KR101628583B1

KR101628583B1 - Cu－Ni－Si 계 합금 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101628583B1
Application number: KR1020147007915A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 나가노
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2016-06-08
Also published as: TW201309817A; CN107354342A; JP5117604B1; TWI465591B; CN103781925A; JP2013047360A; KR20140053376A; WO2013031279A1

Abstract

커넥터, 단자, 릴레이, 스위치 등의 도전성 스프링재로서 바람직한, 우수한 강도, 굽힘 가공성을 구비한 Cu－Ni－Si 계 합금 및 그 제조 방법을 제공한다. 1.0 ~ 4.5 질량% 의 Ni 및 0.2 ~ 1.0 질량% 의 Si 를 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, EBSD (Electron Back－Scatter Diffraction：전자 후방 산란 회절) 측정을 실시하여 결정 방위를 해석하였을 때에, Cube 방위｛0 0 1｝＜1 0 0＞ 의 면적률이 5 % 이상, Brass 방위｛1 1 0｝＜1 1 2＞ 의 면적률이 20 % 이하, Copper 방위｛1 1 2｝＜1 1 1＞ 의 면적률이 20 % 이하이며, 가공 경화 지수가 0.2 이하인 Cu－Ni－Si 계 합금.

Description

Cu－Ni－Si 계 합금 및 그 제조 방법{CU-NI-SI ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 커넥터, 단자, 릴레이, 스위치 등의 도전성 스프링재로서 바람직한, 우수한 강도, 굽힘 가공성을 구비한 구리 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 전자 기기의 소형화에 수반하여 전기·전자 부품의 소형화가 진행되고 있다. 그리고, 이들 부품에 사용되는 구리 합금에는 양호한 강도, 도전율이 요구된다.

차재용 단자에 있어서도 소형화에 수반하여 사용되는 구리 합금에는 양호한 강도, 도전율이 요구된다. 또한, 차재용 암단자는 프레스 굽힘 가공 전에 굽힘 내면에 노칭 가공으로 불리는 랜싱 가공이 실시되는 경우가 많다. 이는 프레스 굽힘 가공 후의 형상 정밀도를 향상시키기 위해서 행해지는 가공이다. 제품 소형화에 수반하여, 단자의 형상 정밀도를 보다 향상시키기 위해서 노칭 가공은 깊어지는 경향이 있다. 따라서, 차재용 암단자에 사용되는 구리 합금에는 양호한 강도, 도전율과 더불어 양호한 굽힘 가공성이 요구된다. 나아가 릴레이 단자에 있어서도 소형화에 수반하여, 재료에 원하는 강도를 얻기 위해서 밀착 굽힘이 실시되는 점에서, 재료에는 양호한 굽힘 가공성이 요구된다.

이러한 요구에 부응하여, 종래의 인청동이나 황동과 같은 고용 강화형 구리 합금 대신에, 높은 강도 및 도전율을 갖는 코르손 합금 등의 석출 강화형 구리 합금이 사용되고 있으며 그 수요는 증가하고 있다. 코르손 합금 중에서도 Cu－Ni－Si 계 합금은 고강도와 비교적 높은 도전율을 겸비하고 있으며, 그 강화 기구는 Cu 매트릭스 중에 Ni－Si 계 금속간 화합물 입자가 석출됨으로써 강도 및 도전율을 향상시킨 것이다.

일반적으로, 강도와 굽힘 가공성은 상반되는 성질이며, Cu－Ni－Si 계 합금 에 있어서도 고강도를 유지하면서 굽힘 가공성의 개선이 요망되고 있다.

Cu－Ni－Si 계 합금의 굽힘 가공성의 개선 방법으로서 특허문헌 1 ~ 3 에 기재되어 있는 바와 같이 결정 방위를 제어하는 방법이 있다. 특허문헌 1 에서는 EBSD 분석 측정 결과의｛0 0 1｝＜1 0 0＞ 의 면적 비율을 50 % 이상으로 함으로써, 특허문헌 2 에서는 EBSP 분석 측정 결과의｛0 0 1｝＜1 0 0＞ 의 면적 비율을 50 % 이상으로 하고, 또한 층 형상 경계를 갖지 않음으로써, 특허문헌 3 에서는 EBSD 분석 측정 결과의｛1 1 0｝＜1 1 2＞ 의 면적 비율을 20 % 이하,｛1 2 1｝＜1 1 1＞ 의 면적 비율을 20 % 이하,｛0 0 1｝＜1 0 0＞ 의 면적 비율을 5 ~ 60 % 로 함으로써, 각각 굽힘 가공성을 개선시키고 있다.

