JP2001279407A

JP2001279407A - 析出型銅合金の製造方法

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Publication number: JP2001279407A
Application number: JP2000094857A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Henmi; 義男逸見; Masataka Mizuno; 正隆水野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】熱延プロセス中に析出が起こって機械的特性
に影響を与え易い析出型合金を製造するに当たり、こう
した不都合を回避し、強度等のばらつきが少なく且つ耐
熱性が改善でき、しかも製造コストが比較的かからない
様な有用な製造方法を提供する。【解決手段】Ｆｅ：０．０５〜４質量％を含むと共
に、Ｆｅを主体とする析出物を有する析出型銅合金を製
造するに当たり、厚さ４０ｍｍ以下に連続鋳造した鋳片
を焼鈍炉に直接搬送し、（析出物が再固溶する固溶限温
度−５０℃）以上、（融点−３０℃）以下の温度で５分
以上保持して均質化処理を行ない、直ちに１０℃／ｓ以
上の冷却速度で３００℃以下の温度まで冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレームや
端子コネクタ等の電気・電子部品用に使用される析出型
銅合金の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リードフレームや端子コネクタ等に使用
される銅合金は、近年の電子機器の小型化に伴って高強
度化と同時に高い放熱性、導電性が要求されている。強
度と導電率という相反する特性をバランス良く満たす為
には、その素材として析出型銅合金を採用することが最
適であり、ユーザの様々な要求に応じて合金開発が様々
なされている。上記の様な電子機器の素材として、Ｃｕ
−Ｆｅ系合金の代表格であるＣ１９４００（代表組成Cu
-2.3Fe-0.03P-0.15Zn)は、強度と導電率が程よくバラン
スした析出型銅合金として知られており、特にリードフ
レーム材料として広く使用されるに至っている。

【０００３】また、上記の様に析出型銅合金では、析出
物の形態によって耐熱性、強度、導電率等の主要な特性
が影響されることが知られている。例えばＦｅを０．０
５質量％以上含む合金では、熱間加工中にＦｅを主体と
する析出物の析出が起こるため、熱間加工の際の温度、
加工、冷却条件等に基づく熱間加工履歴が機械的特性に
少なからず影響を与えるとされている。またこのこと
は、ロット毎や熱延板の前後端間での品質ばらつきの原
因にもなっている。

【０００４】ところで、リードフレーム用に提供された
板条銅合金は、加工メーカによりスタンピングされて多
ピン形状に打ち抜かれるものであるが、このときに材料
側に歪み応力が残留し、ピンが不揃いになることがあ
る。こうした点を是正する為に、スタンピング工程にお
いて生じる歪を除去する為に熱処理（歪み取り焼鈍）を
行なうのが一般的である。従って、この様な熱処理を行
なう為には、素材としての銅合金には、４００℃以上に
なる熱処理温度でも軟化しない程度の耐熱性がが要求さ
れることになる。

【０００５】しかしながら、従来汎用されている上記の
様なＣｕ−Ｆｅ系合金では、こうした耐熱性の点で問題
があり、歪み除去の為の高温処理によって強度が低下す
ることが懸念され、素材の有する機械的特性が維持でき
ないという問題が生じている。しかも、パッケージング
が多様化する中で、半導体実装プロセスにおいても熱履
歴がかかるため、上記の様な汎用合金であっても更に良
好な耐熱性が要求されているのが実状である。

【０００６】従来から汎用されている上記Ｃｕ−Ｆｅ系
合金では、析出物が完全に再固溶するような高温からの
焼き入れを行なうと析出量が増加し、且つこの析出物を
微細にすることができるので、強度や耐軟化温度が向上
することは既に知られている。こうした観点から耐熱性
を改善した銅合金として、例えば特開平２−１１１８２
９号には、析出物のサイズに着目した技術が提案されて
いる。即ち、この技術では、析出物サイズを５０〜５０
０Åに調整することによって銅合金の耐熱性を向上させ
たものである。また、こうした銅合金を実現する為の具
体的な製造方法として、熱間圧延終了後再加熱して粗大
析出相を消滅させることが挙げられている。上記技術と
ほぼ同じ趣旨からなされた技術として、例えば特開平１
２−３８６４７号には、一旦熱間圧延した銅合金板を冷
間加工した後、高温で急冷する方法も開示されている。

【０００７】これまで提案されている上記各技術は、原
理的には実現可能なプロセスと言えるが、従来の製造工
程に（冷延→熱処理→急冷）の工程を新たに追加するこ
とになり、コスト高に繋がるという欠点があった。尚、
例えば特開平９−１７６８０８号には、上記の様なＣｕ
−Ｆｅ系合金に対して鋳造の急冷効果だけで、熱延を省
略する方法も挙げられているが、性能向上を図るもので
はなく、しかも鋳造後に溶体化処理を施すものでもな
い。

