CN107406915B - 铜合金板材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种模压冲压加工性、屈服强度、弯曲加工性、导电性优异且适合于超小型端子的铜合金板材及其制造方法。一种铜合金板材以及该铜合金板材的制造方法，该铜合金板材具有下述组成：含有1.0质量％以上5.0质量％以下的Ni、0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，进而含有选自由0～0.5％质量％的Sn、0～1.0质量％的Zn、0～0.2质量％的Mg、0～0.15质量％的Mn、0～0.2质量％的Cr、0～1.5质量％的Co、0～0.02质量％的Fe和0～0.1质量％的Ag组成的组中的至少一种，并且剩余部分由铜和不可避免的杂质构成；在与轧制面平行且板厚的一半厚度位置处的平面的利用电子背散射衍射法进行的晶体取向分析中，具有自S取向{231}<3‑46>的偏移为15°以内的取向的晶粒在60μm见方内分布3个以上50个以下，并且具有自S取向{231}<3‑46>的偏移为15°以内的取向的晶粒的平均晶粒面积为1.0μm2以上300μm2以下。

Description

铜合金板材及其制造方法
技术领域
本发明涉及适用于电气/电子设备用的连接器、继电器、开关、插座、汽车车载用的连接器等的铜合金板材及其制造方法。
背景技术
用于电气/电子设备用途的铜合金材料所要求的特性项目有电导率、屈服强度(屈服应力)、拉伸强度、弯曲加工性、抗应力松弛特性、疲劳特性、模压冲压加工性等。近年来，伴随着电气/电子设备的小型化、轻量化、高功能化、高密度安装化、和使用环境的高温化，对于这些特性所要求的水平不断提高。
近年来，在电气/电子设备用材料中，代替磷青铜、黄铜等通过固溶强化、加工硬化所形成的高强度化的合金，析出强化型的铜合金的使用量正在增加。经析出强化的铜合金在通过固溶等使其固溶后实施时效析出热处理，由此微细的第二相(析出物)在铜合金中均匀分散，合金的强度提高，同时铜合金中的固溶元素的量减少，因而电导率提高。由此，可得到强度、电导率优异的材料。
但是，伴随着近来电子设备或汽车中所用的部件的小型化，对于端子来说，其材料的高强度化、薄板化、引脚的窄宽度化也显著，要求更精密的加工。例如宽度为0.3mm以下的超小型端子在模压加工时挤压材料的面积也变小，因而在加工时容易产生毛刺、凹陷、塌边，并且在冲压方向发生材料的滚动，从而极其难以按照尺寸进行加工。另外，模压断面的剪切面与断裂面的比例不均匀化推进，加工后的尺寸与设计值存在较大差异，会对端子的接触压力、变形量等机械特性造成影响。对此，通过材料的挤压或间隙调整、冲压速度的调整等控制，可在某种程度上改善加工性，但难以大幅改善。另外，对于模压加工后的弯曲加工也同样要求精密的加工，现有的加工会产生裂纹。
对于防止该超小型端子的模压加工时的毛刺、塌边、凹陷的产生、防止剪切面与断裂面的不均匀、及改善弯曲加工性的要求，提出有若干通过第二相的分散与控制来解决的方案。
例如，关于Cu-Ni-Si系铜合金有如下所述的公开。在专利文献1中公开了下述内容：在Cu-Ni-Si系合金的模压加工时，通过使{110}、{111}、{311}取向于板材的ND面，从而在材料的剪切变形和剪切变形后从冲头的刀尖使裂纹产生均匀化，使断裂变形良好，从而改善模压冲压加工性。另外，在专利文献2中公开了下述内容：在Cu-Ni-Si系合金中，通过提高Cube取向{001}<100>与S取向{231}<3-46>，从而改善弯曲加工性和抗应力松弛特性。在专利文献3中公开了下述内容：在Cu-Ni-Si系合金中，通过使自S取向{231}<3-46>的取向的偏移角度为30°以内的晶粒的面积率为60％以上，从而改善弯曲加工性。在专利文献4中公开了下述内容：通过控制Cu-Ni-Si系合金板材的板面的I{420}结晶面、I{220}结晶面的X射线衍射强度，从而改善缺口弯曲加工性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-68114号公报
专利文献2：日本专利第4875768号公报
专利文献3：日本专利第4615628号公报
专利文献4：日本特开2009-35775号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，专利文献1～4的技术均无法说可充分改善模压冲压加工性至足以制造超小型端子的程度。
因此，本发明的课题在于提供一种模压冲压加工性、屈服强度、弯曲加工性、导电性优异且适合于超小型端子的铜合金板材及其制造方法。
用于解决课题的方案
根据本发明，提供下述方案。
(1)一种铜合金板材，其特征在于，其具有下述组成：含有1.0质量％以上5.0质量％以下的Ni、0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，进而含有选自由0～0.5％质量％的Sn、0～1.0质量％的Zn、0～0.2质量％的Mg、0～0.15质量％的Mn、0～0.2质量％的Cr、0～1.5质量％的Co、0～0.02质量％的Fe和0～0.1质量％的Ag组成的组中的至少一种，并且剩余部分由铜和不可避免的杂质构成，
