JP6858532B2 - 銅合金板材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、銅合金板材およびその製造方法に関し、特に、コネクタ、リードフレーム、リレー、スイッチなどの電気電子部品に使用するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系銅合金板材およびその製造方法に関する。
コネクタ、リードフレーム、リレー、スイッチなどの電気電子部品に使用される材料には、通電によるジュール熱の発生を抑制するために良好な導電性が要求されるとともに、電気電子機器の組立時や作動時に付与される応力に耐えることができる高い強度が要求されている。また、コネクタなどの電気電子部品は、一般に曲げ加工により成形されることから、優れた曲げ加工性も要求されている。さらに、コネクタなどの電気電子部品間の接触信頼性を確保するために、接触圧力が時間とともに低下する現象（応力緩和）に対する耐久性、すなわち、耐応力緩和特性に優れていることも要求されている。
近年、コネクタなどの電気電子部品は、高集積化、小型化および軽量化が進む傾向にあり、それに伴って、素材である銅や銅合金の板材には、薄肉化の要求が高まっている。そのため、素材に要求される強度レベルは一層厳しくなっている。また、コネクタなどの電気電子部品の小型化や形状の複雑化に対応するために、曲げ加工品の形状や寸法精度を向上させることが求められている。また、近年、環境負荷の低減や、省資源・省エネルギー化が進む傾向にあり、それに伴って、素材である銅や銅合金の板材では、原料コストや製造コストの低減や、製品のリサイクル性などの要求がますます高まっている。
しかし、板材の強度と導電性の間、強度と曲げ加工性の間、曲げ加工性と耐応力緩和特性の間には、それぞれトレードオフの関係があるので、従来、このようなコネクタなどの電気電子部品の板材として、用途に応じて、導電性、強度、曲げ加工性または耐応力緩和特性が良好で比較的コストの低い板材が適宜選択されて使用されている。
また、従来、コネクタなどの電気電子部品用の汎用材料として、黄銅やりん青銅などが使用されている。りん青銅は、強度、耐食性、耐応力腐食割れ性および耐応力緩和特性のバランスが比較的に優れているが、例えば、りん青銅２種（Ｃ５１９１）の場合、熱間加工することができず、高価なＳｎを約６％含有し、コスト的にも不利である。
一方、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ系銅合金）は、原料および製造コストが低く且つ製品のリサイクル性の優れた材料として、広範囲に使用されている。しかし、黄銅の強度は、りん青銅より低く、強度が最も高い黄銅の質別はＥＨ（Ｈ０６）であり、例えば、黄銅１種（Ｃ２６００−ＳＨ）の板条製品では、一般に引張強さが５５０ＭＰａ程度であり、この引張強さはりん青銅２種の質別Ｈ（Ｈ０４）の引張強さに相当する。また、黄銅１種（Ｃ２６００−ＳＨ）の板条製品では、耐応力腐食割れ性も劣っている。
また、黄銅の強度を向上させるためには、仕上げ圧延率の増大（高い質別にすること）が必要であり、それに伴って、圧延方向に対して垂直な方向の曲げ加工性（すなわち、曲げ軸が圧延方向に対して平行な方向である曲げ加工性）が著しく悪化してしまう。そのため、強度レベルが高い黄銅でも、コネクタなどの電気電子部品に加工できなくなる場合がある。例えば、黄銅１種の仕上げ圧延率を上げて引張強さを５７０ＭＰａより高くすると、小型部品にプレス成形することが困難になる。
特に、ＣｕとＺｎからなる単純な合金系の黄銅では、強度を維持しながら曲げ加工性を向上させることは容易ではない。そのため、黄銅に種々の元素を添加して強度レベルを引き上げる工夫がなされている。例えば、ＳｎやＳｉなどの第３元素を添加したＣｕ−Ｚｎ系銅合金が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
しかし、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ系銅合金）にＳｎやＳｉなどを添加しても、曲げ加工性を十分に向上させることができない場合もある。
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、高強度を維持しながら、曲げ加工性に優れ、且つ耐応力腐食割れ性に優れた安価な銅合金板材およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、１７〜３２質量％のＺｎと０．１〜４．５質量％のＳｎと０．０１〜２．０質量％のＳｉを含み、残部がＣｕおよび不可避不純物である組成を有する銅合金板材において、銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛２２０｝とし、｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛４２０｝とすると、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０を満たす結晶配向を有するようにすれば、高強度を維持しながら、曲げ加工性に優れ、且つ耐応力腐食割れ性に優れた安価な銅合金板材を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明による銅合金板材は、１７〜３２質量％のＺｎと０．