JP2019157179A - 銅合金板材およびその製造方法 - Google Patents
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一般的な黄銅の溶製方法と同様の方法により、銅合金の原料を溶解した後、連続鋳造や半連続鋳造などにより鋳片を製造する。なお、原料を溶解する際の雰囲気は、大気雰囲気で十分である。
通常、Cu−Zn系銅合金の熱間圧延は、650℃以上または700℃以上の高温域で圧延し、圧延中および圧延パス間の再結晶により、鋳造組織の破壊および材料の軟化のために行われる。しかし、このような一般的な熱間圧延条件では、本発明による銅合金板材の実施の形態のように特異な集合組織を有する銅合金板材を製造することは困難である。すなわち、このような一般的な熱間圧延条件では、後工程の条件を広範囲に変化させても、銅合金板材の板面における{220}結晶面のX線回折強度をI{220}とし、{420}結晶面のX線回折強度をI{420}とすると、I{220}/I{420}≦2.0を満たす結晶配向を有する銅合金板材を製造するのが困難である。そのため、本発明による銅合金板材の製造方法の実施の形態では、熱間圧延工程において、650℃以下(好ましくは650℃〜300℃)の温度における圧延パスの加工率を10%以上(好ましくは10〜35%、さらに好ましくは10〜20%)として、900℃〜300℃において加工率90%以上の圧延を行う。なお、鋳片を熱間圧延する際に、再結晶が発生し易い600℃より高温域で最初の圧延パスを行うことによって、鋳造組織を破壊し、成分と組織の均一化を図ることができる。しかし、900℃を超える高温で圧延を行うと、合金成分の偏析部分など、融点が低下している部分で割れを生じるおそれがあるので好ましくない。
この冷間圧延工程では、加工率を50%以上にするのが好ましく、70%以上にするのがさらに好ましく、75%以上にするのが最も好ましい。
この中間焼鈍工程では、400〜800℃(好ましくは400〜700℃)で焼鈍を行う。また、この中間焼鈍工程では、焼鈍後の平均結晶粒径が20μm以下(好ましくは18μm以下、さらに好ましくは17μm以下)で3μm以上(好ましくは4μm以上)になるように400〜800℃(好ましくは400〜700℃、さらに好ましくは450〜650℃)における保持時間および到達温度を設定して、熱処理を行うのが好ましい。なお、この焼鈍による再結晶粒の粒径は、焼鈍前の冷間圧延の加工率や化学組成によって変動するが、各々の合金について予め実験により焼鈍ヒートパターンと平均結晶粒径との関係を求めておけば、400〜800℃で保持時間および到達温度を設定することができる。具体的には、本発明による銅合金板材の化学組成では、400〜800℃で数秒〜数時間保持する加熱条件において適正な条件を設定することができる。
仕上げ冷間圧延は、強度レベルを向上させるために行われる。仕上げ冷間圧延の加工率が低過ぎると強度が低いが、仕上げ冷間圧延の加工率の増大に伴って{220}を主方位成分とする圧延集合組織が発達していく。一方、仕上げ冷間圧延の加工率が高過ぎると、{220}方位の圧延集合組織が相対的に優勢になり過ぎて、強度と曲げ加工性の両方を向上させた結晶配向を実現することができない。そのため、仕上げ冷間圧延は、加工率30%以下で圧延する必要があり、加工率5〜28%で圧延するのがさらに好ましく、加工率10〜26%で圧延するのが最も好ましい。このような仕上げ冷間圧延を行うことによって、I{220}/I{420}≦2.0を満たす結晶配向を維持することができる。なお、最終的な板厚は、0.02〜1.0mm程度にするのが好ましく、0.05〜0.5mmにするのがさらに好ましく、0.05〜0.3mmにするのが最も好ましい。
仕上げ冷間圧延後には、銅合金板材の残留応力の低減による耐応力腐食割れ特性や曲げ加工性を向上させ、空孔やすべり面上の転位の低減による耐応力緩和特性を向上させるために、低温焼鈍を行ってもよい。この場合、特に、Cu−Zn系銅合金では、450℃以下の温度で低温焼鈍を行う必要があり、好ましくは150〜400℃(さらに好ましくは300〜400℃)の加熱温度(好ましくは中間焼鈍工程における焼鈍温度より低い温度)で低温焼鈍を行う。この低温焼鈍により、強度、耐応力腐食割れ特性、曲げ加工性および耐応力緩和特性を同時に向上させることができ、また、導電率を上昇させることができる。この加熱温度が高過ぎると、短時間で軟化し、バッチ式でも連続式でも特性のバラツキが生じ易くなる。一方、加熱温度が低過ぎると、上記の特性を向上させる効果を十分に得ることができない。また、この加熱温度における保持時間は、5秒間以上であるのが好ましく、通常1時間以内で良好な結果を得ることができる。
