JP2001152266A - 熱間加工性に優れた銅または銅合金鋳塊 - Google Patents
熱間加工性に優れた銅または銅合金鋳塊Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等
の不物物が或る程度存在していたとして、熱間加工性が
良好な銅または銅合金を提供する。 【解決手段】 Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂおよ
びＰｂの少なくとも１種の不純物元素を合計で２〜２０
０原子ｐｐｍ含む銅合金鋳塊であって、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎ
ｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄよりなる群から選ばれる１種
以上の希土類元素を合計：１原子ｐｐｍ以上で、且つ上
記不純物量と所定の関係式を満足する様に含有する。
の不物物が或る程度存在していたとして、熱間加工性が
良好な銅または銅合金を提供する。 【解決手段】 Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂおよ
びＰｂの少なくとも１種の不純物元素を合計で２〜２０
０原子ｐｐｍ含む銅合金鋳塊であって、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎ
ｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄよりなる群から選ばれる１種
以上の希土類元素を合計：１原子ｐｐｍ以上で、且つ上
記不純物量と所定の関係式を満足する様に含有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間加工性に難の
ある銅や銅合金、特に析出型銅合金やＳｎ，Ｎｉ，Ｚｎ
等を添加元素として含む銅合金鋳塊における熱間加工性
を改良する技術に関するものである。
ある銅や銅合金、特に析出型銅合金やＳｎ，Ｎｉ，Ｚｎ
等を添加元素として含む銅合金鋳塊における熱間加工性
を改良する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】銅や銅合金（以下、「銅合金」で代表す
ることがある）は、中間温度域である３００〜８００℃
で脆化が発生するいわゆる中間温度脆性が起こるので、
鋳塊の加熱／冷却時や熱間加工時に割れを起こし、生産
に支障をきたすことがある。特に、Ｃｕ−Ｎｉ系，Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｓｎ系等の様に添加元素を高濃度に含む銅合金
や、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系，Ｃｕ−Ｂｅ系等の析出型銅合
金ではこうした現象が顕著に現れる。
ることがある）は、中間温度域である３００〜８００℃
で脆化が発生するいわゆる中間温度脆性が起こるので、
鋳塊の加熱／冷却時や熱間加工時に割れを起こし、生産
に支障をきたすことがある。特に、Ｃｕ−Ｎｉ系，Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｓｎ系等の様に添加元素を高濃度に含む銅合金
や、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系，Ｃｕ−Ｂｅ系等の析出型銅合
金ではこうした現象が顕著に現れる。
【０００３】従来、銅合金の中間温度脆性を助長する要
因として、不純物元素の存在が知られており、こうした
不純物元素としては、Ｓを始めとしてＳｅ，Ｔｅ，Ｂ
ｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等が挙げられる。そして、これら
の不純物元素は粒界強度を低下させて、銅合金の粒界割
れを生じさせるとされている。従って、銅合金中の上記
各種の不純物を低減すればするほど熱間加工性等の機械
的特性が改善されることが自明の事実であり、今日では
精錬技術の進歩によって不純物量の低い純銅地金の入手
が可能となっている。しかしながら、上記の様な銅地金
は、価格が高くなり、コストアップの原因となってい
る。
因として、不純物元素の存在が知られており、こうした
不純物元素としては、Ｓを始めとしてＳｅ，Ｔｅ，Ｂ
ｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等が挙げられる。そして、これら
の不純物元素は粒界強度を低下させて、銅合金の粒界割
れを生じさせるとされている。従って、銅合金中の上記
各種の不純物を低減すればするほど熱間加工性等の機械
的特性が改善されることが自明の事実であり、今日では
精錬技術の進歩によって不純物量の低い純銅地金の入手
が可能となっている。しかしながら、上記の様な銅地金
は、価格が高くなり、コストアップの原因となってい
る。
【０００４】銅合金中の不純物量は、酸素や水素を除け
ば意図して添加しない限り、通常Ｓで６０原子ｐｐｍ以
下、Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ａｓ等で２原子ｐｐｍ以
