JP2010221600A - 鋼/銅複合材料およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】厚さ0.05〜2mmの鋼板が、銅めっき層または銅板を介して複数層に積層され、各隣り合う鋼板間には平均厚さ0.005〜1mmに相当する量の銅が介在している鋼/銅積層体を構成する工程(積層工程)、
前記積層体の長手方向の一部領域を加熱することにより形成させた、銅のみが溶融した銅溶融帯を、積層体の長手方向に移動させることにより銅溶融帯の移動方向最前線において鋼板の間を銅の融液で充填していき、充填後の銅を凝固させて鋼層と銅層が交互に積層して各層が接合してなる平板状複合材料とする工程(溶融・凝固工程)、
を有する手法により、導電性および積層方向の靱性に優れた鋼/銅複合材料を得る。
【選択図】図8
Description
拡散接合法は、ろう付けよりも加熱温度は低いが、十分に拡散を進行させて欠陥のない界面を構築するためには、かなりの高面圧を負荷する必要がある。また、処理を行う炉体の制約上、一般的には2mを超えるような長尺製品の製造は困難である。
クラッド圧延法は、拡散接合法よりもさらに低温での接合が可能であり、コイルとして長尺製品の製造も可能である。しかし、健全な接合界面を得るためにはかなりの圧延率(断面減少率)が必要である。また多層のものや厚いものを製造することは難しい。
〔平均欠陥率KM〕当該複合材料の長手方向に垂直な断面のうち、幅中心位置を中央に持つ「幅方向20mm×積層方向全長」の領域(「C断面中央領域」という)を、長手方向無作為な位置から5箇所選択し、各C断面中央領域について顕微鏡観察を行い、当該領域内の鋼層に挟まれた全ての銅層のトータル幅方向長さL0(mm)中に観測される欠陥部分の幅方向長さの総和L1(mm)を測定して、欠陥率K=L1/L0×100(%)を定め、各C断面中央領域の欠陥率Kの総和を観察C断面中央領域の数(=5)で除した値を平均欠陥率KM(%)とする。
厚さ0.05〜2mmの鋼板が、銅めっき層または銅板を介して複数層に積層され、各隣り合う鋼板間には平均厚さ0.005〜1mmに相当する量の銅が介在している鋼/銅積層体を構成する工程(積層工程)、
前記積層体の長手方向の一部領域を加熱することにより形成させた、銅のみが溶融した銅溶融帯を、積層体の長手方向に移動させることにより銅溶融帯の移動方向最前線において鋼板の間を銅の融液で充填していき、充填後の銅を凝固させて鋼層と銅層が交互に積層して各層が接合してなる平板状複合材料とする工程(溶融・凝固工程)、
を有する製造方法が提供される。
厚さ0.05〜2mmの鋼板をめっき原板とした銅めっき鋼板を、複数層に積層して、隣り合う鋼板間に介在する銅のトータル厚さが0.005〜0.2mmである鋼/銅積層体を構成する工程(積層工程)、
を採用することができる。
溶融・凝固工程の加熱は、高周波コイルによって行うことが望ましい。
前記平板状複合材料を、鋼層の硬さが350HV以上となる条件の前記焼入れ・焼戻し処理または恒温変態処理に相当するヒートパターンの熱処理に供する工程(鋼層強化熱処理工程)、
を有する製造方法によれば、特に優れた「高強度」と「高靱性」の両立が実現できる。
[1]質量%で、C:0.1〜1.5%、Mn:0.2〜2%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、残部Feおよび不可避的不純物
[2]上記[1]において、さらにSi:2.5%以下を含有するもの
[3]上記[1]または[2]において、Cr:2%以下、Ni:2%以下、Mo:2%以下、Ti:0.5%以下、Nb:0.5%以下、V:0.5%以下、B:0.02%以下の1種以上を含有するもの
