JP2015134955A - 強度、耐熱性及び曲げ加工性に優れたFe−P系銅合金板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Fe:1.6〜2.6質量%、P:0.01〜0.05質量%、Zn:0.01〜0.5質量%、Sn:0.01〜0.20質量%、C:0.003質量%以下、Co、Si及びCrが合計で0.05質量%以下、残部Cu及び不可避不純物からなるFe−P系銅合金板。圧延方向に平行で板面に垂直な断面の結晶組織をEBSDで観察した場合に、各結晶粒の円相当直径を面積で重み付けした加重平均が10μm以下であり、導電率が60%IACS以上、円相当直径が10〜40nmのFe又はFe−P化合物の析出粒子の存在密度が20個/μm2以上である。
【選択図】なし
Description
本発明は、Fe−P系銅合金板のこのような現状に鑑みてなされたもので、高強度で、耐熱性が高く、かつスタンピング性(特に曲げ加工性)にも優れたFe−P系銅合金板を提供することを目的とする。
(Fe−P系銅合金の化学組成)
Feは、Fe−P系銅合金板の強度及び耐熱性の向上に寄与し、また、熱間圧延中又は再結晶熱処理中の結晶粒の成長を抑制する効果を有する。Feの含有量が1.6質量%未満では、上記効果が不十分である。一方、Feの含有量が2.6質量%を超えると、溶解・鋳造時に2液相分離や晶出によって粗大なFe粒子(直径数μm以上)が生成し、めっき性やエッチング性が低下する。従って、Feの含有量は1.6質量%以上、2.6質量%以下とし、下限は、好ましくは1.7質量%、さらに好ましくは1.8質量%、上限は、好ましくは2.5質量%、さらに好ましくは2.4質量%とする。
Snは、母材に固溶してFe−P系銅合金板の強度及び耐熱性を向上させ、熱間圧延中又は再結晶熱処理中の結晶粒の成長を抑制する効果を有する。また、Snは転移を固着する効果が強く、これによりFeの析出起点を増加させ、析出密度を増加させる効果を有する。Snの含有量が0.01質量%未満では上記効果が十分でなく、一方、0.20質量%以上になると導電率が低下する。従って、Snの含有量は0.01質量%以上、0.20質量%未満とし、下限は、好ましくは0.02質量%、さらに好ましくは0.05質量%、上限は、好ましくは0.18質量%、さらに好ましくは0.15質量%とする。
Fe−P系銅合金板の圧延方向に平行で板面に垂直な断面の結晶組織をEBSD(Electron BackScatter Diffraction)で観察(粒界条件:方位差5°以上)し、観察面の全結晶粒の円相当直径を求め、各結晶粒の円相当直径を面積で重み付けして加重平均を求め、本発明ではこれを平均結晶粒径とした。平均結晶粒径としてこの加重平均をとったのは、Fe−P系銅合金板のように粗大粒と微細粒が混在する場合、単に相加平均をとると、実態以上に結晶粒径が小さく出るためである。この平均結晶粒径が10μmを超えると、曲げ加工性や打抜き加工性が低下するとともに強度や耐熱性も低下する。従って、平均結晶粒径は10μm以下、好ましくは8μm以下、さらに好ましくは6μm以下である。平均結晶粒径は小さいほどよく、下限値は特に定める必要がないが、後述する製造方法により3μm程度まで微細化できる。
Fe又はFe−P化合物の析出粒子のうち円相当直径10〜40nmの析出粒子は、転位をピン止めしてFe−P系銅合金板の強度及び耐熱性を向上させる。しかし、この析出粒子の存在密度が20個/μm2未満であると、ピン止めできる析出粒子が少なく強度及び耐熱性の向上が不十分となる。従って、円相当直径10〜40nmのFe又はFe−P化合物の析出粒子の存在密度は、20個/μm2以上、好ましくは25個/μm2以上、さらに好ましくは30個/μm2以上である。この存在密度は大きいほどよく、上限値は特に定める必要がないが、本発明の組成であれば後述する製造方法により40個/μm2程度まで密度を上げることができる。
本発明の製造方法は以下の通りである。
まず、鋳塊は、通常のるつぼ型溶解炉などを用いて原料を溶解し、成分調整後、通常の金型やカーボン鋳型などに溶湯を流し込んで製造する。
次に、鋳塊を850〜1050℃の温度に加熱し、圧延加工率50%以上で熱間圧延を行い、熱間圧延の終了温度は750℃以上とする。熱間圧延後の冷却は、水冷などにより、熱間圧延終了温度(=冷却開始温度)から少なくとも300℃までの範囲を10℃/秒以上の冷却速度で急速に冷却する。