在与轧制面平行且板厚的一半厚度位置处的平面的利用电子背散射衍射法进行的晶体取向分析中，具有自S取向{231}<3-46>的偏移为15°以内的取向的晶粒在60μm见方内分布3个以上50个以下，并且，
具有自S取向{231}<3-46>的偏移为15°以内的取向的晶粒的平均晶粒面积为1.0μm2以上300μm2以下。
(2)如(1)所述的铜合金板材，其中，从以轧制平行方向(RD)为法线的一侧观察上述铜合金板材的模压冲压断面时，剪切面长度(SRD)与断裂面长度(DRD)之比(SRD/DRD)为1.0以下，从轧制垂直方向(TD)观察时，剪切面长度(STD)与断裂面长度(DTD)之比(STD/DTD)为1.0以下，进而其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)为0.8以上1.2以下。
(3)一种铜合金板材的制造方法，其包括下述各工序而成：将提供上述(1)项所述的铜合金组成的铜合金原料熔解[工序1]；以0.1℃/秒至100℃/秒的冷却速度冷却，进行铸造[工序2]，得到铸块；对于该铸块，实施在相对于铸块的长度方向和宽度方向各为2次以上、合计轧制加工率为5％以上的轧制加工的轧制1[工序3]；进行保持温度为800℃以上1050℃以下、保持时间为3分钟～10小时的均质化热处理[工序4]后；以800℃以上1050℃以下、合计轧制加工率50％以上进行热轧[工序5]；进而进行基于水淬火的冷却[工序6]，得到薄板；进行平面切削[工序7]后；以合计轧制加工率50％以上进行冷轧2[工序8]，得到薄板；使轧制中的温度为300℃以上600℃以下而加热，进行合计轧制加工率为30％以上的轧制加工3[工序9]后；实施升温速度为5℃/秒、到达温度为800℃、在到达后进行骤冷的固溶热处理[工序10]；进行以升温速度5℃/秒、到达温度400℃以上、保持时间10分钟～10小时实施热处理的时效析出热处理[工序11]后；以合计的轧制加工率为5％以上的方式进行冷轧4[工序12]；进行升温速度为10℃/秒、到达温度为300℃以上、在温度到达后进行骤冷的最终退火[工序13]；进行酸洗/表面研磨[工序14]。
发明的效果
根据本发明的铜合金板材，可以提供一种模压冲压加工性、弯曲加工性优异并显示出优异的屈服强度和导电性的铜合金板材。由此，可以提供具有特别适合于电气/电子设备用的小型连接器、端子材料、汽车车载用等的连接器或端子材料、继电器、开关、插座等的性质的铜合金板材。
另外，根据本发明的制造方法，可以合适地制造上述铜合金板材。
本发明的上述和其他特征及优点可适当参照附图由下述记载内容进一步明确。
附图说明
图1是说明S取向晶粒的存在状态的一例的俯视图。
图2是说明模压冲压断面中的轧制平行方向(RD)上的剪切面长度(SRD)与断裂面长度(DRD)之比(SRD/DRD)、轧制垂直方向(TD)上的剪切面长度(STD)与断裂面长度(DTD)之比(STD/DTD)、进而其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}的示意图。
图3是示意性地示出使用模具(冲头、模头)对板材试样进行冲压加工时的截面的图。
具体实施方式
对本发明的铜合金板材的一个优选实施方式进行说明。需要说明的是，本发明中的“板材”还包括“条材”。
本发明人对适合于电气/电子设备用途、汽车车载用途的铜合金进行了研究。结果发现，在Cu-Ni-Si系的铜合金板材中，为了大幅提高模压冲压加工性、强度、弯曲加工性，提高具有S取向{231}<3-46>的晶粒的一定面积中的等分散与提高模压冲压加工性、强度、弯曲加工有关。基于该技术思想进行了深入的研究，从而完成了本发明。由此，通过上述模具的间隙研究或速度调整等模压加工技术、与材料(金属组织)的控制，从而预计使加工精度(断裂面的比例小的优异的加工性)大幅提高。另外，为了实现如上所述的金属组织，根据提高S取向晶粒的等分散与提高模压冲压加工性有关的情况，完成了制造方法的发明。
更详细而言，为了改善铜合金板材的模压冲压加工性，本发明人对模压冲压加工中的塌边、凹陷、毛刺、剪切/断裂面的产生进行了调查，结果确认到：铜合金板材在模压加工中在冲头与模头之间被切断的过程中，局部地发生塑性变形，材料从冲头侧断裂，龟裂沿板厚方向发展，之后成为断裂。并且发现，在塑性变形中冲头与材料以面接触，因而在冲头、材料间产生摩擦，从而产生剪切面。另外确认到，因局部的塑性变形中产生的加工硬化会引起微孔的产生与连结，达到加工极限。进而发现，为了如此获得良好的模压冲压加工性，提高在塑性变形中不易产生加工硬化的晶体取向的比例是有效的。
基于这些技术思想进一步进行了调查，发现：在S取向{231}<3-46>的晶粒等分散的情况下，可得到良好的模压冲压加工性。
此处，所谓S取向晶粒等分散，在本说明书是指在与轧制面(ND面)平行且板厚的一半厚度位置处的平面的利用电子背散射衍射法进行的晶体取向分析中，在60μm见方(60μm×60μm)内S取向{231}<3-46>的晶粒(下文中有时也简称为S取向晶粒)分布有3个以上50个以下。
