CN111406122B - 铜合金板材及其制造方法以及电气电子设备用散热部件及屏蔽壳体 - Google Patents

铜合金板材及其制造方法以及电气电子设备用散热部件及屏蔽壳体 Download PDF

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Abstract

本发明的铜合金板材具有下述合金组成并且具有轧制织构，所述合金组成含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，余量由Cu及不可避免的杂质构成，对于前述轧制织构而言，由基于EBSD的织构分析得到的、β‑纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值在3.0以上且25.0以下的范围内，前述铜合金板材的轧制平行方向的拉伸强度为600MPa以上，在依据JBMA T304：1999的条件下加工成100mm长的条状而得到的试验片的翘起高度为2.0mm以下，所述铜合金板材的散热性优异，具有充分的强度，残余应力小，弯曲加工性优异。

Description

铜合金板材及其制造方法以及电气电子设备用散热部件及屏 蔽壳体
技术领域
本发明涉及适合用于例如电气电子设备的散热部件等的铜合金板材及其制造方法以及电气电子设备用散热部件及屏蔽壳体(shielding case)。
背景技术
例如，安装于电子设备的半导体部件、液晶显示器的增强用的部件中使用了强度高的不锈钢(SUS)。但是，随着近年来的电子设备的高性能化、电池容量的大型化，来自各安装部件的发热量有增加的倾向。若如上述这样发热量增加，则有发生终端内的部件的变形、性能降低的担心，因此，作为用作半导体部件、液晶显示器的增强用的部件的不锈钢(SUS)的替代材料，散热性优异的铜合金受到关注。
铜合金、例如Cu-Ni-Si合金由于热导率为175W/m·K，为不锈钢例如SUS304(H)的热导率(16.7W/m·K)的10倍以上，因此与不锈钢相比具有显著优异的散热性(使热扩散并放出的特性)。另外，不锈钢例如SUS304(H)具有1000MPa以上的拉伸强度，但对于电气电子设备用散热部件、屏蔽壳体而言，具有600MPa以上的强度即足矣。需要说明的是，热导率可通过激光闪光法来实际测量，而且与电导率呈线形(比例)关系，因此可以通过测定电导率来算出。(例如参见非专利文献1)
另外，不锈钢(SUS)虽然由于通常为高强度而适合作为保护半导体、液晶显示器的材料，但半导体、液晶显示器发热时的散热性对于电池容量进行了大型化的电子设备等而言不充分，因此有难以抑制模块整体的发热的状况，结果有模块整体的温度上升从而电气电子设备发生故障的担心。
另一方面，以往的铜系材料比不锈钢散热性优异，因此例如作为电气电子设备的增强壳体使用时，能够改善散热性，但是难以得到作为增强壳体所需的强度(600MPa以上)。
另外，由以往的铜系材料形成的板用于以半导体部件、液晶显示器的散热和保护为目的的增强壳体的情况下，若存在残余应力，则在组装后会给基板、其他部件施加应变，因此容易发生性能恶化。
进而，散热部件中使用的材料由于加工成规定形状的增强壳体，因此特别是也包括加工成小型散热部件的情况在内来进行设计时，还需要具备优异的弯曲加工性。
关于使用铜系材料作为构成散热部件的材料的已知技术，例如专利文献1中记载了一种铜合金板，其能够抑制在由纯铜或铜合金板制造散热部件的工艺的一部分中包括加热至650℃以上的温度的工艺的情况下的软化、电导率的降低，使经由加热至650℃以上的温度的工艺而制造的散热部件具有充分的强度和散热性能。
但是，专利文献1中记载的铜合金板是通过控制组成成分和制造条件来进行制造的，关于铜合金板的残余应力的改善并没有公开，此外，关于弯曲加工性，也仅有基于W弯曲试验方法的90°弯曲加工的评价结果，没有针对基于作为更严苛的弯曲试验的U弯曲试验(180°密合弯曲)的180°弯曲加工进行评价。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6031549号公报
非专利文献
非专利文献1：栗田敏广，“第4章 物理性质”伸铜品数据手册(第2版)，日本伸铜协会，2009年3月，p53-58
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的目的在于，提供比不锈钢散热性优异、而且即使在用作例如电气电子设备的增强壳体的情况下也具有充分的强度、此外残余应力小、弯曲加工性也优异的铜合金板材及其制造方法以及电气电子设备用散热部件及屏蔽壳体。
用于解决问题的方案
本发明的要旨构成如下所述。
(1)铜合金板材，其特征在于，具有下述合金组成并且具有轧制织构，所述合金组成含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，余量由Cu及不可避免的杂质构成，对于前述轧制织构而言，由基于EBSD的织构分析得到的、β-纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值在3.0以上且25.0以下的范围内，前述铜合金板材的轧制平行方向的拉伸强度为600MPa以上，在依据JBMAT304：1999的条件下加工成100mm长的条状而得到的试验片的翘起高度为2.0mm以下。