下、Ｐｂで２０原子ｐｐｍ以下程度であり、全てが混在
していたとしても合計で６０原子ｐｐｍを超えることは
殆どなく、通常の銅地金においても高純度化が進んでい
る。しかしながら、こうした銅地金を用いたとしても、
熱間割れがしばしば見受けられており、この程度の不純
物量では熱間加工性が十分に改善されているとはいえな
い。
ば意図して添加しない限り、通常Ｓで６０原子ｐｐｍ以
下、Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ａｓ等で２原子ｐｐｍ以
下、Ｐｂで２０原子ｐｐｍ以下程度であり、全てが混在
していたとしても合計で６０原子ｐｐｍを超えることは
殆どなく、通常の銅地金においても高純度化が進んでい
る。しかしながら、こうした銅地金を用いたとしても、
熱間割れがしばしば見受けられており、この程度の不純
物量では熱間加工性が十分に改善されているとはいえな
い。
【０００５】ところで、Ｓ除去に関してはかねてより試
みられており、脱酸剤としても知られているＣａ，Ｍ
ｇ，Ｚｒ等の溶湯への微量添加によってＳ除去を達成す
る技術が既に実用化されている。また、高Ｓｎ燐青銅合
金に対しては、希土類元素の添加による改善効果が報告
されている［例えば、菅野、下平等：「日本金属学会
誌」、５１（１９８７）、５３０］。尚、Ｓ除去に関す
る技術ではないが、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金における
粒界強化を図る為に、微量のＭｎやＣｒを添加する技術
も提案されている（例えば、特開平５−１７９３７７
号）。
みられており、脱酸剤としても知られているＣａ，Ｍ
ｇ，Ｚｒ等の溶湯への微量添加によってＳ除去を達成す
る技術が既に実用化されている。また、高Ｓｎ燐青銅合
金に対しては、希土類元素の添加による改善効果が報告
されている［例えば、菅野、下平等：「日本金属学会
誌」、５１（１９８７）、５３０］。尚、Ｓ除去に関す
る技術ではないが、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金における
粒界強化を図る為に、微量のＭｎやＣｒを添加する技術
も提案されている（例えば、特開平５−１７９３７７
号）。
【０００６】一方、Ｓ以外の不純物であるＳｅ，Ｔｅ，
Ｂｉ，ＡｓやＳｂ等を地金から除去する技術は開発され
ておらず、これらの不純物による熱間割れの問題を認識
しつつ有効な手だてが講じられていないのが実状であ
る。
Ｂｉ，ＡｓやＳｂ等を地金から除去する技術は開発され
ておらず、これらの不純物による熱間割れの問題を認識
しつつ有効な手だてが講じられていないのが実状であ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】こうした状況に加え
て、最近では環境問題や資源再利用の観点から、端子や
リード材の打ち抜き後の残材等をリサイクルすることが
メーカーの責務となりつつある。そして、リサイクル材
に関しては、例えば潤滑油に含まれるＳやはんだに含ま
れるＰｂの混入が避けられない状況にあり、不純物含有
量は増加する傾向にある。また、Ｐｂフリーはんだとし
て有力視されているＳｎ−Ｂｉ系はんだが実用化された
場合には、Ｂｉの混入も懸念されることになる。
て、最近では環境問題や資源再利用の観点から、端子や
リード材の打ち抜き後の残材等をリサイクルすることが
メーカーの責務となりつつある。そして、リサイクル材
に関しては、例えば潤滑油に含まれるＳやはんだに含ま
れるＰｂの混入が避けられない状況にあり、不純物含有
量は増加する傾向にある。また、Ｐｂフリーはんだとし
て有力視されているＳｎ−Ｂｉ系はんだが実用化された
場合には、Ｂｉの混入も懸念されることになる。
【０００８】こうしたことから、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂ
ｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物を除去できて熱間割れ
に影響を与えないレベルにまで極力低減する技術、或る
いは上記不純物がある程度存在していたとしても、熱間
割れが生じない様な特性を発揮する銅合金の開発が望ま
れている。
ｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物を除去できて熱間割れ
に影響を与えないレベルにまで極力低減する技術、或る
いは上記不純物がある程度存在していたとしても、熱間
割れが生じない様な特性を発揮する銅合金の開発が望ま
れている。
【０００９】本発明はこうした状況の下でなされたもの
であって、その目的は、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，
Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物が或る程度存在していたとして
も、良好な熱間加工性を発揮する様な銅または銅合金を
提供することにある。
であって、その目的は、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，
Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物が或る程度存在していたとして
