JP2016125126A - 銅合金板材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の銅合金板材におけるNiの含有量は、3.0〜25.0%であり、好ましくは8.0〜22.0%である。Niの含有量が3.0%未満では、スピノーダル分解が起こらず、変調構造の形成による強化機構を得ることができないことから十分な強度が得られない。一方、Niの含有量が25.0%を超えると、導電率の低下が顕著になり費用も増大する。
本実施形態の銅合金板材は、板材中の残留応力が小さいことが特徴の1つである。残留応力は熱処理や冷間加工などによる不均一な変形の結果発生し、銅合金板材(圧延材)の表面および板材内部に広く分布している。圧延材の表面および内部の残留応力分布の勾配が大きい、すなわち残留応力の最大値と最小値の差が大きいと、エッチングやプレス加工を行った際に、残留応力が開放されて、反り等の変形が生じやすくなる。もしくは、加工時には変形として現れていなくても、使用中に変形を起こす可能性のある板材となる。よって、銅合金板材中の残留応力を小さく制御することが必要となる。
本実施形態の銅合金板材は、所定の組成からなる銅合金素材に、鋳造、均質化熱処理、面削、第1の冷間加工、溶体化熱処理、第2の冷間加工および時効処理の各工程をこの順に施すことにより製造される。以下、本実施形態の銅合金板材の製造方法について詳細に説明する。
所定の組成の銅合金素材を溶解した後、鋳造により銅合金鋳塊を得る。なお、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。
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熱処理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、鋳造工程の後に、850〜1000℃に加熱して3〜24時間均質化熱処理を行い、続いて熱間加工を実施するのが好ましい。均質化熱処理後の熱間加工は省略可能であるが、例えば、処理温度850℃程度、加工度50%以上で行ってもよい。面削工程は、銅合金板材の表皮の酸化皮膜や変質層を除去するために行う。これは通常公知の方法により行うことができる。
溶体化熱処理工程前に第1の冷間加工を実施する。第1の冷間加工における総加工率を高くするほど、溶体化熱処理における再結晶粒を均一かつ微細に制御できる。ただし、総加工率をあまり高くして溶体化熱処理を行うと、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。したがって、第1の冷間加工の総加工率は好ましくは70〜99%ある。総加工率は{((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。
第1の冷間加工工程の後、溶体化熱処理を一度行う。溶体化熱処理では、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、処理温度は第二相粒子の固溶限付近の温度とする。固溶限付近の温度まで急速に加熱し、急速に冷却すると粗大な第二相粒子の発生が抑制される。溶体化熱処理における処理温度は、例えば720〜850℃であり、より好ましくは750〜800℃である。また、処理時間は例えば30〜300秒であり、より好ましくは30〜60秒である。また、第二相粒子の析出を抑制するために冷却速度は高くする必要があり、例えば、溶体化熱処理における処理温度が720〜850℃である場合、冷却速度は好ましくは300℃/s以上である。本発明においては溶体化熱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。なお、溶体化熱処理の時点で第二相粒子が発生しても微細かつ均一に分散していれば、強度と曲げ加工性に対してほとんど無害である。しかし、粗大なものは時効処理で更に成長する傾向にあるので、溶体化熱処理の時点での第二相粒子は生成してもなるべく少なく、小さくしなければならない。
溶体化熱処理に続いて、第2の冷間加工及び時効処理を順に行う。第2の冷間加工によってCu−Ni−Sn系銅合金の強度を高めることができる。第2の冷間加工工程では残留応力の発生があり、エッチングやプレス加工における寸法精度の悪化を防ぐためには、表面及び内部における残留応力分布のばらつきをできるだけ抑える処理を行うことが重要である。第2の冷間加工工程における、残留応力分布のばらつきとは、銅合金板材の板幅方向に垂直な断面および圧延方向に垂直な断面のそれぞれの断面において、残留応力の最大値と最小値の差の絶対値である。