１〜４．５質量％のＳｎと０．０１〜２．０質量％のＳｉを含み、残部がＣｕおよび不可避不純物である組成を有する銅合金板材において、銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛２２０｝とし、｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛４２０｝とすると、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０を満たす結晶配向を有することを特徴とする。
この銅合金板材において、平均結晶粒径が１０μｍ以下であるのが好ましい。また、引張強さが５５０ＭＰａ以上であるのが好ましく、０．２％耐力が５００ＭＰａ以上であるのが好ましい。さらに、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上であるのが好ましい。また、銅合金板材が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、ＣｄおよびＢｅからなる群から選ばれる１種以上の元素を合計３質量％以下の範囲でさらに含む組成を有してもよい。
本発明による銅合金板材の製造方法は、１７〜３２質量％のＺｎと０．１〜４．５質量％のＳｎと０．０１〜２．０質量％のＳｉを含み、残部がＣｕおよび不可避不純物である組成を有する銅合金の原料を溶解して鋳造した後、６００℃以下の温度における圧延パスの加工率を１０％以上（好ましくは１０〜３５％）として９００℃〜３００℃において加工率９０％以上の熱間圧延を行い、次いで、中間冷間圧延を行った後に３５０〜６５０℃で中間焼鈍を行い、次いで、加工率３０％以下で仕上げ冷間圧延を行った後に４５０℃以下の温度で低温焼鈍を行うことにより、銅合金板材を製造することを特徴とする。
この銅合金板材の製造方法では、中間焼鈍において、焼鈍後の平均結晶粒径が１０μｍ以下になるように３５０〜６５０℃における保持時間および到達温度を設定して、熱処理を行うのが好ましい。また、銅合金の原料が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、ＣｄおよびＢｅからなる群から選ばれる１種以上の元素を合計３質量％以下の範囲でさらに含む組成を有してもよい。
さらに、本発明によるコネクタ端子は、上記の銅合金板材を材料として用いたことを特徴とする。
本発明によれば、高強度を維持しながら、曲げ加工性に優れ、且つ耐応力腐食割れ性に優れた安価な銅合金板材を製造することができる。
本発明による銅合金板材の実施の形態は、１７〜３２質量％のＺｎと０．１〜４．５質量％のＳｎと０．０１〜２．０質量％のＳｉを含み、残部がＣｕおよび不可避不純物である組成を有する銅合金板材において、銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛２２０｝とし、｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛４２０｝とすると、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０を満たす結晶配向を有する。
本発明による銅合金板材の実施の形態は、ＣｕとＺｎを含むＣｕ−Ｚｎ系合金にＳｎとＳｉが添加されたＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｉ合金からなる板材である。
Ｚｎは、銅合金板材の強度やばね性を向上させる効果を有する。ＺｎはＣｕより安価であるため、Ｚｎを多量に添加するのが好ましい。しかし、Ｚｎ含有量が３２質量％を超えると、β相の生成により、銅合金板材の冷間加工性が著しく低下するとともに、耐応力腐食割れ性も低下し、また、湿気や加熱によるめっき性やはんだ付け性も低下する。一方、Ｚｎ含有量が１７質量％より少ないと、銅合金板材の０．２％耐力や引張強さなどの強度やばね性が不足し、ヤング率が大きくなり、また、銅合金板材の溶解時の水素ガス吸蔵量が多くなり、インゴットのブロ−ホ−ルが発生し易くなり、さらに、安価なＺｎの量が少なくて経済的にも不利になる。したがって、Ｚｎ含有量は、１７〜３２質量％であるのが好ましく、１８〜３１質量％であるのがさらに好ましく、２０〜２８質量％であるのが最も好ましい。
Ｓｎは、銅合金板材の強度、耐応力緩和特性および耐応力腐食割れ特性を向上させる効果を有する。ＳｎめっきなどのＳｎで表面処理した材料を再利用するためにも、銅合金板材がＳｎを含有するのが好ましい。しかし、Ｓｎ含有量が４．５質量％を超えると、銅合金板材の導電率が急激に低下し、また、Ｚｎとの共存下で粒界偏析が激しくなり、熱間加工性が著しく低下する。一方、Ｓｎ含有量が０．１質量％より少ないと、銅合金板材の機械的特性を向上させる効果が少なくなり、また、Ｓｎめっきなどを施したプレス屑などを原料として利用し難くなる。したがって、銅合金板材がＳｎを含有する場合には、Ｓｎ含有量は、０．１〜４．５質量％であるのが好ましく、０．２〜２．５質量％であるのがさらに好ましい。