또, 특허문헌 4 에서는 가공 경화 지수를 0.05 이상으로 함으로써 굽힘 성형성을 개선시키고 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2006－283059호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2006－152392호 특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2011－017072호 특허문헌 4 : 일본 공개특허공보 2002－266042호

본 발명자들은 상기 선행 발명의 효과에 대하여 검증 시험을 하였다. 그 결과, 특허문헌 3 의 기술에 대하여, 굽힘 가공성을 굽힘 반경 0.15 mm (굽힘 반경/판두께 = 1) 의 W 굽힘으로 평가하였을 경우에, 일정한 개선 효과가 인정되었지만, 굽힘 반경 0.075 mm (굽힘 반경/판두께 = 0.5) 로 W 굽힘 시험을 실시한 결과, 균열이 발생하여 굽힘 가공성의 개선이 불충분함을 알 수 있었다. 그래서, 본 발명은 커넥터, 단자, 릴레이, 스위치 등의 도전성 스프링재로서 바람직한 우수한 강도, 굽힘 가공성을 구비한 Cu－Ni－Si 계 합금 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

종래 기술에서는 구리 합금의 결정 방위를 제어함으로써, Cu－Ni－Si 계 합금의 굽힘 가공성을 개선시키고 있는데, 결정 방위 제어뿐만이 아니라, 나아가 가공 경화 지수 (n 값) 를 제어함으로써, 우수한 굽힘 가공성이 얻어진다는 것을 알아냈다.

이상의 지견을 배경으로 하여 완성한 본 발명은 1 측면에 있어서, 1.0 ~ 4.5 질량% 의 Ni 및 0.2 ~ 1.0 질량% 의 Si 를 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, EBSD (Electron Back－Scatter Diffraction：전자 후방 산란 회절) 측정을 실시하여 결정 방위를 해석하였을 때에, Cube 방위｛0 0 1｝＜1 0 0＞ 의 면적률이 5 % 이상, Brass 방위｛1 1 0｝＜1 1 2＞ 의 면적률이 20 % 이하, Copper 방위｛1 1 2｝＜1 1 1＞ 의 면적률이 20 % 이하이며, 가공 경화 지수가 0.2 이하인 Cu－Ni－Si 계 합금이다.

본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금은 일 실시형태에 있어서, Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, Co, Cr 및 Ag 중 1 종 이상을 총량으로 0.005 ~ 2.5 질량% 함유한다.

또, 본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 1.0 ~ 4.5 질량% 의 Ni 및 0.2 ~ 1.0 질량% 의 Si 를 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 잉곳을 제작하고, 상기 잉곳을 열간 압연한 후, 냉간 압연을 실시하고, 연화도 0.25 ~ 0.75 의 열처리를 실시한 후, 가공도 7 ~ 50 % 의 냉간 압연을 실시하고, 이어서, 용체화 처리를 실시한 후, 시효 처리 및 변형 속도 1 × 10^－4 (1/초) 이하의 냉간 압연을 임의의 순서로 실시하는 본 발명의 Cu－Ni－Si 계 합금의 제조 방법이다.

본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금의 제조 방법은 일 실시형태에 있어서, 상기 잉곳이 Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, Co, Cr 및 Ag 중 1 종 이상을 총량으로 0.005 ~ 2.5 질량% 함유한다.

본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 구리 합금을 구비한 신동품 (伸銅品) 이다.

본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 구리 합금을 구비한 전자 기기 부품이다.

본 발명에 의하면 커넥터, 단자, 릴레이, 스위치 등의 도전성 스프링재로서 바람직한 우수한 강도, 굽힘 가공성을 구비한 Cu－Ni－Si 계 합금 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금을 여러 가지의 온도에서 어닐링하였을 때의 어닐링 온도와 인장 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

(Ni 및 Si 농도)

Ni 및 Si 는 시효 처리를 실시함으로써, Ni₂Si 등의 금속간 화합물로서 석출된다. 이 화합물은 강도를 향상시키고, 석출됨으로써 Cu 매트릭스 중에 고용된 Ni 및 Si 가 감소되기 때문에 도전율이 향상된다. 그러나, Ni 농도가 1.0 질량% 미만 또는 Si 농도가 0.2 질량% 미만이 되면 원하는 강도가 얻어지지 않고, 반대로 Ni 농도가 4.5 질량% 를 초과하면 또는 Si 농도가 1.0 질량% 를 초과하면 열간 가공성이 열화된다. 이 때문에, 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금에서는 Ni 농도가 1.0 ~ 4.5 질량%, Si 농도가 0.2 ~ 1.0 질량% 로 제어되고 있다. Ni 농도는 1.3 ~ 4.0 질량% 가 바람직하고, Si 농도는 0.3 ~ 0.9 질량% 가 바람직하다.

