CN101928846A - 铜合金的制造方法和铜合金 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在维持Cu-Cr-Zr系铜合金的导电率和耐应力缓和性的同时，强度和弯曲加工性上优异的铜合金的制造方法以及铜合金。本发明涉及的铜合金的制造方法包括：熔炼铜(Cu)、添加在铜中的铬(Cr)、锆(Zr)和锡(Sn)，铸造铜合金坯料的熔炼工序；对铜合金坯料实施热加工，形成具有轧制组织的板材的热加工工序；对板材实施热处理的热处理工序；对实施过热处理的板材进行80％以上不到90％减面率的冷轧，形成中间板材的中间轧制工序；对中间板材实施时效处理的时效处理工序；将实施过时效处理的中间板材实施20％以上40％以下减面率的冷轧的精轧工序和对实施过冷轧的中间板材实施加热处理的去应力退火工序。

Description

铜合金的制造方法和铜合金

技术领域

本发明涉及一种铜合金的制造方法和铜合金。特别地，本发明涉及一种在电气、电子部件中所使用的铜合金的制造方法和铜合金。

背景技术

对于连接器、继电器、开关、引线框和锂离子电池等电气、电子部件中所使用的材料，作为弹簧材料要求如下的特性：为了得到高的接触压力而需要的充分的强度；即使在高温下长期使用也可以维持接触压力的耐应力缓和性；为了抑制通电时焦耳热产生且容易扩散所产生的热而需要的高导电性；即使实施复杂的弯曲加工也不产生裂痕的弯曲加工性等。近年来，伴随着电气、电子仪器的小型化、薄型化以及轻量化，在电气、电子仪器中所使用的部件也小型化。通过这样的部件的小型化，在各种部件中使用的电极等中的电流密度增大，对使用导电性好的材料的要求比以往强烈。另外，在面向车载用部件中，由于要求要耐受在更高温环境下的使用，对耐应力缓和性高的材料的要求更强烈。作为能够适应像这样的高导电性和耐应力缓和性要求的材料，提案有Cu-Cr-Zr系合金材料等。

以往，已知有如下的铜合金的制造方法：作为Cu-Cr-Zr系合金材料含有0.05～0.40％的Cr、0.03～0.25％的Zr、0.10～1.80％的Fe和0.10～0.80％的Ti，在0.10％≤Ti≤0.60％范围内，Fe/Ti的重量比为0.66～2.6，在0.60％＜Ti≤0.80％范围内，Fe/Ti的重量比为1.1～2.6，其余部分由Cu和不可避免的杂质组成，同时，依次实施在不到950℃温度下的熔体化处理；50～90％减面率的冷加工；300～580℃温度下的时效处理；16～83％减面率的冷加工；350～700℃温度下的退火而制造的方法(例如，参照专利文献1)。

专利文献1中记载的铜合金的制造方法，通过具有上述构成，可以提供在拉伸强度、延展以及电传导性等特性上优异的铜合金。

专利文件1：日本特开平7-258805号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，专利文件1中记载的铜合金的制造方法由于在高温下实施熔体化处理，因此，有时母相的金属组织粗大化，发生金属组织粗大化时，有时产生铜合金的部分软化和弯曲加工性的恶化。

因此，本发明的目的在于提供一种可以制造在维持Cu-Cr-Zr系铜合金的导电率和耐应力缓和性的同时，强度和弯曲加工性上优异的铜合金的铜合金制造方法以及铜合金。

解决问题的手段

本发明为达到上述目的，提供一种包括如下工序的铜合金制造方法：熔炼铜(Cu)、添加在铜中的铬(Cr)、锆(Zr)和锡(Sn)，铸造铜合金坯料的熔炼工序；对铜合金坯料实施热加工，形成具有轧制组织的板材的热加工工序；对板材实施热处理的热处理工序；对实施过热处理的板材实施80％以上不到90％减面率的冷轧，形成中间板材的中间轧制工序；对中间板材实施时效处理的时效处理工序；将实施过时效处理的中间板材实施20％以上40％以下减面率的冷轧的精轧工序；对实施过冷轧的中间板材实施加热处理的去应力退火工序。