本实施方式的铜合金板材具有下述组成：含有1.0质量％以上5.0质量％以下的Ni、0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，进而分别以规定的含量含有副添加元素，剩余部分由铜和不可避免的杂质构成；在板厚的一半厚度的平面的利用电子背散射衍射(EBSD)法进行的晶体取向分析中，S取向晶粒等分散。
此外，轧制平行方向(RD)(//)与轧制垂直方向(TD)(⊥)的模压冲压加工性{模压冲压断面的剪切面长度(S)与断裂面长度(D)之比(SRD/DRD)和(STD/DTD)}为1.0以下，优选为0.95以下，更优选为0.9以下。进而，它们之比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}为0.8以上1.2以下，优选为0.85以上1.15以下，进一步优选为0.9以上1.1以下。
下面，详细地进行说明。
(合金组成)
本实施方式的铜合金板材优选具有下述组成：含有1.0质量％以上5.0质量％以下的Ni、0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，进而分别以规定的含量含有副添加元素，剩余部分由铜和不可避免的杂质构成。更优选使Ni为1.5质量％以上4.8质量％以下、Si为0.5质量％以上2.0质量％以下。特别优选使Ni为2.0质量％以上4.5％以下、Si为0.7质量％以上1.5％以下。
通过上述合金组成，Ni-Si系化合物(Ni2Si相)在Cu基体中析出，强度和导电性提高。另一方面，Ni的含量若过少则无法获得强度，若过多则在铸造时或热加工时产生无助于强度提高的析出，从而无法获得与添加量相应的强度，进而热加工性和弯曲加工性降低。另外，由于Si与Ni形成Ni2Si相，因而若Ni量确定，则Si添加量大致确定。若Si量过少则无法获得强度，若Si量过多则会产生与Ni量多时相同的问题。因此，Ni和Si的添加量优选为上述范围。
另外，铜合金板材也可以含有1.0质量％以上5.0质量％以下的Ni、0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，进而作为副添加元素，含有选自由0～0.5％质量％的Sn、0～1.0质量％的Zn、0～0.2质量％的Mg、0～0.15质量％的Mn、0～0.2质量％的Cr、0～1.5质量％的Co、0～0.02质量％的Fe和0～0.1质量％的Ag组成的组中的至少一种。
若这些副添加元素的总量在上述范围，则难以产生使电导率降低的弊端。另外，若为上述范围，则可充分地利用下述添加效果，并且电导率不会显著降低。特别是若为上述各个规定的含量，则能够获得较高的添加效果和较高的电导率。另一方面，在副添加元素过少的情况下，添加效果不会充分地显现。另一方面，在副添加元素过多的情况下，电导率降低，因而不优选。以下，记载各元素的添加效果。
[0～0.20质量％的Mg]
Mg与Sn、Zn同样地是具有在提高抗应力松弛特性的同时显著改善焊料脆化的作用的元素。但是，若Mg的含量超过0.2质量％，则有可能产生下述问题：Mg固溶于铜合金的母材中，使电导率显著恶化。因此，Mg含量为0～0.20质量％。需要说明的是，与单独添加Mg相比，将Mg与Sn、Zn一并添加时，能够通过协同作用而使抗应力松弛特性格外提高，因此优选将Mg与Sn、Zn一并添加。
[0～0.50质量％的Sn]
Sn与Mg、Zn同样地是具有在提高抗应力松弛特性的同时显著改善焊料脆化的作用的元素。但是，若Sn的含量超过0.50质量％，则有可能产生热加工性和电导率恶化的问题。因此，Sn含量为0～0.50质量％。需要说明的是，与单独添加Sn相比，将Sn与Mg、Zn一并添加时，能够通过协同作用而使抗应力松弛特性格外提高，因此优选将Sn与Mg、Zn一并添加。
[0～1.0质量％的Zn]
Zn与Mg、Sn同样地是具有在提高抗应力松弛特性的同时显著改善焊料脆化的作用的元素。但是，若Zn的含量超过1.0质量％，则有可能产生电导率恶化的问题。因此，Zn含量为0～1.0质量％。需要说明的是，与单独添加Zn相比，将Zn与Mg、Sn一并添加时，能够通过协同作用而使抗应力松弛特性格外提高，因此优选将Zn与Mg、Sn一并添加。
[0～0.15质量％的Mn]
Mn是具有在提高热加工性的同时还提高强度的作用的元素。但是，若Mn的含量超过0.15质量％，则有可能产生形成无助于强度的Mn系夹杂物的问题。因此，Mn含量为0～0.15质量％。
[0～0.20质量％的Cr]
Cr是下述元素：以化合物或单质微细地析出，有助于析出硬化，另外，作为化合物以50～500nm的大小析出，具有通过抑制晶粒生长而使结晶粒径微细的效果，并且在使弯曲加工性良好的方面有效。但是，若Cr的含量超过0.20质量％，则有可能产生电导率降低与形成共晶Cr的问题。因此，Cr含量为0～0.20质量％。需要说明的是，在未添加Cr的状态下，也能够通过调整其他元素而抑制晶粒粗大化。
[0～1.5质量％的Co]
Co是与Si键合而形成Co-Si系的析出物、具有提高析出强化的作用的元素。但是，若Co的含量超过1.5质量％，则固溶热处理中的Co的固溶变得困难，有可能产生无法获得充分的析出强度的问题。因此，Co含量为0～1.5质量％。需要说明的是，在未添加Co的情况下，由NiSi系析出物负责析出强化。通过添加Co、调整Ni量，能够增加析出强化量。
