CN103938016A

CN103938016A - 铜合金材料

Info

Publication number: CN103938016A
Application number: CN201310722547.8A
Authority: CN
Inventors: 藤户启辅; 青山正义; 鹫见亨; 佐川英之; 远藤裕寿
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2014-07-23
Also published as: JP6028586B2; US20140205491A1; JP2014136830A

Abstract

本发明提供一种软化温度低、导电性、表面品质优异的铜合金材料。所述铜合金材料包含添加元素M、其余为铜和不可避免的杂质，所述添加元素M为Ti，添加元素M与氧的原子数比为0.33≤M/O≤1.5的范围。

Description

铜合金材料

技术领域

本发明涉及铜合金材料。

背景技术

随着近年来科学技术的发展，将电作为能源、信号源的设备日趋增加。并且，在这些设备中使用导线。作为导线所使用的材料，使用铜、银等导电率高的金属，考虑到成本等，使用了铜的铜合金材料等使用得很多。

另外，从对设备的多功能、高速、小型化的要求考虑，对设备内部的导线等也要求小型化、细径化。然而，因为导线由于细径化导致电阻上升，所以导线有必要使用导电率较高的材料。因此，正在进行为了提高导线的导电率而减少了杂质的铜合金材料等的开发。

另一方面，为了使导线等所使用的铜合金材料的性质变化而广泛进行铜合金材料的热处理，但从最近制造能量的成本降低的观点考虑，要求性质通过在较低温度下的热处理而变化的铜合金材料。

例如，在非专利文献1中显示如下结果：在电解铜（Cu99.996质量%）中添加了4～28质量ppm的Ti的铜合金材料与未添加Ti的铜合金材料相比，通过低温下的热处理发生软化。同一文献还认为，铜合金材料通过在低温下的热处理而软化的原因是由于：Ti与作为不可避免的杂质的硫化合而形成硫化物，导致铜合金材料中的固溶硫减少。

另外，在专利文献1中记载了一种低浓度铜合金线，其为包含2～12质量ppm的硫、2～30质量ppm的氧以及4～55质量ppm的Ti，其余为铜的导电率为98%IACS以上的低浓度铜合金线，通过添加Ti，使铜中作为不可避免的杂质的硫析出，从而使低浓度铜合金线的软化温度降低至130～148℃。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4809934号公报

非专利文献

非专利文献1：“铁和钢（鉄と鋼）”铃木寿、菅野干宏（1984）15号1977-1983

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1中，为了使Ti与硫切实地进行反应，在铜中添加比理论量过量的Ti，从而担心过量的Ti会固溶在铜中。进一步，由于Ti为活性元素，因此Ti与铜中的氧反应而形成TiO₂，还可预测该TiO₂并不助于与硫的反应。其结果为，预测硫在铜中固溶而不能有助于软化温度的进一步降低。

因此，本发明的目的在于提供软化温度低、导电性、表面品质优异的铜合金材料。

解决问题的方法

为了实现上述目的，本发明的一个形态提供以下的铜合金材料。

[1]一种铜合金材料，其包含添加元素M、其余为铜和不可避免的杂质，

所述添加元素M为Ti，上述添加元素M与氧的原子数比为0.33≤M/O≤1.5的范围。

[2]上述[1]所述的铜合金材料，半软化温度小于140℃。

[3]上述[1]所述的铜合金材料，所述添加元素M与氧的原子数比为0.5≤M/O≤1的范围。

[4]上述[3]所述的铜合金材料，半软化温度小于130℃。

[5]上述[1]至[4]中任一项所述的铜合金材料，导电率为98%IACS以上。

[6]上述[1]至[5]中任一项所述的铜合金材料，导入所述添加元素M前的熔铜的氧浓度为2～50质量ppm以下。

[7]上述[1]至[6]中任一项所述的铜合金材料，其为对通过连续铸造得到的铸造品实施热轧而制造。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种软化温度低、导电性、表面品质优异的铜合金材料。

附图说明

图1是表示Ti/O原子数比与半软化温度的关系的特性图。

具体实施方式

[实施方式的概要]

