JP2014208862A - 導電性及び曲げたわみ係数に優れる銅合金板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.50質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、圧延材の板幅方向(TD)と直交する断面においてEBSD測定を行った際に、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率と、(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率との合計が10%以上であり、350MPa以上の引張強さを有する銅合金板である。
【選択図】なし
Description
(目標特性)
本発明の実施の形態に係るCu−Zr−Ti系合金板は、70%IACS以上の導電率を有し、且つ350MPa以上の引張強さを有する。導電率が70%IACS以上であれば、通電時の発熱量が純銅と同等といえる。また、引張強さが350MPa以上であれば、大電流を通電する部品の素材又は大熱量を放散する部品の素材として必要な強度を有しているといえる。
本発明の実施の形態に係るCu−Zr−Ti系合金板は、Zr及びTiのうちの一種又は二種を合計で0.01〜0.50質量%、より好ましくは0.02〜0.20質量%含有する。Zr及びTiのうちの一種又は二種の合計が0.01質量%未満になると、350MPa以上の引張強さおよび15%以下の応力緩和率を得ることが難しくなる。Zr及びTiのうちの一種又は二種の合計が0.5質量%を超えると、熱間圧延割れ等により合金の製造が困難になる。Zrを添加する場合にはその添加量を0.01〜0.45質量%に調整することが好ましく、Tiを添加する場合にはその添加量を0.01〜0.20質量%に調整することが好ましい。添加量が下限値を下回ると応力緩和特性の改善効果が得られにくく、添加量が上限値を超えると導電率や製造性の悪化を招くことがある。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率と、(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率との面積率合計(以下、A値とする)を10%以上、より好ましくは15%以上に調整する。
A値は、圧延材のTDと直交する断面において、EBSD(Electron Back Scatter Diffraction:電子後方散乱回折)法により求める。ここでEBSDとは、SEM(Scanning Electron Microscope:走査電子顕微鏡)内で試料に電子線を照射したときに生じる反射電子菊池線回折(菊池パターン)を利用して結晶方位を解析する技術である。
A値を10%以上に調整すると、TDの曲げたわみ係数が115GPa以上になり、同時に応力緩和特性も向上する。A値の上限値はTDの曲げたわみ係数の点から制限されるものではないが、A値は60%以下の値をとることが多い。
銅合金板のTDのばね限界値は、200MPa以上に調整することが好ましく、230MPa以上に調整することがさらに好ましい。A値を10%以上に調整することに加え、TDのばね限界値を200MPa以上に調整することにより、応力緩和率が15%以下となる。
製品の厚みは0.1〜2.0mmであることが好ましい。厚みが薄すぎると、通電部断面積が小さくなり通電時の発熱が増加するため大電流を流すコネクタ等の素材として不適であり、また、わずかな外力で変形するようになるため放熱板等の素材としても不適である。一方で、厚みが厚すぎると、曲げ加工が困難になる。このような観点から、より好ましい厚みは0.2〜1.5mmである。厚みが上記範囲となることにより、通電時の発熱を抑えつつ、曲げ加工性を良好なものとすることができる。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、電機・電子機器で用いられる端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の用途に好適に使用することができ、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットPCで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に有用である。
純銅原料として電気銅等を溶解し、カーボン脱酸等により酸素濃度を低減した後、Zr及びTiのうちの一種又は二種と、必要に応じて他の合金元素を添加し、厚み30〜300mm程度のインゴットに鋳造する。このインゴットを熱間圧延により厚み3〜30mm程度の板とした後、冷間圧延と再結晶焼鈍とを繰り返し、最終の冷間圧延で所定の製品厚みに仕上げ、最後に歪取り焼鈍を施す。
A値を10%以下に調整する方法は特定の方法に限定されないが、例えば熱間圧延条件の制御により可能となる。本発明の熱間圧延では、850〜1000℃に加熱したインゴットを一対の圧延ロール間に材料を繰り返し通過させ、目標の板厚に仕上げてゆく。A値には1パスあたりの加工度が影響を及ぼす。ここで、1パスあたりの加工度R(%)とは、圧延ロールを1回通過したときの板厚減少率であり、R=(T0−T)/T0×100(T0:圧延ロール通過前の厚み、T:圧延ロール通過後の厚み)で与えられる。
このRについて、全パスのうちの最大値(Rmax)を25%以下にし、全パスの平均値(Rave)を20%以下にすることが好ましい。これら両条件を満足することで、A値が10%以上になる。より好ましくはRaveを19%以下とする。
最終冷間圧延では、加工度(r)を種々変化させた。歪取り焼鈍では、連続焼鈍炉を用い、炉内温度を500℃として加熱時間を1秒から10分の間で調整し、引張強さの低下量を種々変化させた。なお、一部の実施例では歪取り焼鈍を行わなかった。
(成分)
歪取焼鈍後の材料の合金元素濃度をICP−質量分析法で分析した。
圧延方向と直交する断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。この金属組織上において、JIS H 0501(1999年)の切断法に従い測定し、平均結晶粒径を求めた。