熱間圧延の圧延加工率が50%より小さいと、再結晶が起こらず、鋳造組織が残存する可能性がある。従って、熱間圧延の圧延加工率は50%以上、好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上とする。
熱間圧延後の冷却速度が、熱間圧延終了温度から300℃までの範囲で10℃/秒未満になると、冷却中にもFeやFe−P化合物が析出し、粗大化するため、析出熱処理において析出する微細なFeやFe−P化合物が減少し、製品板の強度及び耐熱性が低下する。よって、熱間圧延後の冷却速度は10℃/秒以上、望ましくは20℃/秒以上、さらに望ましくは30℃/秒以上とする。熱間圧延材が冷却して300℃に達した後は、急冷する必要はない。
再結晶熱処理は微細な再結晶粒を形成するための熱処理であり、加熱温度550〜900℃程度で1秒〜10分程度保持する。加熱温度が550℃未満では再結晶しにくく、900℃を超えると再結晶粒が粗大化する。従って、加熱温度は550〜900℃、望ましくは570〜880℃、さらに望ましくは590〜860℃程度とする。保持時間は加熱温度によって適宜選択してよいが、1秒〜10分程度の短時間とする。保持時間が1秒未満では再結晶が生じにくい。保持時間が10分を超えると、再結晶粒が粗大化して製品の平均結晶粒径が大きくなる。また、FeやFe−P化合物の析出量が増加し、粗大化するため、その後の析出熱処理において析出する微細なFeやFe−P化合物が減少する。従って、保持時間は1秒〜10分、望ましくは2秒〜5分、さらに好ましくは5秒〜2分程度とする。
さらに、再結晶熱処理後の冷却速度は、加熱温度から300℃までの範囲で5℃/秒以上とする。この温度範囲の冷却速度が5℃/秒未満では、冷却中にFeやFe−P化合物の析出が生じ、粗大化するため、析出熱処理において析出する微細なFeやFe−P化合物が減少する。従って、再結晶熱処理後の冷却速度は5℃/秒以上、望ましくは10℃/秒以上、さらに望ましくは20℃/秒以上とする。
析出熱処理は、加熱温度300〜600℃程度で0.5〜30時間程度保持する。加熱温度が300℃未満では析出量が少なく、600℃を超えると析出物が粗大化しやすい。従って、加熱温度は300〜600℃、望ましくは320〜580℃、より望ましくは340〜560℃とする。保持時間は加熱温度によって適宜選択してよいが、0.5〜30時間程度の時間とする。保持時間が0.5時間未満では析出が不十分となりやすく、30時間を超えると生産性低下への影響が大きくなる。従って、保持時間は0.5〜30時間、望ましくは1〜25時間、さらに望ましくは1.5〜20時間程度とする。
No.1〜26の熱間圧延板の両面を面削して酸化スケールを除去し、No.1〜23,26は厚さ16mmとし、No.24,25は厚さ10mmとした後、冷間圧延、再結晶熱処理、析出熱処理、最終冷間圧延及び歪み取り焼鈍を行って、厚さが0.15mmのFe−P系銅合金板を得た。
なお、熱間圧延終了温度、再結晶熱処理、及び最終冷間圧延の圧延率の工程条件を表2に示す。
供試材の圧延方向に平行で板面に垂直な断面の結晶組織をEBSDで観察し、粒界条件:方位差5°以上で解析した全結晶粒を円相当直径で数値化し、各結晶粒の円相当直径を面積で重み付けして加重平均を求め、これを供試材の平均結晶粒径とした。No.1〜21の各供試材について各3視野観察し、各視野ごとに平均結晶粒径を求め、その平均値を各供試材の平均結晶粒径とした。1視野においてN個の結晶粒が観察されたとき、その視野における平均結晶粒径は、以下の式で算出される。
平均結晶粒径=(a1×d1+・・・+aN×dN)/A
ただし、ai:各結晶粒の面積
di:各結晶粒の直径
A:N個の結晶粒の面積の和である。
供試材の組織を15万倍の透過型電子顕微鏡で観察し、粒径が10nm以上で40nm以下の析出粒子の個数を測定し、単位面積当たりの個数(個/μm2)を算出し、これを析出物密度とした。
(引張強さ)
供試材から長手方向を圧延方向に平行としたJIS−5号試験片を作製し、JISZ2241の規定に準じて引張試験を行い、測定した。
供試材から採取した試験片の加熱前の硬さと、550℃で1分加熱後の硬さを、マイクロビッカース硬度計にて、4.9Nの荷重を加えて測定した。次いで、加熱後/加熱前硬さ比を算出した。