另外，上述铜合金的制造方法中，热处理工序可以对板材实施一边抑制板材中晶体的晶粒径的粗大化，一边在轧制组织中产生再结晶，而使轧制组织减少的温度的热处理。

另外，上述铜合金的制造方法中，热处理工序可以对板材实施使含在铜合金中的铜合金的晶粒径成为50μm以下的温度的热处理。

另外，上述铜合金的制造方法中，热处理温度优选为700℃以上不到950℃。

另外，上述铜合金的制造方法中，时效处理工序可以对中间板材实施390℃以上450℃以下温度的时效处理。

另外，上述铜合金的制造方法中，去应力退火工序可以对中间板材实施400℃以上600℃以下温度的加热处理。

另外，上述铜合金的制造方法中，熔炼工序优选铸造含有0.1重量％以上0.4重量％以下的Cr、0.02重量％以上0.2重量％以下的Zr和0.01重量％以上0.3重量％以下的Sn的铜合金坯料。

另外，上述铜合金的制造方法中，进一步具有对板材实施冷轧的粗轧制工序，热处理工序可以对经过粗轧制工序的板材实施热处理。

另外，上述铜合金的制造方法中，热处理工序可以对板材实施使含在铜合金中的铜合金的晶粒径成为30μm以下的温度的热处理。

另外，上述铜合金的制造方法中，热处理温度优选为700℃以上不到850℃。

另外，本发明为达到上述目的提供一种含有0.1重量％以上0.4重量％以下的铬(Cr)、0.02重量％以上0.2重量％以下的锆(Zr)和0.01重量％以上0.3重量％以下的锡(Sn)，其余部分由铜(Cu)和不可避免的杂质组成的铜合金。

另外，上述铜合金优选具有80％IACS以上的导电率和550MPa以上的强度。

发明效果

由本发明涉及的铜合金的制造方法和铜合金，提供一种可以制造在维持Cu-Cr-Zr系铜合金的导电率和耐应力缓和性的同时，强度和弯曲加工性上优异的铜合金的铜合金制造方法以及铜合金。

附图说明

图1为表示本发明实施方式所涉及的铜合金制造工序的流程图。

具体实施方式

铜合金

本发明实施方式涉及的铜合金作为一个例子可以是连接器等在电气、电子部件中所使用的铜合金。具体的，本实施方式涉及的铜合金是含有0.1重量％以上0.4重量％以下的铬(Cr)、0.02重量％以上0.2重量％以下的锆(Zr)和0.01重量％以上0.3重量％以下的锡(Sn)，其余部分由铜(Cu)和不可避免的杂质组成的铜合金。

Cr为，通过以Cr单独地析出于铜合金母相中的状态存在，而具有提高铜合金的强度和耐热性的功能。另外，Zr和Cu之间生成化合物。然后，通过该化合物以析出于铜合金母相中的状态存在，而具有提高铜合金的强度和耐热性的功能。进一步，Sn具有提高铜合金强度的功能，通过与Cr和Zr共同添加在铜中，进一步使铜合金的强度提高。

然后，本实施方式中涉及的铜合金具有80％IACS以上的导电率和550MPa以上的强度。

(铜合金的制造方法)

图1表示本发明实施方式所涉及的铜合金制造工序流程的一个例子。

首先，使用低频溶解炉熔炼铜、添加在铜中的规定量的Cr、规定量的Zr和规定量的Sn，铸造作为铜合金坯料的铸锭(熔炼工序：步骤10，以下，用S表示“步骤”)。具体地，熔炼工序中，铸造含有0.1重量％以上0.4重量％以下的Cr、0.02重量％以上0.2重量％以下的Zr和0.01重量％以上0.3重量％以下的Sn的铜合金坯料。另外，作为铜可以使用无氧铜。

然后，在900℃左右的温度下对铸锭实施热加工(例如，热轧)，形成具有轧制组织的板材(热加工工序：S20)。这里，热加工工序中的加工具有使在熔炼工序中得到的铸锭中的Cr和Zr析出物一度固溶于母相中的熔体化功能。通过该热加工工序中熔体化的功能，可以使后述的时效处理工序中生成的Cr和Zr析出物在铜合金中的分布状态更均一，并且，使析出物成为微细的状态。