(그 밖의 첨가 원소)

Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, Co, Cr 및 Ag 의 첨가는 강도 상승에 기여한다. 또한, Zn 은 Sn 도금의 내열 박리성의 향상에, Mg 는 응력 완화 특성의 향상에, Zr, Cr, Mn 은 열간 가공성의 향상에 효과가 있다. Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, Co, Cr 및 Ag 의 농도가 총량으로 0.005 질량% 미만이면 상기 효과가 얻어지지 않고, 반대로 2.5 질량% 를 초과하면 도전율이 현저하게 저하되어 전기·전자 부품 재료로서 사용할 수 없다. 이 때문에, 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금에서는 이들 원소를 총량으로 0.005 ~ 2.5 질량% 함유하는 것이 바람직하고, 0.1 ~ 2.0 질량% 함유하는 것이 보다 바람직하다.

(결정 방위)

구리 합금에서는 Cube 방위가 많고 Brass 방위 및 Copper 방위가 적은 경우에, 불균일한 변형이 억제되고 굽힘성이 향상된다. 여기서, Cube 방위란, 압연면 법선 방향 (ND) 에 (001) 면을, 압연 방향 (RD) 에 (1 0 0) 면을 향하고 있는 상태이며,｛0 0 1｝＜1 0 0＞ 의 지수로 나타난다. Brass 방위란, ND 에 (1 1 0) 면을, RD 에 (1 1 2) 면을 향하고 있는 상태이며,｛1 1 0｝＜1 1 2＞ 의 지수로 나타낸다. Copper 방위란, ND 에 (1 1 2) 면을, RD 에 (1 1 1) 면을 향하고 있는 상태이며,｛1 1 2｝＜1 1 1＞ 의 지수로 나타낸다.

본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금은 Cube 방위의 면적률이 5 % 이상으로 제어되어 있다. Cube 방위의 면적률이 5 % 미만이 되면 굽힘 가공성이 급격하게 악화된다. Cube 방위의 면적률의 상한치는 굽힘성 면에서는 규제되지 않지만, 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금의 경우, 제조 방법을 어떻게 변화시키더라도 Cube 방위의 면적률이 80 % 를 초과하는 경우는 없다.

본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금은 Copper 방위 및 Brass 방위의 면적률이 각각 20 % 이하로 제어되어 있다. Copper 방위의 면적률 또는 Brass 방위의 면적률 중 어느 한쪽이 20 % 를 초과하면 굽힘 가공성이 급격하게 악화된다. Copper 방위 및 Brass 방위의 면적률의 하한치는 굽힘성 면에서는 규제되지 않지만, 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금의 경우, 제조 방법을 어떻게 변화시키더라도, Copper 방위의 면적률 또는 Brass 방위의 면적률 중 어느 한쪽이 1 % 미만이 되는 경우는 없다.

(가공 경화 계수)

금속을 소성 변형시키면, 변형이 퇴적되고, 가공 경화가 일어나고, 금속의 인장 강도는 상승한다. 가공 경화 계수 (이하, n 값) 란 이 가공 경화의 지표로서 사용되는 값이다. n 값이 클수록 그 금속은 가공 경화에 의한 인장 강도의 상승이 큰 것을 나타낸다.

재료를 커넥터 등의 전자 부품에 성형하기 위해서는 프레스 굽힘 가공을 실시해야 한다. 프레스 굽힘 가공을 실시하면 재료는 가공 경화되고, 그 인장 강도는 상승한다.

일반적으로 재료의 인장 강도과 굽힘 가공성은 트레이드 오프의 관계이며, 인장 강도가 높을수록 굽힘 가공성은 나쁘다.

따라서, 재료의 프레스 굽힘 가공에 기인한 가공 경화에 의한 인장 강도의 상승을 억제하면 프레스 굽힘 가공 시에 균열이 발생되기 어렵다. 바꾸어 말하면, n 값이 작을수록 양호한 굽힘 가공성이 얻어진다.

본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금은 n 값이 0.2 이하로 제어되어 있다. n 값은 바람직하게는 0.1 이하, 더욱 바람직하게는 0.05 미만이다. n 값이 0.2 를 초과하면 굽힘 가공성이 급격하게 악화된다. n 값의 하한치는 굽힘성 면에서는 규제되지 않지만, 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금의 경우, 제조 방법을 어떻게 변화시키더라도, n 값이 0.01 미만이 되는 경우는 없다.

