JP2002088428A - 耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金およびその製造法 - Google Patents
耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金およびその製造法Info
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Abstract
導電率、ヤング率、耐応力緩和特性、プレス性等に優れ
た低コストのコネクタ用銅合金およびその製造法を提供
する。 【解決手段】 重量%で、Znを17〜32%、Snを
0.1〜4.5%、Siを0.01〜2.0%の範囲で
含有し、かつ、ZnとSnは次式 54≦3X+Y≦100 (ただし、XはZnの、Yは
Snの添加量(%)) を満たす銅合金とし、また、液相線温度から600℃ま
での温度域を50℃/分以上の冷却速度で冷却して鋳塊
を得て、引き続き900℃以下の加熱温度で熱間圧延を
行って圧延材を得る製造法とする。より好ましくは、こ
の圧延材をさらに冷間圧延と300〜650℃の温度域
での焼鈍を繰り返し、結晶粒径を10μm以下とする。
Description
・電子部品用材料として好適な強度、導電性、耐応力腐
食割れ性、耐応力緩和特性等を有し、さらにヤング率の
小さい板又は条の銅合金材およびその製造法に関するも
のである。
種々の機械の電気配線は複雑化、高集積化が進み、それ
に伴いコネクタ等の電気・電子部品用として使用される
伸銅品材料が増加している。また、コネクタ等の電気・
電子部品は、軽量化、高信頼性、耐環境性、低コスト化
が要求されている。よって、これらの要求を満たすため
に、コネクタ用銅合金条材は薄肉化され、またピン幅も
狭くなり、かつ複雑な形状にプレスされるため、強度、
弾性、導電性、耐応力腐食割れ性及び曲げ加工性、プレ
ス抜き加工性が良好でなければならない。
ン幅の減少及び挿抜時や曲げに対して座屈や変形しない
強度、また電線のかしめ・嵌合保持に対する強度が要求
され、条材においては圧延の展伸方向における0.2%耐
力は600N/mm2以上、好ましくは650N/mm2以上、さ
らに好ましくは700N/mm2以上が要求され、引張強さ
は650N/mm2以上、好ましくは700N/mm2以上、さら
に好ましくは750N/mm 2以上が要求されている。ま
た、端子をプレスする際に連鎖方向の関係から、条材に
おいては圧延の展伸方向に直角方向についても強度が要
求され、直角方向における0.2%耐力は650N/mm2以
上、好ましくは700N/mm2以上、さらに好ましくは7
50N/mm2以上が要求されており、引張強さは700N/m
m2以上、好ましくは750N/mm2以上、さらに好ましく
は800N/mm2以上が要求されている。
るため、導電率は20%IACS以上が好ましい。また従来
においては、コネクタの小型化に伴い、小さい変位で大
きな応力が得られるよう条材のヤング率が大きいことが
求められていたが、ピン幅が小さくなり、端子自身の寸
法精度が厳しくなり、金型技術やプレスの操業管理、ま
たは条材の板厚や残留応力のバラッキ等、管理基準が厳
しくなり、逆にコストアップを招いていた。そのため、
最近では、ヤング率の小さい条材を用い、ばねの変位を
大きくとる構造とし、寸法のばらつきを許容できる設計
が求められてきている。したがって、条材の展伸方向に
おいてはヤング率が120kN/mm2以下、好ましくは11
5kN/mm2以下、展伸方向の直角方向においては130kN
/mm2以下、好ましくは125kN/mm2以下、さらに好まし
くは120kN/mm2以下であることが求められてきてい
る。
頻度もコストに占める割合が大きく、クローズアップさ
れてきている。この金型のメンテナンスの大きな要因と
しては工具の摩耗があげられる。すなわち、加工素材条
について打抜きや曲げ等のプレス加工を行う際に、パン
チ、ダイス、ストリッパー等の工具が摩耗することによ
り加工材にバリが発生し、また寸法不良を来すことにな
る。この工具の磨耗については、加工素材条自身の材質
等が与える影響も大きく、金型摩耗性に対する加工素材
条側に対する改善要求も高くなってきている。
腐食割れ性に優れていることが必要であり、またメス端
子に至っては、熱的負荷が加わることから、耐応力緩和
特性にも優れていなければならない。具体的には、応力
腐食割れ寿命は従来の黄銅一種条材の5倍以上、さらに
好ましくは10倍以上であることが望ましい。応力緩和
率は150℃において黄銅一種条材の半分以下、好まし
