JP6085633B2 - 銅合金板および、それを備えるプレス成形品 - Google Patents
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Description
特許文献1には、電気・電子機器に用いられるCu−Ni−Si系銅合金板材において、銅合金板材中に分散する化合物の粒径およびその分散密度を規定することにより、特にめっき性、プレス性、耐熱性等の特性の改善を図ることが記載されている。特許文献2には、プレス打ち抜き性に影響する表層にプレス打ち抜き性の向上に寄与する粒子径の析出物を存在させ、強度に影響する中央部には強度の向上に寄与する粒子径の析出物を存在させることにより、強度および導電率を維持しつつ、金型摩耗を軽減できるCu−Co−Si系銅合金が開示されている。特許文献3には、高強度、高導電性および耐熱性などの優れた特性を維持しつつ、さらにスタンピングによる金型摩耗を抑制するため、Mg、Crを所定の量で添加するとともに、特に、スタンピング金型摩耗を抑制する作用のあるPbを所定の量で添加して得られた銅合金が記載されている。
それ故に、上記の技術によっては、Cu−Sn合金の銅合金板のプレス打ち抜き性を有効に向上させることができなかった。
その結果、プレス加工時にパンチとダイとの間に挟まれた際の銅合金板の板厚方向の伸びが小さくなるように、銅合金板を製造する際に、最終焼鈍時の結晶粒径を大きくすること、および、最終焼鈍後の仕上圧延でワークロール径と板厚の比を制御して、加工度を増加させることが有効であるとの新たな知見を得た。
またここで、この発明の銅合金板では、圧延平行方向の伸びに対する圧延直角方向の伸びの比が、0.8以上かつ1.2以下であることが好ましい。
その結果として、この銅合金板は、端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレームその他の電子部品等に好適に用いることができる。
この発明の一の実施形態に係る銅合金板は、0.01〜0.3質量%のSnを含有し、残部が銅およびその不可避的不純物から成るCu−Sn合金で構成されたものであって、70%IACS以上の導電率を有し、且つ、せん断試験における変位―荷重曲線から求められる半価幅の、板厚に対する比(r)が0.2≦r≦0.7であるものである。このような銅合金板は、プレス加工により製造される電子部品の用途に適している。
Sn濃度は0.01〜0.3質量%とする。Sn濃度が0.3質量%を超えると、70%IACS以上の導電率を得ることが難しくなる。Sn濃度が0.01質量%未満になると、せん断試験における変位―荷重曲線から求められる半価幅の、板厚に対する比(r)が0.7以上となりバリの低減効果が認められない。また、Sn濃度が0.01質量%未満になると、0.2%耐力が低下するので、所要の特性を満たす観点からあまり望ましくない。このような観点から、Sn濃度は、0.03〜0.25質量%とすることが好ましく、なかでも、0.08〜0.25質量%とすることが特に好適である。
この発明の銅合金板では、JIS H0505に準拠して測定した導電率を70%IACS以上とする。導電率が70%IACS以上であれば、所定の電子部品に用いた際の所要の導電性を発揮することができる。導電率は、好ましくは75%IACS以上、より好ましくは80%IACS以上とする。
この発明では、銅合金板の圧延平行方向(GW方向)の0.2%耐力を450MPa以上とすることが好ましく、この場合は、銅合金板が、構造材の素材として必要な強度を十分有しているといえる。圧延平行方向の0.2耐力は、500MPa以上とすることがより好ましく、特に、520MPa以上とすることがさらに好ましい。
なお、0.2%耐力は、JIS Z2241に基いて測定する。
発明者は、銅合金板のプレス加工時に、パンチが銅合金板の表面に接したときから、銅合金板を打ち抜くまでの間のパンチストロークと、銅合金板に作用する荷重との関係について鋭意検討した結果、プレス加工により得られるプレス成形品のプレス破面において、バリの発生を招くせん断面の割合を減らすとともに、破断面の割合を増加させるためには、せん断試験における変位―荷重曲線から求められる半価幅を小さくすることが有効であることを見出した。
ここで、プレス成形品のプレス破面でせん断面の占める割合が増加するのは、銅合金板の表面及び裏面にダレが形成されてから、プレス破面が形成されるまでの間に、銅合金板が引きちぎれずに板厚方向に大きく伸び、その間にわたってパンチが銅合金板を削ることに起因すると考えられる。
せん断試験における変位―荷重曲線は、たとえば、図2に示すように、変位の増大に伴い、荷重は初期の段階では増加するもピークを経た後に低下する山型の曲線となるところ、この発明の実施形態の銅合金板では、ピーク荷重の1/2の荷重の変位幅である半価幅が、同じ板厚の従来の銅合金板に比して小さくなる。
従って、板厚に対する半価幅の比(r)のより好ましい範囲は、0.25≦r<0.7であり、さらに好ましい範囲は、0.3≦r<0.7である。
銅合金板の厚み、つまり板厚は具体的には、0.05mm〜2.0mmとすることができる。上記範囲外ではプレスのせん断面やバリの管理の難易度が高くなるため、より好ましい板厚は0.06mm〜1.5mmである。但し、板厚は、銅合金板の用途等に応じて適宜決定されるものであり、ここで例示した数値範囲に限定されるものではない。
圧延平行方向の伸びと、圧延直角方向の伸びの異方性は小さいほうが、いずれの向きのプレス加工を施した場合であっても、バリの発生を抑制することができる点で好ましい。そのため、圧延平行方向の伸びに対する圧延直角方向の伸びの比は、0.8以上かつ1.2以下とすることが好適である。圧延平行方向の伸びに対する圧延直角方向の伸びの比は、より好ましくは0.8以上かつ1.15以下、さらに好ましくは0.8以上かつ1.1以下とする。この伸びはJIS Z2241に準拠して測定する。