(제조 방법)

본 발명의 제조 방법으로서는 먼저 용해로에서 전기 구리, Ni, Si 등의 원료를 용해시켜 원하는 조성의 용탕을 얻는다. 그리고, 이 용탕을 잉곳으로 주조한다. 그 후, 열간 압연, 제 1 냉간 압연, 열처리, 제 2 냉간 압연, 용체화 처리, 시효 처리, 제 ３ 냉간 압연의 순으로 원하는 두께 및 특성을 갖는 조 (條) 나 박 (箔) 으로 마무리한다. 열처리, 용체화 처리 및 시효 처리 후에는 가열 시에 생성된 표면 산화막을 제거하기 위해서, 표면의 산세나 연마 등을 실시해도 된다. 시효 처리와 제３ 냉간 압연의 순서를 바꿔도 된다. 또, 고강도화를 위해서, 용체화 처리와 시효의 사이에 냉간 압연을 실시해도 된다. 또한 제３ 냉간 압연에 의한 스프링 한계치의 저하를 회복시키기 위해서 제３ 냉간 압연 후에 변형 제거 어닐링을 실시해도 된다.

본 발명에서는 상기 결정 방위를 얻기 위해서, 용체화 처리 전에, 열처리 (이하, 예비 어닐링) 및 비교적 저가공도의 제 2 냉간 압연을 실시한다. 예비 어닐링은 연화도 S 가 0.25 ~ 0.75 가 되는 조건에서 실시한다.

도 1 에 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금을 여러 가지의 온도에서 어닐링하였을 때의 어닐링 온도와 인장 강도의 관계를 예시한다. 열전대를 장착한 시료를 소정의 온도로 가열한 노에 투입하고, 열전대에서 측정되는 시료 온도가 소정의 온도에 도달하였을 때에, 시료를 노에서 꺼내어 수랭하고 인장 강도를 측정한 것이다. 시료 도달 온도가 500 ~ 700 ℃ 사이에서 재결정이 진행되어 인장 강도가 급격하게 저하되었다. 고온측에서의 인장 강도의 완만한 저하는 재결정립의 성장에 의한 것이다.

예비 어닐링에 있어서의 연화도 S 를 다음 식으로 정의한다.

S = (σ₀－σ) / (σ₀－σ₉₀₀)

여기서,σ₀ 은 예비 어닐링 전의 인장 강도이며, σ 및 σ₉₀₀ 은 각각 예비 어닐링 후 및 900 ℃ 에서 어닐링 후의 인장 강도이다. 900 ℃ 라는 온도는 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금을 900 ℃ 에서 어닐링하면 안정적으로 완전 재결정되는 점에서, 재결정 후의 인장 강도를 알기 위한 기준 온도로서 채용하고 있다.

S 가 0.25 미만이 되면, Copper 방위의 면적률이 증대하여 20 % 를 초과하고, 이에 수반하여 Cube 방위의 면적률 저하도 일어난다.

S 가 0.75 를 초과하면, Brass 방위의 면적률이 증대하여 20 % 를 초과하고, 이에 수반하여 Cube 방위의 면적률 저하도 일어난다.

예비 어닐링의 온도, 시간 및 냉각 속도는 특별히 제약받지 않고, S 를 상기 범위로 조정하는 것이 중요하다. 일반적으로는 연속 어닐링로를 사용하는 경우에는 노온 400 ~ 700 ℃ 에서 5 초간 ~ 10 분간의 범위, 배치 어닐링로를 사용하는 경우에는 노온 350 ~ 600 ℃ 에서 30 분간 ~ 20 시간의 범위에서 행해진다.

또한, 연화도 S 의 0.25 ~ 0.75 로의 조정은 다음과 같은 순서로 실시할 수 있다.

(1) 예비 어닐링 전 재료의 인장 시험 강도 (σ₀) 를 측정한다.

(2) 예비 어닐링 전의 재료를 900 ℃ 에서 어닐링한다. 구체적으로는 열전대를 장착한 재료를 950 ℃ 의 관 형상 노에 삽입하고, 열전대에서 측정되는 시료 온도가 900 ℃ 에 도달하였을 때에, 시료를 노에서 꺼내어 수랭한다.

(3) 상기 900 ℃ 어닐링 후의 재료의 인장 강도 (σ₉₀₀) 를 구한다.

(4) 예를 들어,σ₀ 이 800 MPa, σ₉₀₀ 이 300 MPa 인 경우, 연화도 0.25 및 0.75 에 상당하는 인장 강도는 각각 675 MPa 및 425 MPa 이다.

(5) 어닐링 후의 인장 강도가 425 ~ 675 MPa 가 되도록 어닐링 조건을 결정한다.