くは25%以下、さらに好ましくは20%以下であるこ
とが望ましい。なお、上記の黄銅一種は、Snを含まな
いCu−30Znを標準とする銅合金であり、JIS H 31
00 で規定するC2600合金に相当し、また、後記の
実施例の比較例2において使用したCDA(Copper Dev
elopment Association:米国)規格のC26000合金
がこれに相当する。
等の条材が、一般的に使用されていた。黄銅は低コスト
の条材として使用されているが、 0.2%耐力及び引張強
さは質別がH08(spring材用)でも570N/mm2及び
640N/mm2程度であり、コネクタ材としての 0.2%耐
力が600N/mm2以上、引張強さが650N/mm2以上の要
求を満足できない。またさらに、黄銅条材は耐食性、耐
応力腐食割れ性、耐応力緩和特性で劣っている。これに
対して、りん青銅条材は、強度、耐食性、耐応力腐食割
れ性、耐応力緩和特性のバランスに優れているが、導電
率が例えばばね用りん青銅条材で12%IACSと小さく、
かつコスト的にも不利であるという問題がある。
として、多くの銅合金条材が研究、開発され提案されて
いる。しかしながら、提案された多くの銅合金条材は、
銅に微量な添加元素を加え、強度、電気伝導性、耐応力
緩和特性等の特性をバランスさせたものであるが、ヤン
グ率については展伸方向(圧延方向)で120〜135
kN/mm2、直角方向で125〜145kN/mm2と大きな値で
あり、耐応力腐食割れ性は黄銅一種条材の2倍で改善度
は小さく、またコストも高いものであるという状況にあ
った。
率は、展伸方向が110〜120kN/mm2、直角方向が1
15〜130kN/mm2であり、前記のように、最近の設計
事情からヤング率の小さいものが求められ、この要求に
合致するこれらの材料が見直されてきている。すなわ
ち、黄銅条材に近い価格で、この黄銅条材を改良した形
で、条材の展伸方向において0.2%耐力が600N/mm2以
上、引張強さが650N/mm2以上、ヤング率が120kN/
mm2以下、導電率が20%IACS以上、応力緩和率が20
%以下で、さらには、展伸方向と直角方向の0.2%耐力
が650N/mm2以上、引張強さが700N/mm2以上、ヤン
グ率が130kN/mm2以下であると共に、特に、耐応力腐
食割れ性について3%NH3 雰囲気での腐食割れ寿命が
黄銅一種条材の5倍以上であるような銅合金条材が切に
望まれている状況にある。
度、加工性、コストのバランスに優れる銅合金が得られ
やすく、また、コネクタ材はSnめっきされる機会が多
くなり、銅合金にSnを含んでいる方がSnめっきした
端材等を原料として利用できる点からも有利である。こ
のような見地からCu−Zn−Sn合金は注目に値する
合金系である。Cu−Zn−Sn合金としては、CDA
規格のC40000番台の銅合金が知られている。
−2.0Sn−0.2P合金であり、コネクタ用の材料
としてよく知られている。C43400はCu−14Z
n−0.7Sn合金であり、スイッチ、リレー、端子用
として少量であるが用いられている。しかしながらこれ
以上にZn量の多いCu−Zn−Sn合金は、コネクタ
用の材料として殆ど用いられていない。それは、Zn量
とSn量が増すと熱間加工性が低下し、かつ、コネクタ
用の圧延材として必要な機械的特性をはじめとした各種
特性が得られないという問題があり、また、コネクタ用
圧延材としての適切なZn量とSn量、およびその圧延
材の製造条件が知られていないことによっている。
い銅合金として、C43500(Cu−18Zn−0.
9Sn)やC44500(Cu−28Zn−1Sn−
0.05P)、C46700(Cu−39Zn−0.8
Sn−0.05P)等が挙げられるが、これらの銅合金
については、楽器用、船舶用、雑貨品等の用途としての
板、棒、管等の展伸材があるだけであり、コネクタ用の
圧延材としては利用されていない。また、これらの銅合
金材においては、コネクタ用としての圧延材に必要な展
伸方向の0.2%耐力、引張強さ、ヤング率、導電率、応
力緩和率、さらには、展伸方向と直角方向の 0.2%耐
力、引張強さ、ヤング率、そして、プレス性、耐応力腐
食割れ性等の特性について、前記した数値要件を全て満
たすものが得られていない状況にある。特に、これらの
銅合金材においては、 0.2%耐力及び耐応力腐食割れ性
の向上が問題となっている。
ニクスの発達に伴い、コネクタ等の電気・電子部品用材
料に要求される上記のような諸特性を兼備した銅合金圧
延材、すなわち、Cuより安価な成分を添加することに
より低コスト化を図り、耐応力腐食割れ性と共に、0.