も、良好な熱間加工性を発揮する様な銅または銅合金を
提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，ＳｂおよびＰ
ｂの少なくとも１種の不純物元素を合計で２〜２００原
子ｐｐｍ含む銅または銅合金鋳塊であって、Ｃｅ，Ｌ
ａ，Ｎｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄよりなる群から選ばれ
る１種以上の希土類元素を合計：１原子ｐｐｍ以上で、
且つ下記（１）式の関係を満足する様に含有する点に要
旨を有するものである。 （[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）-10原子ｐｐｍ≦（[Ce]+[La]+[Nd]+[Pr ]+[Sm]+[Gd]）≦（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）+100原子ｐｐｍ ……（１） 但し、[S]，[Se]，[Te]，[Bi]，[As]，[Sb]，[Pb]，[C
e]，[La]，[Nd]，[Pr]，[Sm]，および[Gd]は、夫々Ｓ，
Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｎ
ｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄの含有量（原子ｐｐｍ）を意
味する。
発明とは、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，ＳｂおよびＰ
ｂの少なくとも１種の不純物元素を合計で２〜２００原
子ｐｐｍ含む銅または銅合金鋳塊であって、Ｃｅ，Ｌ
ａ，Ｎｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄよりなる群から選ばれ
る１種以上の希土類元素を合計：１原子ｐｐｍ以上で、
且つ下記（１）式の関係を満足する様に含有する点に要
旨を有するものである。 （[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）-10原子ｐｐｍ≦（[Ce]+[La]+[Nd]+[Pr ]+[Sm]+[Gd]）≦（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）+100原子ｐｐｍ ……（１） 但し、[S]，[Se]，[Te]，[Bi]，[As]，[Sb]，[Pb]，[C
e]，[La]，[Nd]，[Pr]，[Sm]，および[Gd]は、夫々Ｓ，
Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｎ
ｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄの含有量（原子ｐｐｍ）を意
味する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題を解決す
るという観点から、様々な角度から検討を重ねてきた。
その結果、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等
の不物物元素が或る程度存在していたとしても、特定の
希土類元素を上記不純物と一定の関係を満足する様に含
有させれば、上記目的が見事に達成されることを見出
し、本発明を完成した。以下、本発明の構成および作用
効果について説明する。
るという観点から、様々な角度から検討を重ねてきた。
その結果、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等
の不物物元素が或る程度存在していたとしても、特定の
希土類元素を上記不純物と一定の関係を満足する様に含
有させれば、上記目的が見事に達成されることを見出
し、本発明を完成した。以下、本発明の構成および作用
効果について説明する。
【００１２】本発明においては、上述の如くＳ，Ｓｅ，
Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物元素が或る程
度存在させた状態で、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍお
よびＧｄよりなる群から選ばれる１種以上の希土類元素
を合計：１原子ｐｐｍ以上で、且つ上記（１）式の関係
を満足する様に含有させる必要がある。
Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物元素が或る程
度存在させた状態で、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍお
よびＧｄよりなる群から選ばれる１種以上の希土類元素
を合計：１原子ｐｐｍ以上で、且つ上記（１）式の関係
を満足する様に含有させる必要がある。
【００１３】Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄ
等の元素は、ランタノイド系列の希土類元素であり、化
学的な性質が似通っており、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａ
ｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物元素と化合物を形成するか、
或るいはこれら不純物元素をトラップして銅合金の熱間
加工性を改善する効果がある。こうした効果を発揮させ
るためには、上記希土類元素は、合計で１原子ｐｐｍ以
上とする必要がある。
等の元素は、ランタノイド系列の希土類元素であり、化
学的な性質が似通っており、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａ
ｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物元素と化合物を形成するか、
或るいはこれら不純物元素をトラップして銅合金の熱間
加工性を改善する効果がある。こうした効果を発揮させ
るためには、上記希土類元素は、合計で１原子ｐｐｍ以
上とする必要がある。
【００１４】また、上記化合物は、例えばＣｅＳやＣｅ
Ｓｅ等で代表される結晶構造を有し、不純物元素：希土
類元素で１：１若しくはそれに近い組成比を有し、複数
の不純物や酸素と複合化合物を形成する。こうした効果
は、１：１の比率配分を超えて不純物側で１０原子ｐｐ
ｍまで過剰になることが許容される。しかしながら、不
純物元素の希土類元素に対する過剰量が１０原子ｐｐｍ
を超えると、希土類元素を添加することによる効果が発
揮されなくなる。こうしたことから、希土類元素の下限
値を、不純物元素との関係から（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+
[As]+[Sb]+[Pb]）−10原子ｐｐｍ≦（[Ce]+[La]+[Nd]+
[Pr]+[Sm]+[Gd]）と規定した。
Ｓｅ等で代表される結晶構造を有し、不純物元素：希土
類元素で１：１若しくはそれに近い組成比を有し、複数
の不純物や酸素と複合化合物を形成する。こうした効果
は、１：１の比率配分を超えて不純物側で１０原子ｐｐ
ｍまで過剰になることが許容される。しかしながら、不
純物元素の希土類元素に対する過剰量が１０原子ｐｐｍ
を超えると、希土類元素を添加することによる効果が発
揮されなくなる。こうしたことから、希土類元素の下限
値を、不純物元素との関係から（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+
[As]+[Sb]+[Pb]）−10原子ｐｐｍ≦（[Ce]+[La]+[Nd]+
[Pr]+[Sm]+[Gd]）と規定した。
【００１５】一方、希土類元素が不純物元素に対して１
００原子ｐｐｍを超えて過剰になると、これら希土類元
素は銅への固溶限が非常に小さいので、単独に分散する
か若しくは析出物に取り込まれるか、或は構成元素と化
合物化することになる。その結果、これらが割れの起点
となって加工性改善効果が却って無くなることになる。
こうしたことから、希土類元素の上限値を、不純物元素
との関係から（[Ce]+[La]+[Nd]+[Pr]+[Sm]+[Gd] ≦
（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）＋100原子ｐｐ
ｍと規定した。尚、希土類元素と不純物元素の比率配合
は、できるだけ１：１に近い方が好ましいという観点か
らして、希土類元素の上限値は（[Ce]+[La]+[Nd]+[Pr]+
[Sm]+[Gd] ≦（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）
＋50原子ｐｐｍ程度となる様に鋳塊の組成を調整するこ
とが好ましい。
００原子ｐｐｍを超えて過剰になると、これら希土類元
素は銅への固溶限が非常に小さいので、単独に分散する
か若しくは析出物に取り込まれるか、或は構成元素と化
合物化することになる。その結果、これらが割れの起点
となって加工性改善効果が却って無くなることになる。
こうしたことから、希土類元素の上限値を、不純物元素
との関係から（[Ce]+[La]+[Nd]+[Pr]+[Sm]+[Gd] ≦
（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）＋100原子ｐｐ
ｍと規定した。尚、希土類元素と不純物元素の比率配合
は、できるだけ１：１に近い方が好ましいという観点か
らして、希土類元素の上限値は（[Ce]+[La]+[Nd]+[Pr]+
[Sm]+[Gd] ≦（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）
＋50原子ｐｐｍ程度となる様に鋳塊の組成を調整するこ
とが好ましい。
【００１６】上記各種不物物元素は、熱間加工割れを助
長する元素であり、極力低減することが必要とされてい
るものである。しかしながら、現在の技術水準からすれ
ば、これらの不純物を完全に除去することは困難であ
り、不可避不純物として最低限存在することになる。こ
の不純物量が、２原子ｐｐｍ未満であれば、中間温度脆
性が軽減され、熱間加工性が回復して元々良好な加工性
を示すことになるので、上記希土類元素の添加効果が発
揮されない。
長する元素であり、極力低減することが必要とされてい
るものである。しかしながら、現在の技術水準からすれ
ば、これらの不純物を完全に除去することは困難であ
