CN113272464A

CN113272464A - 铜合金材料

Info

Publication number: CN113272464A
Application number: CN202080008245.2A
Authority: CN
Inventors: 熊谷训; 秋山好之; 石田德和
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-08-17
Also published as: MX2021008292A; JP2020111789A; US20220106669A1; KR20210113213A; WO2020145397A1; EP3910085A1; EP3910085A4

Abstract

本发明的铜合金材料的特征在于，具有如下组成：含有0.15质量％以上且0.50质量％以下的范围内的Mg和0.20质量％以上且0.90质量％以下的范围内的Cr，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，所述铜合金材料的抗拉强度为600MPa以上，伸长率为3％以上。优选所述铜合金材料的导电率为60％IACS以上。

Description

铜合金材料

技术领域

本发明涉及一种例如用于汽车和设备的配线、机械手用导线及飞机用导线等的铜合金材料。

本申请主张基于2019年1月11日于日本申请的专利申请2019-003371号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

以往，作为汽车配线用及设备配线用的电线，提供了一种在将多条铜线缠绕在一起而成的电线导体上包覆有绝缘覆膜的电线。并且，为了有效地进行配线等，提供了一种将多条这些电线捆绑在一起的线束。

近年来，从环境保护的观点出发，为了减少从汽车排出的二氧化碳量，强烈要求汽车车身的轻量化。另一方面，汽车的电子化正在发展，而且混合动力汽车和电动汽车的开发也在发展，用于汽车的电气系统的零件数量正在快速增加。由此，预计今后连接这些零件的线束的使用量会进一步增加，从而要求该线束的轻量化。

作为将线束轻量化的方案，减小了电线及铜线的截面积。并且，通过减小电线导体及铜线的截面积，与线束的轻量化一并实现了小型化，还具有能够有效利用配线空间的优点。

以往，作为上述铜线，主要使用了由韧铜等纯铜材料构成的铜线，以吸收组装线束时或安装到汽车之后的振动造成的冲击为目的，使用了在高温下进行热处理后的软铜线。该纯铜材料具有高伸长率，因此处理性优异。

然而，纯铜材料对瞬间施加的拉伸荷载的承受力极弱，容易超出弹性变形区域而到达塑性变形区域，而且会在施加较强的荷载时断裂。即，由纯铜材料构成的铜线的伸长率足够，但强度不足。

由这种纯铜材料构成的铜线无法充分确保强度，因此未能通过减小截面积来实现轻量化和小型化。

因此，作为提高了强度的铜线，例如，在专利文献1、2中提出了一种由含有Sn的Cu-Sn合金制成的铜合金线。并且，在专利文献3中提出了一种由含有Mg的Cu-Mg合金制成的铜合金线。

上述Cu-Sn合金及Cu-Mg合金为通过固溶于铜中来提高强度的固溶强化型铜合金，与上述纯铜材料相比，强度得到充分提高。

而且，在专利文献4～6中提出了一种由含有Co及P的Cu-Co-P合金制成的铜合金线。并且，在专利文献7、8中提出了一种由含有Ni及Si的Cu-Ni-Si合金制成的铜合金线。

这些Cu-Co-P合金及Cu-Ni-Si合金为通过使析出物分散于铜的母相中来提高强度的析出强化型铜合金，与上述纯铜材料相比，强度得到充分提高。

专利文献1：日本特开2008-027640号公报

专利文献2：日本专利第2709178号公报

专利文献3：日本特开2009-174038号公报

专利文献4：日本特开2010-212164号公报

专利文献5：日本特开2014-025137号公报

专利文献6：日本特开2015-004126号公报

专利文献7：日本特开2008-266764号公报

专利文献8：日本特开2009-091627号公报

Cu-Sn合金及Cu-Mg合金等固溶强化型铜合金在通过冷加工成型的状态下强度虽高，但伸长率不足，组装线束时容易发生线弹起和线缠结，难以处理。作为改善固溶强化型铜合金的伸长率的方法，可考虑通过热处理来恢复组织。然而，固溶强化型铜合金在热处理温度达到软化点时抗拉强度和伸长率会急剧地发生变化，因此极难管理热处理条件，且难以精确地控制抗拉强度及伸长率。因此，即使在使用Cu-Sn合金及Cu-Mg合金等固溶强化型铜合金的情况下，也无法兼顾伸长率和强度，从而未能减小铜合金线的截面积。