【０００８】従来における熱間圧延条件では、融点近く
まで加熱しても、Ｆｅを０．０５〜４質量％程度含む銅
合金では熱延中の析出は避けられず、その析出物は容易
に粗大化する。しかも、熱延で一旦で析出して粗大化し
た析出物は、再結晶の核となるので、上記のような再固
溶処理を施さない限り、耐軟化温度を低下させて強度低
下を招くことになる。

【０００９】熱延中の析出を避ける方法として、熱間圧
延を省略する方法も考えられ、例えば横型鋳造法はその
典型的な例であり、製造設備として稼動している。特
に、難熱延材で且つ固溶型銅合金である燐青銅や洋白等
の生産においては、既に実用化されていることは周知の
通りである。しかしながら、析出型合金に対してこの様
な方法をそのまま適用しても、鋳造後の冷却中に析出す
る析出物に起因した鋳造割れが発生することがあり、希
望する特性を有する銅合金が容易に製造はできないのが
実状である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】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、熱延プロセ
ス中に析出が起こって機械的特性に影響を与え易い析出
型合金を製造するに当たり、こうした不都合を回避し、
強度等のばらつきが少なく且つ耐熱性が改善でき、しか
も製造コストが比較的かからない様な有用な製造方法を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明とは、Ｆｅ：０．０５〜４質量％を含む
と共に、Ｆｅを主体とする析出物を有する析出型銅合金
を製造するに当たり、厚さ４０ｍｍ以下に連続鋳造した
鋳片を焼鈍炉に直接搬送し、（前記Ｆｅを主体とする析
出物が再固溶する固溶限温度−５０℃）以上、（融点−
３０℃）以下の温度で５分以上保持して均質化処理を行
ない、直ちに１０℃／ｓ以上の冷却速度で３００℃以下
の温度まで冷却する点に要旨を有するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記目的を達成す
る為に様々な角度から検討した。その結果、、Ｆｅを所
定量含むＣｕ−Ｆｅ系銅合金を対象として熱間圧延を省
略した製造方法を前提とし、鋳造後の熱処理を適切に規
定して操業すれば、Ｆｅを主体とする析出物が均一且つ
微細に分散された状態で析出して銅合金の特性が著しく
改善されることを見出し、本発明を完成した。尚、本発
明において「Ｆｅを主体とする析出物」とは、Ｆｅ単体
からなる析出物は勿論のこと、他の合金元素が化合した
析出物をも含む趣旨であり、要するに８０％程度以上の
Ｆｅを含む析出物であれば良いものである。以下では、
この析出物を「Ｆｅ析出物」と呼ぶ。

【００１３】まず、本発明で対象とするＣｕ−Ｆｅ系銅
合金は、基本的にＦｅを０．０５〜４質量％含むもので
あるが、この範囲限定理由は下記の通りである。

【００１４】Ｆｅ：０．０５〜４質量％Ｆｅは、粒子（析出物）として析出し、この析出強化作
用によって銅合金の強度や耐熱性を向上させるのに有効
な元素である。こうした効果を発揮させる為には、０．
０５質量％以上含有させる必要がある。しかしながら、
Ｆｅの含有量が過剰になると、鋳造時に未固溶のＦｅの
残存や非常に粗大な晶出物が生じ、最終製品での延性が
劣化するので、４質量％以下とする必要がある。

【００１５】尚、本発明の銅合金ではＦｅを基本添加元
素とし、残部は実質的にＣｕからなるものであるが、Ｆ
ｅ以外の添加元素としては、機械的特性の劣化を招く元
素や、Ｆｅの析出を阻害するような元素以外であれば合
金組成として許容されるものである。例えば前記Ｃ１９
４００の構成元素である０．０１〜０．２質量％程度の
Ｚｎや０．０１５〜０．１５質量％程度のPは、その代
表的な例である。特に、Ｍｇ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ａ
ｌ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｐ，Ｚｎ，Ａｇのうちの
１種以上を添加することは可能である。

【００１６】また、本発明方法は、基本的に熱間圧延工
程が省略されるものであるので、熱延割れなどの不具合
の原因とされる不純物であるＳ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｐｂ，Ａ
ｓ，Ｓｂ，Ｂｉは、最終製品の特性を阻害されない限り
許容されるものである。

【００１７】本発明方法においては、連続鋳造した鋳片
の厚さを４０ｍｍとする必要があるが、この厚さが４０
ｍｍを超えると、水冷法など通常の手法では冷却能力が
落ちてしまい、いかに冷却速度を上げてもＦｅ析出物の
析出が避けられず、耐熱性が低下してしまうことにな
る。

