CN1498978A - 易加工高强度高电导性铜合金 - Google Patents
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Abstract
一种不损害所谓的第三元素作用的易加工高强度高电导性铜合金。其特征在于，这种铜合金是由以下成分组成的：按质量率计，含Cr：0.05～1.0％，Zr：0.05～0.25％，另外，还含有Zn、Sn、Mn、P、In、Mg、Fe、Ni、Be、Al、B、Co及Si中的一种或两种以上，按总量计含有0.01～1.0％，其余为Cu和不可避免的夹杂物，而且，粒径2μm以上的夹杂物中所含的Zn、Sn、Mn、P、In、Mg、Fe、Ni、Be、Al、B、Co和Si的总量为5％以下。
Description
技术领域
本发明涉及易加工高强度高电导性铜合金，更详细地说，是涉及用于各种端子、连接器、继电器或开关等中的电导性弹簧材料。
背景技术
各种端子、连接器、继电器或开关等中使用的电导性弹簧材料需具有下述的材料特性。
(a)板厚薄、且具有为了产生高的接触压力所需的足够高的强度。
(b)应力缓和率低，即使在高温下长期使用，接触压力也不会降低。
(c)电导率高，通电时不容易产生焦耳热，而且所产生的热量容易发散。
(d)即使进行深度弯曲加工，弯曲部位也不产生裂纹和表面粗糙现象。
(e)为了能使用到高的弹簧应力，弹簧极限值要高。
作为各种端子、连接器、继电器或开关等中使用的弹性材料，以往是使用磷青铜。但是，近年来要求电子设备类及其部件小型化、薄壁化。为了适应这种要求，进行了Cu-Cr系铜合金或Cu-Cr-Zr系铜合金的各种开发。
[专利文献1]
特开平9-087814号公报
[专利文献2]
特开平7-258804号公报
[专利文献3]
特开平7-258806号公报
[专利文献4]
特开平7-258807号公报
[专利文献5]
特开平7-268573号公报
[专利文献6]
专利2682577号公报
Cu-Cr系铜合金或Cu-Cr-Zr系铜合金中，在固溶处理后进行时效处理，使Cr、Zr或Cu-Zr析出到铜母相中，以提高铜合金的强度。但是，由于在熔化工序中未完全熔化、或者在铸造工序中由于结晶或析出，会在合金中产生以Cr、Cu-Zr或以Zr-S为基础的夹杂物，夹杂物的尺寸太大时，强度和蚀刻性降低，不理想。
众所周知，为了提高铜合金的强度、提高软钎料的浸润性，而在Cu-Cr系铜合金或Cu-Cr-Zr系铜合金中添加Zn、Sn、Mn、P、In、Mg、Fe、Ni、Be、Al、B、Co及Si的添加元素组(以下称作“第三元素”)。
Cu-Cr系铜合金或Cu-Cr-Zr系铜合金一般是按配料、熔化、铸造、均质化退火、热轧(冷轧)、固溶处理、冷轧、时效处理(冷轧)工序的顺序进行制造。
但是，发明者对Cu-Cr系铜合金或Cu-Cr-Zr系铜合金中的夹杂物进行了研究，发现加入大于规定尺寸的粗大夹杂物或第三元素时，向母相中的固溶强化和析出强化显著降低。因此，本发明的目的在于提供一种不损害所谓的第三元素的作用的易加工高强度高电导性铜合金。
发明内容
为达到上述目的，发明者进行了锐意研究，研究出达到本发明目的的铜合金，本发明是一种易加工高强度高电导性铜合金，其特征如技术方案1所述，它是由以下化学成分组成的：按质量率计，含Cr：0.05～1.0％，Zr：0.05～0.25％，此外，还含有Zn、Sn、Mn、P、In、Mg、Fe、Ni、Be、Al、B、Co及Si中的一种或二种以上，总量含0.01～0.1％，其余是由Cu和不可避免的夹杂物组成的，而且，粒径为2μm以上的夹杂物中所含的Zn、Sn、Mn、P、In、Mg、Fe、Ni、Be、Al、B、Co及Si的总量为5％以下。
[作用]
Cr、Zr
对合金进行固溶处理之后，通过时效处理，Cr、Zr便向铜母相中析出，有利于提高强度。若Cr含量低于0.05％，则不能发挥其作用，若添加量超过1.0％，则不能进一步提高强度，Zr含量低于0.05％时，不能发挥其作用，添加量超过0.25％时，强度不能进一步提高。
Zn、Sn、Mn、P、In、Mg、Fe、Ni、Be、Al、B、Co及Si(第三元素)
这些元素均在不大幅度降低电导率的情况下固溶、析出到铜母相中，主要是有利于提高强度。添加量为0.05％以下时，其作用小，在1.0％以下时，电导率降低，故设定在0.05％以上，1.0％以下。
从电导率和强度的平衡来看，最好添加少量的第三元素便可得到大幅度的强度上升，但添加量的一部分进入粗大的夹杂物而无助于强度的提高。发明者发现，含有第三添加元素的粗大夹杂物引起钢锭内的偏析。本发明中通过均质化退火、控制热轧条件，成功地减少了含有第三元素的粗大夹杂物。因此，添加少量的第三元素便可得到大幅度的强度提高效果。
