JP5050226B2 - 銅合金材料の製造法 - Google Patents
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特許文献1には、材料の結晶方位を制御することによりプレス成形性を改善することが記載されている。
[2]仕上前熱処理: [1]の仕上前冷間圧延後のビッカース硬さをH 0 (HV)とし、その硬さH 0 の材料を保持時間A(min)で加熱保持したときに0.8H 0 (HV)となる当該加熱保持温度をT 0.8 (℃)とするとき、
保持温度:T 0.8 +20(℃)以上、T 0.8 +60(℃)以下、
保持時間:A(min)、
を満たす条件で行う。
[4]仕上熱処理: 下記(1)式で定義されるY値が10以下となる保持温度・保持時間で行う。
Y=|L方向のヤング率/L方向の0.2%耐力−T方向のヤング率/T方向の0.2%耐力| ……(1)
ただし、L方向は圧延方向に対し平行方向、T方向は圧延方向に対し直角方向を意味する。ヤング率および0.2%耐力の単位はN/mm2とする。
・質量%で、Sn:0.01〜10%、Zn:8〜30%を含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成。
・質量%で、Sn:0.01〜10%、Zn:8〜30%、P:0.01〜0.2%を含有し、さらにNi、Fe、Mg、Coの1種以上を合計0.01〜3%含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成。
・質量%で、Sn:0.01〜10%、Zn:8〜30%、P:0.01〜0.2%、Ni:0.01〜3%含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成。
・質量%で、Sn:0.01〜10%、P:0.01〜0.2%を含有し、さらにNi、Fe、Mg、Coの1種以上を合計0.01〜3%含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成。
・質量%で、Sn:0.01〜10%、P:0.01〜0.2%、Ni:0.01〜3%含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成。
[1]仕上前冷間圧延: 圧延率60%以上で冷間圧延を行う。
[3]仕上冷間圧延: 圧延率50%以上で冷間圧延を行う。
なお、「加工・熱履歴」とは金属組織状態や物理的・機械的諸特性に変化をもたらす工程である。したがって、金属組織状態や物理的・機械的諸特性に変化をもたらさない工程、例えば酸洗等は、[1]〜[4]の工程途中あるいは工程後に適宜挿入して構わない。
i) プレスせん断面の平滑性を高めること、
ii) 円形打抜きによって形成される打抜き円の真円度を高めること、
が重要である。
以下、本発明を特定するための事項について説明する。
プレス加工の際、材料は金型のパンチにより「せん断変形」を生じた後、刃先からのクラック発生によって「破断変形」を生じて所定の形状に打抜かれる。
破断変形は粒内破断により進行するが、粒内破断はすべり面上で起き易い。このため、破断変形によって生じるプレス面の凹凸も、せん断すべりの場合と同様、結晶粒径に依存する。
プレス加工の際、材料はせん断変形の前に圧縮される形となり、引張応力によりダレ部が形成される。0.2%耐力が小さいと圧縮応力に対する抵抗力が小さくなり、ダレ量は大きくなってしまう。その結果、プレスせん断面の平滑性が悪くなる。また、0.2%耐力が小さいとプレス時の衝撃により材料が大きく変形してしまうため、寸法精度が悪くなる。
