JP2015091603A - 銅合金の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、Ti:0.05~4%、Cr:0.01~0.7%を含有する銅合金を下記(1)式から求められる温度TM(℃)以上で溶解した後に凝固させて、長手方向に垂直な断面における面積が最終製品の長手方向に垂直な断面における面積の100倍以上である鋳片を得る。
TM = TL + 20[Ti] + 150[Cr]+ 90・・・(1)
TL = 1084.87 - 4.242[Ti] - 6.475[Cr] - 4.242[Ag] + 3.700[Fe] - 11.236[Sn] - 6.342[Mn] + 5.894[Co] - 6.820[Al] - 28.02[Si] + 89.757[Nb] + 75.742[Ta] + 81.535[Mo] + 392.7[V] + 386.6[W] - 2.278[Au] - 2.395[Zn] + 6.846[Ni] - 13.01[Ge] - 9.459[Zr] - 24.25[P] - 28.14[B] - 38.75[Mg] - 31.82[Li] - 25.59[Ca] - 11.0[RE]・・・(2)
但し、上記式中、TLは(2)式から求められる液相線温度(℃)、各元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。
【選択図】 なし
Description
B90≦2.0 ・・・ (4)
B0≦0.5 ・・・ (5)
El≧−24.138+24.6076×exp[−{(TS−1816.36)/2213.52}2] ・・・ (6)
ただし、B90は試験片の長手方向が圧延方向と直角になるように試験片を採取した場合の結果を、B0は試験片の長手方向が圧延方法と平行になるように試験片を採取した場合の結果である。
TM = TL + 20[Ti] + 150[Cr]+ 90・・・(1)
TL = 1084.87 − 4.242[Ti] − 6.475[Cr] − 4.242[Ag] + 3.700[Fe] − 11.236[Sn] − 6.342[Mn] + 5.894[Co] − 6.820[Al] − 28.02[Si] + 89.757[Nb] + 75.742[Ta] + 81.535[Mo] + 392.7[V] + 386.6[W] − 2.278[Au] − 2.395[Zn] + 6.846[Ni] − 13.01[Ge] − 9.459[Zr] − 24.25[P] − 28.14[B] − 38.75[Mg] − 31.82[Li] − 25.59[Ca] − 11.0[RE]・・・(2)
但し、上記式中、TLは(2)式から求められる液相線温度(℃)、各元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。
第1群:PおよびB:それぞれ、0.001〜0.05%、
第2群:Sn、Zn、Zr、Mn、Ni、Co、Al、Si、Nb、Ta、Mo、V、W、Au、Te、SeおよびGe:それぞれ0.005〜1%、
本発明に用いられる銅合金は、Ti:0.05〜4%およびCr:0.01〜0.7%を含有するものである。
Tiは、材料の強度を確保するのに必須の元素である。すなわち、Tiは、時効処理によってCu4Tiを析出させ、その析出硬化によって銅合金の強度を上昇させる。この際、Tiの含有量が0.05%未満では、十分な強度が得られない。そして、その含有量が4%を超えると、強度は上昇するものの導電性が劣化し、さらに曲げ加工性が劣化する。従って、Tiの含有量は0.05〜4%とした。Ti含有量の下限は0.1%とするのが好ましい。
上述のとおり、Tiは強度上昇に有効であるが、析出しないでCuマトリックス中に固溶し、残存した場合には導電性を著しく劣化させる。Crは、Cuマトリックス中に固溶しても、導電性の劣化は小さい。一方、Crは、固溶TiをCr−Tiの形で固定するため、マトリックス中の固溶Tiを低減でき、その結果、銅合金の導電性を向上させる。また、加工・熱処理工程で生じたβ(Ti,Cr)微細析出物は、溶体化処理等において高温にさらされたとしても安定して残存する。このため、この析出物は、Cuマトリックスの結晶粒の粗大化を抑制し、最終製品の結晶粒を微細にする効果がある。その結果、最終製品の機械的性質、とりわけ延性を向上できる。固溶Ti低減することにより導電性を向上する効果は、Cr含有量が0.01%未満では不十分である。しかし、Crを0.7%を超えて含有させても、導電性の改善効果は飽和し、延性を低下させ、曲げ加工性を劣化させる場合がある。従って、Cr含有量は0.01〜0.7%とした。Cr含有量の好ましい下限は0.02%である。Cr含有量の好ましい上限は0.5%、より好ましくは0.3%である。
