JP3571078B2 - 銅鉄系合金の熱間加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、銅鉄系合金の熱間加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、銅と鉄とは溶融状態で ２相分離するため、これらを均一に分散させた銅鉄系合金の実現は困難とされてきたが、最近、製造技術の改善等によって、銅と鉄とを均一に分散させた銅鉄系合金が実現されている。このような銅鉄系合金は、良好な導電性と強度とを併せ持つ合金材料として、各種用途への応用が期待されている。
【０００３】
ところで、上述したような銅鉄系合金は、微細組織的には ２相に分離しており、かつ銅と鉄の融点が大きく離れていることから、熱間加工が非常に困難であった。すなわち、従来は融点が低い銅（融点＝１３５６Ｋ）に合せて、通常の銅合金と同様に ９７３〜 １１７３Ｋ程度の温度に加熱した後、熱間加工を行うことによって、激しい加工割れ（粒界の溶解によるバーニング等）の発生を防止することが一般的であった。
【０００４】
しかしながら、上記したような加熱温度は、銅鉄系合金中のＦｅ相にとってはかなり低い加工温度となり、変形抵抗が大きいために １回の加工率（圧延率等）を大きくとることがでず、加工回数（圧延回数等）を多くしなければならない。このため、温度低下が激しくなって、結果的に薄く加工することができないという問題が発生している。この状態からさらに薄く加工するためには、再加熱しなければならないが、加熱炉の構造等から実際上再加熱は困難であり、また再加熱が可能であったとしても加工コストの大幅な上昇を招いてしまう。また、加工開始温度が低いために、９２３Ｋ以下の温度に低下しやすく、これにより熱間加工割れを起こして歩留りが低下するという問題をも招いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の銅鉄系合金の熱間加工方法では、Ｆｅ相の変形抵抗が大きいために、加工回数が多くなることに伴う温度低下により、十分に薄く加工することができないという問題や、加工開始温度が低いことから熱間加工割れを起こすというような問題が生じており、薄板状の銅鉄系合金の製品化を困難なものにしていた。
【０００６】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、熱間加工温度を高くして、銅鉄系合金の加工率を大きく設定することを実現することにより、再加熱回数を少なくしても微小寸法に加工することを可能にすると共に、温度低下による熱間加工割れ等を防止することによって、歩留りの向上および加工工数の削減を図った銅鉄系合金の熱間加工方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段と作用】
本発明の銅鉄系合金の熱間加工方法において、請求項１記載の銅鉄系合金の熱間加工方法は、質量比で７０〜９０％のＣｕを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる銅鉄系合金を熱間加工するにあたり、前記加熱温度を１２０３〜１２７３Ｋの範囲とすることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の銅鉄系合金の熱間加工方法は、質量比で７０〜９０％のＣｕと、Ｆｅ相中に含有された質量比で３〜２５％のＣｒおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素とを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる銅鉄系合金を熱間加工するにあたり、前記銅鉄系合金の加熱温度を１２０３〜１２７３Ｋの範囲とすることを特徴としている。
【０００９】
本発明の熱間加工方法の対象となる銅鉄系合金としては、質量比で７０〜 ９０％のＣｕを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる銅鉄系合金（請求項１）、あるいは質量比で７０〜９０％のＣｕと、Ｆｅ相中に含有された質量比で３〜２５％のＣｒおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素とを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる銅鉄系合金（請求項２）が挙げられる。
【００１０】
銅鉄系合金中のＣｕ量を質量比で１０〜 ９０％の範囲と規定した理由は、Ｃｕ量が １０％未満であると十分な導電率が得られず、またＣｕ量が ９０％を超えると、相対的にＦｅ量が減少するために強度が不足する。すなわち、本発明は導電性と強度とを併せ持つ銅鉄系合金を対象としている。なお、本発明における不可避不純物としては Ｐ、 Ｓ、 Ｃ等が挙げられる。
【００１１】
また、請求項２に記載の熱間加工方法は、Ｆｅ相中に含有された質量比で３〜２５％のＣｒおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素とを含む銅鉄系合金、すなわちＦｅ相をステンレス相とすることにより耐食性の向上を図った銅鉄系合金を対象としている。ＣｒおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量を３〜２５％の範囲と規定した理由は、ＣｒやＮｉの量が３％未満であると、耐食性の向上効果が十分に得られず、また、２５％を超えて含有させても、耐食性に対してそれ以上の効果が得られないばかりでなく、熱間加工性が低下する。なお、ＣｒやＮｉの固溶状態は、熱間加工によりＦｅ相のみに固溶した状態が得られやすく、本発明の熱間加工は、耐食性の向上にも寄与する。
【００１２】
本発明の対象となる銅鉄系合金は、上述したような元素以外に、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｉから選ばれる少なくとも １種の元素を、熱間加工性の向上元素として質量比で０．０１〜０．５％の範囲で含有していてもよい。これらの元素の含有量が ０．０１％未満であると熱間加工性の向上効果を十分に得ることができず、また０．５％を超えると逆に熱間加工性が低下するためである。
【００１３】
本発明の銅鉄系合金の熱間加工方法においては、一般的な銅系合金の熱間加工における加熱条件である ９７３〜 １１７３Ｋに対して、非常に高い１２０３〜 １３３３Ｋの範囲に加熱温度を設定している。このような高温に銅鉄系合金を加熱することによって、銅鉄系合金の変形抵抗が小さくなるために、 １回当りの加工率を大きくとることができると共に、加工時の温度低下が少ないために、変形抵抗が大きくならない条件下で加工を完了させることができる。これらにより、再加熱を行うことなく、銅鉄系合金を十分に薄く加工することが可能となると共に、熱間加工割れ等の発生を防止することが可能となる。
【００１４】
本発明の銅鉄系合金の熱間加工方法において、Ｃｕの融点（１３５６Ｋ） に近い温度で加工可能なのは、銅鉄系合金の場合、弱いＣｕ相を強いＦｅ相（またはステンレス相）が包囲した状態で加工が行われるため、Ｆｅ相の保護効果により激しい加工割れが抑制されるものと推定される。
【００１５】
本発明において、銅鉄系合金の加熱温度を１２０３〜 １３３３Ｋの範囲に設定した理由は、加熱温度が １３３３Ｋを超えると、変形抵抗はより小さくなるものの、延性が低下し、特に熱間加工率を大きくとる場合には材料に強い歪みがかかり、部分的に温度が上昇してＣｕ相の融点近傍となったり、あるいはＣｕ相の融点を超える部分が生じ、激しい加工割れを起こすおそれが大きいためである。加熱温度のより好ましい上限値は １３２３Ｋである。また、加熱温度が １２０３Ｋ未満であると、変形抵抗が大きくなると共に、加工時に材料の温度が早く低下するため、熱間加工率を大きくとろうとすると、材料割れの発生が多くなり、歩留りが大幅に低下してしまう。加熱温度のより好ましい下限値は １２２３Ｋである。
【００１６】
また、本発明の熱間加工方法における加熱温度は、銅鉄系合金の組成に応じて設定することがより好ましい。すなわち、Ｆｅリッチの場合には、加熱温度を高く設定することが可能であるが、Ｃｕリッチの場合には、若干低めに設定することが好ましい。具体的には、銅鉄系合金中のＣｕ量が質量比で １０％以上 ７０％未満の場合には、加熱温度を１２７３〜 １３３３Ｋの範囲とすることが好ましい。Ｃｕ量が １０％以上 ７０％未満の場合に加熱温度を １２７３Ｋ未満とすると、変形抵抗を十分に小さくすることが困難となる。また、銅鉄系合金中のＣｕ量が質量比で ７０％以上 ９０％以下の場合には、加熱温度を１２０３〜 １２７３Ｋの範囲とすることが好ましい。Ｃｕ量が ７０％以上 ９０％以下の場合に加熱温度が １２７３Ｋを超えると、Ｃｕ相が多いことに伴って、融点近傍もしくは融点を超えるＣｕ相が生じやすくなる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１８】
実施例１、２
表１にそれぞれ組成を示す銅鉄系合金の ５００ｋｇインゴット（３８０ｍｍｔ×４２０ｍｍｗ×８５０ｍｍｌ）を、高周波溶解法によりそれぞれ作製した。次いで、これら各インゴッドを ４０ｍｍｔ×３８０ｍｍｗ×４２０ｍｍｌに分割し、表１に示す加熱温度でぞれぞれ １時間加熱した後、厚さ５ｍｍｔを目標として熱間圧延を行った。
【００１９】
このようにして、各条件で熱間圧延を行った後に、最終的な平均厚さ（ １回の加熱処理により圧延加工可能であった厚さ）と歩留りを評価した。それらの結果を表１に併せて示す。表１中の比較例は、加熱温度を本発明の範囲外としたもの、すなわち従来の条件で熱間加工を行ったものであり、同様に最終的な平均厚さと歩留りを評価した。
【００２０】
【表１】

