JP2005179740A

JP2005179740A - 曲げ性に優れるりん青銅条

Info

Publication number: JP2005179740A
Application number: JP2003422433A
Authority: JP
Inventors: Koji Harada; 宏司原田; Takatsugu Hatano; 隆紹波多野
Original assignee: Nikko Metal Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: JP4447300B2

Abstract

【課題】優れた曲げ性を安定して得ることができるりん青銅条を提供する。
【解決手段】Ｓｎを３．５〜１１ｍａｓｓ％、Ｐを０．０３〜０．３５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよびその不可避的不純物からなるりん青銅条であり、この圧延面における平均結晶粒径が２μｍ以下でかつ最大結晶径が１０μｍ以下で、X線回折により圧延面について測定した（２２０）面のピーク強度（Ｉ_S(220)）と圧延面の片側を厚さ中央部までエッチング除去し、このエッチング面について測定した（２２０）面のピーク強度（Ｉ_C(220)）との関係が、
Ｉ_S(220)／Ｉ_C(220)≦０．８
であることを特徴とする曲げ性に優れるりん青銅条である。
【選択図】なし

Description

本発明は、端子・コネクタ等の電子部品に用いられる、高い強度および良好な曲げ加工性を兼ね備えたりん青銅条、さらにそれらを用いた端子、コネクタ、またはリレーに関するものである。

一般に、端子やコネクターやリレー等の電子部品には機械的強度および電気伝導性、さらには半田付け性やめっき性等の観点から銅合金が用いられ、その中でもりん青銅は高い機械的強度と優れた曲げ加工性を有するため広く用いられている。

一方、近年における著しい電子部品の軽薄・短小化の進展に伴い、より薄い材料が求められているが、薄くなるとコネクタの接圧が下がるため材料を高強度化する必要がある。同様に携帯電話等の高密度実装化に伴い、より微細な加工が施されるため加工性、特に曲げ性を向上させる必要がある。
国際公開ＷＯ０２／０５３７９０

この要求に対し、結晶粒径を微細化することにより曲げ性が向上することが報告されているが（ＷＯ０２／０５３７９０）、優れた曲げ性を安定して得ることは必ずしもできなかった。

本発明の目的は、優れた曲げ性を安定して得ることができるりん青銅条を提供することにある。

本発明者は、上記の不具合に対し結晶方位と曲げ性との関係を調査したところ、以下の知見が得られた。
（１）エッチングにより試料表面を除去することにより、厚み内部のエッチング面について結晶方位（板面方位）を測定した。その結果、りん青銅条では、表面（圧延面）についての（２２０）強度（Ｉ_S(220)）が、厚み内部のエッチング面についての（２２０）強度（Ｉ_C(220)）より低いことを見出した。
（２）また、厚み内部のエッチング面についての（２２０）強度が同じ場合、表面（圧延面）についての（２２０）強度が低いほど、良好な曲げ性が得られることを発見した。すなわち、優れた曲げ性を安定して得るためには、Ｉ_S(220)とＩ_C(220)との比（Ｉ_S(220)／Ｉ_C(220)）を、所定のレベル以下に規制する必要があることを知見した。
（３）りん青銅の最終圧延では一般的に所定の厚み（ｔ₀）から、所定の厚み（ｔ）まで加工する過程において、圧延を複数パスで行う。Ｉ_C(220)はｔ₀からｔまでのトータルの圧延加工度によって定まり、トータルの加工度を高くするとＩ_C(220)は大きくなる。一方、Ｉ_S(220)はトータル加工度だけでなく種々の圧延条件の影響をも受け、
ａ．圧延回数が少ない（一回の圧延での加工度が高い）ほどＩ_S(220)は低い。
ｂ．圧延油の粘度が低いほどＩ_S(220)は低い。
ｃ．圧延温度が低いほどＩ_S(220)は低い。
ことが判明した。
（４）銅合金条の曲げ性は、通常、圧延加工度が低くなると向上する。一方、Ｉ_C(220)、Ｉ_S(220)とも一般的には圧延加工度を低くすると低減する。この両関係より、Ｉ_S(220)が低い銅合金条の曲げが優れることは、従来より公表されていた。しかし、Ｉ_C(220)とＩ_S(220)の比に着目した曲げ改善策は、過去に報告されていない。
（５）厚み方向での結晶方位制御に加え、結晶粒を微細化することにより、さらに良好な曲げ性が得られる。りん青銅の曲げ性は加工度が高くなると劣化する。結晶粒径を微細化すると粒界強化により強度が高くなるため、製品に求められる強度を得るための圧延加工度を低く設定できるため曲げ性が向上する。

