JP2015028202A - Cu−Co−Si系銅合金条及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このCo-Si系銅合金として、介在物の大きさを2μm以下として粗大な析出物を少なくすることで、めっき密着性に優れた銅合金が開示されている(特許文献1)。
すなわち、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、導電率や強度を維持しつつ、加工性に優れたCu−Co−Si系銅合金条及びその製造方法の提供を目的とする。さらには、本発明は、該銅合金板の製造方法、及び大電流用途又は放熱用途に好適な電子部品を提供することをも目的とする。
圧延面で観察した結晶粒径が20μm以下であることが好ましい。
Ni、Cr、Mg、Mn、Ag、P、Sn、Zn、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al及びFeよりなる群から選ばれる1種以上を合計0.001〜2.5質量%含有することが好ましい。
<Co及びSi>
Co及びSiは、時効処理を行うことによりCoとSiが微細なCo2Siを主とした金属間化合物の析出粒子を形成し、合金の強度を著しく増加させる。また、時効処理でのCo2Siの析出に伴い、導電性が向上する。ただし、Co濃度が0.5%未満の場合、またはSi濃度が0.1(Co%の1/5)%未満の場合は、他方の成分を添加しても所望とする強度が得られない。また、Co濃度が3.0%を超える場合、またはSi濃度が1.0(Co%の1/3)%を超える場合は十分な強度が得られるものの、導電性が低くなり、更には強度の向上に寄与しない粗大なCo−Si系粒子(晶出物及び析出物)が母相中に生成し、曲げ加工性、エッチング性およびめっき性の低下を招く。よって、Coの含有量を0.5〜3.0質量%とする。好ましくは、Coの含有量を1.0〜2.0質量%とする。同様に、Siの含有量を0.1〜1.0質量%とする。好ましくは、Siの含有量を0.2〜0.7質量%とする。
B、Ti、Zr、Al及びFeよりなる群から選ばれる1種以上を合計0.001〜2.5質量%含有することが好ましい。これら元素は固溶強化や析出強化等により強度上昇に寄与する。これら元素の合計量が0.001質量%未満であると上記効果が得られない場合がある。又、これら元素の合計量が2.5質量%を超えると導電率が低下したり、熱間圧延で割れる場合がある。
次に、銅合金条の特徴となる規定について説明する。本発明者らは、Cu−Co−Si系銅合金条を所定の条件で製造することで、ランクフォード値rの板面内異方性Δrが0.2以下となる合金が得られることがわかった。これは、下記の条件で焼鈍と圧延を繰り返すことで、圧延方向と板厚方向における結晶粒の形状や歪の導入のされ方が均一になり、変形時の板厚方向の減少が抑制されるためと考えられる。
ここで、rは、板の厚み方向と板幅方向のどちらに変形しやすいかという塑性ひずみ値を示し、rが高いほど深絞り性に優れる。
rは理論的には、次式により求められる。
r=ln(Wo /W)/ln(to /t)
ここで、Wo 、Wは変形前、後の板幅であり、to 、tは変形前、後の板厚である。ただし、試験片を取り出す個所によってrが変化し、板面方向によっては深絞り性が低下することがある。そこで、本発明においては、r値の板面内異方性Δrに着目し、この値が小さいほど、どの方向でも深絞り性が良いことになり、加工性が大幅に向上する。又、深絞り成形の際、材料の縮み易さが方向によって異なると、フランジ部の壁(耳)高さが不均一となるが、Δrが小さいほど、耳の高さが小さくなり、加工性が向上する。
Δr=(r0+r90−2×r45)/2
で表される。ここで、圧延平行方向に対して0度、45度、90度の方向に試料を引張試験して得られたr値をそれぞれr0、r45、r90とし、これらの値からΔrを算出する。
なお、溶体化処理と時効処理との間に最終冷間圧延を行ってもよい。
第1の焼鈍と第1の冷間圧延を上記条件で行うことで、上記したように、圧延方向と板厚方向と板幅方向の結晶粒の形状や歪の導入のされ方が均一になり、変形時の板厚方向の減少が抑制されるため、Δrが0.2以下となると考えられる。
第1の焼鈍と第1の冷間圧延との繰り返し回数が2回未満であると、上記した効果が得られず、|Δr|>0.2となる。
第1の焼鈍において、焼鈍前後で引張強度が20%未満しか減少しない場合、上記した効果が得られず、|Δr|>0.2となる。一方、焼鈍前後で引張強度が40%を超えると結晶粒径が大きくなり過ぎ、絞り加工時に肌荒れが生じる。第1の焼鈍は、焼鈍前後で引張強度が15〜30%減少する条件とすると好ましい。
第1の冷間圧延の加工度が10%未満の場合、上記した効果が得られず、|Δr|>0.2となる。なお、第1の冷間圧延の加工度の上限は、例えば97%である。加工度が97%を超えると2回目の冷間圧延の加工度が10%未満となる。第1の冷間圧延の加工度が15〜50%であると好ましい。
その他の条件は、通常のCu−Co−Si系銅合金条の製造条件と同等とすることができる。