本实施方式的铜合金材料为下述材料：在包含添加元素、其余为铜和不可避免的杂质的铜合金材料中，添加为Ti的添加元素M，添加元素M与氧的原子数比为0.33≤M/O≤1.5的范围。

[第1实施方式]

本实施方式的铜合金材料含有从Ti、Zr、Ca、Mg、B、Cr、Nb以及V中选择的1种以上的添加元素M，其余由Cu和不可避免的杂质构成。另外，所谓不可避免的杂质是指在制造工序中不可避免地混入的物质。

本发明人等进行了深入研究，结果发现：为了降低铜合金材料的软化温度，不仅需要对添加元素M、氧以及不可避免的杂质的浓度范围进行规定，也需要对添加元素M与氧的原子数比的范围进行规定。

即，在添加有为Ti的添加元素M的情况下，当铜合金材料中存在的氧以与添加元素M的原子数比计为0.33≤Ti/O≤1.5的范围时，铜合金材料的半软化温度小于140℃。

进一步，当添加元素M与氧的原子数比为0.5≤M/O≤1的范围时，铜合金材料的半软化温度小于130℃。另外，关于氧与添加元素M的氧化物，在添加元素M为Ti和Zr的情况下形成MO₂，在添加元素M为Ca和Mg的情况下形成MO，在添加元素M为B和Cr的情况下形成M₂O₃，在添加元素M为Nb和V的情况下形成M₂O₅。另外，如果考虑Ti以外的添加元素M，则优选将氧化物M_xO_y的原子数比设为0.17≤[M_x/O_y]≤0.75的范围。

该铜合金材料具有98%IACS（International Annealed Copper Standard（国际退火铜标准）：以国际标准软铜1.7241×10^-8Ωm作为100%的导电率）以上的导电率。

（添加元素M）

添加在铜合金材料中的从Ti、Zr、Ca、Mg、B、Cr、Nb以及V中选择的1种以上的添加元素M与作为不可避免的杂质的硫化合而形成硫化物，从而使硫从铜合金材料析出。另外，之所以将Ti、Zr、Ca、Mg、B、Cr、Nb以及V用作添加元素M，是因为这些元素是与硫等元素进行化合的活性元素。

添加元素M使硫析出，从而铜合金材料中的硫减少，通过铜合金材料的铜的纯度提高，铜合金材料的软化温度降低。另外，铜合金材料中也可以包含对铜合金材料的特性不产生影响的其它元素、杂质。

（熔铜的氧浓度）

如果在作为铜合金材料原料的熔铜中包含大量氧，则熔铜中的氧与熔铜加热气体所含的氢发生反应而产生水蒸汽，当熔铜凝固时，该水蒸汽在熔铜表面或者熔铜中发生水蒸汽爆炸。由于该水蒸汽爆炸，铜合金材料中产生气孔等，从而铜合金材料的表面品质变差。

通过将添加元素M添加前的熔铜的氧浓度的上限设定为50质量ppm以下，能够抑制熔铜中的氧与熔铜加热气体所含的氢的反应。由此能够抑制水蒸汽的产生，因而，铜合金材料的表面品质提高。进一步，通过将添加元素M添加前的熔铜的氧浓度设为20质量ppm以下，能够稳定地制造提高了表面品质的铜合金材料。

另一方面，将添加元素M添加前的熔铜的氧浓度设为小于2质量ppm是困难的，因为有必要大幅度改造连续铸造装置。

（熔铜的硫浓度）

优选添加元素M添加前的熔铜的硫浓度小。作为铜合金材料原料的通常的电解铜，由于在硫酸铜溶液中进行电解精制而制造，因此无法避免铜合金材料中硫的混入。

然而，通常的电解铜的硫浓度不会超过12质量ppm，通过添加元素M的添加，能够使硫从铜合金材料析出。

（铜合金材料的制造方法）

接着，对作为铜合金材料的一例的铜线的制造方法的一例进行说明。

首先，准备添加元素M添加前的氧浓度为2～50质量ppm、优选为5～20质量ppm的熔铜。接着，向准备的熔铜中添加添加元素M，所述添加元素M为Ti。

接着，通过对使用SCR连铸连轧法（South Continuous Rod System）将添加有添加元素M的熔铜连续铸造而得到的铸造品实施热轧，制造加工度为90%（直径30mm）～99.8%（直径5mm）的铜线。另外，对于通过热轧进行了轧制的铜线而言，由于在高温下对铸造品进行轧制，因此即使加工度升高也不会产生固化。