【００１８】本発明では、上記の様に鋳片を焼鈍炉に直
接搬送し、（析出物が再固溶する固溶限温度−５０℃）
以上、（融点−３０℃）以下の温度で５分以上保持して
均質化処理を行なうものであるが、各条件の規定理由は
下記の通りである。まず、均質化処理温度の下限を、
（析出物が再固溶する固溶限温度−５０℃）としたの
は、この（析出物が再固溶する固溶限温度−５０℃）の
温度では、析出が起こってもその量が少なくなること、
および結晶粒の不必要な粗大化を防ぐピン止め効果が発
揮されるという利点があるからである。尚、析出物が再
固溶する温度とは、具体的には例えば前記Ｃ１９４００
の場合には、Ｆｅ析出物では９７０℃程度である。

【００１９】一方、均質化処理温度の上限を（融点−３
０℃）としたのは、この温度よりも高くなると鋳片の強
度が下がり、鋳塊搬送時に割れる可能性があるからであ
る。また、均質化処理の保持時間を５分以上としたの
は、均質化処理を施す為に最低限必要な時間であり、こ
の時間が５分未満となると均質化処理が不十分になっ
て、銅合金の強度および耐熱性ともに劣化することにな
る。尚、この均質化処理の保持時間の上限については、
特に限定するものではないが、経済性や生産性という観
点からして、３時間以内であることが好ましい。

【００２０】均質化処理を行なってもその後の冷却が緩
やかであれば、冷却中に析出物が析出し、その析出物は
粗大化することになる。こうしたことから、均質化処理
後には、直ちに水冷等の急冷を行い、冷却中に起こる析
出を抑制する必要がある。こうした観点から本発明で
は、均質処理後に１０℃／ｓ以上の冷却速度で急冷する
必要がある。即ち、この冷却速度が１０℃／ｓ未満にな
ると、析出物が粗大化し、耐熱性が劣化することにな
る。また、こうした冷却は、少なくとも３００℃以下
（最終到達温度）まで行なう必要があるが、この最終到
達温度が３００℃よりも高くなると不必要な析出が起こ
り、機械的特性を劣化させることがある。尚、本発明に
おける上記冷却では、鋳片が受ける冷却条件は原理的に
全長に亘って一定となるので、従来の熱延法とは異な
り、機械的特性等のばらつき低減が可能になる。

【００２１】ところで、本発明方法を実施する為の装置
（鋳造装置および熱処理炉）の構成については、特に限
定するものではないが、例えば溶湯を鋳型に流し込む方
式の鋳造装置が採用できる。こうした鋳造装置として
は、横型鋳造装置の他、ベルトキャスタを備えた鋳造装
置等が有効である。また、鋳造直後に連続的に熱処理炉
に直接搬入することが好ましい。これによって、改めて
鋳片を加熱する必要が無い上、再加熱中の割れなどの不
具合も解消される。また、ベルトキャスタを備えた鋳造
装置では、横型鋳造装置に比べて凝固速度を速くするこ
とができるため、ミクロ偏析サイズが小さく、均質化時
間を低減できるメリットもある。

【００２２】熱処理炉では、鋳片の鋳造組織や晶出物等
のミクロ偏析を解消して均質化する。また、鋳造中に晶
出・析出した化合物を再固溶させ、析出強化を最大限利
用できるようにするものである。更に、雰囲気制御等に
より表面酸化、内部酸化を抑制し、歩留を低減させるこ
とも期待できる。

【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。

【００２４】

【実施例】実施例１図１は、本発明方法を実施する為の製造設備の一構成例
を示す概略説明図である。図１に示した装置おいては、
浸漬ノズルを備えたタンディッシュ１が配設されてお
り、このタンディッシュ１からはシール性を保ちつつ、
横型ベルト鋳造機（ベルトキャスタ）２に銅合金溶湯Ｍ
を注湯し、出てきた鋳片をすぐさまＡｒ雰囲気に制御さ
れた焼鈍炉３に入れ、均質化処理を行なう。尚、図１に
おいて、５はステンレス鋼製のベルト、６はスプレーノ
ズル、７はガイドロール、８はベルトを駆動する為の大
型ロールである。

【００２５】図１に示した製造設備では、焼鈍炉３に続
いて水冷帯４が設けられており、焼鈍を出た直後の鋳片
Ｓこの水冷帯４で急冷されることになる。尚、図１中９
は、冷却帯４における冷却媒体が焼鈍炉内に侵入するこ
とを防止する為の遮蔽板である。