또한, 상기 공정 (2) 에 있어서의 「열전대에서 측정되는 시료 온도가 900 ℃ 에 도달하였을 때에, 시료를 노에서 꺼내어 수랭한다」는 구체적으로는 예를 들어 시료를 노 내에서 와이어에 매달아 두고, 900 ℃ 에 도달한 시점에서 와이어를 절단하여 하방에 마련해 놓은 수조 내에 떨어뜨림으로써 수랭하는 방법이나, 시료 온도가 900 ℃ 에 도달한 직후에 수작업에 의해 노 내에서 재빠르게 꺼내어 수조에 담그는 방법 등에 의해 실시한다.

상기 어닐링 후, 용체화 처리에 앞서, 가공도 R 을 7 ~ 50 % 로 하는 제 2 냉간 압연을 실시한다. 가공도 R (%) 은

R = (t₀ － t) / t_{0 ×}100

(t₀：압연 전의 판두께, t：압연 후의 판두께)

로 정의한다.

가공도 R 이 이 범위에서 벗어나면 Cube 방위의 면적률이 5 % 미만이 된다.

또한, n 값을 0.2 이하로 제어하기 위해서 제３ 냉간 압연의 변형 속도를 1 × 10^－4 (1/초) 이하로 제어한다. 본 발명의 변형 속도란, 압연 속도 / 롤 접촉 호 길이로서 특정되고, 변형 속도를 저하시키기 위해서는 압연 속도를 늦추거나, 압연의 패스 횟수를 늘려 롤 접촉 호 길이를 길게 하는 등이 효과적이다. 변형 속도의 하한치는 n 값의 점에서는 제한되지 않지만, 1 × 10^－5 (1/초) 를 밑돌도록 하는 압연을 실시하면 그 압연 시간이 길어 공업적으로는 바람직하지 않다. 일반적인 공업에 있어서의 압연의 변형 속도는 2 × 10^－4 ~ 5 × 10^－4 (1/초) 정도이다.

본 발명에 관련된 합금의 제조 방법을 공정순으로 열기하면 다음과 같이 된다.

(1) 잉곳의 주조

(2) 열간 압연 (온도 800 ~ 1000 ℃, 두께 5 ~ 20 mm 정도까지)

(3) 냉간 압연 (가공도 30 ~ 99 %)

(4) 예비 어닐링 (연화도 S = 0.25 ~ 0.75)

(5) 경압연 (가공도 7 ~ 50 %)

(6) 용체화 처리 (700 ~ 900 ℃ 에서 5 ~ 300 초간)

(7) 냉간 압연 (가공도 1 ~ 60 %, 변형 속도 1 × 10^－4 (1/초) 이하)

(8) 시효 처리 (350 ~ 550 ℃ 에서 2 ~ 20 시간)

(9) 냉간 압연 (가공도 1 ~ 50 %, 변형 속도 1 × 10^－4 (1/초) 이하)

(10) 변형 제거 어닐링 (300 ~ 700 ℃ 에서 5초 ~ 10 시간)

여기서, 냉간 압연 (3) 의 가공도는 30 ~ 99 % 로 하는 것이 바람직하다. 예비 어닐링 (4) 에서 부분적으로 재결정립을 생성시키기 위해서는 냉간 압연 (3) 에서 변형을 도입해 둘 필요가 있고, 30 % 이상의 가공도에서 유효한 변형이 얻어진다. 한편, 가공도가 99 % 를 초과하면 압연재의 에지 등에 균열이 발생되어 압연 중의 재료가 파단되는 경우가 있다.

냉간 압연 (7) 및 (9) 는 고강도화 그리고 n 값의 제어를 위해서 임의로 실시하는 것이며, 압연 가공도의 증가와 함께 강도가 증가하는 반면, 굽힘성이 저하된다. 냉간 압연 (7) 및 (9) 의 가공도에 관계없이 본 발명의 효과는 얻어진다. 단, 냉간 압연 (7) 및 (9) 에 있어서의 각각의 가공도가 상기 상한치를 초과하는 것은 굽힘성 면에서 바람직하지 않고, 각각의 가공도가 상기 하한치를 밑도는 것은 고강도화의 효과 면에서 바람직하지 않다. 또, n 값을 제어하기 위해, 냉간 압연 (7) 또는 냉간 압연 (9) 의 적어도 어느 한쪽의 냉간 압연을 실시할 필요가 있다.