（铜合金材料的制造条件）

接着，关于制造铜合金材料的条件，以制造加工度99.3%（直径8mm）、导电率为98%IACS以上的铜线的情况为一例进行说明。

在熔炉内熔解的熔铜的温度优选为1100～1320℃的范围。如果熔铜的温度高则熔铜中气孔增多，从而有铜合金材料的表面品质变差，同时铜合金材料的粒子尺寸变大的倾向，因此，将熔铜的温度设为1320℃以下。另一方面，如果熔铜的温度低则熔铜容易凝固，铜合金材料的制造不稳定，但从能量成本的观点考虑，优选熔铜的温度尽可能低，因此将熔铜温度设为1100℃以上。

另外，关于对连续铸造的铸造品进行热轧的温度，优选最初轧辊的温度为750～880℃的范围、最终轧辊的温度为550～750℃的范围。

通过将熔铜的温度设定在1100～1320℃的范围、将轧辊的温度设定在上述温度而对铸造品进行热轧，能够减小铜合金材料中的硫的固溶极限。

另外，熔铜在熔炉中熔解，从而会由于铜氧化物的混入以及粒子尺寸的粗大化而使铜合金材料的品质变差。因此，优选在还原气体（例如一氧化碳）气氛下，一边控制熔铜的硫浓度、Ti浓度、氧浓度一边铸造熔铜。

（实施方式的效果）

根据本实施方式，实现以下效果。

（1）通过将添加元素M与氧的原子数比设为0.33≤M/O≤1.5的范围，能够使铜合金材料的软化温度小于140℃，同时使铜合金材料的导电率为98%IACS以上。

（2）通过将添加元素M与氧的原子数比设为0.5≤M/O≤1的范围，能够使铜合金材料的软化温度小于130℃。

（3）通过使用氧浓度为2～50质量ppm的熔铜来制造铜合金材料，能够提高铜合金材料的表面品质。

（4）通过降低铜合金材料的软化温度，铜合金材料的加工变得容易。另外，能够降低制造铜合金材料的能量成本。

实施例

接着，参照图1和表1对本发明的实施例进行说明。图1是表示Ti/O原子数比与铜合金材料的半软化温度的关系的特性图。另外，表1表示Ti/O原子数比、半软化温度、导电率、钛（Ti）浓度、氧（O）浓度、硫（S）浓度的关系以及各试样的判定。

这里，将Ti/O原子数比为0.5的铜合金材料作为实施例1，将Ti/O原子数比为0.93的铜合金材料作为实施例2，将Ti/O原子数比为0.042的铜合金材料作为比较例1，将Ti/O原子数比为2.08的铜合金材料作为比较例2。

测定铜合金材料的Ti/O原子数比、半软化温度、导电率、Ti浓度、O浓度以及S浓度的试样使用如下铜线：使用各铜合金材料制作直径8mm的铜线，通过冷拔丝将其拉伸至直径2.6mm（加工率89.4%）。

铜合金材料的导电率的测定使用将上述铜线切断为70cm的铜线进行。即，适用将电流端子间距离设定在60cm、电压端子间距离设定在50cm的4端子法，使各铜线中流过4A的电流且在室温下进行测定。

铜合金材料的半软化温度的测定如下进行。即，测定室温下的拉伸强度的值以及在100～400℃的温度下将各铜线退火1小时后的拉伸强度的值。然后，求出具有在室温下的拉伸强度与退火后的拉伸强度中间的拉伸强度的值的铜线的热处理温度，将求出的热处理温度作为半软化温度。