另一方面，Cu-Co-P合金及Cu-Ni-Si合金等析出强化型合金在进行热处理时的温度范围较宽，控制相对容易，从而能够提高弹性及伸长率。然而，仅靠析出强化无法获得充分的强度，从而未能减小铜合金线的截面积。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种强度及伸长率充分优异且即使减小截面积也能够良好地进行处理的铜合金材料。

为了解决该问题，本发明的铜合金材料的特征在于，具有如下组成：含有0.15质量％以上且0.50质量％以下的范围内的Mg和0.20质量％以上且0.90质量％以下的范围内的Cr，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，所述铜合金材料的抗拉强度为600MPa以上，伸长率为3％以上。

由于具有上述特征的铜合金材料含有上述范围的Mg，因此能够通过固溶固化来充分提高强度。并且，由于含有上述范围的Cr，因此用于分散Cr系析出物的热处理时的温度范围较宽，控制相对容易，从而能够稳定地提高强度及伸长率。

并且，由于抗拉强度为600MPa以上且伸长率为3％以上，因此即使在减小铜合金材料的截面积的情况下，也能够抑制处理时的断线等的发生，能够容易地进行处理。

优选地，本发明的铜合金材料的导电率为60％IACS以上。

此时，由于导电率为60％IACS以上，因此Cr系析出物将充分析出分散，从而能够充分提高强度及伸长率。

并且，由于导电性(导热性)优异，因此尤其适合作为导电部件或传热部件等的基材。

并且，本发明的铜合金材料可以用作线材，且该铜合金材料的与长度方向正交的截面积可以在0.0003mm²以上且0.2mm²以下的范围内。

此时，由于该铜合金材料设为强度及伸长率优异的线材，因此即使减小截面积，也能够容易进行处理。

并且，由于与长度方向正交的截面积在0.0003mm²以上且0.2mm²以下的范围内，因此能够实现使用了该铜合金线的线束等各种零件的小型化及轻量化。

根据本发明，能够提供一种强度及伸长率充分优异且即使减小截面积也能够良好地进行处理的铜合金材料。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的铜合金材料的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下，对本发明的一实施方式的铜合金材料进行说明。

本实施方式的铜合金材料例如用作构成用于汽车等的配线的线束的绝缘电线的裸线。

本实施方式的铜合金材料为对应于将零件成型时的加工方法的形状，例如为板条材、线材/棒材、管材，在本实施方式中为线材。

本实施方式的铜合金材料为如下组成：含有0.15质量％以上且0.50质量％以下的范围内的Mg和0.20质量％以上且0.90质量％以下的范围内的Cr，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成。

并且，本实施方式的铜合金材料的抗拉强度为600MPa以上，且伸长率为3％以上。

优选地，本实施方式的铜合金材料的导电率为60％IACS以上。

并且，优选地，本实施方式的铜合金材料的与长度方向正交的截面积在0.0003mm²以上且0.2mm²以下的范围内。

以下，对在本实施方式的铜合金材料中如上所述规定成分组成、各种特性、截面积的理由进行说明。

(Mg：0.15质量％以上且0.50质量％以下)

Mg为具有通过固溶于铜合金的母相中来充分提高强度的作用的元素。

若Mg的含量小于0.15质量％，则有可能无法充分发挥该作用效果。另一方面，若Mg的含量超过0.50质量％，则导电率会大幅降低，并且铜合金熔液的粘性会上升，铸造性有可能会降低。并且，有可能会生成粗大的Mg化合物，从而在加工时产生裂纹等缺陷。

鉴于以上情况，在本实施方式中，将Mg的含量设定在0.15质量％以上且0.50质量％以下的范围内。

为了进一步提高强度，优选将Mg的含量的下限设为0.16质量％以上，进一步优选设为0.17质量％以上。另一方面，为了可靠地抑制导电率、铸造性及加工性的降低，优选将Mg的含量的上限设为0.48质量％以下，进一步优选设为0.46质量％以下。