20質量%のZnと0.78質量%のSnと2.2質量%のSiを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例1)、21質量%のZnと0.81質量%のSnと3.0質量%のSiを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例2)、21質量%のZnと0.80質量%のSnと3.0質量%のSiと0.05質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例3)、20質量%のZnと0.80質量%のSnと3.2質量%のSiと0.10質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例4)、19質量%のZnと0.77質量%のSnと3.0質量%のSiと0.20質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例5)、20質量%のZnと0.80質量%のSnと3.5質量%のSiと0.15質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例6)、20質量%のZnと0.80質量%のSnと2.2質量%のSiと0.10質量%のPと0.50質量%のNiを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例7)、19質量%のZnと0.78質量%のSnと2.5質量%のSiと0.10質量%のPと0.5質量%のCoを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例8)、20質量%のZnと0.77質量%のSnと2.4質量%のSiと0.10質量%のPと0.15質量%のFeと0.07質量%のCrと0.08質量%のMnを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例9)、20質量%のZnと0.80質量%のSnと2.5質量%のSiと0.10質量%のPと0.08質量%のMgと0.08質量%のAlと0.1質量%のZrと0.1質量%のTiを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例10)、20質量%のZnと0.80質量%のSnと2.4質量%のSiと0.10質量%のPと0.05質量%のBと0.05質量%のPbと0.1質量%のBeを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例11)、21質量%のZnと0.79質量%のSnと2.3質量%のSiと0.10質量%のPと0.05質量%のAuと0.08質量%のAgと0.08質量%のPbと0.07質量%のCdを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例12)、20質量%のZnと0.78質量%のSnと2.2質量%のSiを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例13)、20質量%のZnと0.80質量%のSnと3.2質量%のSiと0.10質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(実施例14)、20質量%のZnと0.80質量%のSnと0.20質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(比較例1)、20質量%のZnと0.80質量%のSnを含み、残部がCuからなる銅合金(比較例2)、20質量%のZnと0.79質量%のSnと0.5質量%のSiを含み、残部がCuからなる銅合金(比較例3)、19質量%のZnと0.77質量%のSnと1.0質量%のSiを含み、残部がCuからなる銅合金(比較例4)、21.0質量%のZnと0.77質量%のSnと3.5質量%のSiと0.20質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(比較例5)、21質量%のZnと0.77質量%のSnと3.5質量%のSiと0.20質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(比較例6)、21質量%のZnと0.81質量%のSnと3.0質量%のSiを含み、残部がCuからなる銅合金(比較例7)、20質量%のZnと0.80質量%のSnと3.2質量%のSiと0.10質量%のPを含み、残部がCuからなる銅合金(比較例8)をそれぞれ溶解して鋳造することにより得られた鋳塊から、それぞれ100mm×100mm×100mmの鋳片を切り出した。なお、それぞれの銅合金中のP含有量の6倍とSi含有量の和(6P+Si)は、それぞれ2.2質量%(実施例1、13)、3.0質量%(実施例2、9、11、比較例7)、3.3質量%(実施例3)、3.8質量%(実施例4、14、比較例8)、4.2質量%(実施例5)、4.4質量%(実施例6)、2.8質量%(実施例7)、3.1質量%(実施例8、10)、2.9質量%(実施例12)、1.2質量%(比較例1)、0質量%(比較例2)、0.5質量%(比較例3)、1.0質量%(比較例4)、4.7質量%(比較例5、6)であった。
