JP2017088948A - 銅合金素材 - Google Patents

Abstract

【課題】５００℃以上の高温環境下で使用された場合であっても、結晶粒の粗大化を抑制でき、特性が安定し、かつ、使用寿命に優れた銅合金素材を提供する。
【解決手段】Ｃｒを０．１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、ＣｒとＺｒとＰを含むＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が存在し、組織観察において前記Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が０．５％以上５．０％以下の範囲内とされており、前記Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、針状もしくは粒状の形態をとり、最長となる辺の長さが１００μｍ以下とされていることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば鋳造用モールド材やコンタクトチップ等の溶接用部材等の高温環境下で使用される部材に適した銅合金素材に関するものである。

従来、Ｃ１８１５０等のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金は、優れた耐熱性及び導電性を備えていることから、特許文献１−３に示すように、使用環境が高温となる鋳造用モールド材や溶接用部材の素材として利用されている。
このようなＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金は、通常、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金鋳塊に塑性加工を施し、例えば保持温度が９５０〜１０５０℃、保持時間が０．５〜１．５時間の溶体化処理と、例えば保持温度が４００〜５００℃、保持時間が２〜４時間の時効処理と、を行い、最後に機械加工により所定の形状に仕上げる製造工程によって製造される。また、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金における溶体化処理工程は、塑性加工工程と併せて行うことも可能であり、熱間圧延加工と同時に溶体化処理を行う、いわゆるインライン溶体化処理に替えて製造されることもある。
そして、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金においては、溶体化処理でＣｒ及びＺｒをＣｕの母相中に固溶し、時効処理によってＣｒやＺｒの析出物を微細分散させることで、強度及び導電率の向上を図っている。

特開昭６２−１８２２３８号公報 特開昭６２−１８２２３９号公報 特開平０４−２１０４３８号公報

ところで、上述のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金においては、優れた耐熱性を有しているが、ピーク温度が５００℃以上の使用環境にさらされると、析出物の再固溶が始まり、それにともなって強度及び導電率が低下するとともに結晶粒の粗大化が発生することがある。
結晶粒の粗大化が起きた場合には、亀裂の伝播速度が増大し、製品寿命が短くなるおそれがあった。また、結晶粒の粗大化が局所的に発生することで、強度及び伸び等の機械的特性が著しく低下するといった問題があった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、５００℃以上の高温環境下で使用された場合であっても、結晶粒の粗大化を抑制でき、特性が安定し、かつ、使用寿命に優れた銅合金素材を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の銅合金素材は、Ｃｒを０．１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、ＣｒとＺｒとＰを含むＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が存在し、組織観察において前記Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が０．５％以上５．０％以下の範囲内とされており、前記Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、針状もしくは粒状の形態をとり、最長となる辺の長さが１００μｍ以下とされていることを特徴としている。

この構成の銅合金素材においては、Ｃｒを０．１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。
そして、本発明の銅合金素材においては、ＣｒとＺｒとＰを含むＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が存在し、組織観察において前記Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が０．５％以上５．０％以下の範囲内とされている。このＣｒとＺｒとＰを含むＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、１０００℃程度の高温条件においても消失しないことから、高温環境下で使用した場合であっても、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物による結晶粒界のピン止め効果によって、結晶粒の粗大化を抑制することができる。
また、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が、針状もしくは粒状の形態をとり、最長となる辺の長さが１００μｍ以下とされているので、上述のピン止め効果を確実に奏功せしめることが可能となる。

ここで、本発明の銅合金素材においては、１０００℃で３０分保持の熱処理を実施した後の平均結晶粒径が２００μｍ以下とされていることが好ましい。
この場合、１０００℃で３０分保持の熱処理を実施した後でも、結晶粒が粗大化しておらず、５００℃以上の高温環境下で使用された場合であっても、機械的特性や導電率が安定している。

また、本発明の銅合金素材においては、さらに、Ｃｏを０．０２ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕が、０．５≦〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕≦５．０の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、Ｃｒ及びＺｒに加えてさらにＣｏを０．０２ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいるので、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物が存在することになり、上述のＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物とともに、結晶粒界のピン止め効果を発揮することができ、高温環境下で使用した場合であっても結晶粒の粗大化を確実に抑制することができる。
また、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕が、０．５≦〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕≦５．０の範囲内とされているので、余剰のＣｏやＰが母相中に固溶することを抑制でき、導電率の低下を抑制することができる。