(Cr：0.20质量％以上且0.90质量％以下)

Cr为具有如下作用效果的元素：通过利用时效处理在母相的晶粒内析出微细的Cr系析出物(例如Cu-Cr)来提高强度及导电率且提高伸长率。

若Cr的含量小于0.20质量％，则时效处理中的析出量将不足，有可能无法充分获得提高强度、导电率及伸长率的效果。并且，若Cr的含量超过0.90质量％，则有可能会生成相对粗大的Cr晶出物，成为缺陷的原因。

鉴于以上情况，在本实施方式中，将Cr的含量设定在0.20质量％以上且0.90质量％以下的范围内。

为了可靠地发挥上述作用效果，优选将Cr的含量的下限设为0.22质量％以上，进一步优选设为0.24质量％以上。另一方面，为了进一步抑制相对粗大的Cr晶出物的生成且进一步抑制缺陷的发生，优选将Cr的含量的上限设为0.85质量％以下，进一步优选设为0.80质量％以下。

(其他不可避免的杂质)

作为上述Mg、Cr以外的其他不可避的杂质，可举出Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co、Ti、B、Ag、Ca、Si、Te、Sr、Ba、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、Li、Ge、As、Sb、Tl、Pb、Be、N、H、Hg、Tc、Na、K、Rb、Cs、Po、Bi、镧系元素、O、S、C、P等。这些不可避免的杂质有可能会降低导电性(导热性)，因此优选总量为0.05质量％以下。

(抗拉强度：600MPa以上)

若本实施方式的铜合金材料的抗拉强度小于600MPa，则强度将不足，有可能会在处理时导致断裂。尤其，在减小截面积来使用的情况下，强度容易不足。

因此，将本实施方式的铜合金材料的抗拉强度设定为600MPa以上。

优选将本实施方式的铜合金材料的抗拉强度设为620MPa以上，进一步优选设为640MPa以上。并且，本实施方式的铜合金材料的抗拉强度的上限并无特别限制，但实际上为1200MPa以下。

(伸长率：3％以上)

若本实施方式的铜合金材料的伸长率小于3％，则伸长率会不足，有可能会在处理时发生弹起或缠绕。因此，将难以组装线束等。

于是，将本实施方式的铜合金材料的伸长率设定为3％以上。

优选将本实施方式的铜合金材料的伸长率设为4％以上，进一步优选设为5％以上。并且，本实施方式的铜合金材料的伸长率的上限并无特别限制，但实际上为30％以下。

(导电率：60％IACS以上)

若本实施方式的铜合金材料的导电率为60％IACS以上，则将充分分散Cr系析出物。因此，强度、伸长率及导电性(导热性)优异。

鉴于以上情况，优选将本实施方式的铜合金材料的导电率设为60％IACS以上。

进一步优选将本实施方式的铜合金材料的导电率设为62％IACS以上，更优选设为64％IACS以上。并且，本实施方式的铜合金材料的导电率的上限并无特别限制，但实际上为90％IACS以下。

(与长度方向正交的截面积：0.0003mm²以上且0.2mm²以下)

本实施方式的铜合金材料用作线材，若该线材的与长度方向正交的截面积为0.0003mm²以上，则可确保铜合金材料的强度，能够充分抑制处理时的断线的发生。另一方面，若与长度方向正交的截面积为0.2mm²以下，则可充分减小截面积，能够实现由该铜合金部件制成的各种零件的进一步的小型化/轻量化。

鉴于以上情况，优选将本实施方式的铜合金材料的与长度方向正交的截面积设在0.0003mm²以上且0.2mm²以下的范围内。

进一步优选将本实施方式的铜合金材料的与长度方向正交的截面积的下限设为0.001mm²以上，更优选设为0.005mm²以上。另一方面，进一步优选将与长度方向正交的截面积的上限设为0.16mm²以下，更优选设为0.13mm²以下。

接着，参考图1的流程图对本发明的一实施方式所涉及的铜合金材料的制造方法进行说明。

(熔解/铸造工序S01)

