CN106471144A

CN106471144A - 铜合金、冷轧板材以及其的制造方法

Info

Publication number: CN106471144A
Application number: CN201580035508.8A
Authority: CN
Inventors: 村井琢弥
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Hitachi Metals MMC Superalloy Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2035-05-13
Also published as: WO2016002352A1; CN106471144B; JP5887449B2; JP2016027193A

Abstract

本发明提供具有优异的加工性、可以薄板化以及条状材料化的Cu‑Al‑Ni系的铜合金。铜合金具有1～7质量％的Al、2～4质量％的Fe、0.8～4质量％的Ni、0.5质量％以下的Mn和余量为Cu以及不可避免的杂质的组成。

Description

铜合金、冷轧板材以及其的制造方法

技术领域

本发明涉及以铜为主要成分的铜合金、由铜合金形成的冷轧板材以及冷轧板材的制造方法。

背景技术

对于铜合金，已知以往活用其的优异的强度、导热性、导电性、耐腐蚀性、耐磨耗性等而用于电子部件、装饰品、耐腐蚀构件等广泛的领域，其中，称为铝青铜的Cu-Al-Ni系的铜合金高强度、且耐腐蚀性以及耐磨耗性良好。

例如，专利文献1中提出了一种耐磨耗性高强度铜合金，其为用作汽车的变速器机构的变速齿轮以及发动机转子等中所使用的垫片等的原材料的高强度铜合金，作为要求耐磨耗性的高强度铜合金，含有4～8重量％的Al、0.5～5重量％的Ni、0.5～5重量％的Fe、0.01～0.5重量％的Cr、0.01～0.5重量％的Mn以及0.1～5重量％的Zn，余量为Cu以及不可避免的杂质。

专利文献2中作为具备良好的传导性和优异的耐腐蚀性、机械强度的铜合金，提出了包含1～7重量％的Al、1.5～6重量％的Ni、0.5～5重量％的Fe、0.1～2.5重量％的Mn、0.001～0.05重量％的B、0.5～8重量％的Zn、余量Cu的析出硬化型铜合金。

专利文献3中作为装饰用铝青铜，提出了除5～7重量％的Al、0.2～1.5重量％的Ni、0.2～1.0重量％的Fe以外还含有0.05～0.1重量％的Mn、0.01～0.05重量％的Cr、0.002～0.005重量％的Ge、0.002～0.005重量％的Ti之中的2种以上，余量为Cu的铝青铜，以及，包含5～7重量％的Al、0.2～1.5重量％的Ni、0.01～0.05重量％的Cr、0.0025～0.005重量％的Si、0.002～0.005重量％的Ti、余量Cu的铝青铜。

专利文献4中，作为耐腐蚀性、耐变色性、铸造性、延展性优异的铝青铜，提出了除5～9重量％的Al、0.2～4重量％的Ni、0.01～0.2重量％的Cr以外，还含有0.1～0.5重量％的Fe、0.0025～0.2重量％的Be、0.001～0.01重量％的Ti、0.0025～0.2重量％的Ge之中的2种以上，余量实质上为Cu的铝青铜。

专利文献5中作为具有耐变色性而适宜作为美术工艺品、饰品、餐具类、伸展材料、铸造品等的合金，提出了除5～9重量％的Al、1～4重量％的Ni、0.005～0.3重量％的In以外，还含有0.1～0.5重量％的Mn、0.001～0.01重量％的Co、0.0025～0.2重量％的Be、0.001～0.01重量％的Ti、0.05～0.2重量％的Cr、0.001～0.5重量％的Si、0.005～0.5重量％的Zu、0.003～0.4重量％的Sn、0.0025～0.2重量％的Ge之中的一种或二种，余量为Cu的铜合金。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-311286号公报

专利文献2：日本特开平10-298678号公报

专利文献3：日本特开2000-336440号公报

专利文献4：日本特开2002-60867号公报

专利文献5：日本特开2004-143574号公报

发明内容

发明要解决的问题

上述以往的Cu-Al-Ni系的铜合金虽然强度、导热性、导电性、耐腐蚀性、耐磨耗性等优异，但是难以进行冷加工，因此基于热加工的厚物的制造是主流的，通过冷加工而得到的条状材料或薄板的量产仅有限地进行。

需要说明的是，上述专利文献1使Cu-Al-Ni系的铜合金中含有0.01～0.5质量％的Cr、0.1～5质量％的Zn来尝试改善加工性，但难以说加工性是充分的。

此外，在上述专利文献2中，使Cu-Al-Ni系的铜合金中在0.001～0.05质量％的范围内含有B并且在0.5～8质量％的范围内含有Zn，从而实现析出硬化，并且尝试实现加工性的改善，但加工性提高的效果难以说充分。