【００２６】図１に示した様な装置を用いて、下記表１
に示す各種化学成分組成のＣｕ−Ｆｅ系合金を鋳造し
た。まず、厚さ：２０ｍｍ、幅：１００ｍｍで１ｍ／ｍ
ｉｎの鋳造速度とした鋳片を、冷却せずに焼鈍炉３に入
れて加熱保持した後、直ちに水冷帯４にて水冷した。こ
のときの加熱温度などの条件に関しては、下記表１に示
した通りである。

【００２７】その後、皮削りをして表層部を除去し、冷
却加工した後、熱処理を１回以上繰り返した後、最終冷
間圧延で板厚を０．２５ｍｍとした。このとき従来法に
よる比較材として（表１のＮｏ．Ｃ−１２）、大気中で
高周波溶解し、厚さ７０ｍｍ、幅１００ｍｍの鋳塊を９
５０℃に加熱、均質化した後板厚２０ｍｍまで熱延し、
すぐさま水冷したものについても製造した。尚、以降の
工程は上記と同一とした。

【００２８】得られた各鋳片について、その強度と耐軟
化温度を測定した。このとき強度については、鋳片を圧
延方向に切り出してＪＩＳ１３号試験片を作製し、引張
試験を行なって測定した。また耐軟化温度は、各温度
（３９０〜４９０℃）で５分間加熱し、初期硬度の９０
％以上を確保できる温度と定義した。その結果を、製造
条件と共に、下記表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】この結果から、次の様に考察できる。ま
ず、Ｆｅ含有量の少ないＡ−１の例では、強度が４６８
Ｎ／ｍｍ²以下なっており、十分な強度が確保ができて
おらず、一方、Ｆｅ含有量の多いＥ−１の例では強度、
耐熱性ともに良好な結果となったが、伸びが極端に低い
ことが判る。

【００３１】また鋳造板厚が厚く、そのため冷却能が低
下しているＣ−１、均質化処理温度が低いC−５、均質
化処理時間が短いＣ−７、冷却速度の低いＣ−９、更に
冷却終了温度が高いＣ−１１では、いずれも耐熱性の点
で本発明の実施例よりも劣っている。更に、融点直下で
均質化したＣ−３では、鋳片搬送時に板が割れたため、
評価を中止した。

【００３２】これに対し本発明方法で規定する要件を満
足する実施例のものでは、殆どのＦｅが銅中に固溶させ
た後に焼き入れることができたため、強度並びに耐軟化
温度が上昇したと考えられ、本発明が有効であることが
判る。

【００３３】実施例２ばらつきを調べるため６本を溶解、圧延共に日を変えて
製造した合金の特性を調査した。実施例１と同様に、ベ
ルトキャスタで試作した本発明例と、通常の熱延法（従
来法）で製造したものを比較例とした。本発明の製造条
件を下記表２に、従来法の製造条件を下記表３に示す。
尚、用いた銅合金の組成はＣ１９４００（Ｃｕ−２．３
Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．１５Ｚｎ）とした。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】得られた鋳片について、その強度と耐軟化
温度を測定し、ロット毎のばらつきを調査した。その結
果を、下記表４に示す。このときの強度（引張試験）
は、ｎ＝５の平均値を示したものである。この結果から
明らかな様に、本発明方法によって得られた銅合金で
は、強度、耐軟化温度共に従来材を上回り、且つばらつ
きが小さくなっていることが判る。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
熱延プロセス中に析出が起こって機械的特性に影響を与
え易い析出型合金を製造するに当たり、こうした不都合
を回避し、強度等のばらつきが少なく且つ耐熱性が改善
でき、しかも製造コストが比較的かからない様な有用な
製造方法が確立でき、こうした方法は耐熱性の優れた析
出型銅合金を量産できるため、産業上極めて有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施する為の製造設備の一構成例
を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１タンディッシュ２ベルトキャスタ３焼鈍炉４水冷帯５ベルト６スプレーノズル７ガイドロール８大型ロール

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５０Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５０Ａ６６１６６１Ａ６８２６８２６９１６９１Ｂ６９１Ｃ６９２６９２Ａ６９２Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ：０．０５〜４質量％を含むと共
に、Ｆｅを主体とする析出物を有する析出型銅合金を製
造するに当たり、厚さ４０ｍｍ以下に連続鋳造した鋳片
を焼鈍炉に直接搬送し、（前記Ｆｅを主体とする析出物
が再固溶する固溶限温度−５０℃）以上、（融点−３０
℃）以下の温度で５分以上保持して均質化処理を行な
い、直ちに１０℃／ｓ以上の冷却速度で３００℃以下の
温度まで冷却することを特徴とする析出型銅合金の製造
方法。