JP2008196042A - 強度と成形性に優れる電気電子部品用銅合金板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Ni:1.5〜4.5%(質量%、以下同じ)、Si:0.3〜1.0%を含み、必要に応じてSn:0.01〜1.3%、Mg:0.005〜0.2%、Zn:0.01〜5%、Mn:0.01〜0.5%、Cr:0.001〜0.3%の1種又は2種以上を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が10μm以下、結晶粒径の標準偏差σが2σ<10μm、結晶粒界上に存在する粒径30〜300nmの分散粒子の存在量が500個/mm以上であるCu−Ni−Si系銅合金板。
【選択図】 図1
Description
特許文献1,2では、Cu−Ni−Si系合金の組成及び加工熱処理条件を限定することにより、特許文献3では、板表面における結晶方位の集積度を制御することにより、特許文献4では、耐力/引張強度比、均一伸び/全伸び比及び加工硬化指数を限定することにより、特許文献5では、溶体化焼鈍後の導電率と圧延平行及び直角方向の耐力値を制御し、かつ溶体化焼鈍後の仕上げ冷間圧延の加工率を規定することにより、それぞれ曲げ加工性を改善している。
従って、本発明は、Cu−Ni−Si系銅合金において、高強度と優れた曲げ加工性を両立させた電気電子部品用銅合金板を得ることを目的とする。
本発明に係る強度と成形性に優れる電気電子部品用銅合金板は、Ni:1.5〜4.5%、Si:0.3〜1.0%を含み、残部がCu及び不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が10μm以下、かつ結晶粒径の標準偏差σが2σ<10μmを満たすことを特徴とする。
この平均結晶粒径及び標準偏差を得るためには、結晶粒界上に存在する30〜300nmの分散粒子の存在量を500個/mm以上とする必要がある。
Ni,Siは、Ni2Siの析出物を生成して合金の強度を向上させる元素である。しかし、Niが1.5%未満又は/及びSiが0.3%未満では強度が不足し、一方、Niが4.5%を越え又は/及びSiが1%を越えると、鋳造時にNi又はSiが晶出又は析出し熱間加工性が劣化する。従って、Niの含有量は1.5〜4.5%、Siの含有量は0.3〜1.0%とする。Ni含有量は望ましくは1.7〜3.9%、さらに望ましくは1.7〜3.3%であり、Si含有量は望ましくは0.35〜0.90%、さらに望ましくは0.35〜0.75%である。なお、NiとSiの含有量比率(Ni/Si比)は4.0〜5.0、特に約4.5が望ましく、Ni/Si比がこの比率から大きく外れると、過剰となったNi又はSiがCuマトリックス中に固溶して導電率を低下させる。
SnはCuマトリックス中に固溶し、強度を向上させる。そのためには0.01%以上の添加が必要である。一方、1.3%を越えると導電率を低下させ、熱間加工性を劣化させる。従って、Sn含有量は0.01〜1.3%とする。望ましくは0.01〜0.6%、さらに望ましくは0.01〜0.3%である。
MgはCuマトリックス中に固溶し、強度を向上させる。そのためには0.005%以上の添加が必要である。一方、0.2%を越えると曲げ加工性及び導電率を低下させる。従って、Mgの含有量は0.005〜0.2%とする。望ましくは0.005〜0.15%、さらに望ましくは0.005〜0.05%である。
Znは、銅合金板のSnめっき剥離性を向上させる。そのためには0.01%以上の添加が必要である。一方、5%を越えると曲げ加工性及び導電率を低下させる。従って、Zn含有量は0.01〜5%とする。望ましくは0.01〜2%、さらに望ましくは0.01〜1.2%である。
Mn、Crは熱間圧延性を向上させる。そのためにはMnは0.01%以上、Crは0.001%以上の添加が必要である。一方、Mnは0.5%を越えると導電率を低下させ、Crは0.3%を越えると晶出物を生成し、成形性など諸特性を低下させる。従って、Mn含有量は0.01〜0.5%、Cr含有量は0.001〜0.3%とする。望ましくはそれぞれ0.01〜0.3%、0.001〜0.1%である。
本発明に係る銅合金板は、平均結晶粒径が10μm以下、かつ結晶粒径の標準偏差σが2σ<10μmを満たす。なお、結晶粒径の標準偏差σは、個々の結晶粒の粒径の平均結晶粒径からのずれの平均である。結晶粒径の分布が正規分布に近似しているのであれば、平均結晶粒径をdとしたとき、本発明に係る銅合金板において全結晶粒の約95%が(d−2σ)〜(d+2σ)μmの範囲内の結晶粒径を有する。すなわち平均結晶粒径を大きく越える粗大な結晶粒の存在割合は極めて小さい。
なお、一般に析出強化型銅合金の粒界上に存在する分散粒子は、曲げ加工時の割れの起点になるとされ(例えば特開2005−97639号公報参照)、これを低減するため熱間圧延後は直ちに急冷し、溶体化処理では完全な溶体化を目指していた。
均熱処理は850℃以上で10分間以上保持する条件とし、続いて熱間圧延を行う。熱間圧延開始から700℃までの冷却速度は熱間圧延中を含めて20℃/分以上とする。700℃までの冷却速度がこれより遅いと、粗大化した析出粒子が生成して、後の溶体化を伴う再結晶処理においてピン止め効果を発揮する析出粒子が不足し、また強化作用を有する微細な析出粒子の析出を阻害するためである。