변형 제거 어닐링 (10) 은 냉간 압연 (9) 을 실시하는 경우에 이 냉간 압연에 의해 저하되는 스프링 한계치 등을 회복시키기 위해서 임의로 실시하는 것이다. 변형 제거 어닐링 (10) 의 유무에 상관없이 본 발명의 효과는 얻어진다. 변형 제거 어닐링 (10) 은 실시해도 되고 실시하지 않아도 된다.

또한, 공정 (2), (6) 및 (8) 에 대해서는 Cu－Ni－Si 계 합금의 일반적인 제조 조건을 선택하면 된다.

본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금은 여러 가지의 신동품, 예를 들어 판, 조 및 박으로 가공할 수 있고, 또한 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금은 리드 프레임, 커넥터, 핀, 단자, 릴레이, 스위치, 2차 전지용 박재 등의 전자 기기 부품 등에 사용 할 수 있다.

또, 본 발명에 관련된 Cu－Ni－Si 계 합금의 최종 판두께 (제품 판두께) 는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로 상기 제품 용도의 경우, 0.05 ~ 1.0 mm 이다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 나타내겠지만, 이들 실시예는 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위해서 제공하는 것으로, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

(실시예 1)

Ni：2.6 질량%, Si：0.58 질량%, Sn：0.5 질량%, 및, Zn：0.4 질량% 를 함유하고 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 합금을 실험 재료로 하고, 예비 어닐링, 제 2 냉간 압연의 가공도 및 제３ 냉간 압연의 변형 속도와 결정 방위 및 n 값과의 관계, 나아가 결정 방위 및 n 값이 제품의 굽힘성에 미치는 영향을 검토하였다.

고주파 용해로에서 아르곤 분위기 중에서 내경 60 mm, 깊이 200 mm 의 흑연 도가니를 이용하여 전기 구리 2.5 kg 을 용해하였다. 상기 합금 조성이 얻어지도록 합금 원소를 첨가하고, 용탕 온도를 1300 ℃ 로 조정한 후, 주철제의 주형에 용탕을 주입하고, 두께 30 mm, 폭 60 mm, 길이 120 mm 의 잉곳을 제조하였다. 이 잉곳을 950 ℃ 에서 3 시간 가열하고, 두께 10 mm 까지 열간 압연하였다. 열간 압연판 표면의 산화 스케일을 그라인더로 연삭하여 제거하였다. 연삭 후의 두께는 9 mm 였다. 그 후, 다음의 공정 순으로 압연 및 열처리를 실시하여 판두께 0.15 mm 의 제품 시료를 제작하였다.

(1) 제 1 냉간 압연：제 2 냉간 압연의 압연 가공도에 따라 소정의 두께까지 냉간 압연하였다.

(2) 예비 어닐링：소정 온도로 조정한 전기로에 시료를 삽입하고, 소정 시간 유지한 후, 시료를 수조에 넣고 냉각 (수랭) 시키거나, 또는 시료를 대기중에 방치하여 냉각 (공랭) 시키는 두 방법의 조건으로 냉각시켰다.

(3) 제 2 냉간 압연：여러 가지의 압연 가공도로, 두께 0.18 mm 까지 냉간 압연을 실시하였다.

(4) 용체화 처리：800 ℃ 로 조정한 전기로에 시료를 삽입하고, 10 초간 유지시킨 후, 시료를 수조에 넣고 냉각시켰다.

(5) 시효 처리：전기로를 이용하여 450 ℃ 에서 5 시간, Ar 분위기 중에서 가열하였다.

(6) 제３ 냉간 압연：여러 가지의 변형 속도로, 0.18 mm 에서 0.15 mm 까지 가공도 17 % 로 냉간 압연하였다.

(7) 변형 제거 어닐링：400 ℃ 로 조정한 전기로에 시료를 삽입하고, 10 초간 유지시킨 후, 시료를 대기중에 방치하여 냉각시켰다.

예비 어닐링 후의 시료 및 제품 시료 (이 경우에는 변형 제거 어닐링을 마친 것) 에 대하여 다음의 평가를 실시하였다.

(예비 어닐링에서의 연화도 평가)

예비 어닐링 전 및 예비 어닐링 후의 시료에 대해, 인장 시험기를 이용하여 JIS Z 2241 에 준거하여 압연 방향과 평행하게 인장 강도를 측정하고, 각각의 값을 σ₀ 및 σ 로 하였다. 또, 900 ℃ 어닐링 시료를 상기 순서 (950 ℃ 의 노에 삽입하여 시료가 900 ℃ 에 도달하였을 때에 수랭) 로 제작하고,, 압연 방향과 평행하게 인장 강도를 동일하게 측정하여 σ₉₀₀ 을 구하였다. σ₀, σ, σ₉₀₀ 으로부터, 다음 식에 의해 연화도 S 를 요구하였다.