2%耐力、引張強さ、導電率、ヤング率、耐応力緩和特
性、プレス性等に優れた低コストのコネクタ用銅合金お
よびその製造法の提供を目的とするものである。
題を解決するべく鋭意研究の結果、Cu−Zn−Sn系
合金への少量のSiの添加により、組織を微細化させ、
また、SiとNi、Ti、Cr、Mnなどの元素との化
合物を生成させることにより組織を微細化させ、合金の
0.2 %耐力を向上させることができることを見出し、ま
た、応力腐食割れのメカニズムについては、電気化学現
象、有害イオン吸着、応力促進すべり面溶解説などあっ
て定説はないが、Siあるいは、Si−Ni、Si一T
i、Si−Cr、Si−Mnなどの化合物が、応力腐食
割れの進行を抑え、耐応力腐食割れ性を大幅に向上させ
ることを見出し、さらに、このようなコネクタ用銅合金
圧延材に必要な特性を同時に満足できるCu−Zn−S
n−Si合金の最適な組成と最適な加工熱処理条件を見
出すことによって、本発明をなすに至ったものである。
wt%のZnとSnとSiと残部が銅及び不可避的不純物
とからなる銅合金であって、耐応力腐食割れ性として3
%NH3 雰囲気での腐食割れ寿命が黄銅一種材の5倍以
上であることを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたコ
ネクタ用銅合金であり、第2に、17〜32wt%のZn
とSnとSiと残部が銅及び不可避的不純物とからなる
銅合金であって、耐応力腐食割れ性として3%NH3 雰
囲気での腐食割れ寿命が黄銅一種材の5倍以上であり、
展伸方向の0.2%耐力が600N/mm2以上、引張強さが6
50N/mm2以上、導電率が20%IACS以上、ヤング率が
120kN/mm2以下、応力緩和率が20%以下であること
を特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合
金であり、第3に、前記銅合金が、17〜32wt%のZ
nと0.1〜4.5wt%のSnと0.01〜2.0wt%
のSiと残部が銅及び不可避的不純物とからなり、Zn
とSnは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金であることを特徴とする前記第1又は第
2に記載の耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金
であり、第4に、17〜32wt%Znと0.1〜4.5
wt%のSnと0.01〜2.0wt%のSiと残部が銅及
び不可避的不純物とからなり、ZnとSnは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金であって、耐応力腐食割れ性として3%
NH3 雰囲気での腐食割れ寿命が黄銅一種材の5倍以上
であり、さらに展伸方向の0.2%耐力が600N/mm2以
上、引張強さが650N/mm2以上、導電率が20%IACS
以上、ヤング率が120kN/mm2以下、応力緩和率が20
%以下、展伸方向と直角方向の0.2%耐力が650N/mm2
以上、引張強さが700N/mm2以上、ヤング率が130k
N/mm2以下であることを特徴とする耐応力腐食割れ性に
優れたコネクタ用銅合金であり、第5に、前記銅合金
が、さらに、Fe:0.01〜3wt%、Ni:0.01
〜5wt%、Co:0.01〜3wt%、Ti:0.01〜
3wt%、Mg:0.01〜2wt%、Zr:0.01〜2
wt%、Ca:0.01〜lwt%、Mn:0.01〜10
wt%、Cd:0.01〜3wt%、Al:0.01〜5wt
%、Pb:0.01〜3wt%、Bi:0.01〜3wt
%、Be:0.01〜3wt%、Te:0.01〜1wt
%、Y:0.01〜3wt%、La:0.01〜3wt%、
Cr:0.01〜3wt%、Ce:0.01〜3wt%、A
u:0.01〜5wt%、Ag:0.01〜5wt%、P:
0.005〜0.5wt%のうち少なくとも1種以上の元
素を含み、その総量が0.01〜5wt%であり、かつ、
Sが30ppm 以下の銅合金であることを特徴とする前記
第1〜第4のいずれかに記載の耐応力腐食割れ性に優れ
たコネクタ用銅合金である。
のZnとSnとSiと残部が銅及び不可避的不純物とか
らなる銅合金の製造法であって、液相線温度から600
℃まで温度域を50℃/分以上の冷却速度で冷却して鋳
塊を得、該鋳塊を引き続き900℃以下の加熱温度で熱
間圧延することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた
コネクタ用銅合金の製造方法であり、第7に、前記銅合
金が、17〜32wt%のZnと0.1〜4.5wt%のS
nと0.01〜2.0wt%のSiと残部が銅及び不可避
的不純物とからなり、ZnとSnは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金であることを特徴とする前記第6に記載
の耐応力腐食性に優れたコネクタ用銅合金の製造法であ
り、第8に、17〜32wt%のZnと0.1〜4.5wt
%のSnと0.01〜2.0wt%のSiと残部が銅及び
不可避的不純物とからなり、ZnとSnは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金の製造法であって、液相線温度から60
0℃までの温度域を50℃/分以上の冷却速度で冷却し
て鋳塊を得、該鋳塊を引き続き900℃以下の加熱温度
で熱間圧延した後、冷間圧延と300〜650℃の温度
域での焼鈍を繰り返し、焼鈍後の圧延材の結晶粒径を1
0μm 以下とすることを特徴とする耐応力腐食割れ性に
優れたコネクタ用銅合金の製造方法であり、第9に、1
7〜32wt%のZnと0.1〜4.5wt%のSnと0.
01〜2.0wt%のSiと残部が銅及び不可避的不純物
とからなり、ZnとSnは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金の製造法であって、液相線温度から60
0℃までの温度域を50℃/分以上の冷却速度で冷却し
て鋳塊を得、該鋳塊を引き続き900℃以下の加熱温度
で熱間圧延した後、冷間圧延と300〜650℃の温度
域での焼鈍を繰り返し、焼鈍後の圧延材の結晶粒径を1
0μm 以下とし、さらに加工率30%以上の圧延加工と
450℃以下の低温焼鈍を行うことによって、耐応力腐
食割れ性として3%NH3 雰囲気での腐食割れ寿命が黄
銅一種材の5倍以上であり、展伸方向の0.2%耐力が6
00N/mm2以上、引張強さが650N/mm2以上、ヤング率
が120kN/mm2以下、導電率が20%IACS以上、応力緩
和率が20%以下、展伸方向と直角方向の0.2%耐力が
650N/mm2以上、引張強さが700N/mm2 以上、ヤン
グ率が130kN/mm2以下の圧延材を得ることを特徴とす
る耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金の製造法
であり、第10に、前記銅合金が、さらに、Fe:0.