さらに、Ｃｏを含有する本発明の銅合金素材においては、不可避不純物であるＴｉ、Ｈｆの含有量の合計が０．１０ｍａｓｓ％以下とされていることが好ましい。
この場合、Ｐと化合物を形成する元素であるＴｉ及びＨｆの合計含有量が０．１０ｍａｓｓ％以下に制限されているので、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物が確実に形成され、結晶粒界のピン止め効果を効果的に発揮させることができ、結晶粒の粗大化を抑制することが可能となる。

本発明によれば、５００℃以上の高温環境下で使用された場合であっても、結晶粒の粗大化を抑制でき、特性が安定し、かつ、使用寿命に優れた銅合金素材を提供することができる。

本発明の一実施形態である銅合金素材の製造方法のフロー図である。 実施例における組織観察写真である。（ａ）が本発明例２、（ｂ）が比較例１である。 １０００℃で３０分保持の熱処理を実施した後の組織観察写真である。（ａ）が本発明例２、（ｂ）が比較例１である。 本発明例２のＳＥＭ−ＥＰＭＡ画像である。 比較例２のＳＥＭ−ＥＰＭＡ画像である。 Ｃｕ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率を算出する際のＳＥＭ−ＥＰＭＡ画像の一例である。

以下に、本発明の一実施形態である銅合金素材について説明する。
本実施形態である銅合金素材は、例えば鋳造用モールドや溶接用部材等の高温環境下で使用される部材に用いられるものである。

本実施形態である銅合金素材は、Ｃｒを０．１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有する。
なお、本実施形態である銅合金素材においては、必要に応じて、さらにＣｏを０．０２ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕が、０．５≦〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕≦５．０の範囲内とされていてもよい。また、Ｃｏを含有する場合には、不可避不純物であるＴｉ、Ｈｆの含有量の合計が０．１０ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。

そして、本実施形態である銅合金素材においては、ＣｒとＺｒとＰを含むＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が存在し、組織観察においてＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が０．５％以上５．０％以下の範囲内とされている。また、上述のＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、針状もしくは粒状の形態をとり、最長となる辺の長さが１００μｍ以下とされている。
さらに、本実施形態である銅合金素材においては、１０００℃で３０分保持の熱処理を実施した後の平均結晶粒径が２００μｍ以下とされている。

以下に、本実施形態である銅合金素材において、成分組成、結晶組織等を上述のように規定した理由について説明する。

（Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下）
Ｃｒは、時効処理によって母相の結晶粒内にＣｒ系の析出物を微細に析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｃｒの含有量が０．１ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、強度（硬さ）向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｃｒの含有量が１．５ｍａｓｓ％を超える場合には、粗大なＣｒ晶出物が形成され、加工性が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃｒの含有量を０．１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｃｒの含有量の下限を０．３ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｃｒの含有量の上限を１．０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｚｒ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下）
Ｚｒは、時効処理によって母相の結晶粒界にＺｒ系の析出物を微細に析出することにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｚｒの含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、強度（硬さ）向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｚｒの含有量が０．２５ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率及び熱伝導率が低下してしまうおそれがある。また、Ｚｒを０．２５ｍａｓｓ％を超えて含有しても、さらなる強度向上の効果が得られないおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量を０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｚｒの含有量の下限を０．０７ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｚｒの含有量の上限を０．１５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｐ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下）
Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金にＰを添加することにより、ＣｒとＺｒとＰを含むＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成する。このＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、１０００℃といった高温条件でも消失しないことから、高温環境下で使用した場合でも結晶粒界のピン止め効果を発揮し、結晶の粗大化を抑制することが可能となる。
ここで、Ｐの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、上述のＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を十分に形成することができなくなるおそれがある。一方、Ｐの含有量が０．１０ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率が低下するとともに、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が粗大化し、ピン止め効果が十分に発揮されなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｐの含有量の下限を０．０１ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｐの含有量の上限を０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｃｏ：０．０２ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下）
Ｃｏを添加することにより、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物が形成され、これらＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物と上述のＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物とによって、結晶粒界のピン止め効果が発揮され、高温環境下で使用した場合であっても結晶粒の粗大化を確実に抑制することができる。
ここで、Ｃｏの含有量が０．０２ｍａｓｓ％未満の場合には、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物を十分に形成することができず、Ｃｏを添加したにもかかわらず、さらなるピン止め効果の向上を図ることができないおそれがある。一方、Ｃｏの含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超える場合には、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物が粗大化し、Ｃｏを添加したにもかかわらず、さらなるピン止め効果の向上を図ることができないおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃｏを添加する場合には、Ｃｏの含有量を０．０２ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｃｏの含有量の下限を０．０３ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｃｏの含有量の上限を０．１ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。また、Ｃｏを意図的に添加しない場合には、Ｃｏを不純物として０．０２ｍａｓｓ％未満含有していてもよい。

（ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕：０．５以上５．０以下）
また、Ｃｏを添加する場合には、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕が、０．５≦〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕≦５．０の範囲内とする。このようにＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕を規定することにより、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物の形成に寄与しない余剰のＣｏやＰが母相中に固溶して導電率が低下することを抑制できる。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕の下限を１．０以上とすることが好ましく、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕の上限を３．０以下とすることが好ましい。

（Ｔｉ．Ｈｆの合計：０．１０ｍａｓｓ％以下）
さらに、Ｃｏを添加する場合には、不可避不純物であるＴｉ、Ｈｆの含有量の合計が０．１０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。これらＴｉ、Ｈｆといった元素は、Ｃｏとの化合物を生成しやすいことから、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物を十分に形成することができなくなるおそれがある。よって、不可避不純物であるＴｉ、Ｈｆの含有量の合計を上述のように規定することで、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物を確実に形成し、ピン止め効果を発揮させることができる。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、不可避不純物であるＴｉ、Ｈｆの含有量の合計量を０．０３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（その他の不可避不純物：０．０５ｍａｓｓ％以下）
なお、上述したＣｒ，Ｚｒ，Ｐ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｈｆ以外のその他の不可避的不純物としては、Ｂ、Ａｌ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ａｇ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ，Ｔｃ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｐｏ，Ｂｉ，ランタノイド、Ｏ，Ｓ，Ｃ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、導電率及び熱伝導率を低下させるおそれがあるため、総量で０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

（Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率：０．５％以上５．０％以下）
上述のＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が０．５％未満の場合には、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物による結晶粒界のピン止め効果が不十分となり、結晶粒の粗大化を抑制できなくなるおそれがある。一方、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が５．０％を超えると、加工性が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率を０．５％以上５．０％以下に規定している。なお、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率の下限は１．０％以上とすることが好ましく、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率の上限は３．０％以下とすることが好ましい。

（針状、粒状のＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の最長の辺となる長さ：１００μｍ以下）
針状、粒状の形態をなすＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の最長の辺となる長さが１００μｍを超える場合には、上述のピン止め効果が十分に発揮されないおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の最長の辺となる長さを１００μｍ以下に規定している。なお、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の最長の辺となる長さの上限は８０μｍ以下とすることが好ましい。

（１０００℃で３０分保持の熱処理を実施した後の平均結晶粒径：２００μｍ以下）
１０００℃で３０分保持の熱処理後の平均結晶粒径が２００μｍ以下とされることにより、例えば５００℃以上の高温環境下で使用した際の結晶粒の粗大化が確実に抑制され、強度等の特性が安定することになる。
以上のことから、本実施形態では、１０００℃で３０分保持の熱処理を実施した後の平均結晶粒径を２００μｍ以下としている。

次に、本発明の一実施形態に係る銅合金素材の製造方法を、図１のフロー図を参照して説明する。

（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
まず、銅の純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を、カーボンるつぼに装入し、真空溶解炉を用いて溶解し、銅溶湯を得る。次いで、得られた溶湯に、所定の濃度となるように前述の添加元素を添加して、成分調製を行い、銅合金溶湯を得る。
ここで、添加元素であるＣｒ、Ｚｒ、Ｐの原料としては、純度の高いものを使用し、例えばＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上、Ｐの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用する。また、Ｃｏを必要に応じて添加する。なお、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｏ，Ｐの原料として、Ｃｕとの母合金を用いてもよい。
そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳型に注湯して鋳塊を得る。

（均質化処理工程Ｓ０２）
次に、得られた鋳塊の均質化のために熱処理を行う。
具体的には、鋳塊を大気雰囲気にて、９５０℃以上１０５０℃以下、１時間以上の条件で均質化処理を行う。

