JP2021143428A - 銅合金板材およびその製造方法、ならびに電気・電子部品用部材 - Google Patents
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Abstract
Description
[1] Crを0.10質量%以上0.80質量%以下含有し、残部がCuおよび不可避不純物である合金組成を有し、引張強さは350MPa以上800MPa以下、導電率は55%IACS以上90%IACS以下、圧延方向に対して、0°方向に切り出した断面S0°における板厚方向の平均結晶粒径A0°、45°方向に切り出した断面S45°における板厚方向の平均結晶粒径A45°、および90°方向に切り出した断面S90°における板厚方向の平均結晶粒径A90°は、いずれも10.0μm以下で、かつA0°の標準偏差、A45°の標準偏差およびA90°の標準偏差の平均値は、2.0μm以下、下記式(1)で表される、前記平均結晶粒径A0°の異方度B0°、前記平均結晶粒径A45°の異方度B45°、および前記平均結晶粒径A90°の異方度B90°は、いずれも10.0%以下であることを特徴とする銅合金板材。
Bm=100×(Am−C)/C ・・・式(1)
ただし、前記式(1)中、mは、0°、45°または90°であり、Cは、A0°、A45°およびA90°の平均値((A0°+A45°+A90°)/3)である。
[2] 前記断面S0°における圧延方向の平均結晶粒径D0°は15.0μm以下である、上記[1]に記載の銅合金板材。
[3] 前記断面S0°における平均KAM値E0°、前記断面S45°における平均KAM値E45°、および前記断面S90°における平均KAM値E90°は、いずれも10.0°以下で、かつE0°の標準偏差、E45°の標準偏差およびE90°の標準偏差の平均値は、3.0°以下、下記式(2)で表される、前記平均KAM値E0°の異方度F0°、前記平均KAM値E45°の異方度F45°、および前記平均KAM値E90°の異方度F90°は、いずれも10.0%以下であることを特徴とする上記[1]または[2]に記載の銅合金板材。
Fm=100×(Em−G)/G ・・・式(2)
ただし、前記式(2)中、mは、0°、45°または90°であり、Gは、E0°、E45°およびE90°の平均値((E0°+E45°+E90°)/3)である。
[4] Crを0.10質量%以上0.80質量%以下含有し、残部がCuおよび不可避不純物である合金組成を有し、引張強さは350MPa以上800MPa以下、導電率は55%IACS以上90%IACS以下、圧延方向に対して、0°方向に切り出した断面S0°における平均KAM値E0°、45°方向に切り出した断面S45°における平均KAM値E45°、および90°方向に切り出した断面S90°における平均KAM値E90°は、いずれも10.0°以下で、かつE0°の標準偏差、E45°の標準偏差およびE90°の標準偏差の平均値は、3.0°以下、下記式(2)で表される、前記平均KAM値E0°の異方度F0°、前記平均KAM値E45°の異方度F45°、および前記平均KAM値E90°の異方度F90°は、いずれも10.0%以下であることを特徴とする銅合金板材。
Fm=100×(Em−G)/G ・・・式(2)
ただし、前記式(2)中、mは、0°、45°または90°であり、Gは、E0°、E45°およびE90°の平均値((E0°+E45°+E90°)/3)である。
[5] 前記合金組成は、さらに、Mg、Ti、Co、Zr、Zn、SnおよびSiからなる群より選択される1種以上の元素を合計で0.05質量%以上2.50質量%以下含有する、上記[1]〜[4]のいずれか1つに記載の銅合金板材。
[6] 厚さが0.05mm以上0.50mm以下である、上記[1]〜[5]のいずれか1つに記載の銅合金板材。
[7] 上記[1]〜[6]のいずれか1つに記載の銅合金板材の製造方法であって、銅合金素材に、鋳造工程(工程1)、均質化熱処理工程(工程2)、熱間圧延工程(工程3)、面削工程(工程4)、冷間圧延工程(工程5)、中間熱処理工程(工程6)、仕上げ冷間圧延工程(工程7)および調質焼鈍工程(工程8)をこの順に施し、前記冷間圧延工程(工程5)における圧延材の加工率R5(%)に対する、前記中間熱処理工程(工程6)における熱処理材の最高温度T6(℃)の比(T6/R5)は、8.0以上20.0以下、前記最高温度T6は400℃以上650℃以下、前記仕上げ冷間圧延工程(工程7)の各パスに設けられる、一対のワークロールにおける、下記式(3)で表されるロール間隙形状比の各パスの平均値M7に対する、前記調質焼鈍工程(工程8)における焼鈍材の最高温度T8(℃)の比(T8/M7)は、10.0以上100.0以下、前記最高温度T8は250℃以上700℃以下であることを特徴とする銅合金板材の製造方法。