[0～0.1质量％的Ag]
Ag是具有在提高热加工性的同时还提高强度的作用的元素。但是，若Ag含量超过0.1质量％，则有可能产生冷加工性恶化的问题。因此，Ag含量为0～0.1质量％。
[0～0.02质量％的Fe]
Fe以化合物或单质微细地析出，有助于析出硬化。另外，Fe为下述元素：作为化合物以50～500nm的大小析出，具有通过抑制晶粒生长而使结晶粒径微细的效果，并且使弯曲加工性良好。但是，若Fe含量超过0.02质量％，则有可能产生冷加工性恶化与电导率显著降低的问题。因此，Fe含量为0～0.02质量％。
(晶粒的分布和面积率)
本实施方式的铜合金板材中，如图1所示，S取向晶粒以在60μm见方(60μm×60μm)内S取向{231}<3-46>的晶粒(下文中有时也简称为S取向晶粒)分布3个以上50个以下的方式等分散，该情况下，可得到模压冲压加工的各向异性降低、之后的弯曲加工性改善的良好特性。
另一方面，上述S取向晶粒在每一晶块的个数少于3个或多于50个的情况下，模压冲压断面的轧制平行方向(RD)与轧制垂直方向(TD)的剪切面长度(S)与断裂面长度(D)之比(SRD/DRD)和(STD/DTD)变得过大，在模压加工时产生各向异性，进而容易产生凹陷、毛刺、塌边。因此，模压加工变得不稳定，在小型连接器的成型时，会产生尺寸偏差或在弹簧特性(接触压力、位移量)方面产生偏差，从而特性恶化。
需要说明的是，S取向晶粒在60μm见方内优选为4个以上45个以下，进而更优选为5个以上40个以下。这样，只要S取向晶粒更多地分布，则更优选。
本实施方式的铜合金板材中，S取向{231}<3-46>的晶粒的平均晶粒面积为1.0μm2以上300μm2以下，优选为2.0μm2以上250μm2以下，更优选为2.0μm2以上200μm2以下。
需要说明的是，本发明的铜合金板材中，作为S取向以外的晶体取向，产生Cube取向{0 0 1}<1 0 0>、Copper取向{1 2 1}<1 -1 1>、D取向{4 11 4}<11-8 11>、Brass取向{11 0}<1-1 2>、Goss取向{1 1 0}<0 0 1>、R1取向{2 3 6}<3 8 5>、RDW取向{1 0 2}<0 -1 0>等。关于这些取向成分的面积率，只要S取向面积率相对于所观测的所有取向的面积为上述范围，则可以为任意值。
(晶体取向分析)
在上述晶体取向的分析中使用电子背散射衍射(下文中记为EBSD)法。EBSD法是Electron BackScatter Diffraction的简称，是使用在扫描电子显微镜(SEM)内对样品表面的1点照射电子射线时产生的反射电子衍射图案(EBSP：electron back-scatteringpattern，电子背散射图案)来分析局部区域的晶体取向或晶体结构的晶体取向分析技术。
在上述晶体取向的分析中，作为S取向{231}<3-46>的晶粒，对自S取向的理想取向起±15°以内的晶粒全部进行统计。利用EBSD法进行的取向分析中所获得的信息包含电子射线侵入样品的几10nm的深度为止的取向信息，但相对于测定的宽度足够小，因而在本说明书中以取向晶粒个数、面积率的形式记载。另外，取向分布是在板厚方向上一半的位置代表整体，利用EBSD法进行的取向分析在板厚方向上将样品的ND面切削至一半的位置，并且在该位置处的平面上利用EBSD法进行取向分析。
例如在利用EBSD法进行的晶体取向分析中，以0.5μm步长进行扫描，将其中的60μm见方设为1晶块，进行2晶块以上的分析。将1晶块的面积(60μm×60μm＝3600μm2)T乘以该晶块的S取向面积率R而求出每1晶块的S取向晶粒的总面积Ts，将该总面积Ts的值除以1晶块内的S取向晶粒的个数Ns，求出1晶块内的S取向的每1个晶粒的平均面积、即平均晶粒面积A＝Ts/Ns。
进行分析的晶块数只要为2晶块以上即可，但为了提高分析结果的精度，优选使晶块数尽可能多。
(制造方法)
接着，对本发明的铜合金板材的制造方法的优选实施方式进行说明。
本实施方式的铜合金板材为了控制S取向晶粒的平均晶粒面积、分散性，对均质化热处理前的铸块以冷轧施加应变，一边保持固溶热处理前不发生再结晶的温度带一边实施轧制，由此能够将轧制材料整体的应变的导入与解除控制为适当的状态。由此，能够使上述S取向晶粒等分散。另外，同时也能够控制S取向晶粒的平均晶粒面积。
下面，详细地进行说明。
首先，现有的析出型铜合金的制造方法为下述方法：将上述铜合金原料熔解[工序1]、铸造[工序2]，得到铸块。将该铸块在热处理炉中进行均质化热处理[工序4]，并进行热轧[工序5]后，进行冷却[工序6]。接着，为了去除材料表面的氧化覆膜而进行平面切削[工序7]。之后，以轧制加工率80％以上进行冷轧[工序8]而得到薄板。之后，进行使薄板材的溶质原子再固溶的中间固溶热处理[工序10]。在该中间固溶热处理[工序10]后，依次进行时效析出热处理[工序11]、精冷轧[工序12]、调质退火[工序13]、酸洗/表面研磨[工序14]，满足所需的强度与电导率。
为了制造本发明的铜合金板材，其制造方法包括以下各工序而成：对于将铜合金原料熔解、铸造而得到的铸块，通过轧制加工施加应变的工序；之后，实施热处理与轧制，进而通过冷轧成型为薄板后，一边加热至小于上述薄板的再结晶温度一边进行轧制，之后，进行使薄板中的溶质原子再固溶的中间固溶热处理。