01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.0
1〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01
〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜
1wt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜
3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3
wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt
%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、
La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、C
e:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、A
g:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%の
うち少なくとも1種以上の元素を含み、その総量が0.
01〜5wt%であり、かつ、Sが30ppm 以下の銅合金
であることを特徴とする前記第6〜第9のいずれかに記
載の耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金の製造
法である。
る。17〜32wt%のZnとSnとSiからなる原料、
好ましくは17〜32wt%のZnと0.1〜4.5wt%
のSnと0.01〜2.0wt%で、ZnとSnの割合が
54≦3X+Y≦100(ここで、XがZnの添加量、
YがSnの添加量)となる原料を用いて、溶解鋳造を行
う。原料としては、適宜母合金を利用する。Snを表面
処理してある端材、特にプレス打抜きくずを原料として
利用する場合は、300〜600℃の温度で0.5〜2
4時間、大気中または不活性雰囲気中で熱処理した後に
溶解した方が好ましい。この熱処理温度が300℃未満
では、プレスくずに付着したプレス油の燃焼が不十分で
あり、また、保管中に吸着した水分の乾燥が不十分であ
り、この後急激に温度を上昇させて溶融作業に入ると、
分解により生成した水素が溶湯中に吸収されて鋳塊にお
けるブローホール発生の原因となる。
酸化が急激に進みドロス発生の原因となる。このドロス
は溶湯の粘性を高め、鋳造性を低下させる。したがっ
て、溶融前の原料熱処理温度は300〜600℃の範囲
とする。また、熱処理時間が0.5時間未満では、プレ
ス油の燃焼や水分の乾燥が十分でなく、24時間を超え
る時間では母材のCuがSn表面処理層に拡散して酸化
し、Cu−Sn−O系の酸化物を形成しドロスの原因と
なり、また経済的でもない。したがって熱処理時間は
0.5〜24時間の範囲とする。また、この熱処理は、
大気雰囲気でも十分に行えるが、不活性ガスでシールし
た方が酸化防止の面からより好ましい。ただし、還元ガ
ス中では高温になると水分の分解による水素の吸収、拡
散によって不利になる。
連続鋳造によって鋳造するのが望ましい。連続鋳造は、
縦型、横型等どちらでも構わない。ただし、液相線温度
から600℃まで温度域を50℃/分以上の冷却速度で
冷却する。冷却速度が50℃/分未満では粒界にZn、
Snの偏析が生じ易く、その後の熱間加工性を悪化さ
せ、歩留まりを低下させる。冷却速度の規制を行う温度
域は、液相線温度から600℃まででよい。液相線以上
の温度域を規制しても効果がなく、600℃以下におい
ては鋳造時の冷却工程の時間程度では粒界へのZn、S
nの過度な偏析を生じないので、特に冷却速度を規制す
る必要はなく、規制温度域は液相線温度から600℃ま
でで十分である。
加熱温度は900℃以下とする。900℃を超える温度
では、Zn、Snの粒界への偏析と結晶組織における第
二相の発生による熱間割れが生じ、歩留まりが低下す
る。900℃以下の温度で熱間圧延することにより、鋳
造時のミクロな偏析及び鋳造組織の消失により、本発明
合金組成のZn量、Sn量、Si量を含む組織的に均質
な材料を得ることができる。熱間圧延温度は870℃以
下であると、なお好ましい。熱間圧延後の圧延材の結晶
粒径は25μm 以下が望ましい。結晶粒径が25μm を
越えるとその後の冷間加工率及び焼鈍条件の管理幅が狭
く、少しでも逸脱すると結晶粒が混粒になりやすく、特
性が劣化する。
その後、冷間圧延と300〜650℃の温度域での焼鈍
を繰り返し、焼鈍後の結晶粒径を20μm 以下とする。
300℃未満の温度では結晶粒の制御に要する時間が長
くなり不経済であり、650℃を越えると短時間で結晶
粒が粗大化する。焼鈍後の圧延材の結晶粒径が20μm
を越えると特に 0.2%耐力等機械特性、および加工性が
低下する。好ましくは結晶粒径を15μm 以下、さらに
好ましくは10μm 以下とする。
以上の加工率による冷間圧延と450℃以下の低温焼鈍
を行うことによって、展伸方向(圧延方向)の0.2%耐
力が600N/mm2以上、引張強さが650N/mm2 以上、
ヤング率が120kN/mm2以下、導電率が20%IACS以
上、応力緩和率が20%以下、展伸方向と直角方向の0.