ヤング率は、0.2%耐力とともにプレス打抜き寸法精度に大きな影響を与える。プレス初期の圧縮によって発生する応力はヤング率によって決まり、高ヤング率の場合には高応力、低ヤング率の場合には低応力となる。ここで発生する応力による変形量は、ヤング率と0.2%耐力のバランスによって決定される。また、圧縮変形からせん断変形への移行は、パンチ刃先部における材料の降伏によって開始されるため、せん断変形の開始(ダレ部の終了)に関してもヤング率と0.2%耐力のバランスが重要となる。
Y=|L方向のヤング率/L方向の0.2%耐力−T方向のヤング率/T方向の0.2%耐力| ……(1)
ここで、各ヤング率および0.2%耐力の値は同じ単位系(例えばN/mm2)の値が採用される。
コネクタ等の通電部材に要求される基本的な特性(導電率、引張強さ、0.2%耐力、伸び等)を維持し、その上で上記(1)式のようなヤング率と0.2%耐力の好バランスを実現するために、本発明では、Sn、Ni、P、Zn、Fe、MgおよびCoの1種または2種以上を合計0.01〜30質量%の範囲で含有し、残部がCuと不可避不純物からなる化学組成の銅合金を採用する。Sn、Ni、P、Zn、Fe、Mg、Coの総量が0.01質量%未満だと導電率は高くなるが、引張強さ、0.2%耐力等の特性が得られにくい。逆にこれらの総量が30質量%を超えると引張強さ、0.2%耐力は向上するが、導電率が低くなる。したがって、Sn、Ni、P、Zn、Fe、Mg、Coの総量は0.01〜30質量%の範囲とする必要がある。ただし、各元素は以下のような含有量範囲とする。
ことが望ましい。
電気・電子機器に使用する通電部品用の銅合金材料は一般に、溶解、鋳造、熱間圧延を経た後、「冷間圧延、熱処理」の工程を繰り返して所定板厚の板材に仕上げられ、その後プレス等の成形加工に供される。本発明のプレス打抜き寸法精度に優れた銅合金材料も基本的にはこのような流れで製造することができる。ただし、本発明の銅合金材料の製造においては、前述の組織(結晶粒微細化)および特性(0.2%耐力の向上、ヤング率と0.2%耐力のバランス適正化)を実現するための工夫を要する。
具体的には「[1]仕上前冷間圧延、[2]仕上前熱処理、[3]仕上冷間圧延、[4]仕上熱処理」の加工・熱履歴を順次付与して板材を仕上げるに際し、[2]と[4]の熱処理条件、あるいはさらに[1]と[3]の冷間圧延条件を工夫する。
このうち、[1]の仕上前冷間圧延では、次の[2]の熱処理で微細結晶粒組織が得られるように、比較的大きめの冷間圧延率を確保することが望ましい。冷間圧延率を大きくすることで圧延集合組織が形成され、[2]の熱処理により再結晶集合組織を得ることができる。圧延集合組織、再結晶集合組織など、材料に異方性を持たせることにより、[4]熱処理におけるヤング率、0.2%耐力の変化量において、L方向、T方向の差が大きくなり、10以下のY値が得られやすくなる。[1]の仕上げ圧延は、60%以上の冷間圧延率で行うことが望ましく、例えば60〜90%の冷間圧延率とすればよい。
[2]仕上前熱処理: [1]の仕上前冷間圧延後のビッカース硬さをH0(HV)とし、その硬さH0の材料を保持時間A(min)で加熱保持したときに0.8H0(HV)となる当該加熱保持温度をT0.8(℃)とするとき、
保持温度:T0.8+20(℃)以上、T0.8+60(℃)以下、
保持時間:A(min)、
を満たす条件で行う。
なお、一般的に[2]の加熱保持時間Aは10sec〜500minの間で設定することができ、加熱保持温度は例えばCu−28%Zn−1Sn系合金の場合だと300〜600℃程度の範囲内で設定できる。
なお、目安としては、0.2%耐力が最も高くなる温度をTM(℃)としたとき、TMに対し−30〜+60℃の範囲においてY値が10以下になる条件を見出すことができる場合が多い。一般的に[4]の加熱保持時間は5sec〜500minの間で設定することができ、加熱保持温度は例えばCu−28%Zn−1Sn系合金の場合だと150〜450℃程度の範囲内で設定できる。
[1]仕上前冷間圧延: 圧延率71%で行った。