熱間圧延後の冷間圧延は50%以上、望ましくは80%以上とする。この冷間圧延により再結晶の核生成サイトが導入される。
続いて350〜500℃で30分〜24時間の析出処理を行う。この条件自体、従来と同じであり、保持温度が350℃未満であるとNi2Siの析出が不十分となり、500℃を越えると銅合金板の強度が低下し、必要な耐力が得られない。また、30分未満ではNi2Siの析出が不十分となり、24時間を超えると生産性が阻害される。
低温焼鈍は、歪み取りのため、必要に応じて300〜600℃で1秒〜1分間保持の条件で実施する。
続いて、厚さ0.2mmまで冷間圧延(加工率20%)した後、500℃×2時間の析出処理を行った。
(引張試験)
圧延方向を長手方向としたJIS5号試験片を用い、JISZ2241の規定に準拠して引張試験を行い、0.2%耐力を求めた。耐力は500MPa以上を合格とする。
圧延方向を長手方向とした幅10mm×長さ300mmの試験片を用い、JISH0505に示された非鉄金属材料導電率測定法に準拠し、ダブルブリッジ式電気抵抗測定装置により電気抵抗を測定し、平均断面積法により導電率を算出した。
JCBA T307に示されたW曲げ試験に準拠し、L.D.(圧延方向に対して平行)及びT.D.(圧延方向に対して垂直)の各方向を長手方向とする幅10mm×長さ30mmの試験片を用い、曲げ半径R=0.05mmとしてW曲げ試験を行った。W曲げ試験後、50倍の倍率で光学顕微鏡にて曲げ外側を外観観察し、割れの有無を判定した。割れなしの場合は○(合格)、割れなしの場合は×(不合格)とした。
TSL社製後方散乱電子回折像システムを搭載した電界放出型走査電子顕微鏡を用い、結晶方位解析法により測定した。測定エリア125×125μmに対して0.4μmステップで電子線を照射し、結晶方位差が15°以上を結晶粒界とみなした。エリア内の各結晶粒の面積を測定し、結晶粒径(円相当径)を求めた。測定された結晶粒の数をn、各結晶粒の面積をan、各結晶粒径をdn、全面積をAとしたとき、各結晶粒の全面積に対する占有率をFn(=an/A)とすると、平均結晶粒径はΣ(dn・Fn)で表される。結晶粒径dnと結晶粒の全面積に対する占有率Fnより結晶粒径の標準偏差σを求めた。
電解研磨により薄膜サンプルを作成し、電界放出型電子顕微鏡を用い倍率50000倍で得られた明視野像を用いて、粒界上に存在する30〜300nmの粒子の個数を測定した。
No.31は、結晶粒径の標準偏差が規定を超え、曲げ加工性が劣る。最終製品において分散粒子の条件が満たされていても、再結晶処理において結晶粒径の標準偏差が大きくなったのは、熱間圧延後の析出処理を行わなかったことが影響したものと考えられる。
No.32は、平均結晶粒径が規定を超え、かつ粒界上の分散粒子の数が少なく、曲げ加工性が劣る。熱間圧延後の析出処理が行われず、さらにNi,Si含有量の割りに再結晶処理温度が高いため溶体化が進み、粒界上の分散粒子が不足して、再結晶処理において結晶粒が粗大化したものと考えられる。
No.33は、平均結晶粒径と結晶粒径の標準偏差が規定を超え、かつ粒界上に所定粒径の分散粒子の数がなく、曲げ加工性が劣る。熱間圧延後の析出処理が行われず、さらにNi,Si含有量の割りに再結晶処理温度が高く溶体化が進み、粒界上にピン止めの粒子が存在しなくなり、再結晶処理において結晶粒が粗大化しかつ粒径の標準偏差が大きくなったものと考えられる。
Claims (5)
- Ni:1.5〜4.5%(質量%、以下同じ)、Si:0.3〜1.0%を含み、残部がCu及び不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が10μm以下、かつ結晶粒径の標準偏差σが2σ<10μmを満たし、結晶粒界上に存在する粒径30〜300nmの分散粒子の存在量が500個/mm以上であることを特徴とする強度と成形性に優れる電気電子部品用銅合金板。
- さらにSn:0.01〜1.3%、Mg:0.005〜0.2%の1種又は2種を含有することを特徴とする請求項1に記載された強度と成形性に優れる電気電子部品用銅合金板。
- さらにZn:0.01〜5%を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載された強度と成形性に優れる電気電子部品用銅合金板。
- さらにMn:0.01〜0.5%、Cr:0.001〜0.3%の1種又は2種を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された強度と成形性に優れる電気電子部品用銅合金板。
- B、C、P、S、Ca、V、Ga、Ge、Nb、Mo、Hf、Ta、Bi、Pbの群から1種又は2種以上を各元素:0.0001〜0.1%、2種以上の場合は合計で0.1%以下、Be、Al、Ti、Fe、Co、Zr、Ag、Cd、In、Sb、Te、Auの群から1種又は2種以上を各元素:0.001〜1%、2種以上の場合は合計で1%以下、かつ両元素群の合計で1%以下含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載された強度と成形性に優れる電気電子部品用銅合金板。
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