（熱間加工工程Ｓ０３）
次いで、鋳塊に対して９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で、加工率５０％以上９９％以下の熱間圧延を行い、圧延材を得る。なお、熱間加工の方法は、熱間鍛造であっても良い。この熱間加工後、直ちに水冷によって冷却する。

（溶体化処理工程Ｓ０４）
次いで、熱間加工工程Ｓ０３で得られた圧延材を、９２０℃以上１０５０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で加熱処理を施し、溶体化処理を行う。加熱処理は、例えば大気または不活性ガス雰囲気で行い、加熱後の冷却は、水冷によって行う。

なお、インライン溶体化処理を行うことにより、熱間加工工程Ｓ０３と溶体化処理工程Ｓ０４を同時に行ってもよい。
具体的には、鋳塊に対して９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で、加工率５０％以上９９％以下の熱間圧延を行うとともに、９２０℃以上１０５０℃以下の温度から直ちに水冷によって冷却することにより、溶体化処理を行う。

（時効処理工程Ｓ０５）
次に、溶体化処理工程Ｓ０４の後に、時効処理を実施し、Ｃｒ系析出物及びＺｒ系析出物などの析出物を微細に析出させ、時効処理材を得る。
ここで、時効処理は、例えば４００℃以上５３０℃以下、０．５時間以上５時間以下の条件で行う。
なお、時効処理時の熱処理方法は、特に限定しないが、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、加熱処理後の冷却方法は、特に限定しないが、水冷で行うことが好ましい。
このような工程により、本実施形態である銅合金素材が製造される。

以上のような構成とされた本実施形態に係る銅合金素材によれば、Ｃｒを０．１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることにより、強度（硬さ）及び導電率を向上させることができる。

そして、本実施形態においては、ＣｒとＺｒとＰを含むＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が存在し、組織観察においてＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が０．５％以上５．０％以下の範囲内とされているので、高温環境下で使用した場合でもＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が消失せず、このＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物のピン止め効果によって、結晶粒の粗大化を抑制することができる。

また、本実施形態においては、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が、針状もしくは粒状の形態をとり、最長となる辺の長さが１００μｍ以下とされているので、上述のピン止め効果を確実に奏功せしめることが可能となる。
さらに、本実施形態においては、１０００℃で３０分保持の熱処理を実施した後の平均結晶粒径が２００μｍ以下とされているので、５００℃以上の高温環境下で使用された場合であっても、結晶粒が粗大化せず、機械的特性や導電率が安定している。

また、本実施形態において、さらにＣｏを０．０２ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕が、０．５≦〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕≦５．０の範囲内とされている場合には、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物が形成され、上述のＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物とともに、結晶粒界のピン止め効果を発揮することができ、高温環境下で使用した場合であっても結晶粒の粗大化を確実に抑制することが可能となる。また、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕が、０．５≦〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕≦５．０の範囲内とされているので、余剰のＣｏ、Ｐが母相中に固溶することを抑制でき、導電率の低下を抑制することができる。
さらに、Ｃｏを含有する場合には、不可避不純物であるＴｉ、Ｈｆの含有量の合計が０．１０ｍａｓｓ％以下とすることにより、ＣｏＰ化合物及びＣｏ_２Ｐ化合物を確実に形成することができ、結晶粒界のピン止め効果を効果的に発揮させ、結晶粒の粗大化を抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これをカーボンるつぼに装入し、真空溶解炉（真空度１０^−２Ｐａ以下）で溶解し、銅溶湯を得た。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、５分間保持した後、銅合金溶湯を鋳鉄製の鋳型に注湯して鋳塊を得た。鋳塊の大きさは、幅約８０ｍｍ、厚さ約５０ｍｍ、長さ約１３０ｍｍとした。
なお、添加元素であるＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上のものを使用した。

次に、大気雰囲気において１０００℃で１時間の条件で均質化処理を行った後、熱間圧延を実施した。熱間圧延時の圧下率を８０％とし、幅約１００ｍｍ×厚さ約１０ｍｍ×長さ約５２０ｍｍの熱間圧延材を得た。
なお、本実施例においては、熱間圧延終了時に表１に示す冷却速度で冷却することで溶体化処理を兼ねており、いわゆるインライン溶体化を実施した。
次に、５００（±１５）℃で３時間の条件で時効処理を実施した。これにより、銅合金素材を得た。