因此，对于Cu-Al-Ni系的铜合金的用途，现状是多以铸造物品以及锻造物品等厚物材料的形式被利用，以通过冷加工而得到的条状材料以及薄板材料形式的利用实际上受到限制。

本发明鉴于所述的问题点而成，其目的在于提高被认为难以进行冷加工的Cu-Al-Ni系的铜合金的冷加工性，从而提供它的薄板化以及条状材料化变容易的Cu-Al-Ni系的铜合金、由该合金形成的冷轧板材以及该冷轧板材的制造方法。

用于解决问题的方案

为了达成前述目的，本发明的铜合金为具有1～7质量％的Al、2～4质量％的Fe、0.8～4质量％的Ni、0.5质量％以下的Mn和余量为Cu以及不可避免的杂质的组成的铜合金。该铜合金还可以含有0.1质量％以下的Zn。

本发明的另一方面为冷轧板材，该冷轧板材是由如下的铜合金形成，厚度为1～2mm的冷轧板材，所述铜合金具有1～7质量％的Al、2～4质量％的Fe、0.8～4质量％的Ni、0.5质量％以下的Mn和余量为Cu以及不可避免的杂质的组成。前述铜合金还可以含有0.1质量％以下的Zn。

本发明的另一方面为冷轧板材的制造方法，该制造方法至少包括：对铜合金的铸锭进行热锻而制成厚板状的初轧坯的热锻工序，其中所述铜合金具有1～7质量％的Al、2～4质量％的Fe、0.8～4质量％的Ni、0.5质量％以下的Mn和余量为Cu以及不可避免的杂质的组成；将前述初轧坯加热进行热轧而得到轧材的热轧工序；对前述轧材进行退火的退火工序；和在前述退火工序后进行冷轧而得到冷轧材的冷轧工序。前述铜合金还可以含有0.1质量％以下的Zn。

发明的效果

根据本发明，可以维持以往材料的强度、耐腐蚀性的水准并且提高加工性，因此它的薄板化以及条状材料化变容易，可以应用于要求强度、耐腐蚀性、耐磨耗性的广泛的领域。作为结果，可以提供冷轧的加工性优异的铜合金。此外，可以提供具有优异的机械特性的冷轧板材。

具体实施方式

以下对于构成本发明的铜合金的合金成分的添加理由及其添加量的范围进行说明。

[Al]

Al为主要通过固溶强化而使铜合金的母相强化并且提高耐腐蚀性的元素。铜合金中的Al的含量不足1质量％时，不能期待强度和耐腐蚀性的提高效果。另一方面，Al的含量超过7质量％时，铜合金的强度虽然提高，但韧性以及延性降低，特别是冷加工性变差。因此，本发明中将铜合金中的Al的含量定为1～7质量％。需要说明的是，从提高加工性而不使强度降低的观点出发，期望将Al的含量的下限设为4质量％、将上限设为7质量％，进一步期望将下限设为5质量％、将上限设为6质量％。

[Fe]

Fe在将铜合金的组织微细化上是重要的。作为使组织微细化的结果，可以提高铜合金的强度以及耐磨耗性、疲劳强度等。此外，可以期待在铸造时也会有一定的使组织微细化的效果。虽然受到同时添加的Ni的量的影响，但Fe的含量不足2质量％时，不能充分地得到强度以及耐磨耗性、疲劳强度的提高效果。此外，Fe的含量超过4质量％时，反而冷加工性变差。因此，Fe的含量定为2～4质量％。

[Ni]

Ni通过与Fe一同添加，从而增加Fe在铜合金中的溶解度，提高通过添加Fe所得到的效果。此外，Ni提高铜合金的耐力，特别是提高高温下的耐磨耗性。Ni的含量不足0.8质量％时，这样的效果不充分，另一方面，Ni的含量超过4质量％时，延性降低，因此导致加工性降低。因此，将Ni的含量定为0.8～4质量％。

[Mn]

Mn可以使β相稳定化。Mn的含量超过0.5质量％时，在薄板的耐腐蚀性而不是加工性的观点上不利。因此，Mn的含量定为0.5质量％以下。此外，Mn在α相中固溶，有助于强度以及耐磨耗性的提高，但在0.01质量％以下不能得到该效果，另一方面，超过0.5质量％时，导致耐腐蚀性能的降低，因此Mn的含量的下限优选为0.01质量％、上限优选为0.5质量％。

[Zn]

Zn与Mn同样地在α相中固溶，有助于强度以及耐磨耗性的提高。因此，进一步实现铜合金的强度以及耐磨耗性的提高的情况下，可以根据需要而添加。Zn的含量超过0.1质量％时，降低韧性以及耐腐蚀性，因此Zn的含量设为0.1质量％以下。Zn的含量的下限优选可确认到添加效果的0.01质量％。