Ｓｉは、少量でも銅合金板材の耐応力腐食割れ性を向上させる効果がある。この効果を十分に得るためには、Ｓｉ含有量は、０．０１質量％以上であるのが好ましい。しかし、Ｓｉ含有量が２．０質量％を超えると、導電性が低下し易く、また、Ｓｉは酸化し易い元素であり、鋳造性を低下させ易いので、Ｓｉ含有量は多過ぎない方がよい。したがって、銅合金板材がＳｉを含有する場合には、Ｓｉ含有量は、０．０１〜２．０質量％であるのが好ましく、０．１〜１．５質量％であるのがさらに好ましい。
また、銅合金板材は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、ＣｄおよびＢｅからなる群から選ばれる１種以上の元素を合計３質量％以下（好ましくは１質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下）の範囲でさらに含む組成を有してもよい。
また、銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛２２０｝とし、｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛４２０｝とすると、銅合金板材の結晶配向は、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０（好ましくは、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦１．９））を満たす。銅合金板材のＩ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝が大き過ぎると、曲げ加工性が悪くなる。
銅合金板材の平均結晶粒径は、小さいほど曲げ加工性の向上に有利であるため、１０μｍ以下であるのが好ましく、１〜９μｍ以下であるのがさらに好ましく、２〜８μｍであるのがさらに好ましく、３〜７μｍであるのがさらに好ましく、４〜６μｍであるのが最も好ましい。
銅合金板材の引張強さは、コネクタなどの電気電子部品を小型化および薄肉化するために、５５０ＭＰａ以上であるのが好ましく、６００ＭＰａ以上であるのがさらに好ましく、６４０以上であるのが最も好ましい。また、銅合金板材の０．２％耐力は、５００ＭＰａ以上であるのが好ましく、５５０ＭＰａ以上であるのがさらに好ましく、５８０ＭＰａ以上であるのが最も好ましい。
銅合金板材の導電率は、コネクタなどの電気電子部品の高集積化に伴って通電によるジュ−ル熱の発生を抑えるために、１０％ＩＡＣＳ以上であるのが好ましく、１１％ＩＡＣＳ以上であるのがさらに好ましい。
銅合金板材の耐応力腐食割れ性の評価として、銅合金板材から切り出した試験片に０．２％耐力の８０％に当たる曲げ応力を加え、この試験片を３質量％のアンモニア水を入れたデシケ−タ内に２５℃で保持し、１時間毎に取り出した試験片について、光学顕微鏡により１００倍の倍率で割れを観察したときに、割れが観察されるまでの時間が、５０時間以上であるのが好ましく、６０時間以上であるのがさらに好ましく、７０時間以上であるのが最も好ましい。また、この時間が、市販の黄銅１種（Ｃ２６００−ＳＨ）の板材と比べて、１０倍以上であるのが好ましく、１２倍以上であるのがさらに好ましい。
また、銅合金板材の曲げ加工性の評価として、銅合金板材から長手方向がＴＤ（圧延方向および板厚方向に対して垂直な方向）になるように切り出した曲げ加工試験片を使用して、ＬＤ（圧延方向）を曲げ軸にして９０°Ｗ曲げ試験を行った場合に、９０°Ｗ曲げ試験における最小曲げ半径Ｒと板厚ｔの比Ｒ／ｔが、１．０以下であるのが好ましく、０．７以下であるのがさらに好ましく、０．６以下であるのが最も好ましい。
上述したような銅合金板材は、本発明による銅合金板材の製造方法の実施の形態によって製造することができる。本発明による銅合金板材の製造方法の実施の形態は、上述した組成を有する銅合金の原料を溶解して鋳造する溶解・鋳造工程と、この溶解・鋳造工程の後に６００℃以下（好ましくは６００℃〜３００℃）の温度における圧延パスの加工率を１０％以上（好ましくは１０〜３５％）として９００℃〜３００℃において加工率９０％以上の熱間圧延を行う熱間圧延工程と、この熱間圧延工程の後に冷間圧延を行う中間冷間圧延工程と、この中間冷間圧延工程の後に３５０〜６５０℃で焼鈍を行う中間焼鈍工程と、この中間焼鈍工程の後に加工率３０％以下で仕上げ冷間圧延を行う仕上げ冷間圧延工程と、この仕上げ冷間圧延工程の後に４５０℃以下の温度で焼鈍を行う低温焼鈍工程とを備えている。以下、これらの工程について詳細に説明する。なお、熱間圧延後には、必要に応じて面削を行い、各熱処理後には、必要に応じて酸洗、研磨、脱脂を行ってもよい。
（溶解・鋳造工程）
一般的な黄銅の溶製方法と同様の方法により、銅合金の原料を溶解した後、連続鋳造や半連続鋳造などにより鋳片を製造する。なお、原料を溶解する際の雰囲気は、大気雰囲気で十分である。