上述铜合金原料具有下述组成：含有1.0质量％以上5.0质量％以下的Ni、0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，根据需要分别以规定量含有选自由Sn、Zn、Mg、Mn、Cr、Co、Fe和Ag组成的组中的至少1种副添加元素，剩余部分由铜和不可避免的杂质构成。
此处所说的轧制加工率是指将轧制前的截面积减去轧制后的截面积所得到的值除以轧制前的截面积并乘以100，以百分比表示的值。即，以下式表示。
[轧制加工率]＝{([轧制前的截面积]－[轧制后的截面积])/[轧制前的截面积]}×100(％)
对将本发明的铜合金板材的各工序的条件更详细地设定后的制造条件进行说明。
在熔解[工序1]和铸造[工序2]中，利用高频熔炉将下述合金原料熔解，将其以0.1℃/秒以上100℃/秒以下的冷却速度冷却而得到铸块，该合金原料至少含有1.0质量以上5.0质量％以下的Ni，含有0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，关于其他副添加元素，按照分别以规定量含有的方式混配元素，剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成。接着，对于该铸块，在铸块的长度方向和宽度方向分别以合计5％以上的轧制加工率进行轧制1[工序3]。此处，各自的轧制次数设为2次以上。对该轧制材料以800℃以上1050℃以下实施3分钟至10小时的均质化热处理[工序4]。之后，以合计轧制加工率50％以上进行热轧[工序5]后，实施基于水淬火的冷却[工序6]和去除表面氧化膜的平面切削[工序7]，得到薄板。
接着，以50％以上的轧制加工率进行冷轧2[工序8]，一边以到达温度为300℃以上600℃以下的方式进行加热，一边以轧制加工率为30％以上的方式进行轧制加工3(冷轧3)[工序9]。之后，实施升温速度为5℃/秒以下、到达温度为800℃、在到达后进行骤冷(水冷)的固溶热处理[工序10]，进行以升温速度5℃/秒、到达温度400℃以上、保持时间10分钟～10小时实施热处理的时效析出热处理[工序11]。接着，以合计的轧制加工率为5％以上的方式进行冷轧4[工序12]，进行升温速度为10℃/秒、到达温度为300℃以上、在温度到达后进行骤冷的最终退火[工序13]，为了去除板材表层的氧化膜和调整表面粗糙度，进行酸洗/表面研磨[工序14]。如此，制作铜合金板材。
接着，对将各工序的条件更详细地设定后的实施方式进行说明。
本实施方式中，在熔解[工序1]、铸造[工序2]中，添加所需的副添加元素，从液相凝固成固相。此处，优选以0.1℃/秒以上100℃/秒以下的冷却速度进行冷却。若冷却速度过慢，则为了得到1个铸块需要花费时间，生产率降低。另一方面，若冷却速度过快，则冷却后的铸块的内部应力升高，对后续工序中的制造性造成不良影响。因此，在上述范围适当地进行条件选定。
接着，进行轧制1[工序3]，其为对于铸块实施在长度方向和宽度方向各为2次以上、各自的合计轧制加工率为5％以上的轧制加工。此处，为了S取向的发展，在以高温保持的均质化热处理[工序4]之前，进行轧制加工。通过此处的轧制，使S取向发展，并且形成在均质化热处理[工序4]中的再结晶时容易使S取向发展的组织。由此，通过轧制1[工序3]，能够控制使S取向晶粒以何种程度等分散地生成。
接着，在均质化热处理[工序4]中，实施保持温度为800℃以上1050℃以下、保持时间为3分钟～10小时的热处理，之后，进行热轧[工序5]。在均质化热处理中，以产生一部分再结晶、使热轧中的强压下所致的变形阻力降低、进而使铸造冷却中的析出物等固溶作为目的进行热处理。进而，在热轧[工序5]中，在800℃以上1050℃以下的温度区域，以合计轧制加工率50％以上进行热轧。此处，进行用于破坏铸造组织或偏析而形成均匀组织的加工、以及为了通过动态再结晶实现晶粒的微细化而进行热轧加工。在热轧结束后，通过水冷快速地进行冷却(称为水淬火)[工序6]，得到薄板。
接着，为了去除表面的氧化膜而进行平面切削[工序7]，进行合计轧制加工率为50％以上的冷轧2[工序8]后，使轧制中的温度为300℃以上600℃以下而加热，进行合计轧制加工率为30％以上的轧制加工3[工序9]。通过该轧制加工，使S取向的晶粒一边适度地等分散一边发展。此处，若轧制中的温度过低，则S取向不会充分地发展，若温度过高，则发生再结晶而使S取向的平均晶粒面积粗大化。在轧制后进行骤冷，以升温速度5℃/秒以上、到达温度800℃以上进行固溶热处理[工序10]。此处，在时效析出热处理[工序11]中，为了使NiSi化合物高密度地析出，使添加元素固溶。在之前的工序为止所形成的S取向也因一部分再结晶而发生晶粒生长，但调整为不过度地发生晶粒生长的程度。
(由铜合金板材得到的特性)
根据以上本实施方式的铜合金板材，可获得充分的模压冲压加工性，同时可获得0.2％屈服强度为700MPa以上、进一步优选为750MPa以上。进而，作为弯曲加工性，在180°弯曲加工中，在以与板厚相同的弯曲半径进行加工时，在弯曲表面不产生裂纹。另外，电导率可获得25％IACS以上。需要说明的是，以下对模压冲压加工性进行详细说明。