TDと直交する断面(厚み方向と圧延方向にそれぞれ平行な断面)に電子線を照射しEBSD測定を行った。測定面積は0.1mm2とし、2μmのステップでスキャンし、方位を解析した。そして、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率および(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率を求め、両面積率の合計(A値)を算出した。また、(111)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率についても求めた。
最終冷間圧延後および歪取焼鈍後の材料につき、JIS Z2241に規定する13B号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、JIS Z2241に準拠して圧延方向と平行に引張試験を行い、引張強さ求めた。
歪取焼鈍後の材料から、幅が10mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と直交するように採取し、JIS H3130に規定されているモーメント式試験により、TDのばね限界値を測定した。
歪取焼鈍後の材料から、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、JIS H0505に準拠し四端子法により20℃での導電率を測定した。
TDの曲げたわみ係数を日本伸銅協会(JACBA)技術標準「銅及び銅合金板条の片持ち梁による曲げたわみ係数測定方法」に準じて測定した。
板厚t、幅w(=10mm)の短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と直交するように採取した。この試料の片端を固定し、固定端からL(=100t)の位置にP(=0.15N)の荷重を加え、このときのたわみdから、次式を用い曲げたわみ係数Bを求めた。
B=4・P・(L/t)3/(w・d)
歪取焼鈍後の材料から、幅10mm、長さ100mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と直交するように採取した。図1のように、l=50mmの位置を作用点として、試験片にy0のたわみを与え、TDの0.2%耐力(圧延方向、JIS Z2241に準拠して測定)の80%に相当する応力(s)を負荷した。y0は次式により求めた。
y0=(2/3)・l2・s / (E・t)
ここで、EはTDの曲げたわみ係数であり、tは試料の厚みである。150℃にて1000時間加熱後に除荷し、図2のように永久変形量(高さ)yを測定し、応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]×100(%)}を算出した。
歪取焼鈍後の材料から、幅10mm、長さ100mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と直交するように採取した。図1のように、l=50mmの位置を作用点として、試験片にy0のたわみを与え、TDの0.2%耐力(JIS Z2241に準拠して測定)の80%に相当する応力(s)を負荷した。y0は次式により求めた。
y0=(2/3)・l2・s / (E・t)
ここで、EはTDの曲げたわみ係数であり、tは試料の厚みである。150℃にて1000時間加熱後に除荷し、図2のように永久変形量(高さ)yを測定し、応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]×100(%)}を算出した。
Claims (7)
- ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.50質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、圧延材の板幅方向(以下「TD」と称する)と直交する断面においてEBSD測定を行った際に、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率と、(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率との合計が10%以上であり、350MPa以上の引張強さを有することを特徴とする銅合金板。
- ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.50質量%含有し、さらにAg、Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si、P、SnおよびBのうちの一種以上を1.0質量%以下含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、圧延材の板幅方向(以下「TD」と称する)と直交する断面においてEBSD測定を行った際に、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率と、(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率との合計が10%以上であり、350MPa以上の引張強さを有することを特徴とする銅合金板。
- TDのばね限界値が200MPa以上に調整されたことを特徴とする、請求項1または2に記載の銅合金板。
- 導電率が70%IACS以上であり、TDの曲げたわみ係数が115GPa以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の銅合金板。
- 導電率が70%IACS以上であり、TDの曲げたわみ係数が115GPa以上であり、150℃で1000時間保持後のTDの応力緩和率が15%以下であることを特徴とする、請求項3に記載の銅合金板。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の銅合金板を用いた大電流用電子部品。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の銅合金板を用いた放熱用電子部品。
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