一般的な黄銅の溶製方法と同様の方法により、銅合金の原料を溶解した後、連続鋳造や半連続鋳造などにより鋳片を製造する。なお、原料を溶解する際の雰囲気は、大気雰囲気で十分である。
（熱間圧延工程）
通常、Ｃｕ−Ｚｎ系銅合金の熱間圧延は、６５０℃以上または７００℃以上の高温域で圧延し、圧延中および圧延パス間の再結晶により、鋳造組織の破壊および材料の軟化のために行われる。しかし、このような一般的な熱間圧延条件では、本発明による銅合金板材の実施の形態のように特異な集合組織を有する銅合金板材を製造することは困難である。すなわち、このような一般的な熱間圧延条件では、後工程の条件を広範囲に変化させても、銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛２２０｝とし、｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛４２０｝とすると、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０を満たす結晶配向を有する銅合金板材を製造するのが困難である。そのため、本発明による銅合金板材の製造方法の実施の形態では、熱間圧延工程において、６００℃以下（好ましくは６００℃〜３００℃）の温度における圧延パスの加工率を１０％以上（好ましくは１０〜３５％）として、９００℃〜３００℃において加工率９０％以上の圧延を行う。なお、鋳片を熱間圧延する際に、再結晶が発生し易い６００℃より高温域で最初の圧延パスを行うことによって、鋳造組織を破壊し、成分と組織の均一化を図ることができる。しかし、９００℃を超える高温で圧延を行うと、合金成分の偏析部分など、融点が低下している部分で割れを生じるおそれがあるので好ましくない。
通常、Ｃｕ−Ｚｎ系銅合金の熱間圧延は、６５０℃以上または７００℃以上の高温域で圧延し、圧延中および圧延パス間の再結晶により、鋳造組織の破壊および材料の軟化のために行われる。しかし、このような一般的な熱間圧延条件では、本発明による銅合金板材の実施の形態のように特異な集合組織を有する銅合金板材を製造することは困難である。すなわち、このような一般的な熱間圧延条件では、後工程の条件を広範囲に変化させても、銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛２２０｝とし、｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛４２０｝とすると、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０を満たす結晶配向を有する銅合金板材を製造するのが困難である。そのため、本発明による銅合金板材の製造方法の実施の形態では、熱間圧延工程において、６００℃以下（好ましくは６００℃〜３００℃）の温度における圧延パスの加工率を１０％以上（好ましくは１０〜３５％）として、９００℃〜３００℃において加工率９０％以上の圧延を行う。なお、鋳片を熱間圧延する際に、再結晶が発生し易い６００℃より高温域で最初の圧延パスを行うことによって、鋳造組織を破壊し、成分と組織の均一化を図ることができる。しかし、９００℃を超える高温で圧延を行うと、合金成分の偏析部分など、融点が低下している部分で割れを生じるおそれがあるので好ましくない。
（中間冷間圧延工程）
この冷間圧延工程では、加工率を５０％以上にするのが好ましく、８０％以上にするのがさらに好ましく、９０％以上にするのが最も好ましい。
この冷間圧延工程では、加工率を５０％以上にするのが好ましく、８０％以上にするのがさらに好ましく、９０％以上にするのが最も好ましい。
（中間焼鈍工程）
この中間焼鈍工程では、３５０〜６５０℃（好ましくは４００〜５５０℃）で焼鈍を行う。また、この中間焼鈍工程では、焼鈍後の平均結晶粒径が１０μｍ以下（好ましくは９μｍ以下）になるように３５０〜６５０℃（好ましくは４００〜５５０℃）における保持時間および到達温度を設定して、熱処理を行うのが好ましい。なお、この焼鈍による再結晶粒の粒径は、焼鈍前の冷間圧延の加工率や化学組成によって変動するが、各々の合金について予め実験により焼鈍ヒートパターンと平均結晶粒径との関係を求めておけば、３５０〜６５０℃で保持時間および到達温度を設定することができる。具体的には、本発明による銅合金板材の化学組成では、３５０〜６５０℃で数秒〜数時間保持する加熱条件において適正な条件を設定することができる。
この中間焼鈍工程では、３５０〜６５０℃（好ましくは４００〜５５０℃）で焼鈍を行う。また、この中間焼鈍工程では、焼鈍後の平均結晶粒径が１０μｍ以下（好ましくは９μｍ以下）になるように３５０〜６５０℃（好ましくは４００〜５５０℃）における保持時間および到達温度を設定して、熱処理を行うのが好ましい。なお、この焼鈍による再結晶粒の粒径は、焼鈍前の冷間圧延の加工率や化学組成によって変動するが、各々の合金について予め実験により焼鈍ヒートパターンと平均結晶粒径との関係を求めておけば、３５０〜６５０℃で保持時間および到達温度を設定することができる。具体的には、本発明による銅合金板材の化学組成では、３５０〜６５０℃で数秒〜数時間保持する加熱条件において適正な条件を設定することができる。