M7=3×{r(h1−h2)}1/2/{n(h1+2h2)}・・・式(3)
ただし、前記式(3)中、rは、ワークロールの半径(mm)であり、h1は、前記仕上げ冷間圧延工程(工程7)の各パス前の圧延材の厚さ(mm)であり、h2は、前記仕上げ冷間圧延工程(工程7)の各パス後の圧延材の厚さ(mm)であり、nは、前記仕上げ冷間圧延工程(工程7)のパス数の合計である。
[8] 上記[1]〜[6]のいずれか1つに記載の銅合金板材にバーリング加工穴を有することを特徴とする電気・電子部品用部材。
[9] 前記バーリング加工穴は、下記式(4)で表される穴拡げ率λが20%以上である上記[8]に記載の電気・電子部品用部材。
λ=100×(d―d0)/d0 ・・・式(4)
ただし、前記式(4)中、d0は、穴拡げ加工前の穴の直径(mm)であり、dは、穴拡げ加工後のバーリング加工穴の直径(mm)である。
Cr(クロム)は、銅合金板材の強度を高めるために必要な元素であり、Crを0.10質量%以上0.80質量%以下含有することが必要である。Crの含有量が0.10質量%以上であると、銅合金板材の強度が増加し、バーリング加工性が向上する。また、Crの含有量が0.80質量%以下であると、Crを含む粗大な晶出物が鋳造工程時に生じにくくなり、バーリング加工性が向上する。このため、Crの含有量の下限値は、0.10質量%、好ましくは0.2質量%、より好ましくは0.3質量%であり、Crの含有量の上限値は、0.80質量%、好ましくは0.7質量%、より好ましくは0.6質量%である。
銅合金板材の合金組成は、さらに、Mg、Ti、Co、Zr、Zn、SnおよびSiからなる群より選択される1種以上の元素を合計で0.05質量%以上2.50質量%以下含有することができる。すなわち、銅合金板材は、必須の基本成分であるCrに加えて、任意成分である副成分として、さらに、Mg、Ti、Co、Zr、Zn、SnおよびSiからなる群より選択される1種以上の成分を合計で0.05質量%以上2.50質量%以下含有することができる。副成分の含有量が0.05質量%以上であると、銅合金板材の強度を向上させると共に、熱間圧延工程での再結晶や中間熱処理工程での再結晶を遅らせる効果を発揮し、銅合金板材の結晶状態である結晶粒径やKAM値、ならびにこれらの均一性および異方度を所定範囲内に容易に制御することができ、バーリング加工性を向上することができる。また、副成分の含有量が2.50質量%以下であると、銅合金板材の導電率の低下を抑制できる。このため、副成分の含有量の下限値は、好ましくは0.05質量%、より好ましくは0.30質量%、さらに好ましくは0.50質量%であり、副成分の含有量の上限値は、好ましくは2.50質量%、より好ましくは2.20質量%、さらに好ましくは1.90質量%である。
Mg(マグネシウム)の含有量が0.05質量%以上であると、銅合金板材を固溶強化する効果を発揮する。Mgの含有量が0.20質量%以下であると、銅合金板材の導電率の低下を抑制できる。このため、Mgの含有量の下限値は、好ましくは0.05質量%であり、Mgの含有量の上限値は、好ましくは0.20質量%である。
Ti(チタン)の含有量が0.05質量%以上であると、銅合金板材中に固溶し、銅合金板材の再結晶温度を上昇させることで、熱間圧延工程での動的再結晶粒の粗大化を抑制する効果を発揮する。Tiの含有量が0.20質量%以下であると、銅合金板材の導電率の低下量は、シールドケース等に必要な放熱性を最低限確保できる水準に抑えることができる。このため、Tiの含有量の下限値は、好ましくは0.05質量%であり、Tiの含有量の上限値は、好ましくは0.20質量%である。
Co(コバルト)の含有量が0.05質量%以上であると、銅合金板材の強度が増加する。Coの含有量が1.50質量%超であると、銅合金板材の導電率が低下することに加え、地金コストの上昇を招く。このため、Coの含有量の下限値は、好ましくは0.05質量%であり、Coの含有量の上限値は、好ましくは1.50質量%である。