接着，对板材实施冷轧(粗轧工序：S30)。然后，对实施过冷轧的板材实施作为热处理的退火处理(热处理工序：S40)。热处理工序含有对板材实施一边抑制板材中晶体的晶粒径的粗大化，一边在轧制组织中产生再结晶而使轧制组织减少这样温度的热处理后，进行急冷的工序。具体地，热处理工序中，对板材实施使含在铜合金中的铜合金晶粒径为50μm以下，优选为30μm以下的温度的热处理后，进行急冷。另外，晶粒径的值是热处理后、进行急冷后的值。通过热处理工序中的热处理，可以消除热加工工序中产生的应变，提高弯曲加工性。

另外，通过热处理工序，可以使铜合金中的晶粒径微细化，提高制造的铜合金的强度。所进行的退火处理(热处理)的目的是为了使内部组织均质化、去除内部应力。这里，热处理工序中的热处理是在700℃以上不到950℃的温度范围，优选在700℃以上不到850℃的温度范围内实施。通过在该温度范围内实施热处理，产生再结晶，使如上述的热加工工序中生成的轧制组织消失，可以使铜合金的晶粒径成为50μm以下(即，热处理的温度为700℃以上不到950℃的情况)，优选成为30μm以下(即，热处理的温度为700℃以上不到850℃的情况)。由此，对制造的铜合金实施弯曲加工时，可以抑制弯曲部分的表面裂痕。

在上述S40中，使铜合金板通过保持在规定温度(700℃～950℃)的、具有入口和出口的炉的内部。铜合金板通过该空间的时间被设定为约1分钟，该炉的前后空间则基本为常温(没有用于保温和冷却的措施)。此时，由于铜合金板持有热，所以不会急速降到常温。而在后述的S60中，由于是在炉子几乎关闭的状态下降温，所以与S60相比的话，S40就成为了急冷。

然后，对实施过热处理的板材实施80％以上不到90％减面率的冷轧，形成中间板材(中间轧制工序：S50)。进一步，在390℃以上450℃以下的温度下，对中间板材实施规定时间的时效处理后，进行渐渐冷却(时效处理工序：S60)。由此，可以组合加工硬化和析出硬化，提高制造的铜合金的强度、导电率等特性。这里，通过控制中间轧制工序的减面率为80％以上，中间板材得以加工硬化，强度得以提高。另外，通过中间轧制工序中的冷轧，在中间板材中导入多个晶格缺陷。这些晶格缺陷由于在时效处理工序中的析出硬化中起到数nm左右大小析出物(例如，Cr和Cu的化合物，Zr和Cu的化合物)的析出起点的功能，因此，时效处理工序具有促进析出物(即，Cr和Cu的化合物，Zr和Cu的化合物等析出物)均一地分散在中间板材中的功能。

另外，虽然在中间轧制工序中的冷加工中，降低了中间板材的延展性，但是时效处理工序可以使降低的延展性得到恢复。这里，为了在中间板材中充分地析出析出物，时效处理的温度在390℃以上实施。另外，为了抑制由中间板材软化而引起的强度降低，时效处理的温度在450℃以下的温度下实施。另外，在时效处理工序中，保持在规定温度下的期间，析出物析出于中间板材中。接下来，通过由时效处理工序使微细的析出物析出于中间板材，可以提高制造的铜合金的强度以及导电率。

然后，对实施过时效处理的中间板材实施20％以上40％以下减面率的冷轧(精轧工序：S70)。为了得到的铜合金强度为足够的强度，精轧工序以能够使加工硬化充分的20％以上的减面率实施。另外，为了抑制制造的铜合金的导电率的降低，延展性的降低以及弯曲加工性的降低，精轧工序以40％以下的减面率实施。通过精轧工序，实施过时效处理的中间板材得以加工硬化，强度得以提高。