S = (σ₀－σ) / (σ₀－σ₉₀₀)

(제품의 결정 방위 측정)

Cube 방위, Copper 방위 및 Brass 방위의 면적률을 EBSD (Electron Back－Scatter Diffraction：전자 후방 산란 회절) 에 의해 측정하였다.

EBSD 측정에서는 결정립을 200 개 이상 포함하는 500 μm 사방의 시료 면적에 대해, 0.5μm 의 단계로 스캔하고, 방위를 해석하였다. 이상 방위로부터의 어긋남 각도에 대해서는 공통의 회전축을 중심으로 회전각을 계산하여 어긋남 각도로 하였다. 예를 들어, S 방위 (2 3 1) ［6 -4 3］에 대해, (1 2 1) ［1 -1 1］은 (20 10 17) 방향을 회전축으로 하여 19.4°회전한 관계로 되어 있고, 이 각도를 어긋남 각도로 하였다. 공통의 회전축은 가장 작은 어긋남 각도로 표현할 수 있는 것을 채용하였다. 모든 측정점에 대해 이 어긋남 각도를 계산하여 소수 한자리까지를 유효 숫자로 하고, Cube 방위, Copper 방위, Brass 방위의 각각으로부터 10°이내의 방위를 가지는 결정립의 면적을 전체 측정 면적으로 나누어 면적률로 하였다. EBSD 에 의한 방위 해석에서 얻어지는 정보는 전자선이 시료에 침입하는 수 10 nm 깊이까지의 방위 정보를 포함하고 있지만, 측정하고 있는 넓이에 대해 충분히 작기 때문에 면적률로서 기재하였다.

(제품의 인장 시험)

인장 시험기를 이용하여 JIS Z 2241 에 준거하여 압연 방향과 평행하게 인장 시험을 실시하여 응력-변형 곡선을 얻었다. 이 곡선으로부터 인장 강도 및 0.2 % 내력을 구하였다. 또한 응력-변형 곡선을 진응력-진변형 곡선으로 변환하고 n 값을 판독하였다.

(제품의 굽힘 시험)

압연 방향에 대해 평행한 방향으로 JIS H 3130 에 기재된 W 굽힘 시험을 실시하였을 때, 균열이 생기지 않는 최소 굽힘 반경 (MBR, 단위：mm) 을 구하고, 판두께 (t, 단위：mm) 와의 비 (MBR/t) 를 측정하였다.

표 1 에 시험 조건 및 평가 결과를 나타낸다. 발명예는 본 발명이 규정하는 조건으로 제조한 것이며, 결정 방위 및 n 값이 본 발명의 규정을 만족하고, MBR/t 가 0.5 이하로 양호한 굽힘 가공성이 얻어진다.

비교예 1 은 예비 어닐링에서의 연화도가 0.25 미만으로 되었기 때문에, Copper 방위의 면적률이 20 % 를 초과하고 Cube 방위의 면적률이 5 % 미만이 되었다. 비교예 2 는 예비 어닐링에서의 연화도가 0.75 를 초과하였기 때문에, Brass 방위의 면적률이 20 % 를 초과하고 Cube 방위의 면적률이 5 % 미만이 되었다. 비교예 3 및 4 는 제 2 압연의 가공도가 본 발명의 규정에서 벗어난 것이며, Cube 방위의 면적률이 5 % 미만이 되었다. 비교예 5 는 제 3 압연의 변형 속도가 본 발명의 규정에서 벗어난 것이며, n 값이 0.2 를 초과하였다. 이상의 비교예에서는 MBR/t 가 1 이 되어 굽힘 가공성이 나빴다.

또한, 비교예 5 는 특허문헌 3 이 권장하는 조건의 범위에서 실시된 것이며, 그 결정 방위는 특허문헌 2 의 규정을 만족하는 것이었다.

(실시예 2)

실시예 1 에서 나타낸 굽힘성의 개선 효과가, 상이한 성분 및 제조 조건의 Cu－Ni－Si 계 합금에서도 얻어지는지에 관해 검토하였다.

실시예 1 과 동일한 방법으로 주조, 열간 압연 및 표면 연삭을 실시하여 표 2 의 성분을 갖는 두께 9 mm 의 판을 얻었다. 이 판에 대해 다음의 공정 순으로 압연 및 열처리를 실시하여 판두께 0.15 mm 의 제품 시료를 제작하였다.

(2) 예비 어닐링：소정 온도로 조정한 전기로에, 시료를 삽입하여 소정 시간 유지한 후, 시료를 수조에 넣고 냉각시키거나 (수랭), 또는 시료를 대기중에 방치하여 냉각 (공랭) 시키는 두 방법의 조건으로 냉각시켰다.