得られた銅合金素材について、時効処理後の銅合金素材の組織観察を行い、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物について評価した。また、時効処理後の銅合金素材の導電率及び引張強度を測定した。
さらに、時効処理後の銅合金素材に対して、１０００℃で３０分保持後の熱処理を実施し、その後水冷した銅合金素材について、平均結晶粒径及び引張強度を評価した。

（組成分析）
得られた銅合金素材の成分組成は、ＩＣＰ−ＭＳ分析によって測定した。測定結果を表１に示す。

（Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物）
得られた銅合金素材の板厚で板幅中心部から１０ｍｍ×１５ｍｍの試料を切り出し、圧延方向（ＲＤ方向）の面を研磨後、ミクロエッチングを行った。
この試料をＳＥＭ観察し、ＳＥＭ−ＥＰＭＡ画像（２５０μｍ×２５０μｍの視野）において、母相よりもＣｒ，Ｚｒ，Ｐ濃度が高い領域を「Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物」であると判断し、最長となる辺の長さを測定した。そして、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率を以下の式で求めた。
面積率＝（Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が占める面積）／（２５０μｍ×２５０μｍ）
図４に本発明例２のＳＥＭ−ＥＰＭＡ画像を、図５に比較例１のＳＥＭ−ＥＰＭＡ画像を示す。また、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率を算出する際のＳＥＭ−ＥＰＭＡ画像（２５０μｍ×２５０μｍの視野）の一例を図６に示す。

（平均結晶粒径）
銅合金素材の板厚で板幅中心部から１０ｍｍ×１５ｍｍの試料を切り出し、圧延方向（ＲＤ方向）の面を研磨後、ミクロエッチングを行った。
この試料を観察し、ＪＩＳ Ｈ ０５０１に規定された切断法により、平均結晶粒径を測定した。

（導電率）
日本フェルスター社製ＳＩＧＭＡ ＴＥＳＴ Ｄ２．０６８（プローブ径φ６ｍｍ）を用いて、１０×１５ｍｍのサンプルの断面中心部を３回測定し、その平均値を求めた。

（引張強度）
圧延方向を引張方向としてＪＩＳ Ｚ ２２４１ ２号試験片を採取し、１００ｋＮ引張試験機を用いて試験に供した。

Ｐを添加していない比較例１においては、針状、粒状のＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しないため、１０００℃３０分の熱処理後に引張強度が大きく低下した。
針状、粒状のＣｒ―Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が本発明の範囲を超えた比較例２においては、１０００℃３０分の熱処理後に引張強度が大きく低下した。
Ｚｒの含有量が本発明の範囲を超えた比較例３においては、導電率が低く、１０００℃３０分の熱処理後に引張強度が大きく低下した。
Ｃｏの含有量が本発明の範囲を超えた比較例４においては、導電率が低くかった。
針状、粒状のＣｒ―Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が本発明の範囲よりも少ない比較例５においては、１０００℃３０分の熱処理後に引張強度が大きく低下した。

これに対して、本発明例１−６においては、導電率が高く、かつ、１０００℃３０分の熱処理後においても引張強度が大きく低下することがなかった。また、１０００℃３０分の熱処理後の結晶粒径が２００μｍ以下とされた本発明例３−６においては、さらに、１０００℃３０分の熱処理後の引張強度の低下が抑えられていた。

以上のことから、本発明例によれば、５００℃以上の高温環境下で使用された場合であっても、結晶粒の粗大化を抑制でき、特性が安定し、かつ、使用寿命に優れた銅合金素材を提供可能であることが確認された。

Claims (4)

1. Ｃｒを０．１ｍａｓｓ％以上１．５ｍａｓｓ％以下、Ｚｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．２５ｍａｓｓ％以下、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％以下、含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、
   ＣｒとＺｒとＰを含むＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が存在し、組織観察において前記Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の面積率が０．５％以上５．０％以下の範囲内とされており、
   前記Ｃｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、針状もしくは粒状の形態をとり、最長となる辺の長さが１００μｍ以下とされていることを特徴とする銅合金素材。
2. １０００℃で３０分保持の熱処理を実施した後の平均結晶粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載に記載の銅合金素材。
3. さらに、Ｃｏを０．０２ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、ＣｏとＰの原子比〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕が、０．５≦〔Ｃｏ〕／〔Ｐ〕≦５．０の範囲内とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の銅合金素材。
4. 不可避不純物であるＴｉ、Ｈｆの含有量の合計が０．１０ｍａｓｓ％以下とされていることを特徴とする請求項３に記載の銅合金素材。