JP2012188680A - 電子部品用チタン銅 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Tiを2.0〜4.0質量%含有し、更にFe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPから選択される1種以上を総計で0.01〜0.13質量%含有し、Tiの含有量を[Ti](質量%)とし、Fe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPから選択される1種以上の総含有量を[M](質量%)とすると、−0.005[Ti]+0.03≦[M]≦−0.025[Ti]+0.18が成立し、残部銅及び不可避的不純物からなる電子部品用銅合金であって、以下の(1)及び(2)の関係を満たす銅合金。
(1) 30≦(I/I0{220})/(I/I0{200})≦95
(2) 0.36≦2×(I/I0{111})+(I/I0{311})≦0.48
【選択図】なし
Description
圧延面における{200}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{200}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{200}、圧延面における{220}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{220}、圧延面における{311}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{311}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{311}、圧延面における{111}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{11}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{111}とすると、以下の(1)及び(2)の関係を満たす銅合金である。
(1) 30≦(I/I0{220})/(I/I0{200})≦95
(2) 0.36≦2×(I/I0{111})+(I/I0{311})≦0.48
(3) 1.02≦(I/I0{111})/(I/I0{200})≦2.00
溶体化処理に続いて、圧下率5〜40%の最終冷間圧延を行い、
最終冷間圧延に続いて、材料温度300〜500℃で0.1〜15時間の時効処理を行う、
ことを含み、溶体化処理は1回のみ実施する本発明に係る銅合金の第一製造方法である。
溶体化処理に続いて、材料温度300℃以上700℃未満として0.001〜12時間加熱する時効処理を行い、
時効処理に続いて、圧下率5〜40%の最終冷間圧延を行う、
ことを含み、溶体化処理は1回のみ実施する本発明に係る銅合金の第二製造方法である。
Tiが2.0質量%未満ではチタン銅本来の変調構造の形成による強化機構を充分に得ることができないことから十分な強度が得られず、逆に4.0質量%を超えると粗大なTiCu3が析出し易くなり、強度及び曲げ加工性が劣化する傾向にある。従って、本発明に係る銅合金中のTiの含有量は2.0〜4.0質量%であり、好ましくは2.7〜3.5質量%である。このようにTiの含有量を適正化することで、電子部品用に適した強度及び曲げ加工性を共に実現することができる。
所定の第三元素をチタン銅に添加すると、Tiが十分に固溶する高い温度で溶体化処理をしても結晶粒が容易に微細化し、強度を向上させる効果がある。また、所定の第三元素は変調構造の形成を促進する。更に、Ti−Cu系の安定相の急激な粗大化を抑制する効果もある。そのため、チタン銅本来の時効硬化能が得られるようになる。
このように、Ti濃度が上昇するにつれて、第三元素の好適な合計添加量というのは低くなる傾向にあるが、これは以下の理由によると考えられる。Ti及び第三元素の濃度が共に上昇すると、溶体化に必要な温度が高くなるが、溶体化温度が高くなりすぎると、結晶粒の粗大化によって強度や曲げ加工性が悪化しやすい。そのため、Ti濃度が高い場合には第三元素の合計添加量を低く抑えることが望ましい。一方で、Ti濃度が低い場合には、溶体化温度は極端に高くならないので、第三元素による効果を積極的に発現させるために第三元素の合計添加量を高くすることが望ましい。但し、Tiと第三元素の合計を所定範囲にすればよいということではなく、上記の所定の式を満たすことが重要である。Tiと第三元素では固溶温度や合金特性に与える影響が異なるからである。