[2]仕上前熱処理: 各合金について予め[1]の冷間圧延条件で得た冷延材について60min保持の熱処理による軟化曲線を求めておき、ビッカース硬さが熱処理前の80%になる加熱温度T0.8を定めた。そして、加熱温度:T0.8+30℃、保持時間:60minの条件で行った。例えばNo.1の例ではT0.8は440℃であった。
[3]仕上冷間圧延: 圧延率65%で0.5mmまで圧延した。
[4]仕上熱処理: 各合金について予め[3]の冷間圧延条件で得た冷延材について10min保持の熱処理を種々の温度で行ったのち後述の方法で0.2%耐力とヤング率を測定してY値を求めておき、そのデータに基づいてY値が最も小さくなる温度TY(℃)を定めた。そして、加熱温度:TY(℃)、保持時間:10minの条件で行った。例えばNo.1の例ではTYは280℃であった。
工程Aと同じ条件で[1]〜[3]を実施し、[4]を未実施として、仕上冷間圧延ままの材料を得た。
[1]仕上前冷間圧延: 工程Aと同様とした。
[2]仕上前熱処理: 工程Aと同様にしてT0.8(℃)を求めた。そして、加熱温度:T0.8+100℃、保持時間:60minの条件で行った。
[3]仕上冷間圧延: 工程Aと同様とした。
[4]仕上熱処理: 未実施である。
[1]仕上前冷間圧延: 圧延率73%で行った。
[2]仕上前熱処理: 各合金について予め[1]の冷間圧延条件で得た冷延材について60min保持の熱処理による軟化曲線を求めておき、ビッカース硬さが熱処理前の80%になる加熱温度T0.8を定めた。そして、加熱温度:T0.8+30℃、保持時間:60minの条件で行った。例えばNo.6の例ではT0.8は500℃であった。
[3]仕上冷間圧延: 圧延率80%で0.5mmまで圧延した。
[4]仕上熱処理: 各合金について予め[3]の冷間圧延条件で得た冷延材について10min保持の熱処理を種々の温度で行ったのち後述の方法で0.2%耐力とヤング率を測定してY値を求めておき、そのデータに基づいてY値が最も小さくなる温度T Y (℃)を定めた。そして、加熱温度:T Y (℃)、保持時間:10minの条件で行った。例えばNo.6の例ではT Y は300℃であった。
工程Dと同じ条件で[1]〜[3]を実施し、[4]を未実施として、仕上冷間圧延ままの材料を得た。
[1]仕上前冷間圧延: 工程Dと同様とした。
[2]仕上前熱処理: 工程Dと同様にしてT0.8(℃)を求めた。そして、加熱温度:T0.8+100℃、保持時間:60minの条件で行った。
[3]仕上冷間圧延: 工程Dと同様とした。
[4]仕上熱処理: 未実施である。
0.2%耐力、およびヤング率は、供試材のL方向およびT方向についてJIS 5号引張試験片を用いてJIS Z2241に準じた引張試験を行って求めた。
Y値は、その0.2%耐力およびヤング率の測定値に基づき前記(1)式により算出した。
平均結晶粒径は、圧延方向および板厚方向に平行な断面(L断面)について光学顕微鏡により組織観察を行い、結晶粒度測定装置を用いた画像処理によって求めた。
結果を表1に示す。
Claims (6)
- 質量%で、Sn:0.01〜10%、Zn:8〜30%を含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成の銅合金板材中間製品に「[1]仕上前冷間圧延、[2]仕上前熱処理、[3]仕上冷間圧延、[4]仕上熱処理」の加工・熱履歴を順次付与して板材を仕上げるに際し、上記[2]および[4]の工程をそれぞれ以下の条件で行う銅合金材料の製造法。
[2]仕上前熱処理: [1]の仕上前冷間圧延後のビッカース硬さをH0(HV)とし、その硬さH0の材料を保持時間A(min)で加熱保持したときに0.8H0(HV)となる当該加熱保持温度をT0.8(℃)とするとき、
保持温度:T0.8+20(℃)以上、T0.8+60(℃)以下、
保持時間:A(min)、
を満たす条件で行う。
[4]仕上熱処理: 下記(1)式で定義されるY値が10以下となる保持温度・保持時間で行う。