表１から明らかなように、比較例による加熱条件では耳割れ等が発生して歩留りが低いのに対し、各実施例の加熱条件では耳割れ等の発生は少なく、歩留りが大幅に向上していることが分かる。また、比較例の加熱条件では、変形抵抗が大きいために、 １回当りの圧延加工率を大きくとれないと共に、圧延回数が多くなることから余計に温度低下が起こり、５ｍｍｔという目標厚さが達成されていない。これに対して、各実施例の加熱条件では、ほぼ目標厚さが達成されており、圧延加工率を大きくとることができたことが分かる。
【００２１】
このように、各実施例の熱間圧延によれば、歩留りの向上および加工工数の削減を図った上で、銅鉄系合金を薄く加工することが可能であったことが明らかである。また、Ｆｅリッチの場合には比較的高めに温度設定した方が、またＣｕリッチの場合には比較的低めに温度設定した方がよいことが分かる。
【００２２】
なお、温度が低下した場合に再加熱するには、材料の長さが長くなりすぎて加熱炉に入らなくなり、実用的には再加熱は不可能であった。
【００２３】
実施例３〜８
表２にそれぞれ組成を示す銅鉄系合金、すなわちＣｒやＮｉを添加した銅鉄系合金の ５００ｋｇインゴット（３８０ｍｍｔ×４２０ｍｍｗ×８５０ｍｍｌ）を、実施例１と同様に作製した後、それぞれ ４０ｍｍｔ×３８０ｍｍｗ×４２０ｍｍｌに分割し、表２に示す加熱温度でぞれぞれ １時間加熱した後、厚さ５ｍｍｔを目標として熱間圧延を行った。
【００２４】
このようにして、各条件で熱間圧延を行った後に、実施例１と同様に最終的な平均厚さと歩留りを評価した。それらの結果を表２に併せて示す。表２中の比較例は、加熱温度を本発明の範囲外としたもの、すなわち従来の条件で熱間加工を行ったものであり、同様に最終的な平均厚さと歩留りを評価した。
【００２５】
【表２】