Zr(ジルコニウム)の含有量が0.05質量%以上であると、熱間圧延中の動的再結晶粒の粗大化を抑制し、銅合金板材の強度の向上に寄与する。Zrの含有量が0.20質量%超であると、鋳造工程時に粗大な晶出物が生じて、バーリング加工時の破断の起点になることがある。このため、Zrの含有量の下限値は、好ましくは0.05質量%であり、Zrの含有量の上限値は、好ましくは0.20質量%である。
Zn(亜鉛)の含有量が0.05質量%以上であると、Snめっきやはんだめっきの密着性やマイグレーション特性を改善できる。Znの含有量が0.60質量%以下であると、銅合金板材の導電率の低下を抑制でき、十分な放熱性が得られる。このため、Znの含有量の下限値は、好ましくは0.05質量%であり、Znの含有量の上限値は、好ましくは0.60質量%である。
Sn(スズ)の含有量が0.05質量%以上であると、銅合金板材を固溶強化する効果を発揮する。Snの含有量が0.30質量%以下であると、銅合金板材の導電率の低下を抑制できる。このため、Snの含有量の下限値は、好ましくは0.05質量%であり、Snの含有量の上限値は、好ましくは0.30質量%である。
Si(ケイ素)の含有量が0.02質量%以上であると、他の添加元素、例えば、Co、Mg、Cr、とSi化合物を形成し、銅合金板材の強度が増加する。Siの含有量が0.40質量%以下であると、銅合金板材の熱伝導率の低下を抑制でき、十分な放熱性が得られる。このため、Siの含有量の下限値は、好ましくは0.02質量%であり、Siの含有量の上限値は、好ましくは0.40質量%である。
上述した成分以外の残部は、Cu(銅)および不可避不純物である。なお、不可避不純物は、製造工程において不可避的に混入するもので、本来は不要なものであるが、微量であり、銅合金板材の特性に影響を及ぼさないため許容されている不純物成分である。不可避不純物の含有量は少ないほど好ましい。不可避不純物としては、例えば、Bi(ビスマス)、Se(セレン)、As(ヒ素)、Ag(銀)などが挙げられる。これらの成分含有量の上限は、上記成分毎に0.03質量%であることが好ましく、上記成分の総量で0.10質量%であることが好ましい。
大気下で高周波溶解炉により、各合金成分を溶解し、これを金型モールドで鋳造して、表1に示す合金組成で、厚さ30mmの銅合金鋳塊を得た。次に、大気中、1000℃、1時間の均質化熱処理を行った後、直ちに厚さ15mmまで熱間圧延し、水冷した。次に、圧延板の表層から2.5mm以上5.0mm以下の面削により酸化膜を除去し、厚さ5.0mm以上10.0mm以下とした。次に、厚さが1.25mm以上2.50mm以下となるように冷間圧延を行い、300℃以上1000℃以下で10秒の中間熱処理を行った。次に、表2に示すように、加工率R5、厚さ0.25mm以上1.25mm以下の冷間圧延(工程5)を行い、アルゴン雰囲気中、最高温度T6、最高温度T6での保持時間1分以上360分以内の中間熱処理(工程6)を行い、ロール間隙形状比の各パスの平均値M7の仕上げ冷間圧延(工程7)を行い、アルゴン雰囲気中、最高温度T8、最高温度T8での保持時間1分以上60分以内の調質焼鈍(工程8)を行った。こうして、表2に示す厚さを有する銅合金板材を得た。なお、表1に示す銅合金板材には、不可避不純物としてBi、Se、As、Agが含まれ、不可避不純物の含有量は、成分毎に0.03質量%以下、成分の総量で0.10質量%以下であった。
上記実施例および比較例で得られた銅合金板材について、下記の測定および評価を行った。結果を表3〜5に示す。
結晶粒径およびKAM値は、上記実施例および比較例で得られた銅合金板材に対して、高分解能走査型分析電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JSM−7001FA)に付属するEBSD検出器を用いて連続して測定した結晶方位データから解析ソフト(TSL社製、OIM Analysis)を用いて算出した結晶方位解析データから得た。
上記実施例および比較例で得られた銅合金板材に対して、JIS 13B号試験片を3つ(n=3)用いて、JIS Z 2241:2011に基づき、引張試験を行い、3つの測定値を平均することで、引張強さ(TS)を算出した。引張強さは、圧延平行方向の引張強さとする。