り、不可避不純物として最低限存在することになる。こ
の不純物量が、２原子ｐｐｍ未満であれば、中間温度脆
性が軽減され、熱間加工性が回復して元々良好な加工性
を示すことになるので、上記希土類元素の添加効果が発
揮されない。
【００１７】一方、上記不純物元素の合計含有量が２０
０原子ｐｐｍを超えると、上記（１）式の関係を満足し
ていても希土類元素との化合物が粗大化してしまい、熱
間加工性が却って劣化することになる。但し、上記不純
物元素の合計含有量が２００原子ｐｐｍを超えて過剰に
含まれる銅合金を本発明の対象外とするものではなく、
通常の方法によって不純物の量を２００原子％以下とし
てから、本発明で規定する成分組成としても良いことは
勿論である。
０原子ｐｐｍを超えると、上記（１）式の関係を満足し
ていても希土類元素との化合物が粗大化してしまい、熱
間加工性が却って劣化することになる。但し、上記不純
物元素の合計含有量が２００原子ｐｐｍを超えて過剰に
含まれる銅合金を本発明の対象外とするものではなく、
通常の方法によって不純物の量を２００原子％以下とし
てから、本発明で規定する成分組成としても良いことは
勿論である。
【００１８】尚、本発明の銅合金鋳塊を製造するに当た
っては、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｇｄ等の希土
類元素を上記（１）式の関係を満足する様に、銅合金溶
湯に添加すれば良いが、こうした製造工程においては、
銅合金溶湯の温度を溶湯液相温度よりも３０〜３００℃
高くなる様にして操業することが好ましい。即ち、銅合
金溶湯の温度が、溶湯液相温度よりも３０℃未満の温度
であると、銅合金溶湯の粘性が低下して攪拌による均一
混合が困難になって、上記希土類元素の添加による効果
が有効に発揮されなくなる。一方、銅合金溶湯の温度
が、溶湯液相温度よりも３００℃を超えて高くなると、
添加した希土類元素が酸化によって減失してしまい、歩
留まりが低下して不経済になる。
っては、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｇｄ等の希土
類元素を上記（１）式の関係を満足する様に、銅合金溶
湯に添加すれば良いが、こうした製造工程においては、
銅合金溶湯の温度を溶湯液相温度よりも３０〜３００℃
高くなる様にして操業することが好ましい。即ち、銅合
金溶湯の温度が、溶湯液相温度よりも３０℃未満の温度
であると、銅合金溶湯の粘性が低下して攪拌による均一
混合が困難になって、上記希土類元素の添加による効果
が有効に発揮されなくなる。一方、銅合金溶湯の温度
が、溶湯液相温度よりも３００℃を超えて高くなると、
添加した希土類元素が酸化によって減失してしまい、歩
留まりが低下して不経済になる。
【００１９】また、上記希土類元素を添加する際には、
銅合金溶湯中の酸素濃度が２０ｐｐｍ以下となる様に制
御することが好ましい。即ち、上記酸素濃度が２０ｐｐ
ｍを超えると、添加した希土類元素が上記酸素によって
酸化減失してしまい、歩留まり低下と鋳造性の低下を招
くことになる。上記希土類元素は各元素を単独または複
合して添加すれば良いが、価格が手ごろなミッシュメタ
ル（Ｃｅ：４０〜５０％，Ｌａ：２０〜４０％を含むセ
リウム系希土類元素の混合物）の形態で添加することが
実用に適している。
銅合金溶湯中の酸素濃度が２０ｐｐｍ以下となる様に制
御することが好ましい。即ち、上記酸素濃度が２０ｐｐ
ｍを超えると、添加した希土類元素が上記酸素によって
酸化減失してしまい、歩留まり低下と鋳造性の低下を招
くことになる。上記希土類元素は各元素を単独または複
合して添加すれば良いが、価格が手ごろなミッシュメタ
ル（Ｃｅ：４０〜５０％，Ｌａ：２０〜４０％を含むセ
リウム系希土類元素の混合物）の形態で添加することが
実用に適している。
【００２０】ところで、特開平９−１１８９４２号に
は、熱間加工性に優れた銅合金として、特定のＣｕ−Ｆ
ｅ系銅合金に希土類元素とＭｎを組み合わせて微量添加
する技術が提案されているが、この技術においては希土
類元素とＭｎの複合添加によって熱間加工性を改善する
ものであり、不純物元素と希土類元素との関係について
は考慮されておらず、またＭｎと希土類元素を複合添加
する必要がある点で本発明と全く違う観点からなされた
ものである。
は、熱間加工性に優れた銅合金として、特定のＣｕ−Ｆ
ｅ系銅合金に希土類元素とＭｎを組み合わせて微量添加
する技術が提案されているが、この技術においては希土
類元素とＭｎの複合添加によって熱間加工性を改善する
ものであり、不純物元素と希土類元素との関係について
は考慮されておらず、またＭｎと希土類元素を複合添加
する必要がある点で本発明と全く違う観点からなされた
ものである。
【００２１】また、銅合金中に過飽和固溶した水素は、
割れを助長すると考えられているが、上記のランタノイ
ド系列希土類元素は水素との親和力が非常に高いことか
ら、上記不純物の場合と同様に、ランタノイド系列希土
類元素との化合物を形成することによって、或は水素の
ランタノイド系列希土類元素近傍へのトラップによる拡
散遅延作用によって水素含有に起因する熱延割れに対す
る改善効果も発揮すると考えられる。
割れを助長すると考えられているが、上記のランタノイ
ド系列希土類元素は水素との親和力が非常に高いことか