(2)铜合金板材，其特征在于，具有下述合金组成并且具有轧制织构，所述合金组成含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，余量由Cu及不可避免的杂质构成，对于前述轧制织构而言，由基于EBSD的织构分析得到的、β-纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值在3.0以上且25.0以下的范围内，前述铜合金板材的轧制平行方向的拉伸强度为600MPa以上，在分别进行了90°弯曲加工和180°弯曲加工后的各试验片的弯曲加工部的外表面上、使用激光显微镜在相对于弯曲的轴向垂直的方向上测定的高度曲线中，将弯曲褶皱或裂纹的深度设为M(μm)、将板厚设为t(μm)时，M/t比均为0.2以下。
(3)如上述(1)或(2)所述的铜合金板材，其特征在于，电导率为35～80％IACS，轧制平行方向的纵向弹性模量为110～145GPa。
(4)如上述(1)～(3)中任一项所述的铜合金板材，其特征在于，前述合金组成含有选自由Mg：0.05～0.5质量％、Cr：0.05～0.5质量％、Sn：0.05～0.25质量％、Zn：0.2～0.6质量％、Zr：0.05～0.15质量％及Mn：0.05～0.25质量％组成的组中的至少1种成分。
(5)如上述(1)～(4)中任一项所述的铜合金板材，其特征在于，前述轧制平行方向的拉伸强度为600～950MPa。
(6)铜合金板材的制造方法，其特征在于，其是制造上述(1)～(5)中任一项所述的铜合金板材的方法，其中，对铜合金原材料依次进行铸造[工序1]、均质化热处理[工序2]、热轧[工序3]、冷却[工序4]、表面切削[工序5]、第1冷轧[工序6]、固溶热处理[工序7]、时效析出热处理[工序8]、第2冷轧[工序9]、张力退火[工序10]、第3冷轧[工序11]及最终退火[工序12]，所述铜合金原材料具有下述合金组成：含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，前述张力退火[工序10]中，在到达温度为200～450℃、并且赋予150MPa以上的应力的条件下进行连续退火。
(7)电气电子设备用散热部件，其使用了上述(1)～(5)中任一项所述的铜合金板材。
(8)屏蔽壳体，其使用了上述(1)～(5)中任一项所述的铜合金板材。
发明的效果
本发明的铜合金板材具有下述合金组成并且具有轧制织构，所述合金组成含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，余量由Cu及不可避免的杂质构成，对于前述轧制织构而言，由基于EBSD的织构分析得到的、β-纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值在3.0以上且25.0以下的范围内，前述铜合金板材的轧制平行方向的拉伸强度为600MPa以上，而且，满足下述中的至少一者：在依据JBMA T304：1999的条件下加工成100mm长的条状而得到的试验片的翘起高度为2.0mm以下；以及，在分别进行了90°弯曲加工和180°弯曲加工后的各试验片的弯曲加工部的外表面上、使用激光显微镜在相对于弯曲的轴向垂直的方向上测定的高度曲线中，将弯曲褶皱或裂纹的深度设为M(μm)、将板厚设为t(μm)时，M/t比均为0.2以下，由此，能提供比不锈钢散热性优异、而且即使在用作例如电气电子设备的增强壳体的情况下也具有充分的强度、此外残余应力小、弯曲加工性也优异的铜合金板材及其制造方法以及电气电子设备用散热部件及屏蔽壳体。
附图说明
[图1]为通过EBSD进行测定并由ODF(取向分布函数)分析得到的、铜合金板材的代表性的晶体取向分布图，用轧制面内的2轴正交方向即与轧制方向平行的方向RD及板宽方向TD、和轧制面的法线方向ND这3个方向的欧拉角表示，即，将RD轴的取向旋转表示为Φ，将ND轴的取向旋转表示为Φ1，将TD轴的取向旋转表示为Φ2。
[图2]为示出从铜合金板材切出在狭缝应变测定方法中使用的条状试验片时的形状的俯视示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的铜合金板材的优选实施方式详细地进行说明。
依据本发明的铜合金板材具有下述合金组成并且具有轧制织构，所述合金组成含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，余量由Cu及不可避免的杂质构成，对于前述轧制织构而言，由基于EBSD的织构分析得到的、β-纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值在3.0以上且25.0以下的范围内，前述铜合金板材的轧制平行方向的拉伸强度为600MPa以上，而且，满足下述中的至少一者：在依据JBMA T304：1999的条件下加工成100mm长的条状而得到的试验片的翘起高度为2.0mm以下；以及，在分别进行了90°弯曲加工和180°弯曲加工后的各试验片的弯曲加工部的外表面上、使用激光显微镜在相对于弯曲的轴向垂直的方向上测定的高度曲线中，将弯曲褶皱或裂纹的深度设为M(μm)、将板厚设为t(μm)时，M/t比均为0.2以下。