表２から明らかなように、ＣｒやＮｉを添加してＦｅ相をステンレス相とした銅鉄系合金についても、各実施例の加熱条件によれば、耳割れ等の発生が少なく、歩留りが大幅に向上していると共に、ほぼ目標厚さが達成されており、圧延加工率を大きくとることができたことが分かる。
【００２６】
実施例９〜１６
表３にそれぞれ組成を示す銅鉄系合金、すなわち微量成分としてＺｒ、Ｔｉ、Ｓｉ等を添加した銅鉄系合金の ５００ｋｇインゴット（３８０ｍｍｔ×４２０ｍｍｗ×８５０ ｍｍｌ）を、実施例１と同様に作製した後、それぞれ ４０ｍｍｔ×３８０ｍｍｗ×４２０ｍｍｌに分割し、表３に示す加熱温度でぞれぞれ １時間加熱した後、厚さ５ｍｍｔを目標として熱間圧延を行った。
【００２７】
このようにして、各条件で熱間圧延を行った後に、実施例１と同様に最終的な平均厚さと歩留りを評価した。それらの結果を表３に併せて示す。
【００２８】
【表３】

表３から明らかなように、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ等を微量添加した銅鉄系合金は、耳割れの発生がなくて歩留りが極めて高く、また表面肌も微細で平滑であり、上記元素の熱間加工性の向上効果が確認された。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の銅鉄系合金の熱間加工方法によれば、銅鉄系合金の加工率を大きく設定することができると共に、加工時の温度低下を少なくすることができるため、歩留りの向上および加工工数の削減を図った上で、銅鉄系合金を微小分法に加工することが可能となる。また、薄い板、帯、細い棒、線等を製造する場合に、熱間加工でできる限り薄くまたは細く加工できるということは、工業上の観点からは冷間加工工程の工数を大幅に削減できることを意味し、よってこの点からも製造コストの低減に大きく寄与する。
【００３０】

Claims (3)

1. 質量比で７０〜９０％のＣｕを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる銅鉄系合金を熱間加工するにあたり、
   前記銅鉄系合金の加熱温度を１２０３〜１２７３Ｋの範囲とすることを特徴とする銅鉄系合金の熱間加工方法。
2. 質量比で７０〜９０％のＣｕと、Ｆｅ相中に含有された質量比で３〜２５％のＣｒおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素とを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる銅鉄系合金を熱間加工するにあたり、
   前記銅鉄系合金の加熱温度を１２０３〜１２７３Ｋの範囲とすることを特徴とする銅鉄系合金の熱間加工方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の銅鉄系合金の熱間加工方法において、
   前記銅鉄系合金は、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｉから選ばれる少なくとも１種の元素を質量比で０．０１〜０．５％の範囲で含むことを特徴とする銅鉄系合金の熱間加工方法。