本発明に係るチタン銅は圧延面における{200}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{200}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{200}、圧延面における{220}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{220}、圧延面における{311}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{311}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{311}、圧延面における{111}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{11}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{111}とすると、以下の(1)及び(2)の関係を満たす。
(1) 30≦(I/I0{220})/(I/I0{200})≦95
(2) 0.36≦2×(I/I0{111})+(I/I0{311})≦0.48
(3) 1.02≦(I/I0{111})/(I/I0{200})≦2.00
(I/I0{111})/(I/I0{200})は、溶体化処理後の冷間圧延による{200}結晶面から{111}結晶面への回転のし易さを表していると言える。理由は定かではないが、(I/I0{111})/(I/I0{200})を当該範囲とすることによって、強度と曲げ加工性のバランスが更に向上する。1.10≦(I/I0{111})/(I/I0{200})≦1.50であるのがより好ましい。(I/I0{111})/(I/I0{200})をこのような範囲にするためには、後述するように、溶体化処理後、冷間圧延を実施する前に所定の熱処理を施すことが有効である。
本発明に係る銅合金は種々の伸銅品、例えば板、条、管、棒及び線として提供されることができる。本発明に係るチタン銅は、限定的ではないが、スイッチ、コネクタ、ジャック、端子、リレー等の電子部品の材料として好適に使用することができる。
本発明に係るチタン銅は、溶体化処理を1回のみ実施し、それ以降の工程で適切な熱処理及び冷間圧延を実施することにより製造可能である。以下に、好適な製造例を工程毎に順次説明する。
溶解及び鋳造によるインゴットの製造は、基本的に真空中又は不活性ガス雰囲気中で行う。溶解において添加元素の溶け残りがあると、強度の向上に対して有効に作用しない。よって、溶け残りをなくすため、FeやCr等の高融点の第三元素は、添加してから十分に攪拌したうえで、一定時間保持する必要がある。一方、TiはCu中に比較的溶け易いので第三元素の溶解後に添加すればよい。従って、Cuに、Fe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPよりなる群から選択される1種又は2種以上を合計で0.01〜0.15質量%含有するように添加し、次いでTiを2.0〜4.0質量%含有するように添加してインゴットを製造することが望ましい。
インゴット製造時に生じた凝固偏析や晶出物は粗大なので均質化焼鈍でできるだけ母相に固溶させて小さくし、可能な限り無くすことが望ましい。これは曲げ割れの防止に効果があるからである。
具体的には、インゴット製造工程後には、900〜970℃に加熱して3〜24時間均質化焼鈍を行った後に、熱間圧延を実施するのが好ましい。液体金属脆性を防止するために、熱延前及び熱延中は960℃以下とし、且つ、元厚から全体の圧下率が90%までのパスは900℃以上とするのが好ましい。そして、パス毎に適度な再結晶を起こしてTiの偏析を効果的に低減するために、パスごとの圧下率を10〜25%で実施するとよい。
溶体化処理前に中間圧延を実施する。中間圧延における圧下率を高くするほど、溶体化処理における再結晶粒を均一かつ微細に制御できる。但し、加工度をあまり高くして最終の溶体化処理を行うと、再結晶集合組織が発達して、塑性異方性が生じ、プレス成形性を害することがある。従って、中間圧延の圧下率は好ましくは70〜99%ある。圧下率は{((圧延前の厚み−圧延後の厚み)/圧延前の厚み)×100%}で定義される。
中間圧延の後、溶体化処理を1度行う。溶体化処理では、析出物を完全に固溶させることが望ましいが、完全に無くすまで高温に加熱すると、結晶粒が粗大化しやすいので、加熱温度は第二相粒子組成の固溶限付近の温度とする(Tiの添加量が2.0〜4.0質量%の範囲でTiの固溶限が添加量と等しくなる温度は730〜840℃程度であり、例えばTiの添加量が3.2質量%では800℃程度)。そしてこの温度まで急速に加熱し、冷却速度も速くすれば粗大な第二相粒子の発生が抑制される。従って、典型的には、730〜880℃のTiの固溶限が添加量と同じになる温度以上に加熱し、より典型的には730〜880℃のTiの固溶限が添加量と同じになる温度に比べて0〜20℃高い温度、好ましくは0〜10℃高い温度に加熱する。本発明においては溶体化処理を一度しか実施しないが、第三元素の添加量が少ないため、十分な固溶が行われ、微細な再結晶粒も得られる。