此处，所谓“铜合金”，是指(为加工前，并具有规定的合金组成的)铜合金原材料被加工成规定的形状(例如，板、条、箔、棒、线等)而成者。另外，所谓“板材”，是指具有特定的厚度、形状上稳定、在面方向具有广度者，广义上为包括条材在内的含义。本发明中，板材的厚度没有特别限定，优选为0.05～1.0mm，进一步优选为0.1～0.8mm。需要说明的是，本发明的铜合金板材用轧制板的规定方向上的原子面的集聚率来规定其特性，这是因为作为铜合金板材具有这样的特性即可，铜合金板材的形状不限定于板材、条材。需要说明的是，本发明中，管材也可以解释为被包含在板材中的形状来进行处理。
＜合金组成＞
对本发明的铜合金板材的合金组成和其作用进行说明。需要说明的是，以下的合金组成的各成分的说明中，将“质量％”简单表示为“％”。此处，上述合金组成的成分中，含有范围的下限值记载为“0％”的元素成分是指适宜地根据需要任意添加至铜合金板材中的成分。即，元素成分为“0％”的情况下，是指该元素成分不包含在铜合金板材(或铜合金原材料)中、或者为小于检测限值的含量。
[Ni：0～4.5％，Co：0～2.0％，并且Ni及Co的合计含量为0.8～5.0％]
Ni(镍)及Co(钴)为具有通过与Si(硅)一起形成化合物并分散在母相中而表现出析出强化的作用的成分，本发明中，必须含有Ni及Co中的至少1种成分，具体而言，以Ni及Co的合计含量计设为0.8～5.0％。Ni及Co的合计含量小于0.8％时，不能充分发挥上述的作用。另一方面，Ni及Co的合计含量超过5.0％时，会产生进行溶质元素向母相中的固溶、电导率降低这样的问题。另外，Ni及Co的各含量的至少1种成分超过上述合适范围时，电导率和强度恶化。因此，本发明中，Ni含量设为0～4.5％，Co含量设为0～2.0％，并且Ni及Co的合计含量设为0.8～5.0％。需要说明的是，Ni及Co的各含量的下限值没有特别限定，从表现出最低限的析出强化的观点出发，均优选设为0.2％。
[Si：0.2～1.3％，并且(Ni+Co)/Si比为2.0～6.0]
Si(硅)为具有提高焊接时的耐热剥离性、耐迁移性的作用的元素。发挥所述作用的情况下，必须将Si含量设为0.2％以上。但是，Si含量超过1.3％时，导电性降低从而得不到充分的散热性。因此，Si含量设为0.2～1.3％。
另外，本发明中，进而，Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}必须为2.0～6.0。这是因为，前述(Ni+Co)/Si比小于2.0时，有因Si的固溶而电导率降低这样的问题，另外，前述(Ni+Co)/Si比超过6.0时，有电导率降低和拉伸强度降低的问题。
本发明中，以含有Ni及Co中的至少1种成分和Si的合金组成为基本，但可以根据所要求的性能来适宜含有选自Mg：0～0.5％、Cr：0～0.5％、Sn：0～0.25％、Zn：0～0.6％、Zr：0～0.15％及Mn：0～0.25％中的至少1种成分作为其他任意含有成分。
[Mg：0～0.5％]
Mg(镁)为具有提高应力缓和特性的作用的元素。发挥所述作用的情况下，优选将Mg含量设为0.05％以上。但是，Mg含量超过0.5％时，有使导电性降低的倾向。因此，Mg含量设为0～0.5％，优选设为0.05～0.5％。
[Cr：0～0.5％]
Cr(铬)以化合物、单质形式微细地析出，有助于析出固化。另外，通过以化合物形式而以50～500nm的大小析出，抑制晶粒生长，从而有使晶体粒径微细的效果，使弯曲加工性良好。发挥所述作用的情况下，优选将Cr含量设为0.05％以上。但是，Cr含量超过0.5％时，有使电导率和弯曲加工性降低的倾向。因此，Cr含量设为0～0.5％，优选设为0.05～0.5％。
[Sn：0～0.25％]
Sn(锡)通过添加来提高耐应力缓和特性。与分别添加的情况相比，一起添加的情况下因协同效应而进一步提高耐应力缓和特性。另外，有显著改善焊料脆化的效果。发挥所述作用的情况下，优选将Sn含量设为0.05％以上。但是，Sn含量超过0.25％时，有使电导率降低的倾向。因此，Sn含量设为0～0.25％，优选设为0.05～0.25％。
[Zn：0～0.6％]
Zn(锌)为具有改善弯曲加工性，并且改善Sn镀层、焊料镀层的密合性、迁移特性的作用的元素。发挥所述作用的情况下，优选将Zn含量设为0.2％以上。但是，Zn含量超过0.6％时，有使导电性降低的倾向。因此，Zn含量设为0～0.6％，优选设为0.2～0.6％。
[Zr：0～0.15％]
Zr(锆)以化合物、单质形式微细地析出，有助于析出固化。另外，通过以化合物形式而以50～500nm的大小析出，抑制晶粒生长，从而有使晶体粒径微细的效果，使弯曲加工性良好。发挥所述作用的情况下，优选将Zr含量设为0.05％以上。但是，Zr含量超过0.15％时，有使电导率降低的倾向。因此，Zr含量设为0～0.15％，优选设为0.05～0.15％。