次に、比較例5〜6を除いて、加工率84%で厚さ1.60mmまで冷間圧延を行った後、それぞれ475℃(実施例1、13)、500℃(実施例2〜12、14、比較例1〜4、7、8)で1時間保持する中間焼鈍を行った。なお、比較例5では、冷間圧延前の熱間圧延時に割れが観察され、比較例6では、冷間圧延時に割れが観察されたため、この冷間圧延とその後の工程を行わなかった。
Claims (18)
- 17〜32質量%のZnと0.1〜4.5質量%のSnと2.0質量%より多く且つ4.0質量%以下のSiを含み、残部がCuおよび不可避不純物である組成を有する銅合金板材において、銅合金板材の板面における{220}結晶面のX線回折強度をI{220}とし、{420}結晶面のX線回折強度をI{420}とすると、I{220}/I{420}≦2.0を満たす結晶配向を有することを特徴とする、銅合金板材。
- 前記銅合金板材が、0.3質量%以下のPをさらに含む組成を有することを特徴とする、請求項1に記載の銅合金板材。
- 前記組成のPの含有量の6倍とSiの含有量との和が4.5質量%以下であることを特徴とする、請求項2に記載の銅合金板材。
- 前記銅合金板材が、1質量%以下のNiまたはCoをさらに含む組成を有することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の銅合金板材。
- 前記銅合金板材が、Fe、Cr、Mg、Al、B、Zr、Ti、Mn、Au、Ag、Pb、CdおよびBeからなる群から選ばれる1種以上の元素を合計3質量%以下の範囲でさらに含む組成を有することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の銅合金板材。
- 前記銅合金板材の平均結晶粒径が3〜20μmであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の銅合金板材。
- 前記銅合金板材の引張強さが550MPa以上であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載の銅合金板材。
- 前記銅合金板材の0.2%耐力が500MPa以上であることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれかに記載の銅合金板材。
- 前記銅合金板材の導電率が8%IACS以上であることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれかに記載の銅合金板材。
- 17〜32質量%のZnと0.1〜4.5質量%のSnと2.0質量%より多く且つ4.0質量%以下のSiを含み、残部がCuおよび不可避不純物である組成を有する銅合金の原料を溶解して鋳造した後、650℃以下の温度における圧延パスの加工率を10%以上として900℃〜300℃において加工率90%以上の熱間圧延を行い、次いで、中間冷間圧延を行った後に400〜800℃で中間焼鈍を行い、次いで、加工率30%以下で仕上げ冷間圧延を行った後に450℃以下の温度で低温焼鈍を行うことにより、銅合金板材を製造することを特徴とする、銅合金板材の製造方法。
- 前記熱間圧延において650℃以下の温度における圧延パスの加工率を35%以下とすることを特徴とする、請求項10に記載の銅合金板材の製造方法。
- 前記中間焼鈍において、焼鈍後の平均結晶粒径が3〜20μmになるように400〜800℃における保持時間および到達温度を設定して、熱処理を行うことを特徴とする、請求項10または11に記載の銅合金板材の製造方法。
- 前記銅合金板材が、0.3質量%以下のPをさらに含む組成を有することを特徴とする、請求項10乃至12のいずれかに記載の銅合金板材の製造方法。
- 前記組成のPの含有量の6倍とSiの含有量との和が4.5質量%以下であることを特徴とする、請求項13に記載の銅合金板材の製造方法。
- 前記銅合金板材が、1質量%以下のNiまたはCoをさらに含む組成を有することを特徴とする、請求項10乃至14のいずれかに記載の銅合金板材の製造方法。
- 前記銅合金板材が、Fe、Cr、Mg、Al、B、Zr、Ti、Mn、Au、Ag、Pb、CdおよびBeからなる群から選ばれる1種以上の元素を合計3質量%以下の範囲でさらに含む組成を有することを特徴とする、請求項10乃至15のいずれかに記載の銅合金板材の製造方法。
- 前記中間冷間圧延と前記中間焼鈍を交互に複数回繰り返すことを特徴とする、請求項10乃至16のいずれかに記載の銅合金板材の製造方法。
- 請求項1乃至9のいずれかに記載の銅合金板材を材料として用いたことを特徴とする、コネクタ端子。
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