以上説明したように、今回発見した厚み方向での結晶方位制御の方策と、従来より報告されている結晶粒微細化の方策とを組み合わせることにより、良好な曲げ性が安定して得られるようになった。本発明のりん青銅条は、小型電子部品で使用される端子、コネクタ、またはリレー用の素材として好適であり、従来のりん青銅と同様のコストで製造でき、また、強度、曲げ性以外の特性が従来のりん青銅と同等であることから、工業的に極めて有用である。

本発明の詳細を以下に説明する。

圧延面と厚み中央のエッチング面についての（２２０）強度の比
本発明のりん青銅は、圧延面についての（２２０）面の強度（Ｉ_S(220)）と厚み中央部のエッチング面についての強度（Ｉ_C(220)）との関係が、Ｉ_S(220)／Ｉ_C(220)≦０．８であることを特徴とする。

結晶粒径が同じ場合、製品の強度は最終圧延のトータル加工度と相関を持つ。また、Ｉ_C(200)は最終圧延でのトータル加工度と相関を持つ。すなわち、Ｉ_C(220)は製品に求められる強度によって決定される。一方、Ｉ_S(220)は良好な曲げ性を得る目的で規定される。

Ｉ_S(220)／Ｉ_C(220)＞０．８の範囲では、Ｉ_S(220)が低くなるに従い曲げ性が向上する。Ｉ_S(220)＝０．８でこの効果は飽和しこれ以上小さくしても曲げ性はほとんど変化しない。そこでＩ_S(220)／Ｉ_C(220)≦０．８と規定する。

平均結晶粒径および最大結晶径
平均結晶粒径を２μｍ以下としたのは、２μｍ以下にすると粒界強化による強度増加が著しくなり、より少ない圧延加工度で所望の強度を得ることが可能となるからである。また最大結晶径を１０μｍ以下としたのは、小さな結晶粒のなかに大きな結晶粒が局在すると、曲げ加工の際に大きな結晶粒（塑性変形が開始する応力が低い）に変形が集中し、大きな結晶粒において早期にクラックが発生するためである。したがって、結晶粒径を均一に制御することも重要である。

Ｓｎ濃度
本発明では、Ｓｎ濃度は３．５〜１１％の範囲に規定している。Ｓｎ濃度が３．５％未満では端子・コネクタ材に必要な強度が得られず、１１％を超えると端子・コネクタ材に必要な導電率が得られないことに加え、原料コストが高くなる、鋳塊のＳｎ偏析が大きくなり製造性が低下する等の問題がある。したがって、素材に要求される諸特性や許容できるコスト等を考慮し、Ｓｎ濃度が決定されることになる。

Ｐ濃度
Ｐ濃度はＪＩＳ規格やＡＳＴＭ規格に従い、０．０３〜０．３５％の範囲とする。Ｐ濃度が低すぎるとりん青銅を溶製する際に溶湯の脱酸が不十分となり、溶湯の粘度が高くなって健全な鋳塊を製造できなくなる。また、条を製造できたとしても粗大な酸化物系介在物が発生し曲げ性が低下する。

微量合金元素
Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを微量添加すると、これらの元素とＰ等が金属間化合物を形成し、金属間化合物がマトリックス中に析出分散される。Ｆｅ−Ｐ等の金属間化合物が析出分散されると、合金自体の析出強化により高強度化されるとともに、析出物あるいは晶出物の残留粒子による結晶粒界のピン止め効果により結晶粒が成長しにくくなり結晶微細化が達成される。また、Ｚｎを添加すると、錫、はんだめっきの熱剥離が抑制される。

ただし、これら元素の添加量が０．５ｍａｓｓ％を超えると（２２０）強度に無視できない変化が現れ曲げ加工性が劣化するため、本発明においては、これら元素の添加総量は０．５ｍａｓｓ％以下と規定してある。

厚み
条の厚みが０．４ｍｍより厚くなると微細な曲げ加工が困難となるため、素材の厚みを０．４ｍｍ以下に限定する。

Ｓｎ濃度の異なる厚み３０ｍｍ、幅６０ｍｍの各種りん青銅インゴットを溶製した。なお表１にＳｎ濃度ごとに対応関係にあるデータをグループ１〜５に分けて表示している。つぎに７５％Ｎ₂＋２５％Ｈ₂雰囲気中で６００℃〜８００℃で０．５時間〜３時間均質化焼鈍し、皮削りにより表層のＳｎの逆偏析を片面２ｍｍ機械的に除去し、冷間圧延により１．３ｍｍまで圧延しここで第１回目の再結晶焼鈍を行った。その後さらに冷間圧延により表１に示す実施例の各グループＡ、Ｂについては０．２５ｍｍまで圧延（した後結晶粒が微細になるよう再結晶焼鈍を行い、Ｃ、Ｄについては０．３ｍｍまで圧延した後通常の再結晶焼鈍を行い、Ｅについては０．２５ｍｍまで圧延した後通常の再結晶焼鈍を行った。