Ti浓度以及Ti/O原子数比使用ICP发光分析仪来测定。铜合金材料的O浓度和S浓度使用红外线发光分析仪（Leco：注册商标）来测定。

（实施例1）

在实施例1中，确认到通过将Ti/O的原子数比设为0.5，半软化温度成为125℃，导电率成为101.8%IACS。这里，将具有半软化温度小于140度、而且导电率超过98%IACS的特性的试样判定为○，将除此以外的试样判定为×。由于实施例1的铜合金材料具有半软化温度小于130℃、而且导电率超过98%IACS的特性，因此判定为○。另外，实施例1的Ti浓度为12质量ppm，O浓度为8质量ppm，S浓度为4质量ppm。

（实施例2）

在实施例2中，确认到通过将Ti/O的原子数比设为0.93，半软化温度成为126.2℃，导电率成为101.5%IACS。由于实施例2的铜合金材料具有半软化温度小于130℃、而且导电率超过98%IACS的特性，因此判定为○。另外，实施例2的Ti浓度为25质量ppm，O浓度为9质量ppm，S浓度为3质量ppm。

（比较例1）

在比较例1中，确认到通过将Ti/O的原子数比设为0.042，铜合金材料的半软化温度成为173.8℃，导电率成为102.0%IACS。由于比较例1的铜合金材料具有导电率超过98%IACS、但半软化温度超过140℃的特性，因此判定为×。另外，比较例1的Ti浓度为1质量ppm，O浓度为8质量ppm，S浓度为4质量ppm。

（比较例2）

在比较例2中，确认到通过将Ti/O的原子数比设为2.08，铜合金材料的半软化温度成为150.0℃，导电率成为97.5%IACS。由于比较例2的铜合金材料具有导电率小于98%IACS、半软化温度超过140℃的特性，因此判定为×。另外，比较例2的Ti浓度为50质量ppm，O浓度为8质量ppm，S浓度为3质量ppm。

[表1]

从图1确认到，Ti/O原子数比在0.33～1.5的范围内，则铜合金材料的半软化温度小于140℃。另外，图1对于未示于表1中的铜合金材料也进行了图示。

进一步确认到，Ti/O原子数比在0.5～1的范围内，则铜合金材料的半软化温度小于130℃。另外，从表1确认到，Ti/O原子数比在0.5～1的范围内的铜合金材料的导电率为98%IACS以上。

[变形例]

另外，本发明的实施方式不限于上述各实施方式，在不变更本发明的宗旨的范围内可以进行各种变形、实施。例如，铜合金材料不仅能够制成在低温下软质化的铜线，也可以制成铜箔、铜板、铜棒等其他形状。

另外，也可以制成捻合了多根铜合金材料的捻线。

另外，也可以制成在使用了铜合金材料的铜线、或者在使用了铜合金材料的捻线的外周设有绝缘层的电力用电缆或者信号用电缆。

还可以制成使用铜合金材料形成中心导体并在其外周设有绝缘层以及编织线的同轴电缆。

此外，在上述实施方式中，铜合金材料是作为使用SCR连铸连轧装置制造的材料进行说明的，铜合金材料也可以使用双辊式连铸连轧装置以及普洛佩兹（Properzi）式连铸连轧装置等铸造与轧制一体化的装置来制造。

Claims

1.一种铜合金材料，其包含添加元素M、其余为铜和不可避免的杂质，

所述添加元素M为Ti，

所述添加元素M与氧的原子数比为0.33≤M/O≤1.5的范围。

2.根据权利要求1所述的铜合金材料，半软化温度小于140℃。

3.根据权利要求1所述的铜合金材料，所述添加元素M与氧的原子数比为0.5≤M/O≤1的范围。

4.根据权利要求3所述的铜合金材料，半软化温度小于130℃。

5.根据权利要求1至4中任1项所述的铜合金材料，导电率为98%IACS以上。

6.根据权利要求1至5中任1项所述的铜合金材料，导入所述添加元素M前的熔铜的氧浓度为2～50质量ppm以下。

7.根据权利要求1至6中任1项所述的铜合金材料，其为对通过连续铸造得到的铸造品实施热轧而制造。