本发明成为问题的含有第三元素的夹杂物是粗大夹杂物。该夹杂物的尺寸小于2μm时，夹杂物所含的第三元素的比例容易受热轧后的热处理(固溶处理、时效处理等)的影响，但2μm以上的夹杂物，即使在热轧之后进行热处理，也稳定地存在。而且，通过固溶处理，使夹杂物中所含的第三元素的比例减少时，晶粒变粗大，故从强度和加工性的观点来看不理想。另一方面，通过均质化退火、控制热轧条件，不仅2μm以上的夹杂物、而且对2μm以下的夹杂物来说，也可使夹杂物中所含的添加元素的质量率降低，故将夹杂物的尺寸设在2μm以上。
2μm以上的夹杂物所含的添加元素的总量占2μm以上夹杂物总量的5％以上而大量存在时，通过添加第三元素来提高强度的作用减小，故夹杂物中所含的第三元素的重量含有量设在5％以下。
根据本发明的易加工高强度电导性铜合金，可以获得电导性、强度、弯曲性良好，特性均衡的优质铜合金，大大有利于电子设备类的小型化和性能的提高，在产业上可带来极其有效的效果。
具体实施方式
以下，对本发明的易加工高强度高电导性铜合金的实施形式进行详细说明。
以电解铜或无氧铜为主原料，按规定比例配合化学成分，在熔化炉内溶化之后，在惰性气氛或真空中铸成铜锭。然后，在900℃以上的温度下对铜锭进行300min以上的均质化退火之后，再进行轧制压下率50％以上、热轧完毕时的材料温度为600℃以上的热轧。热轧之后，再按现在的制造条件进行冷轧、固溶处理、时效处理、冷轧、消除应力退火的现有制造工序。
即，本发明实施形式的制造方法的特征在于，与现有方法不同，是按以下条件进行均质化退火、热轧的。
1)均质化退火，在900℃以上的温度下，超过300min长时间进行，
2)热轧的压下率为50％以上，
3)热轧完毕时材料温度为600℃以上。
实施例及比较例中，按表1所示的化学成分熔炼制成铜锭。实施例的编号和比较例的编号相同的例子(例如，实施例1和比较例1，实施例2和比较例2等)是调整成相同的化学成分。熔炼制成铜锭之后，依次经过均质化退火、热轧、冷轧、固溶处理、时效处理、冷轧、消除应力退火的制造工序，制成板厚0.15mm的产品。
表1
| 化学成分(wt％) | |||||||||||||||
| Cr | Zr | Zn | Sn | Mn | P | In | Mg | Fe | Ni | Be | Al | B | Co | Si | |
| 实施例1 | 0.22 | 0.08 | 0.21 | ||||||||||||
| 比较例1 | 0.25 | 0.05 | 0.20 | ||||||||||||
| 实施例2 | 0.20 | 0.10 | 0.08 | ||||||||||||
| 比较例2 | 0.20 | 0.10 | 0.05 | ||||||||||||
| 实施例3 | 0.20 | 0.10 | 0.10 | ||||||||||||
| 比较例3 | 0.21 | 0.09 | 0.10 | ||||||||||||
| 实施例4 | 0.20 | 0.05 | 0.15 | ||||||||||||
| 比较例4 | 0.20 | 0.07 | 0.18 | ||||||||||||
| 实施例5 | 0.17 | 0.13 | 0.06 | ||||||||||||
| 比较例5 | 0.15 | 0.15 | 0.07 | ||||||||||||
| 实施例6 | 0.25 | 0.07 | 0.15 | ||||||||||||
| 比较例6 | 0.25 | 0.06 | 0.15 | ||||||||||||
| 实施例7 | 0.22 | 0.08 | 0.30 | ||||||||||||
| 比较例7 | 0.20 | 0.05 | 0.50 | ||||||||||||
| 实施例8 | 0.23 | 0.08 | 0.21 | ||||||||||||
| 比较例8 | 0.25 | 0.05 | 0.25 | ||||||||||||
| 化学成分(wt％) | |||||||||||||||
| Cr | Zr | Zn | Sn | Mn | P | In | Mg | Fe | Ni | Be | Al | B | Co | Si | |
| 实施例9 | 0.41 | 0.11 | 0.08 | ||||||||||||
| 比较例9 | 0.40 | 0.15 | 0.10 | ||||||||||||
| 实施例10 | 0.42 | 0.18 | 0.17 | ||||||||||||
| 比较例10 | 0.45 | 0.20 | 0.20 | ||||||||||||
| 实施例11 | 0.42 | 0.20 | 0.20 | ||||||||||||