2%耐力が650N/mm2以上、引張強さが700N/mm2 以
上、ヤング率が130kN/mm2以下の銅合金圧延材が容易
に得られる。冷間加工率が30%未満では加工硬化によ
る強度向上が不十分であり、機械特性の向上が不十分で
ある。さらに好ましい冷間加工率は60%以上である。
低温焼鈍は、さらに 0.2%耐力、引張強さ、ばね限界
値、耐応力緩和特性を向上させるために必要であるが、
450℃を越える温度では、与える熱容量が大きすぎ短
時間で軟化する。また、バッチ式、連続式共に圧延材内
での特性ばらつきが発生しやすくなる。すなわち、低温
焼鈍の温度条件は450℃以下が好ましい。
金圧延材における銅合金成分について説明する。Znを
添加することにより、強度、ばね性が向上し、かつCu
より安価であるため多量に添加することが望ましいが、
32wt%を超えるとSnとの共存下で第二相が出現し、
加工性、特に熱間加工性を著しく低下させる。すなわ
ち、17〜32%Znを含有する黄銅の結晶組織は、加
工性に優れた単一のα晶(固溶体)構造を成すものであ
るが、上記範囲を超えてZn量を増すことにより、β晶
が第二相として出現し、加工性、特に熱間加工性を阻害
する。また、耐食性、耐応力腐食割れ性も低下する。さ
らに湿気や加熱によるめっき性、はんだ付け性について
も低下する。また、Znがl7wt%未満であると0.2%
耐力や引張強さなどの強度・ばね性が不足し、ヤング率
が大きくなり、さらにSnを表面処理したスクラップを
原料とした場合、溶融時の水素ガス吸蔵が多くなり、鋳
塊にブローホールが発生しやすくなる。また、安価なZ
nが少なく経済的にも不利になる。したがって、Zn
は、17〜32wt%の範囲が好ましい。さらに好ましい
範囲は、23〜28wt%である。Zn量については、こ
のように狭い範囲で規制するのが望ましい。
く 0.2%耐力、引張強さなどの強度及び弾性をはじめと
する機械的特性を向上させる効果がある。また、Snめ
っき等のSnを表面処理した材料を再利用する点からも
Snは添加元素として含有するのが好ましい。しかし、
Sn含有量が増すと導電率が急激に低下し、またZnと
の共存下で第二相が出現しやすく、熱間加工性が著しく
低下する。熱間加工性と導電率20%IACSを確保するた
めには、Snの含有量は4.5wt%を超えない範囲でな
ければならない。また、0.lwt%未満では機械的特性
の向上が難しく、Snめっき等を施したプレスくず等を
原料として利用し難くなる。したがって、Snは0.1
〜4.5wt%の範囲が好ましく、さらに好ましいSnの
範囲は0.6〜l.4wt%である。
量で結晶を微細化し、 0.2%耐力や引張強さなどの強度
及び弾性をはじめとする機械的特性を向上させる効果が
ある。Siはまたこの銅合金に添加したNi、Ti、C
r、Mn等の元素と結合して化合物を生成することによ
って結晶粒を微細化し、上記の機械的特性を向上させる
効果を有する。さらに、Si及びSiと上記Ni、T
i、Cr、Mn等との化合物は、圧延工程で形成される
集合欠陥部へのZnの偏析を阻止し、耐応力腐食割れ性
を向上させることができるという効果を有する。しか
し、Si含有量が多くなると導電率が急激に低下し、ま
たZnとの共存下でα相以外の第二相が出現し、熱間加
工性が著しく低下する。熱間加工性と導電率20%IACS
を確保するためには、2.0wt%を超えない範囲でなけ
ればならない。また、Si含有量が0.01wt%より少
ないと耐応力腐食割れ性の向上、機械的特性の向上効果
がなくなり、またSnめつき等を施したプレスくず等を
原料として利用し難くなる。したがって、Siは、0.
01〜2.0wt%の範囲が好ましく、さらに好ましい範
囲は、0.2〜l.0wt%である。
で、かつ、ZnとSnが次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす範囲であれば、鋳造や熱間圧延等の高温時にお
けるZn、Snリッチ相の粒界析出を制御でき、展伸方
向の0.2%耐力が600N/mm2以上、引張強さが650N/
mm2以上、ヤング率が120kN/mm2以下、導電率が20
%IACS以上、そして展伸方向と直角方向の0.2%耐力が
650N/mm2以上、引張強さが700N/mm2以上、ヤング
率が130kN/mm2以下の銅合金圧延材を得ることがで
き、さらにコネクタ材として必要な諸特性、具体的に
は、3%NH3 蒸気中での割れ寿命が黄銅一種材の5倍
以上という耐食性、耐応力腐食割れ性、そして、20%
以下という応力緩和率すなわち150℃における応力緩
和率が黄銅一種の半分以下、りん青銅並という耐応力緩
和特性が得られ、さらには、プレス打抜き性等を満足す
る銅合金圧延素材が作製できるものである。なお、上記
(1)式によるZnとSnの限定範囲は、次の(2)式
の範囲であることがさらに好ましい。 75≦3X+Y≦90 (2)
方が望ましい。Sは少量の含有で、熱間圧延における変
形能を著しく低下させる。このSは、特に、硫酸浴でS
nめっきされたくずを使用した場合やプレス等の油から
取り込まれるが、この値を規制することにより、熱間圧
延での割れ防止につなげることができる。このような効
果を発現するには、Sは30ppm以下、好ましくは15p
pm以下が必要である。
01〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.0
1〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01
〜2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜
lwt%、Mn:0.01〜10wt%、Cd:0.01〜
3wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3
wt%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt
%、Te:0.01−1wt%、Y:0.01〜3wt%、
La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、C
e:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、A
g:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%の
うち少なくとも1種以上の元素を含み、その総量が0.
01〜5wt%を含んでもよい。これらの元素は、単独で
または前記のようにSiとの化合物の形で、導電率、ヤ
ング率や成形加工性を大きく損なうことなく、強度や耐
応力腐食割れ性を向上させる。また、各元素が上記含有
範囲からはずれると所望の効果が得られないか、逆に、
耐応力腐食割れ性、熱間加工性、冷間加工性、プレス
性、導電率、ヤング率等の効果を阻害し、コスト面でも
不利となる。
クタ材には、場合によっては、表面処理としてCuめっ
き下地膜を0.3〜2.0μm 、Snめっき膜を0.5
〜5.0μm 施す。Cu下地膜は、0.3μm 未満で
は、銅合金中のZnが表面処理層および表面に拡散して
酸化することによって接触抵抗の増加やはんだ付け性の
低下を来すことがあり、2.0μm を超えると効果が飽
和し、経済的にも不利になる。なお、Cu下地めっき
は、純Cuであることに限らず、Cu−Fe、Cu−N
i、Cu−Ni−P、Cu−Zn、Cu−Cr合金でも
よい。
食性、特に耐硫化水素性が不十分であり、また、5.0
μm を超えても効果が飽和し経済的にも不利となる。さ
らに、これらの表面処理は、膜厚の均一性及び経済性の
面から、電気めっきによって実施するのが好ましい。表
面処理後に光沢をだすためにリフロー処理を施してもよ
い。このリフロー処理はまたウイスカ対策としても有効
である。
た後に、100〜280℃の温度で1〜180分熱処理
してもよい。この熱処理によって、プレス加工によって
低下したばね限界値、耐応力緩和特性が改善され、さら
にウイスカ対策が実現できる。100℃未満の温度では
このような効果が十分でなく、280℃を超えると拡散
や酸化により、接触抵抗、はんだ付け性、加工性が低下
する。また、熱処理時間が1分未満では効果が十分でな
く、180分を超えると拡散や酸化による前記特性の低
下が起こりまた経済的でもない。
銅合金No.1〜7を液相線温度より70℃高い温度で
溶解後、縦型の小型連続鋳造機を用いて、30×70×
1000(mm)の鋳塊に鋳造した。ただし、鋳型による
一次冷却と水シャワーによる二次冷却を調整することに
より、液相線から600℃までの冷却速度は50℃/分
を大きく上回るようにした。
した後、厚さ5mmまで熱間圧延し、この圧延条について
表面やエッジの割れによって熱間加工性を評価した。す
なわち酸洗後50倍の光学顕微鏡で割れが全く確認され
ないものを○、確認されたものを×とした。さらに、熱
間圧延終了温度を約600℃とし、急冷によって熱間圧
延終了時の圧延条の結晶粒径を約25μm に制御した。
て厚さ1mmまで圧延し、450〜520℃の温度で熱処
理し、結晶粒径が約10μm になるように調整した。こ
の圧延条を酸洗した後、厚さ0.25mmまで冷間圧延
し、最終工程で250℃の低温焼鈍を施した。得られた
圧延条から試験片を採取した。
%耐力、引張強さ、ヤング率、導電率、応力緩和率及び
応力腐食割れ寿命の測定を行った。 0.2%耐力、引張強
さ、ヤング率の測定はJIS Z 2241、導電率はJIS H 0505
にしたがった。ただし、圧延方向と直角方向の 0.2%耐
力、引張強さ、ヤング率は、試験片長さ70mmの小型の
試験片を用いた。応力緩和試験は、試料表面に 0.2%耐
力の80%にあたる曲げ応力を加え、150℃、500
時間保持し、曲げぐせを測定した。応力緩和率は(3)
式によって計算した。 応力緩和率(%)=[(L1−L2)/(L1−L0)]×100 (3) だだし L0:治具の長さ(mm) L1:開始時の試料長さ(mm) L2:処理後の試料端間の水平距離(mm)
にあたる曲げ応力を加え、3%のアンモニア水を入れた
デシケー夕内に保持した。10分毎に割れの有無を観察
した。そして割れを確認した10分前の時間を応力腐食
割れ寿命とした。得られた結果を表2に示した。前記熱
間加工性の評価結果についても併記した。
No.1〜7の銅合金圧延条は、熱間加工性に優れ、製
造面でも有利であり、かつ 0.2%耐力、引張強さ、ヤン
グ率、導電率のバランスに優れていることがわかる。ま
た、耐応力緩和特性、耐応力腐食割れ性も良好である。
特にSiの添加による 0.2%耐力と耐応力腐食割れ性の
改善効果は明らかである。すなわち、本発明に係る銅合
金圧延条は、コネクタ等の電気・電子用材料として極め
て優れた特性を有することがわかる。
分を有する合金No.8、9の銅合金を用い、上記実施
例1の場合と同様の処理を行って圧延条を得た。この圧
延条から試験片を採取し、実施例1の場合と同様の試験
測定を行った。得られた結果を表2に併記した。
ない合金No.8の圧延条は、ヤング率、0.2%耐力、
引張強さ、耐応力緩和特性、耐応力腐食割れ性に劣って
いる。また、Zn含有量が多く、Sn量との関係を規制
する(1)式の数値範囲より大きいNo.9の圧延条
は、熱間加工性に劣っており、歩留まり低下によるコス
トアップの問題があり、また、耐応力腐食割れ性におい
ても十分でない。
0−H08)およびばね用りん青銅(C52100−H
08)の圧延条から試験片を採取し、0.2%耐力、引
張強さ、ヤング率、導電率、応力腐食割れ寿命及び応力
緩和率を測定した。測定方法は、実施例1と同様であ
る。熱間加工性の評価は省略した。なお、これらの市販
材料は、質別がH08(spring材用)であり、同一成分
の中でも高強度な質別である。上記黄銅一種材を合金N
o.10とし、上記ばね用りん青銅材を合金No.11
として表1にその成分を併記した。得られた測定結果を
表2に併記した。
従来の代表的なコネクタ等の電気・電子用材料である黄
銅一種材(合金No.10)に比較して0.2%耐力、引
張強さ、耐応力腐食割れ性、耐応力緩和率等特性が向上
していることがわかる。ばね用りん青銅材(合金No.
11)に比較しても、ヤング率、導電率に優れている。
ばね用りん青銅は導電率に問題があり、また、高価なS
nを8%も含有し、原料費が高騰しやすく、かつ熱間圧
延できないため製法が限定され、製造費を含めたトータ
ルコスト面での問題を有している。したがって、本発明
の銅合金は従来の黄銅、りん青銅に比較して十分に優れ
ていることが分る。
No.2(Cu−25.llZn−0.75Sn−0.
l8Si合金)を一次と二次の冷却条件と引抜き速度を
変えることによって、冷却速度を変化させて連続鋳造し
た。冷却速度は、熱電対を一緒に鋳込みながら測定し
た。この合金の液相線は約950℃であり、この温度か
ら600℃までの平均冷却速度を求めた。
り約15%の加工率で9パスの熱間圧延を行って、表面
とエッジの割れを観察した。この結果、50℃/分以上
の平均冷却速度で鋳造した鋳片に熱延割れは全く生じな
かった。特に、80℃/分以上の平均冷却速度の鋳片
は、熱延温度をさらに上げても、加工率を上げても対応
でき、条件範囲に余裕がもてることがわかった。これに
対し、50℃/分未満の冷却速度では熱延割れが発生
し、適切な成分範囲であっても鋳造時の平均冷却速度に
よっては熱延割れを生じることがあり、歩留まり低下を
もたらす場合があることがわかった。
発明合金No.2の圧延条に、Cu下地めっき0.45
μm 、Snめっきリフロー1.2μm を施した。その
後、ばね部を有する箱形メス端子に加工して、190℃
の温度で60分の熱処理を実施した。この端子と熱処理
しなかった端子(プレス上がり)にオスを嵌合し、12
5℃で330時間恒温槽に保持した。初期及び暴露後の
端子の低電圧低電流抵抗、接触荷重を測定し、その結果
を表3に示した。
施すと、高温放置後の低電圧低電流抵抗の増大や接触荷
重の低下を効果的に抑制でき、本発明合金、製造方法を
利用した端子の信頼性向上に効果のあることがわかっ
た。
よって得られた表1の本発明合金No.2と比較合金N
o.8、No.9の圧延条を準備して、これらの圧延条
を超硬のパンチと工具鋼のダイスを用いて、1.25mm
ピッチの櫛歯状の端子にプレス打ち抜きした。ただし、
クリアランスを板厚の8%とした。100万ショットの
プレス打抜き後のバリの状況を圧延方向、直角方向の打
抜き面を光学顕微鏡で調査したところ、No.2のバリ
は高さ10μm 以下であったのに対し、No.8、N
o.9は特に圧延方向に平行な部分に20μmを越える
バリが発生していた。以上より、本発明に係るNo.2
の合金は金型摩耗に対しても優れていることがわかる。
発明に係る銅合金圧延材または本発明方法によって得ら
れた銅合金圧延材は、従来の黄銅やりん青銅等の圧延材
に比較して、 0.2%耐力、引張強さ、導電率、ヤング率
のバランスや耐応力緩和率特性、特に耐応力腐食割れ
性、プレス性等に優れ、かつ安価に製造できるため、黄
銅やりん青銅に代わるコネクタ等の電気・電子部品用材
料として最適なものである。
Claims (10)
- 【請求項1】 17〜32wt%のZnとSnとSiと残
部が銅及び不可避的不純物とからなる銅合金であって、
耐応力腐食割れ性として3%NH3 雰囲気での腐食割れ
寿命が黄銅一種材の5倍以上であることを特徴とする耐
応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金。 - 【請求項2】 17〜32wt%のZnとSnとSiと残
部が銅及び不可避的不純物とからなる銅合金であって、
耐応力腐食割れ性として3%NH3 雰囲気での腐食割れ
寿命が黄銅一種材の5倍以上であり、展伸方向の0.2%
耐力が600N/mm2以上、引張強さが650N/mm2 以
上、導電率が20%IACS以上、ヤング率が120kN/mm2
以下、応力緩和率が20%以下であることを特徴とする
耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金。 - 【請求項3】 前記銅合金が、17〜32wt%のZnと
0.1〜4.5wt%のSnと0.01〜2.0wt%のS
iと残部が銅及び不可避的不純物とからなり、ZnとS
nは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金であることを特徴とする請求項1又は2
記載の耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金。 - 【請求項4】 17〜32wt%のZnと0.1〜4.5
wt%のSnと0.01〜2.0wt%のSiと残部が銅及
び不可避的不純物とからなり、ZnとSnは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金であって、耐応力腐食割れ性として3%
NH3 雰囲気での腐食割れ寿命が黄銅一種材の5倍以上
であり、さらに展伸方向の0.2%耐力が600N/mm2以
上、引張強さが650N/mm2以上、導電率が20%IACS
以上、ヤング率が120kN/mm2以下、応力緩和率が20
%以下、展伸方向と直角方向の0.2%耐力が650N/mm2
以上、引張強さが700N/mm2以上、ヤング率が130k
N/mm2以下であることを特徴とする耐応力腐食割れ性に
優れたコネクタ用銅合金。 - 【請求項5】 前記銅合金が、さらに、Fe:0.01
〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01〜
3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜2
wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1wt
%、Mn:0.01〜l0wt%、Cd:0.01〜3wt
%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt
%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt
%、Te:0.01〜1wt%、Y:0.01〜3wt%、
La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、C
e:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、A
g:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%の
うち少なくとも1種以上の元素を含み、その総量が0.
01〜5wt%であり、かつ、Sが30ppm 以下の銅合金
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
の耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金。 - 【請求項6】 17〜32wt%のZnとSnとSiと残
部が銅及び不可避的不純物とからなる銅合金の製造法で
あって、液相線温度から600℃までの温度域を50℃
/分以上の冷却速度で冷却して鋳塊を得、該鋳塊を引き
続き900℃以下の加熱温度で熱間圧延することを特徴
とする耐応力腐食割れ性にすぐれたコネクタ用銅合金の
製造法。 - 【請求項7】 前記銅合金が、17〜32wt%のZnと
0.1〜4.5wt%のSnと0.01〜2.0wt%のS
iと残部が銅及び不可避的不純物とからなり、ZnとS
nは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金であることを特徴とする請求項6記載の
耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金の製造法。 - 【請求項8】 17〜32wt%のZnと0.1〜4.5
wt%のSnと0.01〜2.0wt%のSiと残部が銅及
び不可避的不純物とからなり、ZnとSnは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金の製造法であって、液相線温度から60
0℃までの温度域を50℃/分以上の冷却速度で冷却し
て鋳塊を得、該鋳塊を引き続き900℃以下の加熱温度
で熱間圧延した後、冷間圧延と300〜650℃の温度
域での焼鈍を繰り返し、焼鈍後の圧延材の結晶粒径を1
0μm 以下とすることを特徴とする耐応力腐食割れ性に
優れたコネクタ用銅合金の製造法。 - 【請求項9】 17〜32wt%のZnと0.1〜4.5
wt%のSnと0.01〜2.0wt%のSiと残部が銅及
び不可避的不純物とからなり、ZnとSnは次式(1) 54≦3X+Y≦100 (1) ただし、X:Znの添加量(wt%)、Y:Snの添加量
(wt%) を満たす銅合金の製造法であって、液相線温度から60
0℃までの温度域を50℃/分以上の冷却速度で冷却し
て鋳塊を得、該鋳塊を引き続き900℃以下の加熱温度
で熱間圧延した後、冷間圧延と300〜650℃の温度
域での焼鈍を繰り返し、焼鈍後の圧延材の結晶粒径を1
0μm 以下とし、さらに加工率30%以上の圧延加工と
450℃以下の低温焼鈍を行うことによって、耐応力腐
食割れ性として3%NH3 雰囲気での腐食割れ寿命が黄
銅一種材の5倍以上であり、展伸方向の0.2%耐力が6
00N/mm2以上、引張強さが650N/mm2以上、ヤング率
が120kN/mm2以下、導電率が20%IACS以上、応力緩
和率が20%以下、展伸方向と直角方向の0.2%耐力が
650N/mm2以上、引張強さが700N/mm2 以上、ヤン
グ率が130kN/mm2以下の圧延材を得ることを特徴とす
る耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金の製造
法。 - 【請求項10】 前記銅合金が、さらに、Fe:0.0
1〜3wt%、Ni:0.01〜5wt%、Co:0.01
〜3wt%、Ti:0.01〜3wt%、Mg:0.01〜
2wt%、Zr:0.01〜2wt%、Ca:0.01〜1
wt%、Mn:0.01〜l0wt%、Cd:0.01〜3
wt%、Al:0.01〜5wt%、Pb:0.01〜3wt
%、Bi:0.01〜3wt%、Be:0.01〜3wt
%、Te:0.01〜lwt%、Y:0.01〜3wt%、
La:0.01〜3wt%、Cr:0.01〜3wt%、C
e:0.01〜3wt%、Au:0.01〜5wt%、A
g:0.01〜5wt%、P:0.005〜0.5wt%の
うち少なくとも1種以上の元素を含み、その総量が0.
01〜5wt%であり、かつ、Sが30ppm 以下の銅合金
であることを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載
の耐応力腐食割れ性に優れたコネクタ用銅合金の製造
法。
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