Agは、Cuマトリックスに固溶しても、導電性を劣化させにくい元素である。金属Agは、微細析出によって強度を上昇させることができるので、必要に応じて含有させることができる。このような効果を特に発現させたい場合には、Agを0.001%以上含有させるのが好ましい。しかし、1%を超えて含有させても、その効果は飽和し、合金のコスト上昇を招くだけである。従って、Agを含有させる場合には、その含有量を0.001〜1%とするのが好ましい。Ag含有量の好ましい下限は0.005%である。Ag含有量の好ましい上限は0.1%である。
Feは、強度と導電性のバランスを殆ど損ねることなく、加工性を向上させることができるので、必要に応じて含有させることができる。Feは、上記のTiおよびCrと同時に添加しても、凝固中および冷却中に余分な金属間化合物等が生成されない元素である。このような効果を特に発現させたい場合には、Feを0.01%以上含有させるのが好ましい。しかし、1%以上含有させると、その効果が飽和するばかりか、導電性を劣化させる。従って、Feを含有させる場合には、その含有量を0.01%以上かつ1%未満とするのが好ましい。Fe含有量の好ましい下限は0.05%である。Fe含有量の好ましい上限は0.3%である。
第2群:Sn、Zn、Zr、Mn、Ni、Co、Al、Si、Nb、Ta、Mo、V、W、AuおよびGe:それぞれ0.005〜1%、
これらの元素は、いずれも強度と導電率のバランスを維持しつつ、耐食性および耐熱性を向上させる効果を有するので、必要に応じて含有させることができる。これらの効果は、PおよびBでは、それぞれの含有量が0.001%以上の場合に顕著となり、Sn、Zn、Zr、Mn、Ni、Co、Al、Si、Nb、Ta、Mo、V、W、AuおよびGeでは、それぞれの含有量が0.005%以上の場合に顕著となる。しかしながら、これらの含有量が過剰な場合には、導電率が低下するおそれがある。従って、Pおよび/またはBを含有させる場合には、それぞれの含有量の上限を0.05%とするのが好ましい。また、Sn、Zn、Zr、Mn、Ni、Co、Al、Si、Nb、Ta、Mo、V、W、AuおよびGeの一種以上の元素を含有させる場合には、それぞれの含有量の上限を1%とするのが好ましい。
Mg、Li、Caおよび希土類元素は、Cuマトリックス中の酸素原子と結びついて微細な酸化物を生成して高温強度を上げる元素であるので、必要に応じて含有させることができる。この効果は、これらの元素の含有量が合計で0.0005%以上のときに顕著となる。しかし、これらの元素の含有量が合計で0.5%を超えると、上記の効果が飽和するだけでなく、延性を劣化させる場合がある。従って、Mg、Li、Caおよび希土類元素の中から選ばれた1種以上を含有させる場合には、その合計含有量を0.0005〜0.5%とすることが望ましい。好ましい下限は、0.001%である。なお、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素の総称であり、それぞれの元素の単体を添加してもよく、また、希土類元素の混合物であるミッシュメタルを添加してもよい。また、REMの含有量は、上記元素の合計量を意味する。
溶解は、真空溶解が好ましいが、フラックス等を用いることによって非酸化性または還元性の雰囲気であれば大気溶解でも構わない。これは、溶銅中の固溶元素と酸素あるいは窒素が結びついて酸化物や窒化物を生成しやすくなり、歩留まりが低下して生産性を損なう他、最終製品にまで混入して表面疵や機械的性質等の特性劣化につながるからである。真空溶解であっても、既述のように工業用溶解炉の真空度は高いとは言えず、酸化物の生成をさらに抑制するには、炭粒で溶湯部を覆って還元性雰囲気を作ってやる等の対策がより効果的である。合金元素の添加方法については特に限定しないが、CrやTiといった融点の高い元素を比較的多量に添加する場合には、Cu溶湯中により溶け込みやすくするために、例えばCu−20%TiまたはCu−5%Crなどの銅合金の形であらかじめ準備した母合金を使用するのが好ましい。