Y=|L方向のヤング率/L方向の0.2%耐力−T方向のヤング率/T方向の0.2%耐力| ……(1)
ただし、L方向は圧延方向に対し平行方向、T方向は圧延方向に対し直角方向を意味する。ヤング率および0.2%耐力の単位はN/mm2とする。 - 前記銅合金板材中間製品が、質量%で、Sn:0.01〜10%、Zn:8〜30%、P:0.01〜0.2%を含有し、さらにNi、Fe、Mg、Coの1種以上を合計0.01〜3%含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成を有するものである、請求項1に記載の銅合金材料の製造法。
- 前記銅合金板材中間製品が、質量%で、Sn:0.01〜10%、Zn:8〜30%、P:0.01〜0.2%、Ni:0.01〜3%含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成を有するものである、請求項1に記載の銅合金材料の製造法。
- 質量%で、Sn:0.01〜10%、P:0.01〜0.2%を含有し、さらにNi、Fe、Mg、Coの1種以上を合計0.01〜3%含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成の銅合金板材中間製品に「[1]仕上前冷間圧延、[2]仕上前熱処理、[3]仕上冷間圧延、[4]仕上熱処理」の加工・熱履歴を順次付与して板材を仕上げるに際し、上記[2]および[4]の工程をそれぞれ以下の条件で行う銅合金材料の製造法。
[2]仕上前熱処理: [1]の仕上前冷間圧延後のビッカース硬さをH0(HV)とし、その硬さH0の材料を保持時間A(min)で加熱保持したときに0.8H0(HV)となる当該加熱保持温度をT0.8(℃)とするとき、
保持温度:T0.8+20(℃)以上、T0.8+60(℃)以下、
保持時間:A(min)、
を満たす条件で行う。
[4]仕上熱処理: 下記(1)式で定義されるY値が10以下となる保持温度・保持時間で行う。
Y=|L方向のヤング率/L方向の0.2%耐力−T方向のヤング率/T方向の0.2%耐力| ……(1)
ただし、L方向は圧延方向に対し平行方向、T方向は圧延方向に対し直角方向を意味する。ヤング率および0.2%耐力の単位はN/mm2とする。 - 質量%で、Sn:0.01〜10%、P:0.01〜0.2%、Ni:0.01〜3%含有し、かつ前記各元素の合計含有量:30%以下を満たし、残部Cuおよび不可避的不純物からなる組成の銅合金板材中間製品に「[1]仕上前冷間圧延、[2]仕上前熱処理、[3]仕上冷間圧延、[4]仕上熱処理」の加工・熱履歴を順次付与して板材を仕上げるに際し、上記[2]および[4]の工程をそれぞれ以下の条件で行う銅合金材料の製造法。
[2]仕上前熱処理: [1]の仕上前冷間圧延後のビッカース硬さをH0(HV)とし、その硬さH0の材料を保持時間A(min)で加熱保持したときに0.8H0(HV)となる当該加熱保持温度をT0.8(℃)とするとき、
保持温度:T0.8+20(℃)以上、T0.8+60(℃)以下、
保持時間:A(min)、
を満たす条件で行う。
[4]仕上熱処理: 下記(1)式で定義されるY値が10以下となる保持温度・保持時間で行う。
Y=|L方向のヤング率/L方向の0.2%耐力−T方向のヤング率/T方向の0.2%耐力| ……(1)
ただし、L方向は圧延方向に対し平行方向、T方向は圧延方向に対し直角方向を意味する。ヤング率および0.2%耐力の単位はN/mm2とする。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の製造法において、さらに[1]および[3]の工程を以下の条件で行う銅合金材料の製造法。
[1]仕上前冷間圧延: 圧延率60%以上で冷間圧延を行う。
[3]仕上冷間圧延: 圧延率50%以上で冷間圧延を行う。
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