JP4009981B2 - プレス加工性に優れた銅基合金板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス加工性に優れた銅基合金板に関し、詳しくは民生用製品、例えば半導体用リードフレームの原板、情報・通信用の狭ピッチコネクタの原板および小型リレーの原板等を構成するプレス加工性に優れた銅基合金板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家電製品、情報通信機器や自動車用部品の高密度実装化に伴い、コネクタ、スイッチ、リレー等の小型化が進み、これらを構成する材料も薄肉化、細線化する傾向にある。これらの部品は、金型を用いた高速のプレスにより打抜き加工されることが常であり、プレス加工の際、材料は金型のパンチによりせん断変形を生じた後に、刃先からのクラック発生によって、破断変形を生じて所定の形状に打抜かれる。
【０００３】
しかし、プレスのショット数が増すにつれて、金型のパンチの刃先の磨耗が進み、その結果として、刃先からのクラック発生が不均一になり、破断形状が乱れて、具体的にはせん断帯と破断帯の段差が大きくなったり、大きなバリが発生したり、破断により生じた材料の大きなカスが発生して、所定の製品形状を保てなくなる。
【０００４】
従来、金型寿命を向上させる対策として、パンチの材質の向上、プレス潤滑油による潤滑性の改善や、各々の銅基合金に適したクリアランスの設定等により対応してきたが、画期的な改善は実現できなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来技術の問題点を解決すべく鋭意検討を行なったところ、金型を用いた高速プレス成形加工によって、所定の形状に打抜かれる小型のコネクタ、スイッチ、リレー用等の材料では、特にプレス加工性が優れていることが問題点を解決すべき特性上の重要な課題であるとの知見を得た。すなわち、材料の結晶方位を制御することで、プレス加工性に優れた銅基合金板が得られることがわかったので、本発明はその銅基合金板を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、銅基合金材料について、特に材料のＲＤ面（板材の圧延方向に垂直な断面。以下、ＲＤ面という。）とＴＤ面（板材の圧延方向に平行な断面。以下、ＴＤ面という。）に着目してＸ線回折を行ない、得られる結晶方位のうち特定の方向の強度を制御することで、プレス加工性を向上させた銅基合金板およびその製造方法を提供するものである。なおここで、Ｘ線回折強度とは、例えばＸ線回折法で測定される材料の結晶方位の積分強度を示すものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、第１に、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇのうちから選ばれる１種または２種以上を総量で0.01〜３５ｗｔ％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる銅基合金で、かつ材料の圧延加工方向に垂直な断面のＸ線回折強度においてＳ_RD≧２で、かつ材料の圧延加工方向に平行な断面のＸ線回折強度でＳ_TD≧４であり、Ｓ_RD×Ｓ_TD≧２５であることを特徴とするプレス加工性に優れた銅基合金板に関するものである。ただし、
【数３】

ここで、Ｓ_RDは材料の圧延加工方向に垂直な断面のＸ線回折強度について、Ｓ_TDは材料の圧延加工方向に平行な断面のＸ線回折強度について測定した値で、Ｉ｛１１１｝は｛１１１｝の回折強度、Ｉ｛２２２｝は｛２２２｝の回折強度、Ｉ｛２００｝は｛２００｝の回折強度である。
【０００８】
【作用】
以下に、本発明の内容を具体的に説明する。本発明は、銅基合金板について、特に材料の加工方向に垂直な断面と平行な断面に着目してＸ線回折を行い、得られる結晶方位のうち特定の方位の強度を制御することでプレス加工性を向上させるものである。
【０００９】
まず、プレス加工に際して、材料のせん断変形を生じた時に、刃先からのクラック発生を均一にするためには、結晶方位をある一定の方位にそろえることが大切であり、特に、断面の結晶方位は｛１１１｝にそろっている方がプレス断面の形状が良好である。一方、断面に他の面、特に｛２００｝面が多く存在すると、せん断変形を生じた時に発生したクラックの伸展方向がプレスの方向に対して２０°以上の角度になってしまい、その結果として刃先の磨耗を促進してしまうこと、また、破断により発生した材料の大きなカスが刃先に付着して刃先の磨耗を促進してしまう。従って、｛２００｝面が少ない方が、プレス断面の形状が良好であり、刃先の磨耗を抑制することができる。
【００１０】
材料の加工方向に垂直な断面をＲＤ面、平行な断面をＴＤ面と表現する。ＲＤ面およびＴＤ面のＸ線回折を行い、｛１１１｝の回折強度 Ｉ｛１１１｝、｛２２２｝の回折強度 Ｉ｛２２２｝、｛２００｝の回折強度 Ｉ｛２００｝を測定し、
【数５】

なるパラメーターＳを導入し、ＲＤ面について測定したＳをＳ_RD、ＴＤ面について測定したＳをＳ_TDとすると、Ｓ_RD≧２ かつ Ｓ_TD≧４で、かつ Ｓ_RD×Ｓ_TD≧１６のときは、プレスで打抜いた端子の形状が良好であった。
【００１１】
一方、Ｓ_RD≧２でかつＳ_TD≧４、かつＳ_RD×Ｓ_TD＜１６のとき、Ｓ_RD≧２かつＳ_TD＜４かつＳ_RD×Ｓ_TD＜１６のとき、Ｓ_RD≧２かつＳ_TD＜４かつＳ_RD×Ｓ_TD≧１６のとき、Ｓ_RD＜２ かつ Ｓ_TD≧４ かつ Ｓ_RD×Ｓ_TD＜１６のとき、Ｓ_RD＜２ かつ Ｓ_TD≧４ かつ Ