JP2005133185A - 析出型銅合金の熱処理方法と析出型銅合金および素材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】析出型銅合金を溶体化処理後、70%以上の加工度で冷間圧延し、次いで、再結晶温度まで50℃/秒以上の加熱速度で急速加熱することで時効及び再結晶を同時に行って析出物及び結晶粒を微細化し、その直後に100℃/秒以上の冷却速度で冷却することによって微細化した析出物及び結晶粒を維持する。
Description
(加工条件)
熱処理前の金属の塑性加工における加工度も重要な因子である。加工によって再結晶の駆動力となる加工歪を生じさせることで、析出および再結晶の発生を促すためである。具体的には熱処理前に行われる加工の加工度は70%以上であることが必要で、これ未満の加工度では析出および再結晶が起こりにくくなる。この場合、熱処理温度を上げれば析出および再結晶は起こるが、析出物および再結晶粒粗大化が起こってしまう。
よって、熱処理前の加工度は70%以上が必要で、80%以上であれば望ましい。なお、この場合における加工度とは、以下の式によって定義される。
R=(S0−S)/S0×100
R:加工度(%)
S0:加工前の板条の断面積(mm2)
S:加工後の板条の断面積(mm2)
本発明の核となるのは、急速加熱による析出物および再結晶粒の微細化である。本発明者等の検討によれば、析出型銅合金において、加熱速度が50℃/秒未満では、析出物および再結晶粒の大きさはあまり変わらないことが判明している。よって、析出物および再結晶粒を微細化するには加熱速度は50℃/秒が必要であり、十分に微細化するには、加熱速度は100℃/秒が望ましく、200℃/秒以上であればさらに好適である。一方、加熱速度が500℃以上では、それ以上の微細化効果は望めない。
急速加熱の加熱速度を50℃/秒以上として加熱しても、急速加熱後の冷却速度が100℃未満の場合は、析出物および再結晶粒が粗大になる傾向が認められた。よって、冷却速度は100℃/秒以上が必要で、200℃/秒以上であればより好適である。なお、以後の説明においては、「急速加熱」の用語にはその後の冷却も含むものとする。
次に、急速加熱後の圧延および熱処理条件を種々検討した結果、急速加熱後に冷間圧延と時効熱処理を行うことで曲げ加工性を確保したまま強度と導電率が向上することが判明した。また、急速加熱による結晶粒微細化により、強度を得るために行う最終圧延の加工度を低くしても、本発明のような急速加熱による熱処理を行わず強加工したものに近い強度が得られることが判明した。
(熱間圧延)
鋳塊の鋳造組織を破壊するために熱間圧延を行う。熱間圧延中に温度が低下すると、析出反応が進むことによって析出粒子の粗大化が起こる。また、鋳造時に偏析したCrおよびZrを始めとする添加元素を均一に母相中に固溶させる必要がある。そのために、熱間圧延開始時点での温度を800℃以上とし、熱間圧延中の温度低下を防ぐため、終了時の温度を700℃以上とすることが望ましい。
溶体化処理を行うのは、後の時効処理で高強度の材料を得るためである。処理温度が高いほうがCrおよびZrのマトリックス中への固溶量が増し、時効後の強度が高くなる。このような効果を得るためには処理温度が高いほど良く、700℃以上とすることが望ましい。また、このときの再結晶の結晶粒径が大きくなると、後工程の再結晶処理時の結晶粒径を微細化することが困難になるため、結晶粒径は50μm以下であることが望ましい。また、溶体化処理の際、冷却速度は速いほど高強度が得られやすく、具体的には水冷を行うことが望ましい。
Zr:0.10%(質量%、以下同様)を含み残部Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金と、Zr:0.10%とCr:0.25%を含み残部Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金を真空溶解炉(VIM炉)で溶製し2kgの鋳塊を得た。鋳造組織を破壊するために鋳片(厚さ25mm)を850℃で0.5h加熱後、板厚12mmまで熱間圧延し、1000℃で1h溶体化処理後水冷した.表面の酸化スケール除去を機械加工で行い、片面1.5mmずつ表裏面を研削し板厚9mmとした。これを加工度:83%で冷間圧延し板厚1.5mmの素条を得た。
実施例1の素条を用いて加工度:90%で冷間圧延し板厚0.15mmとした後、表3および表4に示す熱処理条件(加熱温度、加熱時間)で時効熱処理した。この試料の特性調査結果を表3および表4に併記する。比較のため、実施例1の熱処理を行わず、板厚9mmから0.15mmまで加工度:98%で圧延後、時効熱処理した結果を表3および表4に併記する。
Claims (11)
- 析出型銅合金を溶体化処理後、70%以上の加工度で冷間圧延し、次いで、再結晶温度まで50℃/秒以上の加熱速度で急速加熱することで時効及び再結晶を同時に行って析出物及び結晶粒を微細化し、その直後に100℃/秒以上の冷却速度で冷却することによって微細化した析出物及び結晶粒を維持することを特徴とする析出型銅合金の熱処理方法。
- 請求項1に記載の処理が行われた析出型銅合金を70%以上の加工度で冷間圧延し、その後300℃〜600℃の温度で1時間以上の時効熱処理を施すことを特徴とする析出型銅合金の熱処理方法。
- 請求項1に記載の処理が行われた析出型銅合金を300℃〜600℃の温度で1時間以上の時効熱処理を行い、その後70%以上の加工度で冷間圧延を施すことを特徴とする析出型銅合金の熱処理方法。
- 前記析出型銅合金は、Zr:0.01〜0.20質量%、残部Cuおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の析出型銅合金の熱処理方法。
- 前記析出型銅合金は、Zr:0.01〜0.20質量%およびCr:0.1〜0.5質量%、残部Cuおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の析出型銅合金の熱処理方法。
- 前記析出型銅合金は、質量%で、Cr:0.1〜0.5%、Zr:0.01〜0.20%含有するとともに、In:0.1〜1.0%、Sn:0.1〜0.4%のうち何れかを1種もしくは2種以上を総量で0.1〜1.0%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の析出型銅合金の熱処理方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の熱処理方法によって熱処理された析出型銅合金。
- 平均結晶粒径が5μm以下であることを特徴とする請求項7に記載の析出型銅合金。
- 析出物の平均粒径が30nm以下であることを特徴とする請求項7または8のいずれかに記載の析出型銅合金。
- 導電率が70%IACS以上であることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の析出型銅合金。
- 請求項7〜10のいずれかに記載の析出型銅合金から製造された素材。
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