なお、再結晶焼鈍後の微細な結晶粒の調整はＷＯ０２／０５３７９０に準じて行った。

次に、冷間圧延により、０．２ｍｍの板材に仕上げた。この冷間圧延では圧延油の粘度を１０ｃＳｔ、圧延温度を２５℃とし、焼鈍上がりの厚みが０．２ｍｍまで圧延する過程での圧延回数を変えることにより、Ｉ_S(220)／Ｉ_C(220)を変化させた。すなわち、
グループＡ：トータルの圧延加工度２０％、圧延回数１回
グループＢ：トータルの圧延加工度２０％、圧延回数３回
グループＣ：トータルの圧延加工度３３％、圧延回数１回
グループＤ：トータルの圧延加工度３３％、圧延回数３回
グループＥ：トータルの圧延加工度２０％、圧延回数３回

次いで、この板材について曲げ性の評価として曲げ試験および結晶粒径測定を行った。また、X線回折装置により（２２０）ピーク強度を求めた。

曲げ試験はｂａｄｗａｙのW曲げ（ＪＩＳ H ３１１０）を各種曲げ半径で行い、割れの発生しない最小の曲げ半径比（ｒ（曲げ半径）／ｔ（試験片厚さ））を求めた。

結晶粒径は圧延面に平行な断面において測定した。観察面を機械研磨により鏡面に仕上げた後、エッチングにより結晶粒界を現出させた。平均粒径は切断法（ＪＩＳ H ０５０１、１９９９年）に準じ、所定長さの線分により完全に切られる結晶粒の数を数える方法により求めた。圧延方向と平行な方向および直交する方向に、それぞれ線分を引いて平均粒径を求め、両方向での測定値の平均を平均粒径と定義した。また、最大粒径は結晶粒を含む最小の円の直径と定義した。

（２２０）ピーク強度は（株）リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ２５００を用い、Ｃｏ管球（λ＝１．７８８９Å）を使用して、管電圧：３０ｋＶ、管電流：１００ｍＡ、発散スリット：１°、発散縦制限スリット：１０ｍｍ、散乱スリット：１°、受光スリット：０．３ｍｍ、モノクロ受光スリット０．８ｍｍ、走査速度７°／ｍｉｎ、ステップ幅０．０５°、走査軸：２θ／θ、走査範囲：８３°〜９３°の条件で測定を行い、スムージングおよびバックグラウンド除去を行った後、測定範囲中の最大強度を（２２０）ピーク強度とした。

表１に各試料の評価結果を示す。実施例の各グループＡは結晶粒径および（２２０）ピーク強度の両方の調整を実施したもので、いずれも良好な曲げ性であることが分かる。これに対し実施例の各グループＢは結晶粒径の調整のみ実施したものであり（２２０）ピーク強度の比が同等なため曲げ性がやや劣る。また実施例の各グループＣは（２２０）ピーク強度の調整のみ実施したものであり平均結晶粒径や最大結晶径が大きいため曲げ性はやや劣る。また、実施例の各グループＤについては、強度は発明例と同等だが結晶粒径および（２２０）ピーク強度の調整を実施していないため曲げ性が最も悪い。実施例の各グループＥの曲げ性は発明例と同等だが結晶粒径および（２２０）ピーク強度の調整を実施していないため所望の強度が得られていない。

Claims

Ｓｎを３．５〜１１ｍａｓｓ％、Ｐを０．０３〜０．３５ｍａｓｓ%含有し、残部がＣｕおよびその不可避的不純物からなるりん青銅条であり、この圧延面における平均結晶粒径が２μｍ以下でかつ最大結晶径が１０μｍ以下で、X線回折により圧延面について測定した（２２０）面のピーク強度（Ｉ_S(220)）と圧延面の片側を厚さ中央部までエッチング除去し、このエッチング面について測定した（２２０）面のピーク強度（Ｉ_C(220)）との関係が、
Ｉ_S(220)／Ｉ_C(220)≦０．８
であることを特徴とする曲げ性に優れるりん青銅条。
Ｓｎを３．５〜１１ｍａｓｓ％、Ｐを０．０３〜０．３５ｍａｓｓ%、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはＺｎを総量で０．０５〜０．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるりん青銅条であり、この圧延面における平均結晶粒径が２μｍ以下でかつ最大結晶径が１０μｍ以下で、X線回折により圧延面において測定した（２２０）面のピーク強度（Ｉ_S(220)）と片側の圧延面を厚み中央部までエッチングで溶解し、このエッチング面を測定した（２２０）面のピーク強度（Ｉ_C(220)）との関係が、
Ｉ_S(220)／Ｉ_C(220)≦０．８
であることを特徴とする曲げ性に優れるりん青銅条。
請求項１または２に記載のりん青銅条を用いた端子、コネクタ、またはリレー。