TM = TL + 20[Ti] + 150[Cr]+ 90・・・(1)
TL = 1084.87 − 4.242[Ti] − 6.475[Cr] − 4.242[Ag] + 3.700[Fe] − 11.236[Sn] − 6.342[Mn] + 5.894[Co] − 6.820[Al] − 28.02[Si] + 89.757[Nb] + 75.742[Ta] + 81.535[Mo] + 392.7[V] + 386.6[W] − 2.278[Au] − 2.395[Zn] + 6.846[Ni] − 13.01[Ge] − 9.459[Zr] − 24.25[P] − 28.14[B] − 38.75[Mg] − 31.82[Li] − 25.59[Ca] − 11.0[RE]・・・(2)
但し、上記式中、TLは(2)式から求められる液相線温度(℃)、各元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。
TM = TL+ 20[Ti]+ 150[Cr]+ 140 ・・・・ (3)
TM = TL+ 20[Ti]+ 150[Cr]+ 180 ・・・・ (4)
上記の供試材から、圧延方向と平行方向及び直角方向から試験片を採取し、種々曲率半径を変えた90°曲げ試験を行い、50倍の顕微鏡観察によって限界曲率半径Rを求め、曲げ加工性B(=R/t、ただし、tは板厚。)を求めた。ただし、B90は試験片の長手方向が圧延方向と直角になるように試験片を採取した場合の結果を、B0は試験片の長手方向が圧延方法と平行になるように試験片を採取した場合の結果である。
上記の供試材から、圧延方向と平行に試験片を切り出し、4端子法によって電気抵抗測定を行い、純銅の電気抵抗値を基準に、電気抵抗の逆数である導電率を求め、IACSを算出した。
Claims (4)
- 質量%で、Ti:0.05〜4%、Cr:0.01〜0.7%を含有する銅合金を下記(1)式から求められる温度TM(℃)以上で溶解した後に凝固させて、長手方向に垂直な断面における面積が最終製品の長手方向に垂直な断面における面積の100倍以上である鋳片を得ることを特徴とする銅合金の製造方法。
TM = TL + 20[Ti] + 150[Cr]+ 90・・・(1)
TL = 1084.87 − 4.242[Ti] − 6.475[Cr] − 4.242[Ag] + 3.700[Fe] − 11.236[Sn] − 6.342[Mn] + 5.894[Co] − 6.820[Al] − 28.02[Si] + 89.757[Nb] + 75.742[Ta] + 81.535[Mo] + 392.7[V] + 386.6[W] − 2.278[Au] − 2.395[Zn] + 6.846[Ni] − 13.01[Ge] − 9.459[Zr] − 24.25[P] − 28.14[B] − 38.75[Mg] − 31.82[Li] − 25.59[Ca] − 11.0[RE]・・・(2)
但し、上記式中、TLは(2)式から求められる液相線温度(℃)、各元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。 - さらに、質量%で、Ag:0.001〜1%および/またはFe:0.01〜1%を含有する銅合金を用いることを特徴とする請求項1に記載の銅合金の製造方法。
- さらに、質量%で、下記の第1群および第2群に記載の元素から選ばれた1種以上の元素を合計で1.0%以下含有する銅合金を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の銅合金の製造方法。
第1群:PおよびB:それぞれ、0.001〜0.05%、
第2群:Sn、Zn、Zr、Mn、Ni、Co、Al、Si、Nb、Ta、Mo、V、W、Au、Te、SeおよびGe:それぞれ0.005〜1%、 - さらに、質量%で、Mg、Li、Caおよび希土類元素の中から選ばれた1種以上の元素を合計で0.0005〜0.5%含有する銅合金を用いることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の銅合金の製造方法。
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