ら、上記不純物の場合と同様に、ランタノイド系列希土
類元素との化合物を形成することによって、或は水素の
ランタノイド系列希土類元素近傍へのトラップによる拡
散遅延作用によって水素含有に起因する熱延割れに対す
る改善効果も発揮すると考えられる。
【００２２】本発明で対象とする銅合金の種類として
は、特に限定するものではなく、純銅を始めとして前記
したＣｕ−Ｎｉ系，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｎｉ−
Ｓｉ系，Ｃｕ−Ｂｅ系の各種銅合金の他、Ｃｕ−Ｚｒ系
（黄銅系）、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系（青銅
系）等の全ての銅合金に適用可能である。
は、特に限定するものではなく、純銅を始めとして前記
したＣｕ−Ｎｉ系，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｎｉ−
Ｓｉ系，Ｃｕ−Ｂｅ系の各種銅合金の他、Ｃｕ−Ｚｒ系
（黄銅系）、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系（青銅
系）等の全ての銅合金に適用可能である。
【００２３】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２４】
【実施例】銅合金としてＣｕ−０．１％Ｆｅ−０．０３
％Ｐ−２．０％Ｓｎ合金を用い、雰囲気を制御した高周
波溶解炉を用いて各元素を溶解し、最後に溶湯温度を１
２２０℃（融点＋１４０℃）に保持した。この時点で、
溶湯のサンプリングを行なって酸素濃度を測定したとこ
ろ、７〜１２ｐｐｍであった。次いで、溶湯中にＣｅ，
Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｇｄ等を個別に若しくはミッ
シュメタルとして添加し、攪拌後直ちに鋳造して厚さ：
５０ｍｍ、幅：８０ｍｍ、長さ：１５０ｍｍの鋳塊を得
た。下記表１に、上記主成分（Ｃｕ，Ｆｅ，ＰおよびＳ
ｎ）以外の構成元素における組成を示す。
％Ｐ−２．０％Ｓｎ合金を用い、雰囲気を制御した高周
波溶解炉を用いて各元素を溶解し、最後に溶湯温度を１
２２０℃（融点＋１４０℃）に保持した。この時点で、
溶湯のサンプリングを行なって酸素濃度を測定したとこ
ろ、７〜１２ｐｐｍであった。次いで、溶湯中にＣｅ，
Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｇｄ等を個別に若しくはミッ
シュメタルとして添加し、攪拌後直ちに鋳造して厚さ：
５０ｍｍ、幅：８０ｍｍ、長さ：１５０ｍｍの鋳塊を得
た。下記表１に、上記主成分（Ｃｕ，Ｆｅ，ＰおよびＳ
ｎ）以外の構成元素における組成を示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】得られた鋳塊について、熱間加工性の指標
となる高温シャルピー試験を実施した。この高温シャル
ピー試験は、ＪＩＳ Ｚ２２４２に準じて行ない、７０
０〜９００℃の温度域で測定した。このシャルピー試験
で示される衝撃値は、歪速度の高い領域での加工（例え
ば、熱間圧延など）における合金の割れ難さを現す一つ
の指標である。一般にシャルピー衝撃値が高ければ熱間
加工性は良好であり、低ければ熱間加工性が劣化すると
予測されるものである。そして、このシャルピー衝撃値
は、良好な熱間加工性を確実に確保するという観点から
すれば、５０Ｊ／ｃｍ2以上必要とされる。
となる高温シャルピー試験を実施した。この高温シャル
ピー試験は、ＪＩＳ Ｚ２２４２に準じて行ない、７０
０〜９００℃の温度域で測定した。このシャルピー試験
で示される衝撃値は、歪速度の高い領域での加工（例え
ば、熱間圧延など）における合金の割れ難さを現す一つ
の指標である。一般にシャルピー衝撃値が高ければ熱間
加工性は良好であり、低ければ熱間加工性が劣化すると
予測されるものである。そして、このシャルピー衝撃値
は、良好な熱間加工性を確実に確保するという観点から
すれば、５０Ｊ／ｃｍ2以上必要とされる。
【００２７】また、これらの熱延割れ感受性を調査する
為に、鋳塊を９００℃に加熱して熱間圧延試験を行なっ
た。この試験においては、各銅合金を厚さ：４５ｍｍか
ら１５ｍｍまで熱間圧延し、割れの発生の有無について
調査した。これらの結果を、一括して下記表２に示す。
為に、鋳塊を９００℃に加熱して熱間圧延試験を行なっ
た。この試験においては、各銅合金を厚さ：４５ｍｍか
ら１５ｍｍまで熱間圧延し、割れの発生の有無について
調査した。これらの結果を、一括して下記表２に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】これらの結果から、次の様に考察できる。
まず、本発明で規定する要件を満足する実施例のもので
は（銅合金Ａ〜Ｊ）、いずれも熱間割れが発生せず、高
いシャルピー衝撃値を示していることが分かる。
まず、本発明で規定する要件を満足する実施例のもので
は（銅合金Ａ〜Ｊ）、いずれも熱間割れが発生せず、高
いシャルピー衝撃値を示していることが分かる。
【００３０】これに対して、本発明で規定する要件のい
ずれかを欠く比較例のものでは（銅合金Ｋ〜Ｗ）、熱間