| 比较例11 | 0.40 | 0.20 | 0.22 | ||||||||||||
| 实施例12 | 0.60 | 0.20 | 0.15 | ||||||||||||
| 比较例12 | 0.60 | 0.20 | 0.15 | ||||||||||||
| 实施例13 | 0.60 | 0.21 | 0.30 | ||||||||||||
| 比较例13 | 0.20 | 0.20 | 0.40 | ||||||||||||
| 实施例14 | 0.20 | 0.05 | 0.20 | 0.50 | |||||||||||
| 比较例14 | 0.21 | 0.05 | 0.20 | 0.50 | |||||||||||
| 实施例15 | 0.38 | 0.08 | 0.20 | 0.20 | |||||||||||
| 比较例15 | 0.40 | 0.08 | 0.18 | 0.25 | |||||||||||
| 实施例16 | 0.42 | 0.17 | 0.50 | 0.30 | |||||||||||
| 比较例16 | 0.43 | 0.15 | 0.82 | 0.25 | |||||||||||
| 实施例17 | 0.40 | 0.22 | 0.20 | 0.20 | |||||||||||
| 比较例17 | 0.40 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | |||||||||||
在均质化退火工序及热轧工序中，对实施例和比较例设定表2所示的均质化退火温度、热轧压下率和热轧完毕时的材料温度，并实施。热轧之后的工序按现在的条件进行。
表2
| 均质化退火温度(℃) | 热轧压下率(％) | 热轧完毕时的材料温度 | |
| 实施例1 | 926 | 85 | 653 |
| 比较例1 | 850 | 72 | 653 |
| 实施例2 | 951 | 86 | 647 |
| 比较例2 | 870 | 79 | 659 |
| 实施例3 | 950 | 85 | 622 |
| 比较例3 | 855 | 85 | 642 |
| 实施例4 | 918 | 82 | 632 |
| 比较例4 | 938 | 40 | 657 |
| 实施例5 | 933 | 93 | 642 |
| 比较例5 | 915 | 48 | 654 |
| 实施例6 | 917 | 87 | 640 |
| 比较例6 | 939 | 45 | 637 |
| 实施例7 | 911 | 82 | 630 |
| 比较例7 | 932 | 73 | 583 |
| 实施例8 | 940 | 78 | 623 |
| 比较例8 | 930 | 78 | 575 |
| 实施例9 | 935 | 84 | 659 |
| 比较例9 | 953 | 73 | 584 |
| 实施列10 | 927 | 73 | 642 |
| 比较例10 | 94 3 | 88 | 591 |
| 实施例11 | 951 | 75 | 651 |
| 比较例11 | 890 | 85 | 639 |
| 实施例12 | 913 | 76 | 633 |
| 均质化退火温度(℃) | 热轧压下率(％) | 热轧完毕时的材料温度 | |
| 比较例12 | 880 | 73 | 643 |
| 实施例13 | 914 | 82 | 656 |
| 比较例13 | 934 | 48 | 658 |
| 实施例14 | 933 | 78 | 643 |
| 比较例14 | 921 | 45 | 620 |
| 实施例15 | 942 | 82 | 655 |
| 比较例15 | 954 | 45 | 645 |
| 实施例16 | 919 | 85 | 650 |
| 比较列16 | 933 | 72 | 590 |
| 实施例17 | 925 | 77 | 627 |
| 比较例17 | 920 | 85 | 580 |
实施例均满足了前述的1)、2)、3)项制造方法上的特征，而比较例均不满足前述的1)、2)、3)项制造方法上的特征。
像上述那样得到的实施例及比较例的铜合金，为了对析出物尺寸和成分进行鉴定，例如，对消除应力退火后的板材进行机械研磨之后，再进行电解研磨，用电子显微镜等观察析出物，用AES进行鉴定。另外，为了对所得到的铜合金的特性进行评价，进行了抗拉试验、W弯曲试验[轧制直角方向，R/t＝1(R＝0.15，t＝0.15)，其他条件按日本伸铜协会技术标准规定的方法]，利用4端子法进行电导率测定。弯曲试验中，日本伸铜协会技术标准中规定的A、B、C等级的材料为“良”，D、E等级的材料为“差”。