なお、中間冷間圧延工程と中間焼鈍工程は、この順で繰り返し行ってもよい。中間冷間圧延工程と中間焼鈍工程を繰り返す場合、最後の中間焼鈍工程において、他の中間焼鈍温度より低い温度で熱処理を行うのが好ましく、最後の中間焼鈍後の平均結晶粒径が１０μｍ以下（好ましくは９μｍ以下）になるように３５０〜６５０℃（好ましくは４００〜５５０℃）における保持時間および到達温度を設定して、熱処理を行うのが好ましい。
（仕上げ冷間圧延工程）
仕上げ冷間圧延は、強度レベルを向上させるために行われる。仕上げ冷間圧延の加工率が低過ぎると強度が低いが、仕上げ冷間圧延の加工率の増大に伴って｛２２０｝を主方位成分とする圧延集合組織が発達していく。一方、仕上げ冷間圧延の加工率が高過ぎると、｛２２０｝方位の圧延集合組織が相対的に優勢になり過ぎて、強度と曲げ加工性の両方を向上させた結晶配向を実現することができない。そのため、仕上げ冷間圧延は、加工率３０％以下で圧延する必要があり、加工率５〜２９％で圧延するのがさらに好ましく、加工率１０〜２８％で圧延するのが最も好ましい。このような仕上げ冷間圧延を行うことによって、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０を満たす結晶配向を維持することができる。なお、最終的な板厚は、０．０２〜１．０ｍｍ程度にするのが好ましく、０．０５〜０．５ｍｍにするのがさらに好ましく、０．０５〜０．３ｍｍにするのが最も好ましい。
仕上げ冷間圧延は、強度レベルを向上させるために行われる。仕上げ冷間圧延の加工率が低過ぎると強度が低いが、仕上げ冷間圧延の加工率の増大に伴って｛２２０｝を主方位成分とする圧延集合組織が発達していく。一方、仕上げ冷間圧延の加工率が高過ぎると、｛２２０｝方位の圧延集合組織が相対的に優勢になり過ぎて、強度と曲げ加工性の両方を向上させた結晶配向を実現することができない。そのため、仕上げ冷間圧延は、加工率３０％以下で圧延する必要があり、加工率５〜２９％で圧延するのがさらに好ましく、加工率１０〜２８％で圧延するのが最も好ましい。このような仕上げ冷間圧延を行うことによって、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０を満たす結晶配向を維持することができる。なお、最終的な板厚は、０．０２〜１．０ｍｍ程度にするのが好ましく、０．０５〜０．５ｍｍにするのがさらに好ましく、０．０５〜０．３ｍｍにするのが最も好ましい。
（低温焼鈍工程）
仕上げ冷間圧延後には、銅合金板材の残留応力の低減による耐応力腐食割れ特性や曲げ加工性を向上させ、空孔やすべり面上の転位の低減による耐応力緩和特性を向上させるために、低温焼鈍を行ってもよい。特に、Ｃｕ−Ｚｎ系銅合金の場合、４５０℃以下の温度で低温焼鈍を行う必要があり、１５０〜４００℃の加熱温度（好ましくは中間焼鈍工程における焼鈍温度より低い温度）で低温焼鈍を行うのが好ましい。この低温焼鈍により、強度、耐応力腐食割れ特性、曲げ加工性および耐応力緩和特性を同時に向上させることができ、また、導電率を上昇させることができる。この加熱温度が高過ぎると、短時間で軟化し、バッチ式でも連続式でも特性のバラツキが生じ易くなる。一方、加熱温度が低過ぎると、上記の特性を向上させる効果を十分に得ることができない。また、この加熱温度における保持時間は、５秒間以上であるのが好ましく、通常１時間以内で良好な結果を得ることができる。
仕上げ冷間圧延後には、銅合金板材の残留応力の低減による耐応力腐食割れ特性や曲げ加工性を向上させ、空孔やすべり面上の転位の低減による耐応力緩和特性を向上させるために、低温焼鈍を行ってもよい。特に、Ｃｕ−Ｚｎ系銅合金の場合、４５０℃以下の温度で低温焼鈍を行う必要があり、１５０〜４００℃の加熱温度（好ましくは中間焼鈍工程における焼鈍温度より低い温度）で低温焼鈍を行うのが好ましい。この低温焼鈍により、強度、耐応力腐食割れ特性、曲げ加工性および耐応力緩和特性を同時に向上させることができ、また、導電率を上昇させることができる。この加熱温度が高過ぎると、短時間で軟化し、バッチ式でも連続式でも特性のバラツキが生じ易くなる。一方、加熱温度が低過ぎると、上記の特性を向上させる効果を十分に得ることができない。また、この加熱温度における保持時間は、５秒間以上であるのが好ましく、通常１時間以内で良好な結果を得ることができる。
以下、本発明による銅合金板材およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
［実施例１〜１０、比較例１〜３］