(導電率)
供試材をミーリングにより幅10mm×長さ300mmの短冊状の試験片に加工し、ダブルブリッジ式抵抗測定装置により電気抵抗を測定して平均断面積法により算出した。本発明では導電率60%IACS以上を良好と評価した。
供試材から採取した幅10mmのL.D.及びT.D.試験片に、JCBA−T307に準じてW曲げ(R/t=1)を行い、曲げ部の外観を観察して評価した。L.D.及びT.D.試験片のどちらかに割れが発生したものを×(不良)、肌荒れが発生したものを△(不良)、どちらにも割れ又は肌荒れが発生しなかったものを○(良)と評価した。なお、L.D.(Londitudinal to Rolling Direction)試験片とは、長さ方向が圧延平行方向で曲げ線が圧延垂直方向となる試験片、T.D.(Transverse to Rolling Direction)試験片とは、長さ方向が圧延垂直方向で曲げ線が圧延平行方向となる試験片を意味する。
(はんだ耐熱剥離性)
供試材から採取した短冊状の試験片に弱活性フラックスを塗布し、265℃に保持したはんだ浴(Sn−3%Ag−0.5%Cu)に5秒間浸漬後、150℃のオーブンで1000hr加熱した後、この試験片に180°曲げ及び曲げ戻し加工を加え、曲げ戻し加工部に透明なメンディングテープを貼付けた後引き剥がし、メンディングテープに付着するはんだの有無により、加工部のはんだが剥離するか否かを観察した。メンディングテープに剥離片が付着したものを剥離が生じたとして×(不良)、剥離片が付着しなかったものを剥離が生じなかったとして○(良)と評価した。
No.11は、再結晶熱処理の加熱・冷却速度が小さく、かつ低温長時間の保持条件であるため、No.10ほどではないが平均結晶粒径が大きく、析出物密度が低く、化学組成がほぼ同じで最終冷間圧延率が同じNo.2に比べて、強度、耐熱性、曲げ性ともに低い。
No.13は、Feの含有量が本発明の規定範囲外で少ないため、平均結晶粒径が大きく、析出物密度が低く、同じ工程条件で製造したNo.2〜8に比べて、強度、耐熱性、曲げ性ともに低い。
No.15は、Pの含有量が本発明の規定範囲外で少ないため、平均結晶粒径が大きく、析出物密度が低く、同じ工程条件で製造したNo.2〜8と比べて、強度、耐熱性、曲げ性ともに低い。
No.17は、平均結晶粒径が小さく、析出物密度が高く、高い強度、耐熱性、曲げ性を有する。しかし、Znの含有量が本発明の規定範囲外で少ないため、はんだの耐熱剥離性が低い。
No.19は、Snの含有量が本発明の規定範囲外で少ないため、平均結晶粒径が大きく、析出物密度も低く、同じ工程条件で製造したNo.2と比べて、耐熱性が低く、強度もやや低い。
No.22は、Co,Si,Crの合計含有量が本発明の規定範囲外で多いため、図1(c)に示すように、粗大Fe粒子が多く生成した。このため、No.22はめっき性が低いことが推測される。また、No.22は平均結晶粒径が大きく、析出物密度が低く、同じ工程条件で製造したNo.2と比べて、強度及び耐熱性が低い。
No.23は、Fe,P,Zn,Snの含有量が本発明の規定範囲外で少ないため、平均結晶粒径が大きく、析出物密度が低く、同じ工程条件で製造したNo.2〜8に比べて、強度、耐熱性、曲げ性とも低く、はんだ耐熱剥離性も低い。
No.26は、再結晶熱処理の保持温度が高く、平均結晶粒径が10μmを超えたため、曲げ性が低い。
Claims (1)
- Fe:1.6質量%以上、2.6質量%以下、P:0.01質量%以上、0.05質量%以下、Zn:0.01質量%以上、0.5質量%以下、Sn:0.01質量%以上、0.20質量%未満、C:0.003質量%以下、Co、Si及びCrが合計で0.05質量%以下、残部Cu及び不可避不純物からなり、圧延方向に平行で板面に垂直な断面の結晶組織をEBSDで観察した場合に、各結晶粒の円相当直径を面積で重み付けした加重平均が10μm以下であり、導電率が60%IACS以上、円相当直径が10〜40nmのFe又はFe−P化合物の析出粒子の存在密度が20個/μm2以上であることを特徴とする強度、耐熱性及び曲げ加工性に優れたFe−P系銅合金板。
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