割れ感受性およびシャルピー衝撃値の少なくともいずれ
かの特性が劣っていた。
ずれかを欠く比較例のものでは（銅合金Ｋ〜Ｗ）、熱間
割れ感受性およびシャルピー衝撃値の少なくともいずれ
かの特性が劣っていた。
【００３１】上記比較例のうち、銅合金Ｋのものは、不
純物元素の含有量が少なく元来熱間加工性が良好なもの
であるが、不純物が同レベルであっても、希土類元素を
１原子ｐｐｍ添加した銅合金Ｊでは上記銅合金Ｉよりも
シャルピー衝撃値が改善されていることが分かる。
純物元素の含有量が少なく元来熱間加工性が良好なもの
であるが、不純物が同レベルであっても、希土類元素を
１原子ｐｐｍ添加した銅合金Ｊでは上記銅合金Ｉよりも
シャルピー衝撃値が改善されていることが分かる。
【００３２】銅合金Ｌのものは、不純物元素の含有量を
極力低減して熱間加工性が良好なものであるが、こうし
た銅合金に対して希土類元素を１原子ｐｐｍ添加した銅
合金Ｍでは、上記銅合金Ｌよりもシャルピー衝撃値がそ
れほど改善されていないことが分かる。
極力低減して熱間加工性が良好なものであるが、こうし
た銅合金に対して希土類元素を１原子ｐｐｍ添加した銅
合金Ｍでは、上記銅合金Ｌよりもシャルピー衝撃値がそ
れほど改善されていないことが分かる。
【００３３】銅合金ＮおよびＷのものでは、不純物含有
量が２００原子ｐｐｍを超えているので、希土類元素を
適正量添加することによって熱間加工性はある程度改善
されているものの、小割れが発生しており、またシャル
ピー衝撃値も低くなっている。
量が２００原子ｐｐｍを超えているので、希土類元素を
適正量添加することによって熱間加工性はある程度改善
されているものの、小割れが発生しており、またシャル
ピー衝撃値も低くなっている。
【００３４】銅合金Ｏのものは、不純物含有量が比較的
少ないが、希土類元素を添加していないので、熱間割れ
が発生しており、且つシャルピー衝撃値が低くなってい
る。銅合金Ｐのものでは、銅合金Ｏよりも更に不純物含
有量が少なくなっており、熱延は問題なくできたが、希
土類元素を添加していないのでシャルピー衝撃値が低く
なっており、熱間圧延時における割れ発生の確率が高く
なることが予測される。
少ないが、希土類元素を添加していないので、熱間割れ
が発生しており、且つシャルピー衝撃値が低くなってい
る。銅合金Ｐのものでは、銅合金Ｏよりも更に不純物含
有量が少なくなっており、熱延は問題なくできたが、希
土類元素を添加していないのでシャルピー衝撃値が低く
なっており、熱間圧延時における割れ発生の確率が高く
なることが予測される。
【００３５】銅合金ＱおよびＳのものでは、希土類元素
の添加量が不足しているので、熱間割れが発生してお
り、且つシャルピー衝撃値が低くなっている。
の添加量が不足しているので、熱間割れが発生してお
り、且つシャルピー衝撃値が低くなっている。
【００３６】銅合金Ｒのものでは、不純物元素を多量に
含んでおりしかも希土類元素を添加していないので、熱
間割れは発生しており、且つシャルピー衝撃値も極端に
低くなっている。
含んでおりしかも希土類元素を添加していないので、熱
間割れは発生しており、且つシャルピー衝撃値も極端に
低くなっている。
【００３７】銅合金ＴおよびＶのものでは、熱延は問題
なくできたが、希土類元素の添加量が過剰になっている
のでシャルピー衝撃値が低くなっており、熱間圧延時に
おける割れ発生の確率が高くなることが予測される。
なくできたが、希土類元素の添加量が過剰になっている
のでシャルピー衝撃値が低くなっており、熱間圧延時に
おける割れ発生の確率が高くなることが予測される。
【００３８】銅合金Ｕのものは、不純物含有量が２００
原子ｐｐｍを超えておりしかも希土類元素の添加量が不
足しているものであり、熱間割れは発生しており、且つ
シャルピー衝撃値が極端に低くなっている。
原子ｐｐｍを超えておりしかも希土類元素の添加量が不
足しているものであり、熱間割れは発生しており、且つ
シャルピー衝撃値が極端に低くなっている。
【００３９】図１は、以上のデータに基づき、不純物含
有量と希土類元素含有量の関係が熱間加工性に与える影
響を示したものであるが、不純物含有量に応じて適切量
［前記（１）式を満足する範囲］の希土類元素を含有さ
せることによって熱間加工性が改善されることが分か
る。
有量と希土類元素含有量の関係が熱間加工性に与える影
響を示したものであるが、不純物含有量に応じて適切量
［前記（１）式を満足する範囲］の希土類元素を含有さ
せることによって熱間加工性が改善されることが分か
る。
【００４０】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、
Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物が
或る程度存在していたとしても、この不純物含有量に応
じて適切な量の希土類元素を含有させることによって熱
間加工性が改善された銅または同銅合金が実現できた。
Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ等の不物物が
或る程度存在していたとしても、この不純物含有量に応
じて適切な量の希土類元素を含有させることによって熱
間加工性が改善された銅または同銅合金が実現できた。