[Mn：0～0.25％]
Mn(锰)在添加时提高热加工性，并且提高强度。发挥所述作用的情况下，优选将Mn含量设为0.05％以上。但是，Mn含量超过0.25％时，有使电导率、弯曲加工性降低的倾向。因此，Mn含量设为0～0.25％，优选设为0.05～0.25％。
[余量：Cu及不可避免的杂质]
上述的成分以外的余量为Cu(铜)及不可避免的杂质。不可避免的杂质是指在制造工序上不可避免地可包含的含有级别的杂质。不可避免的杂质根据含量的不同也会成为使加工性降低的因素，因此，优选将加工性的降低考虑进来而对不可避免的杂质的含量进行某种程度的抑制。关于作为不可避免的杂质可举出的成分，可举出例如Fe、Ti、C、S等元素。需要说明的是，对于不可避免的杂质的含量的上限值而言，每种上述成分设为0.05％以下、上述成分的合计设为0.15％以下即可。
＜轧制织构＞
本发明的铜合金板材具有轧制织构，对于该轧制织构而言，由基于EBSD的织构分析得到的、β-纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值为3.0以上且25.0以下，优选为4.0以上且22.5以下。此处，“取向密度”也表示为晶粒取向分布函数(ODF：crystalorientation distribution function)，在对织构的晶体取向的存在比率及分散状态进行定量分析时使用。对于取向密度，根据EBSD及X射线衍射测定结果，基于(100)正极点图、(110)正极点图、(111)正极点图等3种以上的正极点图的测定数据，通过基于级数展开法的晶体取向分布分析法来算出。
为了兼具散热性和各种部件的保护，材料强度和散热性的兼顾是不可或缺的，将由金属或合金形成的板材用作例如电气电子设备用散热部件、屏蔽壳体的情况下，该板材必须具备600MPa以上的拉伸强度TS和35％IACS以上的电导率。另外，将上述板材用作增强板的情况下，压入板材时的弹性变形量小者的部件与增强板及散热板的接触的可能性变低，能够保护部件，因此优选，为了使所述保护成为可能，例如板材的纵向弹性模量优选设为110GPa以上。进而，通过降低板材的残余应力，从而对周围的部件、基板的应力负荷消失，部件也不会因板材的影响而发生应变变形。进而，提高板材的电导率也使得散热性提高。特别是在以电子部件的保护为目的的屏蔽壳体的用途中使用的情况下，轧制平行方向的拉伸强度优选为600～950MPa。另外，在电子部件的散热构件的用途中使用的情况下，优选电导率为35～80％IACS，轧制平行方向的纵向弹性模量为110～145GPa。
本申请的发明人为了提高铜合金板材的拉伸强度、电导率及弯曲加工性，对其与轧制织构的关系进行了深入研究。其结果，通过在将合金组成限定为上述范围的基础上，将通过EBSD测定结果得到的、β-纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值控制为3.0以上且25.0以下，从而可得到600MPa以上的拉伸强度TS及110GPa以上的纵向弹性模量，并且还可得到优异的散热性(35％IACS以上的电导率)和优异的弯曲加工性。特别是为了将纵向弹性模量控制为110～145GPa，β-纤维的控制是重要的，β-纤维的取向密度小于3.0时，纵向弹性模量小于110GPa，取向密度超过25.0时，纵向弹性模量超过145GPa。另外，从向屏蔽壳体的加工性、散热性变良好的方面考虑，板材的伸长率设为0.5～10.0％、板材的表面粗糙度(Ra)设为0.1μm以上是优选的。为了控制伸长率，必须对最终退火[工序12]中的退火的到达温度进行调整。为了控制板材的表面粗糙度，必须进行各种冷轧中的轧辊的表面粗糙度的调整。
[基于EBSD测定的晶体取向的测定及分析]
本发明中的上述轧制织构的分析使用EBSD法。EBSD法为电子背散射衍射(Electron BackScatter Diffraction)的简称，是利用了在扫描电子显微镜(SEM)内对试样照射电子束时产生的反射电子菊池线衍射的晶体取向分析技术。通过EBSD法，测定面积设为64×104μm2(800μm×800μm)，对于扫描步长而言，由于对微细的晶粒进行测定，因此设为0.1μm，进行EBSD测定。分析中，根据64×104μm2的EBSD测定结果，通过分析确认了反极点图IPF(Inverse Pole Figure(反极图))。电子束以扫描电子显微镜的来自钨(W)丝的热电子为产生源。需要说明的是，测定时的探针直径为约0.015μm。EBSD法的测定装置使用株式会社TSL Solutions制OIM5.0(商品名)。在基于EBSD的晶粒的分析中得到的信息包含电子束侵入至试样的数10nm的深度为止的信息。另外，板厚方向的测定部位优选设为自试样表面起为板厚t的1/8倍～1/2倍的位置附近。
图1为通过EBSD进行测定并由ODF(取向分布函数)分析得到的、铜合金板材的代表性的晶体取向分布图，用轧制面内的2轴正交方向即与轧制方向平行的方向RD及板宽方向TD、和轧制面的法线方向ND这3个方向的欧拉角表示，即，将RD轴的取向旋转表示为Φ，将ND轴的取向旋转表示为Φ1，将TD轴的取向旋转表示为Φ2。此处，α-纤维在Φ1＝0°～45°的范围内集聚，β-纤维在Φ2＝45°～90°的范围内集聚。