(模压冲压加工性的评价)
对本实施方式的铜合金板材所要求的特性之一、即模压冲压加工性的评价方法进行说明。
在图3的(A)～图3的(D)中示意性地示出使用模具(冲头、模头)对板材进行冲压加工时的截面。图中，Specimen是指(板材)试样，Punch是指冲头，B.H.是指压料板(BlankHolder)，Die是指模头(dies)，Genesis of crack是指裂纹的起源(开端)，Coalescence ofcrack是指裂纹的合并，Shear droop是指剪切的塌边(下垂)，Sheared surface是指剪切面，Fracture surface是指断裂面，并且Burr是指毛刺。上述“B.H.”为按压材料(板材)的部件。
图3的(A)～图3的(C)中，示出了模压加工中的模具的运动、及材料至断裂为止的变化。根据材料至断裂为止的变化决定塌边、毛刺、凹陷、剪切面、断裂面的形成方式，因而图3的(A)～图3的(C)中的材料变形的说明很重要。(虽然仅示出了一般的模压加工与材料变形)。图3的(D)是板材的模压冲压加工结束后的代表性的模压截面，示出了塌边、剪切面、断裂面各自的位置。
关于模压冲压加工性，将脱脂后的铜合金板材设置于多种具有条件间隙的模具，利用模压机在轧制平行方向与轧制垂直方向分别进行冲压加工。冲压后的断面利用光学显微镜、SEM(扫描电子显微镜)进行观察。剪切面、断裂面上的塌边、毛刺、凹陷利用SEM以高倍率观察，并进行评价。
作为这种评价的结果，在模压冲压断面上的剪切长度与断裂长度之比为特定关系的情况下，得到良好的模压冲压加工性。使用图2对此进行说明。
即，在图2的(a)～图2的(c)中示出模压冲压加工后的本实施方式的铜合金板材1。图2中，将轧制平行方向表示为RD，将厚度方向表示为TD，将轧制面的法线方向表示为ND。如图2的(a)所示，通过模压冲压在铜合金板材1形成多个引脚1a。以将这些引脚1a一个一个切开的方式切开铜合金板材1，由此制造超小型端子。如图2的(b)所示，将引脚1a的模压冲压断面的从轧制平行方向(RD)观察时的剪切面2a的剪切面长度设为SRD，将断裂面2b的断裂面长度设为DRD。将图2的(c)所示的模压冲压断面的从轧制垂直方向(TD)观察时的剪切面3a的剪切面长度设为STD，将断裂面3b的断裂面长度设为DTD。
此时，在比(SRD/DRD)为1.0以下、比(STD/DTD)为1.0以下、进而其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}为0.8以上1.2以下的情况下，难以发生剪切面、断裂面的塌边、毛刺、凹陷，因而视为模压冲压加工性良好。
本实施方式的铜合金板材的模压冲压加工性满足上述数值范围。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1～16和比较例1～9)
将含有表1所示的各种含量的Ni、Si以及分别为规定量的副添加元素、且剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成的合金原料利用高频熔炉熔解[工序1]，将其以0.1℃/秒至100℃/秒的冷却速度冷却并铸造[工序2]，得到铸块。
进行轧制1[工序3]，即对于该铸块实施在长度方向和宽度方向各为2次以上、各自的合计轧制加工率为5％以上的轧制加工，之后，进行保持温度为800～1050℃、保持时间为3分钟～10小时的均质化热处理[工序4]后，以800℃以上1050℃以下、合计轧制加工率50％以上进行热轧[工序5]，进而进行基于水淬火的冷却[工序6]，得到薄板。接着，为了去除板材表面的氧化膜而进行平面切削[工序7]后，以合计轧制加工率50％以上进行冷轧2[工序8]，得到薄板。接着，使轧制中的温度为300℃以上600℃以下而加热，进行合计轧制加工率为30％以上的轧制加工3[工序9]。之后，实施升温速度为5℃/秒以上、到达温度为800℃、在到达后进行骤冷的固溶热处理[工序10]。之后，进行以升温速度5℃/秒以下、到达温度400℃以上、保持时间10分钟～10小时实施热处理的时效析出热处理[工序11]。接着，以合计的轧制加工率为5％以上的方式进行冷轧4[工序12]，并进行升温速度为10℃/秒以下、到达温度为300℃以上、在温度到达后进行骤冷的最终退火[工序13]，为了去除板材表层的氧化膜及调整表面粗糙度而进行酸洗/表面研磨[工序14]，制作铜合金板材的样品(各实施例和比较例)。各样品的板厚设为0.08mm。
关于这些实施例1至16及比较例1至9各自的组成和特性，如表1和表2所示。
需要说明的是，在各热处理、轧制后，根据材料表面的氧化或粗糙度的状态进行酸清洗或表面研磨，根据形状利用拉伸矫直机进行矫正。
对各样品进行了下述特性调查。
(a)S取向面积率
此处，将端子形成前的条材作为样品进行测定。由此能够确保非常大的测定面积，因而以纵5晶块×横5晶块的合计25晶块进行测定。