下記の化学組成を有する厚さ1.0mm、長さ400mm、幅200mmの鋼板(SCM415)を用意した。
質量%で、C:0.16%、Si:0.20%、Mn:0.75%、P:0.011%、S:0.001%、Cr:1.15%、残部Feおよび不可避的不純物
この鋼板と、厚さ0.4mm、長さ400mm、幅200mmの純銅板を交互に積み重ねることにより、鋼板10層、銅板9層からなる厚さ13.6mmの鋼/銅積層体を構成した。
なお、鋼層の硬さは410HVであり、熱処理により十分高強度化されていることが確認された。
実施例1と同じ材料(寸法も同じ)を用いて、拡散接合により実施例1と同じ積層数の鋼/銅複合材料を作製し、実施例1と同様の手法で各特性を調べた。拡散接合の条件は、面圧:1.5MPa、加熱処理:真空中、950℃×60分とした。
その結果、導電率は実施例1と同等に良好であったが、かなりの高荷重(面圧:1.5MPa)を負荷したにもかかわらず、平均欠陥率KMは18%と高かった。そのため、積層方向の衝撃値は130J/cm2と低かった。
下記の化学組成を有する厚さ0.25mmの鋼板(S55C)をめっき原板として、片面当たり0.01mmのめっき付着量で電気銅めっきを両面に施すことにより、厚さ0.27mm(銅めっき層を含む)、長さ400mm、幅200mmの銅めっき鋼板を用意した。
質量%で、C:0.55%、Si:0.20%、Mn:0.80%、P:0.012%、S:0.008%、Cr:0.13%、残部Feおよび不可避的不純物
この銅めっき鋼板を40枚積み重ねることにより厚さ13.6mmの鋼/銅積層体を構成した。
その結果、平均欠陥率KMは1.2%であり、健全な銅層が形成されていた。銅層の平均厚さは0.018mmであり、隣り合う鋼板間に介在していためっき層の合計厚さ0.02mmに対し、銅の歩留は非常に良好であった。鋼層の硬さは410HVであり、熱処理により十分高強度化されていることが確認された。常温での積層方向の衝撃値は420J/cm2であり、非常に優れた靭性が認められた。導電率は12%IACSであった。
実施例2と同じ銅めっき鋼板(寸法も同じ)を用いて、ろう付け法により実施例2と同じ積層数の鋼/銅複合材料を作製し、実施例1と同様の手法で各特性を調べた。ろう付けの条件は、面圧:0.2MPa、加熱処理:真空中、1150℃×30分とした。
その結果、銅層の平均厚さは0.002mmであり、隣り合う鋼板間に介在していためっき層の合計厚さ0.02mmに対し、そのほとんどが流出してしまい、銅の歩留は悪かった。銅層が薄いことに起因し、導電率は8%IACSと低かった。平均欠陥率KMは9%であった。銅層が非常に薄いこと、および平均欠陥率KMが高いことに起因して、積層方向の衝撃値は250J/cm2と、実施例2の420J/cm2と比べ大幅に低かった。
C含有量0.05質量%の普通鋼冷延鋼板、厚さ0.4mm、長さ400mm、幅200mmの鋼板を用意した。
この鋼板と、厚さ0.2mm、長さ400mm、幅200mmの純銅板を交互に積み重ねることにより、鋼板50層、銅板49層からなる厚さ約30mmの鋼/銅積層体を構成した。
その結果、平均欠陥率KMは2.4%であり、健全な銅層が形成されていた。銅層の平均厚さは0.17mmであり、元の銅板の板厚0.2mmに対し、銅の歩留は良好であった。常温での積層方向の衝撃値は380J/cm2であり、導電率は27%IACSであった。普通鋼の場合は元々の衝撃値が高いので積層化による衝撃値向上は僅少であるが、健全な積層化を行うことによる導電率の向上は顕著である。
実施例3と同じ材料(寸法も同じ)を用いて、ろう付け法により実施例3と同じ積層数の鋼/銅複合材料を作製し、実施例1と同様の手法で各特性を調べた(ただし衝撃試験前の変態処理は施していない)。ろう付けの条件は、面圧:0.02MPa、加熱処理:Ar雰囲気中、1150℃×30分とした。