【図１】不純物含有量と希土類元素含有量の関係が熱間
加工性に与える影響を示したグラフである。
加工性に与える影響を示したグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂおよ
びＰｂの少なくとも１種の不純物元素を合計で２〜２０
０原子ｐｐｍ含む銅または銅合金鋳塊であって、Ｃｅ，
Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄよりなる群から選ば
れる１種以上の希土類元素を合計：１原子ｐｐｍ以上
で、且つ下記（１）式の関係を満足する様に含有するこ
とを特徴とする熱間加工性に優れた銅または銅合金鋳
塊。 （[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）-10原子ｐｐｍ≦（[Ce]+[La]+[Nd]+[Pr ]+[Sm]+[Gd]）≦（[S]+[Se]+[Te]+[Bi]+[As]+[Sb]+[Pb]）+100原子ｐｐｍ ……（１） 但し、[S]，[Se]，[Te]，[Bi]，[As]，[Sb]，[Pb]，[C
e]，[La]，[Nd]，[Pr]，[Sm]，および[Gd]は、夫々Ｓ，
Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｎ
ｄ，Ｐｒ，ＳｍおよびＧｄの含有量（原子ｐｐｍ）を意
味する。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33157899A JP2001152266A (ja) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | 熱間加工性に優れた銅または銅合金鋳塊 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33157899A JP2001152266A (ja) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | 熱間加工性に優れた銅または銅合金鋳塊 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001152266A true JP2001152266A (ja) | 2001-06-05 |
Family
ID=18245230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33157899A Pending JP2001152266A (ja) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | 熱間加工性に優れた銅または銅合金鋳塊 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001152266A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1314822C (zh) * | 2003-06-13 | 2007-05-09 | 四川莱特新材料科技有限责任公司 | 非含银稀土铜碲高导合金材料 |
| WO2013133353A1 (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | 古河電気工業株式会社 | スパッタリングターゲット |
| JP2013185238A (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-19 | Furukawa Electric Co Ltd:The | スパッタリングターゲット |
| JP2016156097A (ja) * | 2016-05-25 | 2016-09-01 | 古河電気工業株式会社 | スパッタリングターゲット |
-
1999
- 1999-11-22 JP JP33157899A patent/JP2001152266A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1314822C (zh) * | 2003-06-13 | 2007-05-09 | 四川莱特新材料科技有限责任公司 | 非含银稀土铜碲高导合金材料 |
| WO2013133353A1 (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | 古河電気工業株式会社 | スパッタリングターゲット |
| JP2013185238A (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-19 | Furukawa Electric Co Ltd:The | スパッタリングターゲット |
| TWI632247B (zh) * | 2012-03-09 | 2018-08-11 | 古河電氣工業股份有限公司 | Sputter target |
| JP2016156097A (ja) * | 2016-05-25 | 2016-09-01 | 古河電気工業株式会社 | スパッタリングターゲット |
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