溶体化処理に引き続いて、最終の冷間圧延及び時効処理を順に行うことができる。最終の冷間加工によってチタン銅の強度を高めることができる。この冷間圧延における圧下率は前述した結晶方位の積分強度に影響を与える。本発明で規定する各種結晶方位の積分強度を満たすためには圧下率を5〜40%、好ましくは10〜30%、より好ましくは15〜25%とする。
好ましくは、溶体化処理に引き続いて、時効処理及び最終の冷間圧延を順に行う。従来は最終の溶体化処理の後はまず冷間圧延を行うことが通例であったが、最終の溶体化処理の後、冷間圧延を行わずに直ちに時効処理を行ない、その後に冷間圧延することで、1.02≦(I/I0{111})/(I/I0{200})≦2.00の範囲にすることが容易となり、強度及び曲げ加工性のバランスが向上する。
・材料温度300℃以上400℃未満として0.5〜3時間加熱
・材料温度400℃以上500℃未満として0.01〜0.5時間加熱
・材料温度500℃以上600℃未満として0.001〜0.01時間加熱
・材料温度600℃以上700℃未満として0.001〜0.005時間加熱
・材料温度350℃以上400℃未満として1〜3時間加熱
・材料温度400℃以上500℃未満として0.2〜0.5時間加熱
・材料温度500℃以上550℃未満として0.005〜0.01時間加熱
・材料温度550℃以上600℃未満として0.001〜0.005時間加熱
・材料温度600℃以上650℃未満として0.0025〜0.005時間加熱
・材料温度340℃以上360℃未満として5〜8時間加熱
・材料温度360℃以上380℃未満として4〜7時間加熱
・材料温度380℃以上400℃未満として3〜6時間加熱
・材料温度340℃以上360℃未満として6〜7時間加熱
・材料温度360℃以上380℃未満として5〜6時間加熱
・材料温度380℃以上400℃未満として4〜6時間加熱
<強度>
引張方向が圧延方向と平行になるように、プレス機を用いてJIS13B号試験片を作製した。JIS−Z2241に従ってこの試験片の引張試験を行ない、圧延平行方向の0.2%耐力(YS)を測定した。
<曲げ加工性>
JIS H 3130に従って、Badway(曲げ軸が圧延方向と同一方向)のW曲げ試験を行って割れの発生しない最小半径(MBR)の板厚(t)に対する比であるMBR/t値を測定した。
<X線回折測定>
各試験片について、理学電機社製型式rint Ultima2000のX線回折装置を用いて、以下の測定条件で圧延面の回折強度曲線を取得し、{111}結晶面、{200}結晶面、{220}結晶面、{311}結晶面の積分強度Iを測定した。同様の測定条件で、純銅粉標準試料についても{111}結晶面、{200}結晶面、{220}結晶面、{311}結晶面について積分強度I0を求め、I/I0{111}、I/I0{200}、I/I0{220}、I/I0{311}を計算し、(I/I0{220})/(I/I0{200})、2×(I/I0{111})+(I/I0{311})、及び(I/I0{111})/(I/I0{200})を求めた。
・ターゲット:Cu管球
・管電圧:40kV
・管電流:40mA
・走査速度:5°/min
・サンプリング幅:0.02°
・測定範囲(2θ):60°〜80°
図1は実施例及び比較例について、Ti濃度とFe濃度の関係を表したグラフであり、図2は実施例及び比較例について、YSとMBR/tの関係を表したグラフである。
No.1〜25及び55は第三元素としてFeを添加した発明例であり、強度と曲げ加工性のバランスが顕著に向上していることが分かる。その中でも、1.02≦(I/I0{111})/(I/I0{200})≦2.00を満たすNo.1〜25はその効果が高い。更に、−0.01[Ti]+0.06≦[M]≦−0.01[Ti]+0.09が成立するNo.13〜25はその向上効果が高く、更には−0.01[Ti]+0.065≦[M]≦−0.01[Ti]+0.08が成立するNo.20〜25はその向上効果が極めて高い。
Fe以外の第三元素を添加したNo.26〜32についても、本発明の効果が得られることが分かる。
また、No.5及び9、No.15及び16、No.22及び23をそれぞれ比較することにより、溶体化処理後に時効処理を行うことにより、強度と曲げ加工性のバランスが向上することが分かる。
一方、No.33〜49、52〜54はTi及び第三元素の添加量のバランスが適切ではなかったため、X線回折測定による結晶方位の値にかかわらずに、強度及び曲げ加工性のバランスは発明例に比べて劣った。
No.50〜51はTi及び第三元素の添加量のバランスは適切であったが、最終冷間圧延の圧下率が不適切であり、結晶方位が発明の範囲外となったため、強度及び曲げ加工性のバランスは発明例に比べて劣った。
Claims (11)
- Tiを2.0〜4.0質量%含有し、更にFe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPから選択される1種以上を総計で0.01〜0.13質量%含有し、Tiの含有量を[Ti](質量%)とし、Fe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPから選択される1種以上の総含有量を[M](質量%)とすると、−0.005[Ti]+0.03≦[M]≦−0.025[Ti]+0.18が成立し、残部銅及び不可避的不純物からなる電子部品用銅合金であって、