接下来，对实施过冷轧的中间板材实施短时间(例如，1分钟左右)、400℃以上600℃以下温度的加热处理(去应力退火工序：S80)。为了制造的铜合金中具备足够的弹性和延展性，去应力退火工序实施400℃以上温度的加热处理。另外，为了防止析出物向铜合金中再固溶而引起所制造的铜合金的强度降低，去应力退火工序实施600℃以下温度的加热处理。通过去应力退火工序，得到提高了弹性的同时，恢复了由精轧工序降低的延展性的本实施方式所涉及的铜合金。通过经过以上各工序，制造本实施方式所涉及的铜合金。

(实施方式的效果)

本发明实施方式涉及的铜合金，由于经过上述各工序而被制造，同时，通过700℃以上不到950℃的热处理来消减轧制组织，使晶粒径具有50μm以下的晶体组织，所以在导电性、强度、弯曲加工性和耐应力缓和性上优异的同时，协调好地具备这些特性，因此，可以提供有助于电气、电子部件小型化、高集成化的铜合金。

说明基于实施方式而制造的实施例1～3涉及的铜合金和比较例1～4涉及的铜合金。表1中显示实施例1～3以及比较例1～2涉及的铜合金的热处理工序的处理条件和制造得到的铜合金的各特性，表2中显示实施例1涉及的铜合金和比较例3～4涉及的铜合金的中间轧制工序的条件和制造得到的铜合金的各特性。

表1

表2

实施例

将无氧铜作为母材，在低频溶解炉中熔炼含有0.25质量％的Cr、0.1质量％的Zr和0.15质量％的Sn的铜合金，铸造铸锭(熔炼工序)。然后，将该铸锭热加工(热加工工序)至厚度为8mm后，冷轧(粗轧制工序)至2.5mm。接下来，对实施过冷轧的合金材实施700℃的退火处理(热处理工序)。然后，实施83％减面率的冷轧(中间轧制工序)后，实施由430℃、2小时加热的时效处理(时效处理工序)。时效处理后，通过实施40％减面率的冷轧(精轧工序)和由450℃、60秒加热的去应力退火(去应力退火工序)，制造实施例1涉及的铜合金。

熔炼与实施例1同样组成的材料，只改变热处理工序中的热处理条件，经过与实施例1同样的工序，制造实施例2和实施例3，以及比较例1～2涉及的铜合金。

另外，熔炼与实施例1同样组成的材料，改变中间轧制工序中的减面率和精轧工序中的减面率，经过与实施例1同样的工序，制造比较例3和比较例4涉及的铜合金。

接下来，对于实施例1～3以及比较例1～2涉及的铜合金，采样去应力退火刚结束后的铜合金的一部份作为试验片。然后，研磨、蚀刻与试验片轧制方向垂直的截面。使用像这样得到的试验片，观察有无轧制组织，同时，对于没有观察到轧制组织的试验片，算出板宽方向的晶粒平均值作为平均晶粒径。

进一步，对于实施例1～3以及比较例1～4涉及的铜合金实施拉伸试验。拉伸试验按照JIS Z 2201，测定与轧制方向平行方向的拉伸强度和延展。另外，按照JIS H 3130，实施Bad Way(弯曲轴与轧制方向为同一方向)的W弯曲试验，算出没有发生裂痕的最小弯曲半径(MBR)与板厚(t)的比，即MBR/t的值。表1和表2显示以上各特性的结果。

参照表1和表2，实施例1～3涉及的铜合金中，具有82％IACS以上的导电率，同时，具有550MPa左右的高强度。进一步，实施例1～3涉及的铜合金在W弯曲试验中没有发生裂痕，显示出具有良好的弯曲加工性。因此，本发明的铜合金例如可以用作要求良好的弯曲加工性的连接器用铜合金、作为锂离子电池用铜箔材料的铜合金、要求高导电性的引线框用铜合金。

而另一方面，比较例1涉及的铜合金是经过比实施例1～3中热处理工序的热处理条件低的温度的热处理工序来制造的铜合金。比较例1涉及的铜合金观察到在内部残存有轧制组织，由于冷轧中增大的加工应变，显示出未能得到足够的弯曲加工性。另外，比较例2涉及的铜合金是经过比实施例1～3中热处理工序的热处理条件高的温度的热处理工序来制造的铜合金。比较例2涉及的铜合金，观察到热处理后的平均晶粒径粗大化，显示出未能得到足够的拉伸强度和弯曲加工性。