本发明中，通过满足下述中的至少一者，可得到散热性和加工后的尺寸变化(残余应变量)小的、适合作为增强用板材的铜合金板材：将在依据JBMA T304：1999的条件下将板材加工成100mm长的条状后的翘起高度控制为2.0mm以下；以及，在分别进行了90°弯曲加工和180°弯曲加工后的各试验片的弯曲加工部的外表面上、使用激光显微镜在相对于弯曲的轴向垂直的方向上测定的高度曲线中，将弯曲褶皱或裂纹的深度设为M(μm)、将板厚设为t(μm)时，将M/t比均控制为0.2以下。在Cu的母相中，由Co及Ni中的至少1种成分和Si形成的第二相粒子析出，由此析出物抑制位错移动，从而材料强度上升。另外，Co与Ni相比，进行了固溶时的电导率的降低比例大，但对于时效处理中的析出量而言，与Cu-Ni-Si系合金中的NiSi化合物相比，Cu-Co-Si系中的CoSi化合物更多，有电导率变高的倾向。例如，通常的Cu-Ni-Si系合金(Cu-2.3％Ni-0.65％Si)的电导率为35％IACS左右，但Cu-Co-Si系合金为50％IACS以上，可得到高的电导率。另外，对于Cu-Co-Si系合金而言，虽然也根据制造条件而异，但时效析出后的(轧制平行方向的)拉伸强度为600MPa以上，可得到与Cu-Ni-Si合金同等水平的强度。
需要说明的是，作为使将板材加工成100mm长的条状后的翘起高度控制为2.0mm以下的方法、将M/t比控制为0.2以下的方法，例如，可举出后面在本发明的铜合金板材的制造方法中进行叙述的方法，即，在冷轧2[工序9]与冷轧3[工序11]之间进行张力退火[工序10](在到达温度为200～450℃、赋予150MPa以上的应力的同时进行连续退火)，由此将铜合金板材内部的组织的残余应变适度地释放，降低残余(内部)应力。
另外，对于M/t比的计算方法，可以在分别进行了90°弯曲加工和180°弯曲加工后的各试验片的弯曲加工部的外表面上，使用激光显微镜，在相对于弯曲的轴向垂直的方向上测定高度曲线，求出所测定的高度曲线中相邻的峰和谷的高低差最高的值作为褶皱或裂纹的深度M(μm)，由此算出M/t比。
＜铜合金板材的用途＞
本发明的铜合金板材可以用于各种用途，例如适合用于电气电子设备的散热部件、屏蔽壳体等。
＜本发明的铜合金板材的制造方法＞
接着，以下对本发明的铜合金板材的制造方法的一例进行说明。
本发明的铜合金板材的制造方法依次进行如下工序：对将具有上述合金组成的铜合金原材料熔化·铸造[工序1]而得到的铸锭(被轧制材料)，进行于800～1100℃的温度下保持10分钟～20小时的均质化热处理的均质化热处理工序[工序2]；在均质化热处理工序后，针对前述被轧制材料，以合计加工率为10～90％进行1道次以上的热轧的热轧工序[工序3]；在热轧工序后，以10℃/sec以上的平均冷却速度进行骤冷的冷却工序[工序4]；在冷却工序后进行前述被轧制材料的两面(每一面为1.0mm左右)的表面切削的表面切削工序[工序5]；在表面切削工序后，以合计加工率为75％以上进行1道次以上的冷轧的第1冷轧工序[工序6]；在第1冷轧工序后，在升温速度为100℃/sec以上、到达温度为700～1000℃、保持时间为1秒～30分钟及冷却速度为10～100℃/sec的条件下实施热处理的固溶热处理工序[工序7]；在固溶热处理工序后，在升温速度为10～200℃/sec、到达温度为300～800℃、保持时间为10秒～1小时及冷却速度为10～200℃/sec的条件下进行热处理的时效析出热处理工序[工序8]；以合计加工率为10～60％进行1道次以上的冷轧的第2冷轧工序[工序9]；在升温速度为1～100℃/秒、到达温度为200～450℃、赋予150MPa以上的张力(应力)的同时进行连续退火的张力退火工序[工序10]；以合计加工率为10～60％进行1道次以上的冷轧的第3冷轧[工序11]；及最终退火[工序12]。可以如此操作来制造本发明的铜合金板材。
此处所谓的“轧制加工率”，是将轧制前的截面积减去轧制后的截面积所得的值除以轧制前的截面积并乘以100而用百分率表示的值。即，由下式表示。
[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(％)
本发明中，上述制造方法之中，特别重要的是控制第1冷轧工序[工序6]、固溶热处理工序[工序7]、时效析出热处理工序[工序8]、第2冷轧工序[工序9]、张力退火工序[工序10]、第3冷轧[工序11]及最终退火[工序12]。即，通过将第1冷轧工序[工序6]中的合计加工率增大为75％以上，能够使轧制织构十分发达。
另外，在第1冷轧工序之后，在升温速度为100℃/sec以上、到达温度为700～1000℃、保持时间为1秒～30分钟及冷却速度为10～100℃/sec的条件下进行固溶热处理工序[工序7]，由此能够使轧制织构部分地恢复，从而控制Φ＝0～10°、Φ2＝0～90°的范围的取向密度。另一方面，在升温速度、到达温度、保持时间及冷却速度中的至少一者脱离上述合适范围的条件下进行固溶热处理工序[工序7]时，有如下担心：在其后进行的时效析出热处理工序[工序8]中，再结晶组织会无规化，不能成为规定的取向密度的合适范围。