圧延面における{200}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{200}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{200}、圧延面における{220}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{220}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{220}、圧延面における{311}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{311}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{311}、圧延面における{111}結晶面からのX線回折積分強度の純銅標準粉末の{11}結晶面のX線回折積分強度に対する比をI/I0{111}とすると、以下の(1)及び(2)の関係を満たす銅合金。
(1) 30≦(I/I0{220})/(I/I0{200})≦95
(2) 0.36≦2×(I/I0{111})+(I/I0{311})≦0.48 - −0.01[Ti]+0.06≦[M]≦−0.01[Ti]+0.09が成立する請求項1に記載の銅合金。
- −0.01[Ti]+0.065≦[M]≦−0.01[Ti]+0.08が成立する請求項1に記載の銅合金。
- 更に以下の(3)の関係を満たす請求項1〜3のいずれか一項に記載の銅合金。
(3) 1.02≦(I/I0{111})/(I/I0{200})≦2.00 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の銅合金からなる伸銅品。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の銅合金を備えた電子部品。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の銅合金を備えたコネクタ。
- Tiを2.0〜4.0質量%含有し、更にFe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPから選択される1種以上を総計で0.01〜0.13質量%含有し、Tiの含有量を[Ti](質量%)とし、Fe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPから選択される1種以上の総含有量を[M](質量%)とすると、−0.005[Ti]+0.03≦[M]≦−0.025[Ti]+0.18が成立し、残部銅及び不可避的不純物からなる電子部品用銅合金素材に対して、730〜880℃でTiの固溶限が添加量と同じになる温度に比べて0〜20℃高い温度に加熱する溶体化処理を行い、
溶体化処理に続いて、圧下率5〜40%の最終冷間圧延を行い、
最終冷間圧延に続いて、材料温度300〜500℃で0.1〜15時間の時効処理を行う、
ことを含み、溶体化処理は1回のみ実施する請求項1〜7のいずれか一項に記載の銅合金の製造方法。 - Tiを2.0〜4.0質量%含有し、更にFe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPから選択される1種以上を総計で0.01〜0.13質量%含有し、Tiの含有量を[Ti](質量%)とし、Fe、Co、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Mn、Zr、Si、Mg、B、及びPから選択される1種以上の総含有量を[M](質量%)とすると、−0.005[Ti]+0.03≦[M]≦−0.025[Ti]+0.18が成立し、残部銅及び不可避的不純物からなる電子部品用銅合金素材に対して、730〜880℃でTiの固溶限が添加量と同じになる温度に比べて0〜20℃高い温度に加熱する溶体化処理を行い、
溶体化処理に続いて、材料温度300℃以上700℃未満として0.001〜12時間加熱する時効処理を行い、
時効処理に続いて、圧下率5〜40%の最終冷間圧延を行う、
ことを含み、溶体化処理は1回のみ実施する請求項1〜7のいずれか一項に記載の銅合金の製造方法。 - 電子部品用銅合金素材は−0.01[Ti]+0.06≦[M]≦−0.01[Ti]+0.09が成立する請求項8又は9に記載の銅合金の製造方法。
- 電子部品用銅合金素材は−0.01[Ti]+0.065≦[M]≦−0.01[Ti]+0.08が成立する請求項8又は9に記載の銅合金の製造方法。
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