比较例3涉及的铜合金是以时效处理前的冷轧减面率比实施例1～3涉及的铜合金制造中减面率大的减面率来制造的铜合金。比较例3涉及的铜合金显示出拉伸强度小，弯曲加工性不好。

比较例4涉及的铜合金是以时效处理前的冷轧减面率比实施例1～3涉及的铜合金制造中减面率小的减面率来制造的铜合金。比较例4涉及的铜合金由于时效处理前的冷轧带来的位错的引入不足，因此，时效处理效果并不充分，显示出导电率和拉伸强度小的同时，弯曲加工性也不好。

以上，说明了本发明的实施方式和实施例，但是上述记载的实施方式和实施例不限定权利要求范围中涉及的发明。另外，值得注意的是，并不限定为实施方式和实施例中说明的特征组合的全部是为了解决发明的课题所必须的手段。

Claims (13)

1.一种铜合金的制造方法，其特征在于，包括：

熔炼铜(Cu)、添加在所述铜中的铬(Cr)、锆(Zr)和锡(Sn)，铸造铜合金坯料的熔炼工序；

对所述铜合金坯料实施热加工，形成具有轧制组织的板材的热加工工序；

对所述板材实施热处理的热处理工序；

对实施过所述热处理的所述板材实施80％以上且不到90％减面率的冷轧，形成中间板材的中间轧制工序；

对所述中间板材实施时效处理的时效处理工序；

将实施过所述时效处理的所述中间板材实施20％以上且40％以下减面率的冷轧的精轧工序；

对实施过所述冷轧的所述中间板材实施加热处理的去应力退火工序。

2.根据权利要求1所述的铜合金的制造方法，其特征在于，在所述热处理工序中，对所述板材实施一边抑制所述板材中晶体的晶粒径的粗大化，一边在所述轧制组织中产生再结晶，而使所述轧制组织减少这样温度的所述热处理。

3.根据权利要求2所述的铜合金的制造方法，其特征在于，在所述热处理工序中，对所述板材实施使含在铜合金中的铜合金的晶粒径成为50μm以下这样温度的所述热处理。

4.根据权利要求3所述的铜合金的制造方法，其特征在于，所述热处理温度为700℃以上且不到950℃。

5.根据权利要求4所述的铜合金的制造方法，其特征在于，在所述时效处理工序中，对所述中间板材实施390℃以上且450℃以下的温度的所述时效处理。

6.根据权利要求5所述的铜合金的制造方法，其特征在于，在所述去应力退火工序中，对所述中间板材实施400℃以上且600℃以下的温度的所述加热处理。

7.根据权利要求6所述的铜合金的制造方法，其特征在于，所述熔炼工序是铸造含有0.1重量％以上且0.4重量％以下的Cr、0.02重量％以上且0.2重量％以下的Zr和0.01重量％以上且0.3重量％以下的Sn的所述铜合金坯料。

8.根据权利要求7所述的铜合金的制造方法，其特征在于，进一步具有对所述板材实施冷轧的粗轧制工序，

所述热处理工序是对经过所述粗轧制工序后的所述板材实施所述热处理。

9.根据权利要求8所述的铜合金的制造方法，其特征在于，在所述热处理工序中，对所述板材实施使含在铜合金中的铜合金的晶粒径成为30μm以下这样温度的所述热处理。

10.根据权利要求9所述的铜合金的制造方法，其特征在于，所述热处理温度为700℃以上且不到850℃。

11.一种铜合金，其特征在于，含有0.1重量％以上且0.4重量％以下的铬(Cr)、0.02重量％以上且0.2重量％以下的锆(Zr)和0.01重量％以上且0.3重量％以下的锡(Sn)，其余部分由铜(Cu)和不可避免的杂质组成。

12.根据权利要求11所述的铜合金，其特征在于，具有80％IACS以上的导电率和550MPa以上的强度。

13.由权利要求1～10中任一项所述的铜合金的制造方法得到的铜合金或者权利要求11或12所述的铜合金在引线框或锂离子电池用铜箔中的应用。

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