２４．７質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと１．０１質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例１）、２３．６質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと０．４９質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例２）、２３．７質量％のＺｎと０．７７質量％のＳｎと１．０５質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例３）、２４．４質量％のＺｎと０．２５質量％のＳｎと０．９９質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例４）、２４．４質量％のＺｎと２．０６質量％のＳｎと０．４６質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例５）、２３．９質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと０．４７質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例６）、２４．０質量％のＺｎと０．７７質量％のＳｎと０．４９質量％のＳｉと０．１５質量％のＦｅと０．０８質量％のＣｏと０．０７質量％のＣｒを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例７）、２５．２質量％のＺｎと０．８０質量％のＳｎと０．５０質量％のＳｉと０．０８質量％のＭｇと０．０８質量％のＡｌと０．１０質量％のＺｒと０．１０質量％のＴｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例８）、２４．５質量％のＺｎと０．８０質量％のＳｎと０．４５質量％のＳｉと０．０５質量％のＢと０．０５質量％のＰと０．０８質量％のＭｎと０．１０質量％のＢｅを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例９）、２３．５質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと０．４５質量％のＳｉと０．０５質量％のＡｕと０．０８質量％のＡｇと０．０８質量％のＰｂと０．０７質量％のＣｄを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例１０）、２４．５質量％のＺｎと０．７７質量％のＳｎを含み、残部がＣｕからなる銅合金（比較例１）、２４．７質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと１．０１質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（比較例２）、２３．６質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと０．４９質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（比較例３）をそれぞれ溶解して鋳造することにより得られた鋳塊を、それぞれ８００℃で３０分間加熱した後、８００℃〜３００℃の温度域で熱間圧延を行った。この熱間圧延では、６００℃以下の温度域における加工率をそれぞれ１５％（実施例１〜４、７〜１０）、２５％（実施例５）、２０％（実施例６）、５％（比較例１〜３）として厚さ１０ｍｍにした（鋳片からのトータルの熱間圧延の加工率は９０％）。
２４．７質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと１．０１質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例１）、２３．６質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと０．４９質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例２）、２３．７質量％のＺｎと０．７７質量％のＳｎと１．０５質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例３）、２４．４質量％のＺｎと０．２５質量％のＳｎと０．９９質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例４）、２４．４質量％のＺｎと２．０６質量％のＳｎと０．４６質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例５）、２３．９質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと０．４７質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例６）、２４．０質量％のＺｎと０．７７質量％のＳｎと０．４９質量％のＳｉと０．１５質量％のＦｅと０．０８質量％のＣｏと０．０７質量％のＣｒを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例７）、２５．２質量％のＺｎと０．８０質量％のＳｎと０．５０質量％のＳｉと０．０８質量％のＭｇと０．０８質量％のＡｌと０．１０質量％のＺｒと０．