上記実施例および比較例で得られた銅合金板材に対して、端子間距離を100mmとし、20℃(±0.5℃)に保たれた恒温槽中で、4端子法により比抵抗を計測することによって、導電率(EC)を算出した。
上記実施例および比較例で得られた銅合金板材に対して、銅合金板材の厚さの1/2のクリアランスとし、プレス打ち抜きにより、直径d0が10mmの円形の貫通穴を開けた後、先端角度が60°で直径が10〜20mmのパンチにより、貫通穴を拡げる穴拡げ加工を行った。そして、割れが生じたときの穴拡げ率を穴拡げ率λとした。また、バーリング加工性について、以下のランク付けをした。穴拡げ率λが高いほど、バーリング加工性は良好である。
○:λが20%以上50%未満
×:λが20%未満
20 ワークロール
21 パス前の圧延材
22 パス後の圧延材
30 電気・電子部品用部材
31 打ち抜き用パンチ
32 銅合金板材
33 貫通穴
34 穴拡げ用パンチ
35 バーリング加工穴
Claims (5)
- Crを0.10質量%以上0.80質量%以下含有し、残部がCuおよび不可避不純物である合金組成を有し、
引張強さは350MPa以上800MPa以下、
導電率は55%IACS以上90%IACS以下、
圧延方向に対して、0°方向に切り出した断面S0°における平均KAM値E0°、45°方向に切り出した断面S45°における平均KAM値E45°、および90°方向に切り出した断面S90°における平均KAM値E90°は、いずれも10.0°以下で、かつE0°の標準偏差、E45°の標準偏差およびE90°の標準偏差の平均値は、3.0°以下、
下記式(2)で表される、前記平均KAM値E0°の異方度F0°、前記平均KAM値E45°の異方度F45°、および前記平均KAM値E90°の異方度F90°は、いずれも10.0%以下、
厚さが0.05mm以上0.50mm以下
であることを特徴とする銅合金板材。
Fm=100×(Em−G)/G ・・・式(2)
ただし、前記式(2)中、mは、0°、45°または90°であり、Gは、E0°、E45°およびE90°の平均値((E0°+E45°+E90°)/3)である。 - 前記合金組成は、さらに、Mg、Ti、Co、Zr、Zn、SnおよびSiからなる群より選択される1種以上の元素を合計で0.05質量%以上2.50質量%以下含有する、請求項1に記載の銅合金板材。
- 請求項1または2に記載の銅合金板材の製造方法であって、
銅合金素材に、鋳造工程(工程1)、均質化熱処理工程(工程2)、熱間圧延工程(工程3)、面削工程(工程4)、冷間圧延工程(工程5)、中間熱処理工程(工程6)、仕上げ冷間圧延工程(工程7)および調質焼鈍工程(工程8)をこの順に施し、
前記冷間圧延工程(工程5)における圧延材の加工率R5(%)に対する、前記中間熱処理工程(工程6)における熱処理材の最高温度T6(℃)の比(T6/R5)は、8.0以上20.0以下、
前記最高温度T6は400℃以上650℃以下、
前記仕上げ冷間圧延工程(工程7)の各パスに設けられる、一対のワークロールにおける、下記式(3)で表されるロール間隙形状比の各パスの平均値M7に対する、前記調質焼鈍工程(工程8)における焼鈍材の最高温度T8(℃)の比(T8/M7)は、10.0以上100.0以下、
前記最高温度T8は250℃以上700℃以下
であることを特徴とする銅合金板材の製造方法。
M7=3×{r(h1−h2)}1/2/{n(h1+2h2)}・・・式(3)
ただし、前記式(3)中、rは、ワークロールの半径(mm)であり、h1は、前記仕上げ冷間圧延工程(工程7)の各パス前の圧延材の厚さ(mm)であり、h2は、前記仕上げ冷間圧延工程(工程7)の各パス後の圧延材の厚さ(mm)であり、nは、前記仕上げ冷間圧延工程(工程7)のパス数の合計である。 - 請求項1または2に記載の銅合金板材にバーリング加工穴を有することを特徴とする電気・電子部品用部材。
- 前記バーリング加工穴は、下記式(4)で表される穴拡げ率λが20%以上である請求項4に記載の電気・電子部品用部材。
λ=100×(d―d0)/d0 ・・・式(4)
ただし、前記式(4)中、d0は、穴拡げ加工前の穴の直径(mm)であり、dは、穴拡げ加工後のバーリング加工穴の直径(mm)である。
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