とした後、冷間圧延と再結晶焼鈍とを繰り返し、最終の冷間圧延で所定の製品厚みに仕上げ、最後に歪取り焼鈍を施す。最終冷間圧延で材料に導入される残留応力は、その後の歪取焼鈍により低下する。
(成分)
歪取焼鈍後の材料の合金元素濃度をICP−質量分析法で分析した。
銅合金板の圧延直角断面を機械研磨により鏡面に仕上げた後、エッチングにより結晶粒界を現出させた。この金属組織上において、JIS H 0501(1999年)の切断法に従い測定し、平均結晶粒径を求めた。
銅合金板の圧延直角断面を機械研磨により鏡面に仕上げた後、エッチングにより結晶粒界を現出させた。この金属組織上において、圧延直角断面の厚み方向に直線を引き、直線によって切断された結晶粒の個数を求めた。そして、直線の長さをこの結晶粒の個数で割った値を厚み方向の平均結晶粒径Aとした。同様に、圧延直角断面の幅方向に直線を引き、直線によって切断される結晶粒の個数を求め、直線の長さをこの結晶粒径の個数で割った値を幅方向の平均結晶粒径Bとした。(B/A)値をアスペクト比とした。
最終冷間圧延後および歪取焼鈍後の材料につき、JIS Z2241に規定する13B号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、JIS Z2241に準拠して圧延方向と平行に引張試験を行い、引張強さ求めた。
歪取焼鈍後の材料から、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、JIS H0505に準拠し四端子法により20℃での導電率を測定した。
X線回折法により、銅合金板の(113)面に対し、圧延方向と平行な方向に生じている残留応力を求めた。測定原理を以下に説明する。
例えば図1に示すように引張残留応力が存在する場合、(a)→(b)→(c)と試料面法線Nと格子面法線N’とのなす角度Ψが大きくなると、この順で格子面間隔が大きくなる。結晶面間隔は応力の大きさに比例するので、各Ψにおいて格子面間隔すなわち回折角度(2θ)を測定すると、次式により残留応力σを求めることができる。
歪取焼鈍後の材料から、幅10mm、長さ100mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取した。図2のように、l=50mmの位置を作用点として、試験片にy0のたわみを与え、圧延方向の0.2%耐力の80%に相当する応力(s)を負荷した。y0は次式により求めた。
y0=(2/3)・l2・s / (E・t)
ここで、Eは圧延方向のヤング率であり、tは試料の厚みである。150℃にて1000時間加熱後に除荷し、図3のように永久変形量(高さ)yを測定し、応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]×100(%)}を算出した。
比較例2〜4では、歪取焼鈍を行ったものの、炉内での材料張力が5MPaを超えたため、残留応力が200MPaを超え、応力緩和率が15%を超えた。
比較例5、6、7、8では、最終冷間圧延における小径ロールによる通板回数が過少であっため残留応力が200MPaを超え、応力緩和率が15%を超えた。
比較例9、10では歪取焼鈍における引張強さの低下量が過少であったため、残留応力が200MPaを超え、応力緩和率が15%を超えた。
Claims (7)
- ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.50質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、引張強さが350MPa以上であり、X線回折法により求めた(113)面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が200MPa以下であることを特徴とする銅合金板。
- ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.50質量%含有し、さらにAg、Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si、P、SnおよびBのうちの一種以上を1.0質量%以下含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、引張強さが350MPa以上であり、X線回折法により求めた(113)面に対して圧延方向と平行な方向に生じている残留応力が200MPa以下であることを特徴とする銅合金板。
- 圧延方向と直交する断面の組織より求めた厚み方向の平均結晶粒径Aと幅方向の平均結晶粒径Bとの比(B/A)が1.3以上である請求項1または2に記載の銅合金板。
- 圧延方向と直交する断面の組織より求めた幅方向の平均結晶粒径Bが50μm以下である請求項1〜3の何れか1項に記載の銅合金板。
- 導電率が75%IACS以上であり、150℃で1000時間保持後の応力緩和率が15%以下である請求項1〜4の何れか1項に記載の銅合金板。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の銅合金板を用いた大電流用電子部品。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の銅合金板を用いた放熱用電子部品。
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