对于由包含上述合金成分的组成的铜合金形成的冷轧板材，其厚度为1～2mm即可。对于本发明的冷轧板材，机械特性优异，拉伸强度为350～690MPa、耐力为230～440MPa、以及伸长率为25～40％。

本发明的冷轧板材的制造方法至少包括：热锻工序、热轧工序、退火工序和冷轧工序。前述热锻工序为对铜合金的铸锭进行热锻而制成厚板状的初轧坯的工序，其中所述铜合金具有1～7质量％的Al、2～4质量％的Fe、0.8～4质量％的Ni、0.5质量％以下的Mn和余量为Cu以及不可避免的杂质的组成。前述热轧工序为将前述初轧坯加热进行热轧而得到轧材的工序。前述退火工序为对前述轧材进行退火的工序。前述冷轧工序为在前述退火工序后进行冷轧而得到冷轧材的工序。本发明的冷轧板材的制造方法除上述工序之外还可以包括对前述冷轧材进一步进行最终退火的工序。

实施例

以下基于实施例详细地说明本发明。其中，本发明并不限于以下的实施例。

配合Cu、Al、Fe、Ni、Mn以及Zn以成为规定的成分组成，在熔解炉中将其熔解而得到金属熔液。使用铸模对该金属熔液进行铸造，制造直径约70mm、高度约80mm左右的圆柱状的铜合金铸锭。表1中示出本发明的铜合金铸锭的成分组成。

此外，为了比较，对配合原料成分以成为规定的成分组成并在熔解炉中进行熔解的金属熔液进行铸造，制造在表2中示出的比较例的成分组成的铜合金铸锭。

【表1】

【表2】

接着，对这些铸锭进行热锻，从而制造厚度约10mm的厚板状的初轧坯。

将该厚板状的初轧坯加热至900℃后，热轧至约4mm的厚度。然后，进一步在900℃下实施1小时加热的中间退火。

最后，实施约50％的冷轧，最终得到厚度为1.8mm的冷轧板材。表3中示出冷轧板材的最终板厚、以及进行冷轧加工时的加工性的好坏。需要说明的是，对于在轧制途中产生板端裂纹(裂边)的主要情况记载在表3中。

【表3】

之后，对这些冷轧板材实施在880℃下进行0.1小时加热的最终退火。接着，将实施了最终退火的冷轧板材作为试验材料，使用自各试验材料在轧制方向上平行地切取的JISZ 2241 5号试验片而进行拉伸试验，测定拉伸强度、耐力以及伸长率。表4中示出拉伸试验的结果。

【表4】

根据表3、表4中示出的结果可知，比较铜合金1～4均在冷轧时产生板端裂纹。另一方面，可知本发明所述的铜合金1～4均可以不产生板端裂纹地加工，在冷轧加工中加工性优异。此外，确认到本发明所述的铜合金1～4在拉伸试验中显示出与比较铜合金1～4相同程度的机械特性。

产业上的可利用性

如以上说明的那样，根据本发明，可以提供使被认为难以冷加工的Cu-Al-Ni系的铜合金的冷加工性提高，并且具备不逊于以往材料的机械特性的铜合金，因此其的薄板化以及条状材料化成为可能，由此可以向更广泛的领域开展和推进。

Claims

1.一种铜合金，其具有1～7质量％的Al、2～4质量％的Fe、0.8～4质量％的Ni、0.5质量％以下的Mn和余量为Cu以及不可避免的杂质的组成。

2.根据权利要求1所述的铜合金，其中，所述铜合金还包含0.1质量％以下的Zn。

3.一种冷轧板材，其由如下铜合金形成，厚度为1～2mm，所述铜合金具有1～7质量％的Al、2～4质量％的Fe、0.8～4质量％的Ni、0.5质量％以下的Mn和余量为Cu以及不可避免的杂质的组成。

4.根据权利要求4所述的冷轧板材，其中，所述铜合金还包含0.1质量％以下的Zn。

5.根据权利要求3或4所述的冷轧板材，其具有拉伸强度为350～690MPa、耐力为230～440MPa、以及伸长率为25～40％的机械特性。

6.一种冷轧板材的制造方法，至少包括：

对铜合金的铸锭进行热锻而制成厚板状的初轧坯的热锻工序，其中所述铜合金具有1～7质量％的Al、2～4质量％的Fe、0.8～4质量％的Ni、0.5质量％以下的Mn和余量为Cu以及不可避免的杂质的组成；

将所述初轧坯加热进行热轧而得到轧材的热轧工序；

对所述轧材进行退火的退火工序；和

在所述退火工序后进行冷轧而得到冷轧材的冷轧工序。

7.根据权利要求6所述的冷轧板材的制造方法，其中，所述铜合金还包含0.1质量％以下的Zn。