本发明合金的实施例和比较例的特性示于表3。
表3
| 2μm以上的析出物中所含的添加元素的最大含量(％) | 抗拉强度(N/mm2) | 电导率(％IACS) | W弯曲性良…○差…× | |
| 实施例1 | Zn0.0 | 570 | 80 | ○ |
| 比较例1 | Zn7.2 | 535 | 80 | × |
| 实施例2 | Sn3.3 | 580 | 73 | ○ |
| 比较例2 | Sn17.1 | 541 | 71 | × |
| 实施例3 | Mn0.0 | 585 | 78 | ○ |
| 比较例3 | Mn5.5 | 531 | 80 | ○ |
| 实施例4 | P1.3 | 601 | 74 | ○ |
| 比较例4 | P11.0 | 572 | 75 | ○ |
| 实施例5 | In3.0 | 586 | 78 | ○ |
| 比较例5 | In20.1 | 570 | 77 | × |
| 实施例6 | Mg0.3 | 575 | 78 | ○ |
| 比较例6 | Mg38.0 | 561 | 77 | ○ |
| 实施例7 | Fe0.6 | 567 | 68 | ○ |
| 比较例7 | Fe20.1 | 556 | 67 | × |
| 实施例8 | Ni0.3 | 554 | 76 | ○ |
| 比较例8 | Ni6.2 | 540 | 74 | ○ |
| 实施例9 | Be0.3 | 586 | 75 | ○ |
| 比较例9 | Be7.3 | 550 | 75 | ○ |
| 实施例10 | Al0.1 | 632 | 72 | ○ |
| 比较例10 | Al6.3 | 612 | 69 | × |
| 实施例11 | B0.1 | 648 | 72 | ○ |
| 比较例11 | B5.2 | 633 | 75 | ○ |
| 实施例12 | Co0.3 | 652 | 70 | ○ |
| 2μm以上的析出物中所含的添加元素的最大含量(％) | 抗拉强度(N/mm2) | 电导率(％IAC70S) | W弯曲性良…○差…× | |
| 比较例12 | Co5.5 | 640 | 70 | ○ |
| 实施例13 | Si0.3 | 691 | 70 | ○ |
| 比较例13 | Si5.2 | 653 | 64 | × |
| 实施例14 | Zn0.5，Si2.1 | 613 | 73 | ○ |
| 比较例14 | Zn1.2，Si5.3 | 5 94 | 75 | × |
| 实施例15 | Sn0.5，Mn0.4 | 615 | 70 | ○ |
| 比较例15 | Sn10.3，Mn2.7 | 590 | 68 | × |
| 实施例16 | Fe0.8，Be0.3 | 682 | 73 | ○ |
| 比较例16 | Fe8.1，Be0.8 | 673 | 73 | ○ |
| 实施例17 | Zn0.8，Al0.2 | 670 | 62 | ○ |
| 比较例17 | Zn5.2，Al8.7 | 643 | 62 | × |
实施例和比较例的编号相同的试料(例如实施例1和比较例1，实施例2和比较例2)进行比较时，化学成分基本上是一样的，但制造条件不同。如表2所示，实施例的任一个例子的均质化退火温度、热轧压下率和热轧完毕时的材料温度均满足前述的1)、2)、3)项的条件，2μm以上的夹杂物所含的第三元素的含量为5％以下。比较例中的比较例1、2、3、11、12的均质化退火温度，比较例4、5、6、13、14、15的热轧压下率，比较例7、8、9、10、16、17的热轧完毕时的材料温度均不符合前述的1)、2)、3)项的条件。而且，比较例的2μm以上夹杂物中所含的第三元素的含量均超过5％。
因此，同一编号的实施例的抗拉强度与比较例的抗拉强度相比，实施例的抗拉强度高。另外，关于弯曲性，比较例在W弯曲试验中有弯曲性“差”的例子，而实施例则都是“良”，可知实施例的弯曲性良好。关于电导率，实施例和比较例没有大的差别，也就是说比较例和现有制品是一样的。
Claims (1)
1.一种易加工高强度电导性铜合金，其特征在于，这种铜合金是由下述成分组成的：按质量率计，含Cr：0.05～1.0％，Zr：0.05～0.25％，此外，还含有Zn、Sn、Mn、P、In、Mg、Fe、Ni、Be、Al、B、Co及Si中的一种或两种以上，按总量计含0.01～1.0％，其余为Cu和不可避免的夹杂物，而且，粒径2μm以上的夹杂物中所含的Zn、Sn、Mn、P、In、Mg、Fe、Ni、Be、Al、B、Co及Si的总量为5％以下。
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