１０質量％のＴｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例８）、２４．５質量％のＺｎと０．８０質量％のＳｎと０．４５質量％のＳｉと０．０５質量％のＢと０．０５質量％のＰと０．０８質量％のＭｎと０．１０質量％のＢｅを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例９）、２３．５質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと０．４５質量％のＳｉと０．０５質量％のＡｕと０．０８質量％のＡｇと０．０８質量％のＰｂと０．０７質量％のＣｄを含み、残部がＣｕからなる銅合金（実施例１０）、２４．５質量％のＺｎと０．７７質量％のＳｎを含み、残部がＣｕからなる銅合金（比較例１）、２４．７質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと１．０１質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（比較例２）、２３．６質量％のＺｎと０．７８質量％のＳｎと０．４９質量％のＳｉを含み、残部がＣｕからなる銅合金（比較例３）をそれぞれ溶解して鋳造することにより得られた鋳塊を、それぞれ８００℃で３０分間加熱した後、８００℃〜３００℃の温度域で熱間圧延を行った。この熱間圧延では、６００℃以下の温度域における加工率をそれぞれ１５％（実施例１〜４、７〜１０）、２５％（実施例５）、２０％（実施例６）、５％（比較例１〜３）として厚さ１０ｍｍにした（鋳片からのトータルの熱間圧延の加工率は９０％）。
次に、それぞれ中間冷間圧延を行った後に中間焼鈍を行い、その後、それぞれ厚さ０．３２ｍｍ（実施例１）、０．３４ｍｍ（実施例２、４、７〜１０）、０．３５ｍｍ（実施例３）、０．２８ｍｍ（実施例５）、０．３２ｍｍ（実施例６）、０．３７ｍｍ（比較例１〜３）まで中間冷間圧延を行った後、それぞれ４５０℃で３０分間（実施例１〜４、６〜１０、比較例１〜３）、５００℃で３０分間（実施例５）保持する中間焼鈍を行った。
次に、加工率をそれぞれ２１％（実施例１）、２７％（実施例２、７〜１０）、２８％（実施例３）、２６％（実施例４）、１０％（実施例５）、２１％（実施例６）、３３％（比較例１〜３）として仕上げ冷間圧延を行って厚さ０．２５ｍｍにした後、それぞれ３００℃で３０分間（実施例１〜４、６〜１０、比較例１〜３）、３５０℃で３０分間（実施例５）保持する低温焼鈍を行った。
このようにして得られた実施例１〜１０および比較例１〜３の銅合金板材から試料を採取し、結晶粒組織の平均結晶粒径、Ｘ線回折強度、導電率、引張強さ、耐応力腐食割れ性、曲げ加工性を以下のように調べた。
結晶粒組織の平均結晶粒径は、銅合金板材の板面（圧延面）を研磨した後にエッチングし、その面を光学顕微鏡で観察して、ＪＩＳ Ｈ０５０１の切断法により測定した。その結果、平均結晶粒径は、それぞれ５μｍ（実施例１、４、６、８、比較例１）、４μｍ（実施例２、５、７、９、１０、比較例２〜３）、６μｍ（実施例３）であった。
Ｘ線回折強度（Ｘ線回折積分強度）の測定は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）（株式会社リガク製のＲＩＮＴ２０００）を用いて、Ｃｕ管球を用いて、管電圧４０ｋＶ、管電流２０ｍＡの条件で、試料の板面（圧延面）について｛２２０｝面の回折ピークの積分強度Ｉ｛２２０｝と｛４２０｝面の回折ピークの積分強度Ｉ｛４２０｝を測定することによって行った。これらの測定値を用いて、Ｘ線回折強度比Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝を求めたところ、それぞれ１．７（実施例１）、１．８（実施例２〜４、７〜１０）、１．４（実施例５）、１．６（実施例６）、２．６（比較例１、３）、２．５（比較例２）であった。
銅合金板材の導電率は、ＪＩＳ Ｈ０５０５の導電率測定方法に従って測定した。その結果、導電率は、それぞれ１２．２％ＩＡＣＳ（実施例１）、１６．４％ＩＡＣＳ（実施例２）、１３．８％ＩＡＣＳ（実施例３）、１８．７％ＩＡＣＳ（実施例４）、１２．０％ＩＡＣＳ（実施例５）、１４．９％ＩＡＣＳ（実施例６）、１３．４％ＩＡＣＳ（実施例７）、１３．５％ＩＡＣＳ（実施例８）、１４．０％ＩＡＣＳ（実施例９）、１２．１％ＩＡＣＳ（実施例１０）、２５．３％ＩＡＣＳ（比較例１）、１２．１％ＩＡＣＳ（比較例２）、１６．３％ＩＡＣＳ（比較例３）であった。
銅合金板材の機械的特性としての引張強さとして、銅合金板材のＬＤ（圧延方向）の引張試験用の試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１の５号試験片）をそれぞれ３個ずつ採取し、それぞれの試験片についてＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した引張試験を行い、平均値によってＬＤの０．２％耐力と引張強さを求めた。その結果、ＬＤの０．２％耐力と引張強さは、それぞれ６１０ＭＰａと６５７ＭＰａ（実施例１）、５８５ＭＰａと６４２ＭＰａ（実施例２）、６００ＭＰａと６７０ＭＰａ（実施例３）、５９２ＭＰａと６６０ＭＰａ（実施例４）、６３２ＭＰａと６７０ＭＰａ(実施例５)、６０５ＭＰａと６６０ＭＰａ（実施例６）、６０１ＭＰａと６５１ＭＰａ（実施例７）、５９８ＭＰａと６５５ＭＰａ（実施例８）、６００ＭＰａと６５３ＭＰａ（実施例９）、５９５ＭＰａと６５８ＭＰａ（実施例１０）、５９３ＭＰａと６５９ＭＰａ（比較例１）、６８９ＭＰａと７２７ＭＰａ（比較例２）、６７７ＭＰａと７１６ＭＰａ（比較例３）であった。