上記のせん断試験後に得られる円柱状の試験片について、光学顕微鏡(倍率1000倍)および実体顕微鏡を用いて、その試験片のプレス破面の全体を360°にわたって観察し、観察した中で最も長いバリの板厚方向に沿う長さを、バリ高さとした。バリ高さは1μm単位で測定し、5μm未満であれば機能上問題ない。好ましくは3μm未満、さらに好ましくはバリが無いことが望ましい。
以上に述べた銅合金板は、以下に一例として示す製造方法により製造することができる。
純銅原料として無酸素銅等を溶解し、Snおよび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、必要に応じて所定の回数で繰り返し、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。歪取り焼鈍は特に行わなくともプレス性への影響はない。
特にここでは、最終冷間圧延前の再結晶焼鈍(最終焼鈍)では、材料の平均結晶粒径を50μm以上に調整する。このときの平均結晶粒径が小さすぎると、製造される銅合金板の、プレス加工時の板厚方向の伸びを十分に小さくすることができない。言い換えれば、銅合金板の変位―荷重曲線の半価幅の比(r)を0.2≦r≦0.7とすることが困難になる。このため、最終焼鈍時の平均結晶粒径は、50μm以上とすることがより好ましく、特に、60μm以上とするさらに好適である。
この一方で、最終焼鈍時の平均結晶粒径が大きすぎる場合は、製造される銅合金板の0.2%耐力が低下する。そのため、最終焼鈍時の平均結晶粒径は100μm以下とすることが好ましく、特に95μm以下、さらには85μm以下とすることがより一層好ましい。
ここにおいて、圧延ロール間に通過させる回数をnパスとすると、各パスの加工度を同じ大きさに設定し、最初のパスからn/3パス以上は、材料の板厚に対するワークロールの直径の比を40以上とすることが重要である。このような大径のワークロールで圧延することにより、材料へのワークロールの接触面積が大きいことに起因して材料が大きく圧縮されることになり、製造される銅合金板の変位―荷重曲線の半価幅を有効に小さくすることができる。ここで、最終冷間圧延の総パス数は、3パス〜25パスとし、好ましくは5パス〜15パスとする。
a.最終焼鈍時の平均結晶粒径を50μm以上に調整する。
b.最終冷間圧延の初期のパスで、ワークロール直径/材料の板厚を40以上とする。
各条件の下で製造された銅合金板に対し、次の測定を行った。
合金元素濃度はICP−質量分析法で分析した。
厚さ0.1mmのサンプルを採取し、これを、直径9.98mmの円柱型のポンチと、クリアランスを0.01mm設けたダイスとの間に配置した状態で、速度0.1mm/minでパンチをダイに向けて変位させ、変位の増加に伴い、パンチ側に設けたロードセルで荷重を測ることにより、求めた変位―荷重曲線から半価幅を算出した。
せん断試験後の円柱状の試験片の周囲に形成されたプレス破面を全周にわたって、光学顕微鏡(倍率1000倍)および実体顕微鏡を用いて観察し、バリの高さを測定した。バリの高さは1μm単位で測定した。
JIS Z2241に準拠し、圧延方向と平行な方向及び、圧延方向と直角な方向のそれぞれに沿う向きに各試験片を採取して、それぞれの方向の引張試験を行うことにより、引張強さ及び0.2%耐力を求めた。
JIS Z2241に準拠し、圧延方向と平行な方向及び、圧延方向と直角な方向のそれぞれに沿う向きに各試験片を採取して、標点間距離50mmとして、それぞれの方向の伸びを測定した。
導電率は、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように銅合金板から試験片を採取し、JIS H0505に準拠し四端子法により20℃を測ることにより測定した。
比較例2、5では、最終焼鈍の温度が低く、かつ最終焼鈍時の平均結晶粒径が小さかった結果として、銅合金板の半価幅の、板厚に対する比(r)が大きくなり、比較例1ほどではないもののバリ高さが高くなった。
比較例4では、仕上圧延でワークロール直径を大きくした初期のパス数が少なかったことにより、材料が大径のワークロールによる圧延を十分に受けなかったので、銅合金板の半価幅の、板厚に対する比(r)が大きくなり、バリ高さが高くなった。
なお、比較例7では、銅合金板の半価幅の、板厚に対する比(r)は所定の範囲内となったが、Pの添加量が多かったことに起因して導電率が小さくなった。
Claims (5)
- 0.01〜0.3質量%のSnを含有し、残部が銅およびその不可避的不純物から成り、
70%IACS以上の導電率を有し、且つ、せん断試験における変位―荷重曲線から求められる半価幅の、板厚に対する比(r)が0.2≦r≦0.7である銅合金板。 - 導電率が75%IACS以上であり、圧延平行方向の0.2%耐力が450MPa以上、且つ、圧延直角方向の0.2%耐力/圧延平行方向の0.2%耐力が1.0以上である請求項1に記載の銅合金板。
- 圧延平行方向の伸びに対する圧延直角方向の伸びの比が、0.8以上かつ1.2以下である請求項1又は2に記載の銅合金板。
- P、Ag、Ni、Mn、Mg、Zn、BおよびCaからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を合計0.1質量%以下でさらに含有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の銅合金板。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の銅合金板を備えるプレス成形品。
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