本例ではろう付け時の銅の流出をできるだけ防ぐために、低い荷重(面圧0.02MPa)とし、かつArガスをパージしたので、元の銅板の板厚0.2mmに対し、銅層の平均厚さは0.07mmと、比較的厚い銅層が得られた。しかし、面圧を低くしたことで平均欠陥率KMは45%と非常に高かった。すなわち健全な銅層の部分は55%程度しかなかった。このため、衝撃試験を行うと試験片が積層面でバラバラに砕け、衝撃値から靭性を正しく評価することができない状態であった。また、平均欠陥率KMが高いことに起因して導電率は20%IACSとなり、実施例3の27%IACSと比較して低い値であった。
2 銅板
3 空隙
10 高周波コイル
11 移動方向
20 銅溶融帯
22 銅の融液
23 銅溶融帯の移動方向最前線
24 融液浸入部
31 鋼層
32 銅層
Claims (7)
- 厚さ0.05〜2mmの鋼層と厚さ0.005〜1mmの銅層が交互に積層して各層が接合してなる平板状複合材料であって、幅(すなわち長手方向および積層方向に垂直な方向の長さ)が20mm以上であり、下記の平均欠陥率KMが5%未満である導電性および積層方向の靱性に優れた鋼/銅複合材料。
〔平均欠陥率KM〕当該複合材料の長手方向に垂直な断面のうち、幅中心位置を中央に持つ「幅方向20mm×積層方向全長」の領域(「C断面中央領域」という)を、長手方向無作為な位置から5箇所選択し、各C断面中央領域について顕微鏡観察を行い、当該領域内の鋼層に挟まれた全ての銅層のトータル幅方向長さL0(mm)中に観測される欠陥部分の幅方向長さの総和L1(mm)を測定して、欠陥率K=L1/L0×100(%)を定め、各C断面中央領域の欠陥率Kの総和を観察C断面中央領域の数(=5)で除した値を平均欠陥率KM(%)とする。 - 鋼層の積層数が5以上である請求項1に記載の鋼/銅複合材料。
- 鋼層は焼入れ・焼戻し処理または恒温変態処理を経た変態相が50体積%以上を占める鋼であり、Uノッチの深さ方向が積層方向に一致する衝撃試験片による常温での2mmUノッチ衝撃値が300(J/cm2)以上である請求項1または2に記載の鋼/銅複合材料。
- 厚さ0.05〜2mmの鋼板が、銅めっき層または銅板を介して複数層に積層され、各隣り合う鋼板間には平均厚さ0.005〜1mmに相当する量の銅が介在している鋼/銅積層体を構成する工程(積層工程)、
前記積層体の長手方向の一部領域を加熱することにより形成させた、銅のみが溶融した銅溶融帯を、積層体の長手方向に移動させることにより銅溶融帯の移動方向最前線において鋼板の間を銅の融液で充填していき、充填後の銅を凝固させて鋼層と銅層が交互に積層して各層が接合してなる平板状複合材料とする工程(溶融・凝固工程)、
を有する導電性および積層方向の靱性に優れた鋼/銅複合材料の製造方法。 - 積層工程として、
厚さ0.05〜2mmの鋼板をめっき原板とした銅めっき鋼板を、複数層に積層して、隣り合う鋼板間に介在する銅のトータル厚さが0.005〜0.2mmである鋼/銅積層体を構成する工程(積層工程)、
を採用する請求項4に記載の鋼/銅複合材料の製造方法。 - 溶融・凝固工程の加熱を、高周波コイルによって行う請求項4または5に記載の鋼/銅複合材料の製造方法。
- 積層工程において、焼入れ・焼戻し処理または恒温変態処理により硬さ350HV以上となる鋼板を採用し、溶融・凝固工程のあとに更に、
前記平板状複合材料を、鋼層の硬さが350HV以上となる条件の前記焼入れ・焼戻し処理または恒温変態処理に相当するヒートパターンの熱処理に供する工程(鋼層強化熱処理工程)、
を有する請求項4〜6のいずれかに記載の鋼/銅複合材料の製造方法。
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