ここで、引張試験において試験片を引張り、荷重を負荷すると、弾性限度を越えて最高荷重点に達するまでの塑性変形域では試験片各部は一様に伸びる(均一伸び)。この均一伸びが発生する塑性変形域では真応力σtと真ひずみεtの間には式1
σt=Kεt n
の関係が成立し、これをn乗硬化則という。「n」を加工硬化係数とする(須藤一:材料試験法、内田老鶴圃社、(1976)、p.34)。nは0≦n≦1の値をとり、nが大きいほど加工硬化の程度が大きく、局所的な変形を受けた部分が加工硬化した際に他の部分に変形が移り、くびれが生じにくくなる。このため、n値が大きい材料は一様な伸びを示し、深絞り性等の加工性が良好となると共に、加工後の表面の肌荒れを抑制できる。
圧延面で観察した結晶粒径が20μm以下であると、銅合金条の加工性が向上すると共に、加工後の表面の肌荒れを抑制できるので好ましい。
次に、それぞれ表1、表2に示す条件で、第1の焼鈍及び第1の冷間圧延を2回又は3回繰り返し行った。さらに、850〜1000℃で5〜100秒の溶体化処理を行い、次に加工度0〜20%の最終冷間圧延を行い、さらに時効処理(強度が最大となる温度で5時間)を行い、0.2mmの厚みの試料を製造した。
各試料につき、以下の評価を行った。
引張試験機により、JIS−Z2241に従い、圧延方向と平行な方向における引張強度(TS)を測定した。
引張試験機により、JIS−Z2241に従い、圧延平行方向に対して0度、45度、90度の向きに引っ張り、伸びが5%(破断伸びが5%以下の場合は2.5%)のときの板幅と長さを測り、引張試験前後の板幅をそれぞれW0、Wとし、引張試験前後の長さをそれぞれL0、Lとし、r値=ln(Wo /W)/ln(WL/W0Lo)によってr値を算出した。圧延平行方向に対して0度、45度、90度のr値をそれぞれr0、r45、r90とした。
<Δr値>
Δr=(r0+r90−2×r45)/2によって算出した
<n値>
引張試験機により、JIS−Z2241に従い、圧延方向と平行な方向に引張試験したとき、塑性変形域で真応力σtと真ひずみεtを求め、式1
σt=Kεt n
で求めた。
得られた試料の圧延面について、JIS H0501の切断法により平均結晶粒径を測定した。
<導電率(%IACS)>
得られた試料の導電率(%IACS)を4端子法により測定した。
<絞り加工性>
エリクセン社製試験機を用い、ブランク径:φ64mm、ポンチ(パンチ)径:φ33mm、シート圧力:3.0kN、潤滑剤:グリスの条件で、カップを作製した。
このカップを開放端側を下にしてガラス板上に置き、耳同士の間の凹部とガラス板との間隙を、読み取り顕微鏡で測定し、カップに発生した4個の耳の間の凹部の間隙の平均値を求め、耳の高さとした。
又、カップの外観を目視観察し、肌荒れの有無を判定した。
以下の基準で絞り加工性を評価した。
○:耳の高さが0.5mm以下で、肌荒れがないもの
×:耳の高さが0.5mmを超え、肌荒れが生じたもの
第1の焼鈍と第1の冷間圧延とを1回しか繰り返さなかった比較例5の場合も、|Δr|>0.2となり、絞り加工性が劣った。
第1の焼鈍と第1の冷間圧延とを行わなかった比較例6の場合も、|Δr|>0.2となり、絞り加工性が劣った。
第1の冷間圧延の加工度を10%未満とした比較例7の場合も、|Δr|>0.2となり、絞り加工性が劣った。
Claims (7)
- Co:0.5〜3.0質量%,Si:0.1〜1.0質量%を含有し、Co/Siの質量比:3.0〜5.0であって、残部が銅および不可避的不純物からなり、
ランクフォード値rの板面内異方性Δrの絶対値が0.2以下(但し、Δr=(r0+r90−2×r45)/2で表され、圧延平行方向に対して0度、45度、90度のr値をそれぞれr0、r45、r90とする)であるCu−Co−Si系銅合金条。 - 加工硬化係数(n値)が0.04以上である請求項1記載のCu−Co−Si系銅合金条。
- 圧延面で観察した結晶粒径が20μm以下である請求項1又は2記載のCu−Co−Si系銅合金条。
- Ni、Cr、Mg、Mn、Ag、P、Sn、Zn、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al及びFeよりなる群から選ばれる1種以上を合計0.001〜2.5質量%含有する請求項1又は2記載のCu−Co−Si系銅合金条。
- 請求項1〜4の何れかに記載のCu−Co−Si系銅合金条の製造方法であって、
熱間圧延、第1の焼鈍、加工度10%以上の第1の冷間圧延、溶体化処理、時効処理をこの順で行い、かつ、前記第1の焼鈍と前記第1の冷間圧延とを2回以上繰り返し、
前記第1の焼鈍は、焼鈍前後で引張強度が10〜40%減少する条件とするCu−Co−Si系銅合金条の製造方法。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載のCu−Co−Si系銅合金条を用いた大電流用電子部品。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載のCu−Co−Si系銅合金条を用いた放熱用電子部品
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