首先，将由铜的纯度为99.99质量％以上的无氧铜构成的铜原料装入碳坩埚中，使用真空熔炼炉进行熔解，获得铜熔液。接着，将Mg及Cr添加到得到的熔液中，并进行成分调整，以使它们成为规定的浓度，从而获得铜合金熔液。

作为Mg及Cr的原料，例如优选Mg的原料使用纯度99.9质量％以上的原料，Cr的原料使用纯度99.9质量％以上的原料。也可以使用Cu-Mg母合金、Cu-Cr母合金。

然后，将经成分调整的铜合金熔液注入铸模中，获得铜合金铸锭。

(热加工工序S02)

接着，对得到的铜合金铸锭实施热加工。优选热加工的条件设为温度：600℃以上且1050℃以下，加工率：50％以上且99.5％以下。并且，在该热加工之后，立即通过水冷进行冷却。

热加工工序S02中的加工方法并无特别限定，若最终形状为板状或条状，则可以适用轧制。并且，若最终形状为线状或棒状，则可以适用挤压或槽轧制。并且，若最终形状为块状，则可以适用锻造或冲压。

(第一冷加工工序S03)

接着，对经热加工工序S02的热加工材料实施冷加工。在第一冷加工工序S03中，优选将加工率设在50％以上且99.5％以下的范围内。

第一冷加工工序S03中的加工方法并无特别限定，若最终形状为板状或条状，则可以适用轧制。并且，若最终形状为线状或棒状，则可以适用挤压或槽轧制。并且，若最终形状为块状，则可以适用锻造或冲压。

(时效处理工序S04)

接着，对在第一冷加工工序S03中得到的冷加工材料实施时效处理，微细地析出Cr系析出物等析出物。

优选地，时效处理的条件在保持温度：350℃以上且550℃以下、保持温度下的保持时间：0.5小时以上且6小时以下的条件下进行。

时效处理时的热处理方法并无特别限定，但优选在惰性气体环境下进行。并且，加热后的冷却方法并无特别限定，但优选通过水冷进行骤冷。

(第二冷加工工序S05)

接着，对经时效处理工序S04的时效处理材料实施冷加工。在第二冷加工工序S05中，优选将加工率设在90％以上且99.99％以下的范围内。

第二冷加工工序S05中的加工方法并无特别限定，若最终形状为板状或条状，则可以适用轧制。并且，若最终形状为线状或棒状，则可以适用挤压或槽轧制。并且，若最终形状为块状，则可以适用锻造或冲压。

在本实施方式中，通过该第二冷加工工序S05，将与长度方向正交的截面积设在0.0003mm²以上且0.2mm²以下的范围内。

(调质热处理工序S06)

接着，对在第二冷加工工序S05中得到的冷加工材料实施调质热处理，提高伸长率。

优选地，调质热处理的条件在保持温度：350℃以上且550℃以下、保持温度下的保持时间：0.5小时以上且6小时以下的条件下进行。

调质热处理的方法并无特别限定，但优选在惰性气体环境下进行。并且，加热后的冷却方法并无特别限定，但优选通过水冷进行骤冷。

通过以上工序，可制造本实施方式的铜合金材料。

根据具有上述特征的本实施方式所涉及的铜合金材料，由于含有0.15质量％以上且0.50质量％以下的范围内的Mg，因此能够通过固溶固化来充分提高强度。

并且，由于含有0.20质量％以上且0.90质量％以下的范围内的Cr，因此用于分散Cr系析出物的热处理时的温度范围较宽，控制相对容易，从而能够提高强度及伸长率。

并且，由于本实施方式所涉及的铜合金材料的抗拉强度为600MPa以上且伸长率为3％以上，因此即使减小铜合金材料的截面积，也能够抑制处理时的断线等的发生，能够稳定地进行处理。

而且，在本实施方式中，由于导电率为60％IACS以上，因此可充分地析出分散Cr系析出物，从而能够充分提高强度及伸长率。并且，尤其适合于要求导电性(导热性)的用途。

并且，在本实施方式中，由于该铜合金材料设为线材，且与长度方向正交的截面积在0.0003mm²以上且0.2mm²以下的范围内，因此强度及伸长率优异，可充分减小截面积，能够实现使用了该铜合金材料的各种零件的小型化及轻量化。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，可以在不脱离本发明的技术思想的范围内适当进行变更。