进而，在固溶热处理工序之后，在升温速度为10～200℃/sec、到达温度为300～800℃、保持时间为10秒～1小时及冷却速度为10～200℃/sec的条件下进行时效析出热处理工序[工序8]，由此能够将β-纤维的取向密度控制为合适范围。
另外，进而在时效析出热处理工序之后，以合计加工率为10～60％进行第2冷轧工序[工序9]，由此能够形成再结晶组织，将Φ＝0～10°、Φ2＝0～90°的范围的取向密度控制在规定的范围。
此外，在第2冷轧工序之后，在升温速度为1～100℃/秒、到达温度为200～450℃、赋予150MPa以上的张力(应力)的条件下进行张力退火工序[工序10]，由此使得因加工引起的位错的导入与因热处理引起的位错的恢复的平衡变良好，能够适当地控制轧制织构以及拉伸强度。
另外，在张力退火工序之后，以合计加工率为10～60％进行第3冷轧[工序11]，由此能够使轧制织构发达，然后，进行最终退火[工序12]，由此能够得到β-纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值在3.0以上且25.0以下的范围内的目标组织及特性。
实施例
以下，基于实施例更详细地对本发明进行说明，但本发明不限定于这些。
(实施例1～13及比较例1～8)
实施例1～13及比较例1～8中，利用高频感应加热熔炼炉将以成为表1所示的成分组成的方式分别含有Ni及Co中的至少1种成分及Sn、以及根据需要添加的任意添加成分、且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铜合金原材料熔化，对其进行铸造[工序1]而得到铸锭。针对铸锭，进行保持温度为800～1100℃、保持时间为10分钟～20小时的均质化热处理[工序2]，然后，进行将合计加工率设为10～90％的热轧[工序3]后，进行基于水冷却的骤冷[工序4]。此后，为了去除表面的氧化膜，对轧制材料的表面和背面两面分别进行1.0mm左右的表面切削[工序5]。然后，进行将合计加工率设为75％以上的第1冷轧[工序6]后，在升温速度为100℃/sec以上、到达温度为700～1000℃、保持时间为1秒～30分钟及冷却速度为10～100℃/sec的条件下进行固溶热处理工序[工序7]，然后，在升温速度为10～200℃/sec、到达温度为300～800℃、保持时间为10秒～1小时及冷却速度为10～200℃/sec的条件下进行时效析出热处理工序[工序8]后，进行将合计加工率设为10～60％的第2冷轧工序[工序9]，接着，将升温速度设为1～100℃/秒，在表2所示的到达温度及赋予的张力(应力)的条件下进行张力退火工序[工序10]，然后，进行将合计加工率设为10～60％的第3冷轧[工序11]，然后，在200～600℃、1秒～1小时的条件下进行最终退火[工序12]，制作铜合金板材(供试材料)。将各实施例及各比较例中的制造条件和所得供试材料的特性示于表2。
对这些供试材料进行下述的特性调查。
[基于EBSD测定的晶体取向的测定及分析]
通过EBSD法，测定面积设为64×104μm2(800μm×800μm)，对于扫描步长而言，由于对微细的晶粒进行测定，因此设为0.1μm，进行EBSD测定。分析中，根据64×104μm2的EBSD测定结果，通过分析确认了反极点图IPF(Inverse Pole Figure(反极图))。电子束以扫描电子显微镜的来自钨(W)丝的热电子作为产生源。需要说明的是，测定时的探针直径为约0.015μm。EBSD法的测定装置使用株式会社TSL Solutions制OIM5.0(商品名)。在基于EBSD的晶粒的分析中得到的信息包含电子束侵入至试样的数10nm的深度为止的信息。另外，板厚方向的测定部位(n＝4)设为自试样表面起为板厚t的1/8倍～1/2倍的位置附近，根据这些测定部位的信息，算出β-纤维(Φ2＝45°～90°)的取向密度的平均值。
[拉伸强度及纵向弹性模量的计算]
对于拉伸强度和纵向弹性模量(杨氏模量)而言，根据通过对在与轧制方向平行的方向(轧制平行方向)以规定的试验片的尺寸切出的各供试材料(n＝3)进行基于JIS Z2241：2011的拉伸试验而得到的数据来算出。将算出的拉伸强度和纵向弹性模量的平均值(MPa)示于表2。
[残余应变(应力)的评价]
对于残余应变(应力)而言，依据JBMA T304：1999(狭缝应变测定方法)来进行评价。首先，从各供试材料，如图2所示那样在轧制平行方向切出长度L为220mm、宽度W为12mm以上、板厚为0.1～0.8mm的试验片，从试验片的一端(图2的B端)侧向另一端(图2的A端)侧，以0.5～1.0mm的间隔形成10条以上的宽度为2mm、长度(图2的尺寸X1与尺寸X2的合计尺寸)为120mm的切口(狭缝)后，将B端侧仅以尺寸X2(20mm)切断，以使狭缝长度X1成为100mm的方式来制作。然后，针对制作的各试验片，通过悬挂法测定翘起高度(翘曲)，根据该翘曲的测定值(mm)来评价残余应变(应力)。表2中示出其结果。本试验中，相对于JBMA T304：1999的测定方法，为了观察更微小的应变而增加了切口数。