銅合金板材の圧延方向(RD)に垂直な断面及び板幅方向(TD)に垂直な断面における厚さ方向の残留応力はそれぞれ、以下の方法で測定した。まず、板幅方向(TD)に垂直な断面の残留応力分布は、圧延方向(RD)を「長手方向」として、銅合金板から幅20mm×長さ100mmの大きさの試験板を切り出す。試験片の片面の表層をエッチング液を用いて徐々に除去しながら、各深さにおける残部試験片の長手方向(x)及び幅方向(y)の曲率φx、φyを測定する。これを板厚が半分になるまで繰り返し実施する。曲率は試験片の反りを測定することで求める。試験片の反りを円周の一部と考え、この円に相当する半径の逆数を曲率とする。曲率は弦の長さと高さを測定すれば数学的に容易に求められる。その後、エッチング深さaと曲率の関係を図にプロットし、以下の式によってエッチング深さにおける圧延方向(x)の残留応力の最大値σxmax(a)及び最小値σxmin(a)を測定する。また、圧延方向(RD)に垂直な断面の残留応力分布についても、板幅方向(TD)を「長手方向」とする試験片を用いて、同様に測定を行う。本方法はTreuting−Read法と呼ばれるよく知られた方法であり、例えば下記の参考文献に記載されている。この方法に基づいて、銅合金板材の板幅方向に垂直な断面の板厚方向の残留応力分布、および銅合金板材の圧延方向に垂直な断面の板厚方向の残留応力分布における、それぞれの断面の残留応力の最大値と最小値の差の絶対値を算出した。その結果を、表2に示す。
参考文献:R.G.Treuting、W.F.Read:J.App.Physics、22 (1951)130.
0.2%耐力は、圧延平行方向から切り出したJIS Z 2201−13B号の試験片をJIS Z 2241に準じて3本測定しその平均値を示した。0.2%耐力の測定結果を、表2に示す。
導電率は、20℃(±0.5℃)に保たれた恒温漕中で四端子法により比抵抗を計測して導電率を算出した。なお、端子間距離は100mmとした。導電率の測定結果を、表2に示す。
結晶粒径は、JIS H 0501(切断法)に基づいて測定した。すべての実施例において、結晶粒径は0.1μm超50μm以下の範囲にあることを確認した。
2、3 残留応力分布
2a、3a 曲線
2b、3b 軸
Claims (6)
- Ni:3.0〜25.0質量%、Sn:3.0〜10.0質量%を含有し、残部Cuおよび不可避不純物からなる銅合金板材であって、
0.2%耐力が900MPa以上であり、
前記銅合金板材の板幅方向に垂直な断面の板厚方向の残留応力分布、および前記銅合金板材の圧延方向に垂直な断面の板厚方向の残留応力分布において、それぞれの断面の残留応力の最大値と最小値の差の絶対値が80MPa以下であることを特徴とする銅合金板材。 - さらにFe、Si、Mg、Mn、Zn、Zr、及びPから選択される少なくとも1種を合計で0.01〜0.6質量%以下含有することを特徴とする、請求項1に記載の銅合金板材。
- 平均結晶粒径が0.1μm超50μm以下であること特徴とする、請求項1又は2に記載の銅合金板材。
- 厚さが5μm以上80μm以下であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の銅合金板材。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の銅合金板材の製造方法であって、
鋳造、均質化熱処理、面削、第1の冷間加工、溶体化熱処理、第2の冷間加工および時効処理の各工程をこの順に施し、
前記溶体化熱処理における処理温度が720〜850℃、処理時間が30〜300秒であり、
前記第2の冷間加工におけるワークロール径が150mm以下、ワークロールの表面粗さRaが0.5μm以下、圧延速度が300m/min以下、1パスあたりの加工率が3〜20%、かつ、総加工率が5〜90%であり、
前記時効処理における処理温度が300〜500℃、処理時間が0.1〜15時間であることを特徴とする銅合金板材の製造方法。 - 前記均質化熱処理後に熱間加工を行うことを特徴する、請求項5に記載の銅合金板材の製造方法。
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