即，将样品的轧制面(ND面)设为削入至板厚的一半厚度位置的平面，对其中的90,000μm2(300μm×300μm)的测定面积通过EBSD法进行测定。需要说明的是，此时，关于该测定面积，是将60μm×60μm作为1晶块并在1视野内分割为5晶块×5晶块的合计25晶块(300μm×300μm＝90,000μm2)，对其分别进行分析。该情况下的电子射线将来自扫描型电子显微镜的钨丝的热电子作为产生源，关于扫描步长，为了测定微细的晶粒而如上所述设为0.5μm步长。在分析中，求出各晶块(60μm×60μm)的S取向的晶粒的个数、平均晶粒面积。
(b)模压冲压加工性
关于铜合金板材的模压冲压加工，在将板材表面清洗、脱脂后，设置于专用的模具，进行宽度为5mm的冲压加工。模具的间隙为5％，对于轧制平行方向(RD)与轧制垂直方向(TD)的2个方向进行模压冲压加工。此时，利用冲压面两侧的导向件将板材固定。需要说明的是，对模具涂布润滑油后进行。模压冲压后的断面进行SEM观察，求出轧制平行方向(RD)和轧制垂直方向(TD)的剪切面长度(S)与断裂面长度(D)之比(SRD/DRD)和(STD/DTD)。另外，求出其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}，并利用上述详细说明的评价方法进行评价。
(c)180°U弯曲试验(180°密合弯曲试验)
以垂直于轧制方向宽度为0.25mm、长度为1.5mm的方式通过利用模压的冲压进行加工。将对试验材料以弯曲的轴与轧制方向为直角的方式进行了W弯曲的试验材料作为GW(Good Way)，将以弯曲的轴与轧制方向平行的方式进行了W弯曲的试验材料作为BW(BadWay)，根据日本伸铜协会技术标准JCBA-T307(2007)进行90°W弯曲加工后，利用压缩试验机不附加内侧半径而进行180°密合弯曲加工。利用100倍的扫描型电子显微镜观察弯曲加工表面，调查有无裂纹。将无裂纹的情况表示为A(良)，将有裂纹的情况表示为D(差)。关于此处的裂纹的尺寸，最大宽度为30μm～100μm，最大深度为10μm以上。
(d)0.2％屈服强度[Y]
对于试验片，以垂直于轧制方向宽度为0.25mm、平行于轧制方向长度为1.5mm的方式通过利用模压的冲压进行加工。在该加工中，根据下述式(2)，由至各试验片的弹性极限为止的压入量(位移)计算出屈服强度[Y](MPa)。
Y＝{(3E/2)×t×(f/L)×1000}/L (2)
E为挠曲系数，t为板厚，L为固定端与负荷点的距离，f为位移(压入深度)。
将0.2％屈服强度为700MPa以上的情况设为合格，将小于700MPa的情况设为不合格。
(e)电导率[EC]
在保持为20℃(±0.5℃)的恒温槽中，利用四端子法计测电阻率，计算出电导率。需要说明的是，端子间距离为100mm。
将电导率为25％IACS以上的情况设为合格，将小于25％IACS的情况设为不合格。
如表2所示，在实施例1至实施例16的制造条件下，轧制1[工序3]设为：对于铸块，长度方向的合计轧制加工率为5％以上，轧制次数为2次以上，宽度方向的合计轧制加工率为5％以上，轧制次数为2次以上。此时，关于铸块的长度，以轧辊的宽度以下进行制作。另外，在冷轧3[工序9]中，以合计轧制加工率30％以上、轧制中的加热温度400℃以上进行轧制加工。金属组织按照下述方式进行控制：实施例1至实施例16的60×60μm见方内的S取向{231}<3-46>晶粒的个数为3个以上50个以下，60×60μm见方内的S取向{231}<3-46>晶粒的平均晶粒面积为1μm2以上300μm2以下。
由此，实施例1至实施例16的轧制平行方向(RD)和轧制垂直方向(TD)的剪切面长度(S)与断裂面长度(D)之比(SRD/DRD)和(STD/DTD)均为1.0以下，进而其各向异性{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}为0.8以上且1.2以下，能够实现良好的模压冲压加工性。
与此相对，在比较例1至比较例9中，结果如下：不满足本发明的制造方法中的规定、或上述S取向的参数(个数、平均晶粒面积)，模压冲压加工性差，弯曲加工性也差。
如表1、表2所示，在满足本发明的范围的情况下、即具有下述组成：含有1.0质量％以上5.0质量％以下的Ni、0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，分别以规定的含量含有选自由Sn、Zn、Mg、Mn、Cr、Co、Fe、Ag和B组成的组中的至少1种，剩余部分由铜和不可避免的杂质构成，在与轧制面平行且板厚的一半厚度位置处的平面的利用电子背散射衍射法进行的晶体取向分析中，具有自S取向{231}<3-46>的偏移为15°以内的取向的晶粒在60μm见方内分布3个以上50个以下，该晶粒的平均晶粒面积为1.0μm2以上300μm2以下，则模压冲压断面的轧制平行方向(RD)和轧制垂直方向(TD)的剪切面长度(S)与断裂面长度(D)之比(SRD/DRD)和(STD/DTD)为1.0以下，进而其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}为0.8以上且1.2以下，显示出各向异性小的优异的模压冲压加工性，0.2％屈服强度、弯曲加工性的特性均良好。0.2％屈服强度值显示为700MPa以上，弯曲加工性在180°U弯曲的顶点部未产生裂纹。