(4) 용체화 처리：소정 온도로 조정한 전기로에 시료를 삽입하고, 10 초간 유지시킨 후, 시료를 수조에 넣고 냉각시켰다. 그 온도는 재결정립의 평균 직경이 5 ~ 25 μm 의 범위가 되는 범위에서 선택하였다.

(5) 시효 처리：전기로를 이용하여 소정 온도에서 5 시간, Ar 분위기 중에서 가열하였다. 그 온도는 시효 후의 인장 강도가 최대가 되도록 선택하였다.

(7) 변형 제거 어닐링：소정 온도로 조정한 전기로에 시료를 삽입하고, 10 초간 유지시킨 후, 시료를 대기중에 방치하여 냉각시켰다.

예비 어닐링 후의 시료 및 제품 시료에 대해, 실시예 1 과 동일한 평가를 실시하였다. 표 2 및 3 에, 각각 시험 조건 및 평가 결과를 나타낸다. 변형 제거 어닐링을 실시하지 않은 경우에는 그 온도의 란에 「없음」이라고 표기하였다.

본 발명 합금은 본 발명이 규정하는 농도의 Ni 및 Si 를 함유하고, 본 발명이 규정하는 조건으로 제조한 것이며, 결정 방위 및 n 값이 본 발명의 규정을 만족하고, MBR/t 가 0.5 이하로 양호한 굽힘 가공성이 얻어졌다.

한편, 비교예 6 은 제 3 압연의 변형 속도가 본 발명의 규정에서 벗어났기 때문에, n 값이 0.2 를 초과하여 그 굽힘 가공성이 나빴다. 비교예 7, 8 및 9 는 예비 어닐링에서의 연화도가 본 발명의 규정에서 벗어났기 때문에, 비교예 10 및 11 은 제 2 압연의 가공도가 본 발명의 규정에서 벗어났기 때문에, 그 결정 방위가 본 발명의 규정에서 벗어나 굽힘 가공성이 나빴다. 비교예 12 는 Ni 및 Si 농도가 본 발명의 규정을 밑돈 것으로, 그 굽힘 가공성은 양호했지만, 0.2 % 내력이 500 MPa 에도 달하지 않았다.

Claims

1.0 ~ 4.5 질량% 의 Ni 및 0.2 ~ 1.0 질량% 의 Si 를 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, EBSD (Electron Back－Scatter Diffraction：전자 후방 산란 회절) 측정을 실시하여 결정 방위를 해석하였을 때에, Cube 방위｛0 0 1｝＜1 0 0＞ 의 면적률이 5 % 이상, Brass 방위｛1 1 0｝＜1 1 2＞ 의 면적률이 20 % 이하, Copper 방위｛1 1 2｝＜1 1 1＞ 의 면적률이 20 % 이하이며, 가공 경화 지수가 0.2 이하이고, 0.2 % 내력과 인장 강도의 비가 0.96 이상인 Cu－Ni－Si 계 합금.

제 1 항에 있어서,
Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, Co 및 Ag 중 1 종 이상을 총량으로 0.005 ~ 2.5 질량% 함유하는 Cu－Ni－Si 계 합금.

1.0 ~ 4.5 질량% 의 Ni 및 0.2 ~ 1.0 질량% 의 Si 를 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 잉곳을 제작하고, 상기 잉곳을 열간 압연한 후, 냉간 압연을 실시하고, 연화도 0.25 ~ 0.75 의 예비 어닐링을 실시한 후, 가공도 7 ~ 50 % 의 냉간 압연을 실시하고, 이어서, 용체화 처리를 실시한 후, 시효 처리 및 변형 속도 1 × 10^－4 (1/초) 이하의 냉간 압연을 임의의 순서로 실시하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 Cu－Ni－Si 계 합금의 제조 방법.
상기 예비 어닐링에 있어서의 연화도 (S) 는, 하기 식으로 나타낸다 :
S = (σ₀－σ) / (σ₀－σ₉₀₀)
(여기서, σ₀ 은 예비 어닐링 전의 인장 강도이며, σ 및 σ₉₀₀ 은 각각 예비 어닐링 후 및 900 ℃ 에서 어닐링 후의 인장 강도이다.)

제 3 항에 있어서,
상기 잉곳이 Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, Co 및 Ag 중 1 종 이상을 총량으로 0.005 ~ 2.5 질량% 함유하는 Cu－Ni－Si 계 합금의 제조 방법.

제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금을 구비한 신동품.

제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금을 구비한 전자 기기 부품.