[电导率(EC)]
对于各供试材料的电导率而言，在保持为20℃(±0.5℃)的恒温槽中通过四端子法测量电阻率的数值，根据测量的电阻率的数值来算出。需要说明的是，端子间距离设为100mm。表2中示出其结果。本实施例中，将供试材料的电导率为35％IACS以上的情况视为合格水平。
[弯曲加工性的评价]
对于弯曲加工性而言，通过基于W弯曲试验方法的90°弯曲加工、和基于U弯曲试验(180°密合弯曲)的180°弯曲加工这2种弯曲加工来进行评价。
＜90°弯曲加工＞
对于各实施例和各比较例的供试材料，将相对于轧制方向垂直地以成为宽度10mm、长度25mm的方式采取的轧制垂直方向试验片、和相对于轧制方向平行地以成为宽度10mm、长度25mm的方式采取的轧制平行方向试验片供于试验。将对轧制平行方向试验片以弯曲的轴相对于轧制方向呈直角的方式进行了W弯曲的情况设为GW(Good Way)，将对轧制垂直方向试验片以弯曲的轴相对于轧制方向呈平行的方式进行了W弯曲的情况设为BW(BadWay)，依据日本伸铜协会技术标准JCBA-T307(2007)进行90°W弯曲加工。板材的板厚为0.05～0.4mm，在表示90°W弯曲试验时的内侧弯曲半径R与板厚t的关系的R/t在轧制平行方向、轧制垂直方向均为0的条件下进行弯曲加工。
＜180°弯曲加工＞
对于各实施例和各比较例的供试材料，将相对于轧制方向垂直地以成为宽度1mm、长度10mm的方式采取的轧制垂直方向试验片、和相对于轧制方向平行地以成为宽度1mm、长度10mm的方式采取的轧制平行方向试验片供于试验。将对轧制平行方向试验片以弯曲的轴相对于轧制方向呈直角的方式进行了W弯曲的情况设为GW(Good Way)，将对轧制垂直方向试验片以弯曲的轴相对于轧制方向呈平行的方式进行了W弯曲的情况设为BW(Bad Way)，依据日本伸铜协会技术标准JCBA-T307(2007)进行90°W弯曲加工后，利用压缩试验机以不附加内侧半径的方式进行180°密合弯曲加工。板材的板厚为0.05～0.4mm，在表示180°U弯曲试验时的内侧弯曲半径R与板厚t的关系的R/t在轧制平行方向、轧制垂直方向均为2.0的条件下进行弯曲加工。
对于弯曲加工性而言，可以在分别进行了90°弯曲加工和180°弯曲加工后的各试验片的弯曲加工部的外表面上，使用激光显微镜在相对于弯曲的轴向垂直的方向上测定得到高度曲线，根据由该高度曲线算出的M/t比的数值来进行评价。具体而言，在分别进行了90°弯曲加工和180°弯曲加工后的各试验片的表面上，使用激光显微镜，在相对于弯曲的轴向垂直的方向上测定高度曲线，求出所测定的高度曲线中相邻的峰和谷的高低差最高的值作为褶皱或裂纹的深度M(μm)，由此算出M/t比。需要说明的是，对于高度曲线而言，在试验片宽度的中央位置的1个部位、和自中央位置向左右仅远离试验片宽度的四分之一距离的左右位置2个部位这合计3个部位对板厚的0.5倍以上的距离进行测定。本实施例中，将M/t为0.2以下的情况视为弯曲加工性处于合格水平。
[表1]
Figure BDA0002504476280000171
[表2]
Figure BDA0002504476280000181
根据表2所示的结果，对于实施例1～15中的全部而言，由于合金组成、轧制织构及张力退火工序(工序10)的条件均是合适的，因此轧制平行方向的拉伸强度为600MPa以上，翘起高度(翘曲)为2.0mm以下且残余应变(应力)小，或者通过90°弯曲加工及180°弯曲加工这两种加工测定的M/t比小至0.2以下，弯曲加工性优异，此外，实施例1～15的导电性均高至35％IACS以上，轧制平行方向的纵向弹性模量也均为110～145GPa的范围。特别是对于实施例1～13中的全部而言，翘起高度(翘曲)为2.0mm以下且残余应变(应力)小，并且通过90°弯曲加工及180°弯曲加工这两种加工测定的M/t比小至0.2以下，弯曲加工性也优异。
另一方面，对于铜合金板材中的(Ni+Co)/Si比超过了本发明的合适范围的比较例1而言，拉伸强度为590MPa，小于600MPa，电导率也低至33.0IACS％。另外，对于铜合金板材中的Ni含量、Ni和Co的合计含量、及(Ni+Co)/Si比均超过了本发明的合适范围的比较例2而言，弯曲加工性差，电导率也低至24.0IACS％。进而，对于铜合金板材中的Co含量、及(Ni+Co)/Si比超过了本发明的合适范围的比较例3而言，弯曲加工性差，电导率也低至33.0IACS％。再进一步地，对于铜合金板材中的Ni含量、Ni和Co的合计含量、及(Ni+Co)/Si比均超过了本发明的合适范围的比较例4而言，弯曲加工性差，电导率也低至22.5IACS％。此外，对于张力退火工序中的到达温度及赋予应力中任一者在本发明的合适范围外、且β-纤维的取向密度的平均值在本发明的合适范围外的比较例5～8而言，翘起高度(翘曲)均大于2.0mm，残余应变(应力)均大，另外，比较例8的弯曲加工性也差。
产业上的可利用性