銅合金板材の耐応力腐食割れ性は、銅合金板材から採取した幅１０ｍｍの試験片を、その長手方向中央部の表面応力が０．２％耐力の８０％の大きさになるようにアーチ状に曲げた状態で、３質量％のアンモニア水を入れたデシケ−タ内に２５℃で保持し、１時間毎に取り出した幅１０ｍｍの試験片について、光学顕微鏡により１００倍の倍率で割れを観察したところ、それぞれ９２時間（実施例１）、９６時間（実施例２）、９８時間（実施例３）、８７時間（実施例４）、９６時間（実施例５）、７１時間（実施例６）、９０時間（実施例７）、９２時間（実施例８）、９５時間（実施例９）、９５時間（実施例１０）、２４時間（比較例１）、４０時間（比較例２）、３５時間（比較例３）後に割れが観察され、市販の黄銅１種（Ｃ２６００−ＳＨ）の板材と比べて、割れが観察されるまでの時間は、それぞれ１８倍（実施例１）、１９倍（実施例２）、２０倍（実施例３）、１７倍（実施例４）、１９倍（実施例５）、１４倍（実施例６）、１８倍（実施例７）、１８倍（実施例８）、１９倍（実施例９）、１９倍（実施例１０）、５倍（比較例１）、８倍（比較例２）、７倍（比較例３）であった。
銅合金板材の曲げ加工性を評価するために、銅合金板材から長手方向がＴＤ（圧延方向および板厚方向に対して垂直な方向）になるように曲げ加工試験片（幅１０ｍｍ）を切り出し、ＬＤ（圧延方向）を曲げ軸（ＢａｄＷａｙ曲げ（Ｂ．Ｗ．曲げ））にしてＪＩＳ Ｈ３１１０に準拠した９０°Ｗ曲げ試験を行った。この試験後の試験片について、曲げ加工部の表面および断面を光学顕微鏡によって１００倍の倍率で観察して、割れが発生しない最小曲げ半径Ｒを求め、この最小曲げ半径Ｒを銅合金板材の板厚ｔで除することによって、それぞれのＲ／ｔ値を求めた。その結果、Ｒ／ｔは、それぞれ０．４（実施例１、３、５）、０．６(実施例２、４、６〜１０)、０．８（比較例１〜３）であった。
これらの実施例および比較例の製造条件および特性を表１〜表４に示す。
Claims (7)
- １７〜３２質量％のＺｎと０．１〜４．５質量％のＳｎと０．０１〜２．０質量％のＳｉを含み、残部がＣｕおよび不可避不純物である組成を有する銅合金板材において、平均結晶粒径が１０μｍ以下、引張強さが５５０ＭＰａ以上、０．２％耐力が５００ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上であり、銅合金板材の板面における｛２２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛２２０｝とし、｛４２０｝結晶面のＸ線回折強度をＩ｛４２０｝とすると、Ｉ｛２２０｝／Ｉ｛４２０｝≦２．０を満たす結晶配向を有することを特徴とする、銅合金板材。
- 前記銅合金板材が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、ＣｄおよびＢｅからなる群から選ばれる１種以上の元素を合計３質量％以下の範囲でさらに含む組成を有することを特徴とする、請求項１に記載の銅合金板材。
- １７〜３２質量％のＺｎと０．１〜４．５質量％のＳｎと０．０１〜２．０質量％のＳｉを含み、残部がＣｕおよび不可避不純物である組成を有する銅合金の原料を溶解して鋳造した後、６００℃以下の温度における圧延パスの加工率を１０％以上として９００℃〜３００℃において加工率９０％以上の熱間圧延を行い、次いで、中間冷間圧延を行った後に３５０〜６５０℃で中間焼鈍を行い、次いで、加工率３０％以下で仕上げ冷間圧延を行った後に４５０℃以下の温度で低温焼鈍を行うことにより、請求項１または２に記載の銅合金板材を製造することを特徴とする、銅合金板材の製造方法。
- 前記熱間圧延において６００℃以下の温度における圧延パスの加工率を３５％以下とすることを特徴とする、請求項３に記載の銅合金板材の製造方法。
- 前記中間焼鈍において、焼鈍後の平均結晶粒径が１０μｍ以下になるように３５０〜６５０℃における保持時間および到達温度を設定して、熱処理を行うことを特徴とする、請求項３または４に記載の銅合金板材の製造方法。
- 前記銅合金の原料が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、ＣｄおよびＢｅからなる群から選ばれる１種以上の元素を合計３質量％以下の範囲でさらに含む組成を有することを特徴とする、請求項３乃至５のいずれかに記載の銅合金板材の製造方法。
- 請求項１または２に記載の銅合金板材を材料として用いたことを特徴とする、コネクタ端子。
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