因此，满足本发明的要件的铜合金板材可作为适合于电气/电子设备用的连接器、继电器、开关、插座、汽车车载用的连接器等的铜合金板材来提供。
与此相对，如表2所示，比较例的样品为任一种特性差的结果。即，比较例1、3、4、7～9中，60μm见方内的S取向{231}<3-46>的晶粒的个数少或多，因此比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}小于0.8或大于1.2，模压冲压加工性(各向异性)差，弯曲加工性差。比较例2、5、6中，S取向平均晶粒的面积过小，在比较例2中轧制平行方向(RD)和轧制垂直方向(TD)的(SRD/DRD)和(STD/DTD)分别大于1.0，模压冲压加工性(各向异性)差。另外，比较例1～9均是弯曲加工性差。比较例3中，轧制平行方向(RD)与轧制垂直方向(TD)之比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}小于0.8，模压冲压加工性(各向异性)差，弯曲加工性差。进而，比较例3中，由于副添加元素过多，因而电导率差。比较例4中，60μm见方内的S取向{231}<3-46>的平均晶粒面积过大，因而轧制平行方向(RD)和轧制垂直方向(TD)的剪切面长度(S)与断裂面长度(D)之比(SRD/DRD)和(STD/DTD)小于0.8，模压冲压加工性(各向异性)差，弯曲加工性差。另外，比较例9中，由于未进行轧制1[工序3]与冷轧3[工序9]，因而析出强化不充分，0.2％屈服强度差。
结合其实施方式对本发明进行了说明，但本申请人认为，只要没有特别指定，则本发明不受说明的任何细节的限定，应当在不违反所附权利要求书所示的发明精神和范围的情况下进行宽泛的解释。
本申请要求基于2015年5月20日在日本提交申请的日本特愿2015-102952的优先权，以参考的形式将其内容作为本说明书记载的一部分引入本说明书。
符号说明
1 铜合金板材
1a 引脚
RD 轧制平行方向
TD 厚度方向
ND 轧制面的法线方向
2a 剪切面
2b 断裂面
SRD 从轧制平行方向(RD)观察时的剪切面长度
DRD 从轧制平行方向(RD)观察时的断裂面长度
3a 剪切面
3b 断裂面
STD 从轧制垂直方向(TD)观察时的剪切面长度
DTD 从轧制垂直方向(TD)观察时的断裂面长度

Claims (3)

1.一种铜合金板材，其特征在于，其具有下述组成：含有1.0质量％以上5.0质量％以下的Ni、0.1质量％以上2.0质量％以下的Si，进而含有选自由0～0.5％质量％的Sn、0～1.0质量％的Zn、0～0.2质量％的Mg、0～0.15质量％的Mn、0～0.2质量％的Cr、0～1.5质量％的Co、0～0.02质量％的Fe和0～0.1质量％的Ag组成的组中的至少一种，并且剩余部分由铜和不可避免的杂质构成，
在与轧制面平行且板厚的一半厚度位置处的平面的利用电子背散射衍射法进行的晶体取向分析中，具有自S取向{231}<3-46>的偏移为15°以内的取向的晶粒在60μm见方内分布3个以上50个以下，并且，
具有自S取向{231}<3-46>的偏移为15°以内的取向的晶粒的平均晶粒面积为1.0μm2以上300μm2以下，
在60μm见方内，具有自S取向{231}<3-46>的偏移为15°以内的取向的晶粒的总晶粒面积为3μm2以上1475μm2以下，并且，该总晶粒面积率为0.08％以上41％以下。
2.如权利要求1所述的铜合金板材，其中，从以轧制平行方向RD为法线的一侧观察所述铜合金板材的模压冲压断面时，剪切面长度SRD与断裂面长度DRD之比SRD/DRD为1.0以下，从轧制垂直方向TD观察时，剪切面长度STD与断裂面长度DTD之比STD/DTD为1.0以下，进而其比(SRD/DRD)/(STD/DTD)为0.8以上1.2以下。
3.一种铜合金板材的制造方法，其包括下述各工序而成，
将提供权利要求1所述的铜合金组成的铜合金原料熔解[工序1]，
以0.1℃/秒至100℃/秒的冷却速度冷却，进行铸造[工序2]，得到铸块，
对于该铸块，实施在长度方向和宽度方向各为2次以上、合计轧制加工率为5％以上的轧制加工的轧制1[工序3]，
进行保持温度为800℃以上1050℃以下、保持时间为3分钟～10小时的均质化热处理[工序4]后，
以800℃以上1050℃以下、合计轧制加工率50％以上进行热轧[工序5]，
进而进行基于水淬火的冷却[工序6]，得到薄板，
进行平面切削[工序7]后，
以合计轧制加工率50％以上进行冷轧2[工序8]，得到薄板，
使轧制中的温度为300℃以上600℃以下而加热，进行合计轧制加工率为30％以上的轧制加工3[工序9]后，
实施升温速度为5℃/秒、到达温度为800℃、在到达后进行骤冷的固溶热处理[工序10]，
进行以升温速度5℃/秒、到达温度400℃以上、保持时间10分钟～10小时实施热处理的时效析出热处理[工序11]后，
以合计的轧制加工率为5％以上的方式进行冷轧4[工序12]，
进行升温速度为10℃/秒、到达温度为300℃以上、在温度到达后进行骤冷的最终退火[工序13]，
进行酸洗/表面研磨[工序14]。
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