根据本发明，能提供比不锈钢散热性优异、而且即使在用作例如电气电子设备的增强壳体的情况下也具有充分的强度、此外残余应力小、弯曲加工性也优异的铜合金板材及其制造方法以及电气电子设备用散热部件及屏蔽壳体。
附图标记说明
W(残余应变评价用)试验片的宽度
L试验片的长度
X1狭缝长度
X2(端部的切除)尺寸

Claims (8)

1.铜合金板材，其特征在于，具有下述合金组成：
含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，
Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且
Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，
余量由Cu及不可避免的杂质构成，
所述铜合金板材具有轧制织构，
对于所述轧制织构而言，由基于EBSD的织构分析得到的、β-纤维在Φ2＝45°～90°的范围的取向密度的平均值在3.0以上且25.0以下的范围内，
所述铜合金板材的轧制平行方向的拉伸强度为600～950MPa，
电导率为35％IACS以上，
在依据JBMA T304：1999的条件下加工成100mm长的条状而得到的试验片的翘起高度为2.0mm以下。
2.铜合金板材，其特征在于，具有下述合金组成：
含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，
Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且
Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，
余量由Cu及不可避免的杂质构成，
所述铜合金板材具有轧制织构，
对于所述轧制织构而言，由基于EBSD的织构分析得到的、β-纤维在Φ2＝45°～90°的范围的取向密度的平均值在3.0以上且25.0以下的范围内，
所述铜合金板材的轧制平行方向的拉伸强度为600～950MPa，
电导率为35％IACS以上，
在分别进行了90°弯曲加工和180°弯曲加工后的各试验片的弯曲加工部的外表面上、使用激光显微镜在相对于弯曲的轴向垂直的方向上测定的高度曲线中，将弯曲褶皱或裂纹的深度设为M、将板厚设为t时，M/t比均为0.2以下，
其中，所述M和t的单位为μm。
3.如权利要求1或2所述的铜合金板材，其特征在于，电导率为35～80％IACS，轧制平行方向的纵向弹性模量为110～145GPa。
4.如权利要求1或2所述的铜合金板材，其特征在于，所述合金组成含有选自由Mg：0.05～0.5质量％、Cr：0.05～0.5质量％、Sn：0.05～0.25质量％、Zn：0.2～0.6质量％、Zr：0.05～0.15质量％及Mn：0.05～0.25质量％组成的组中的至少1种成分。
5.铜合金板材的制造方法，其特征在于，其是制造权利要求1～3中任一项所述的铜合金板材的方法，
其中，对铜合金原材料依次进行铸造[工序1]、均质化热处理[工序2]、热轧[工序3]、冷却[工序4]、表面切削[工序5]、第1冷轧[工序6]、固溶热处理[工序7]、时效析出热处理[工序8]、第2冷轧[工序9]、张力退火[工序10]、第3冷轧[工序11]及最终退火[工序12]，
所述铜合金原材料具有下述合金组成：含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，
所述张力退火[工序10]中，在到达温度为200～450℃、并且赋予150MPa以上的应力的条件下进行连续退火。
6.铜合金板材的制造方法，其特征在于，其是制造权利要求4所述的铜合金板材的方法，
其中，对铜合金原材料依次进行铸造[工序1]、均质化热处理[工序2]、热轧[工序3]、冷却[工序4]、表面切削[工序5]、第1冷轧[工序6]、固溶热处理[工序7]、时效析出热处理[工序8]、第2冷轧[工序9]、张力退火[工序10]、第3冷轧[工序11]及最终退火[工序12]，
所述铜合金原材料具有下述合金组成：含有Ni：0～4.5质量％、Co：0～2.0质量％、Si：0.2～1.3质量％、Mg：0～0.5质量％、Cr：0～0.5质量％、Sn：0～0.25质量％、Zn：0～0.6质量％、Zr：0～0.15质量％及Mn：0～0.25质量％，Ni及Co的合计含量为0.8～5.0质量％，并且Ni及Co的合计含量相对于Si含量的比{(Ni+Co)/Si}为2.0～6.0，并且，所述合金组成含有选自由Mg：0.05～0.5质量％、Cr：0.05～0.5质量％、Sn：0.05～0.25质量％、Zn：0.2～0.6质量％、Zr：0.05～0.15质量％及Mn：0.05～0.25质量％组成的组中的至少1种成分，
所述张力退火[工序10]中，在到达温度为200～450℃、并且赋予150MPa以上的应力的条件下进行连续退火。
7.电气电子设备用散热部件，其使用了权利要求1～4中任一项所述的铜合金板材。
8.屏蔽壳体，其使用了权利要求1～4中任一项所述的铜合金板材。
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