例如，铜合金材料的制造方法并不限定于本实施方式，也可以通过其他制造方法来制造。例如，也可以在熔解/铸造工序中使用连续铸造装置。

实施例

以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。

准备由纯度99.99质量％以上的无氧铜构成的铜原料，将其装入碳坩埚中，利用真空熔炼炉(真空度10^-2Pa以下)进行熔解，得到铜熔液。将Mg及Cr添加到得到的铜熔液中，并将它们调整成表1所示的成分组成，保持5分钟之后，将铜合金熔液注入铸铁制的铸模中，得到铜合金铸锭。铜合金铸锭的截面尺寸为宽约60mm、厚约100mm。

作为添加元素的Mg的原料使用了纯度99.9质量％以上的原料，Cr的原料使用了纯度99.99质量％以上的原料。

接着，将得到的铜合金铸锭切割成规定的尺寸之后，在表1所示的条件下实施热加工(热轧制)，得到热轧材料。

在表1所示的条件下对该热加工材料实施第一冷加工(拉拔加工)，得到第一冷加工材料。

在表1所示的条件下将该第一冷加工材料在大气炉中进行加热保持之后，进行水冷，实施了时效处理。

对得到的时效处理材料实施第二冷加工(拉拔加工)，以使其成为表1所示的截面积，从而得到第二冷加工材料。

然后，在表1所示的条件下对该第二冷加工材料实施调质热处理，得到各种铜合金材料。

对得到的铜合金材料评价了成分组成、加工性、抗拉强度、伸长率、导电率。

(成分组成)

得到的铜合金材料的成分组成是通过ICP-MS分析测定的。其结果，确认了是表1所示的组成。

(加工性)

在制造工序中，将产生缺陷而中止制造的产品评价为“C”，将尽管产生了缺陷但能够制造的产品评价为“B”，将未确认到缺陷的产品评价为“A”。将评价结果示于表1。

(抗拉强度/伸长率)

使用Shimadzu Corporation制AG-X 250kN将标点间距离设定为250mm之后，以十字头速度100mm/min实施2次以上的拉伸试验，求出了其平均值。将评价结果示于表1。

(导电率)

使用FOERSTER JAPAN LIMITED.制SIGMA TEST D2.068(探针直径

)对10×15mm的样品的截面中心部进行3次测定，求出了其平均值。将评价结果示于表1。

[表1]

在Mg的含量为0.08质量％(少于本发明的范围)的比较例1中，抗拉强度为550MPa，较低。并且，在制造工序中产生了缺陷，加工性不足。

在Mg的含量为0.60质量％(多于本发明的范围)的比较例2中，导电率为57％IACS，较低。并且，伸长率为2％，较低。而且，在制造工序中产生了缺陷，加工性不足。

在Cr的含量为0.12质量％(少于本发明的范围)的比较例3中，抗拉强度为510MPa，较低。

在Cr的含量为1.50质量％(多于本发明的范围)的比较例4中，在第二冷加工中将截面积加工至0.0003mm²时断裂，未能制造铜合金线。因此，中止了之后的评价。

相对于此，组成中含有0.15质量％以上且0.50质量％以下的范围内的Mg和0.20质量％以上且0.90质量％以下的范围内的Cr，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，抗拉强度为600MPa以上，伸长率为3％以上的本发明例1～5中，加工性优异，也确保了导电率。

鉴于以上情况，确认到根据本发明例，能够提供一种强度及伸长率充分优异且即使减小截面积也能够良好地进行处理的铜合金材料。

产业上的可利用性

Claims

1.一种铜合金材料，其特征在于，

具有如下组成：含有0.15质量％以上且0.50质量％以下的范围内的Mg和0.20质量％以上且0.90质量％以下的范围内的Cr，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，

所述铜合金材料的抗拉强度为600MPa以上，伸长率为3％以上。

2.根据权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于，

所述铜合金材料的导电率为60％IACS以上。

3.根据权利要求1或2所述的铜合金材料，其特征在于，

所述铜合金材料为线材，且所述铜合金材料的与长度方向正交的截面积在0.0003mm²以上且0.2mm²以下的范围内。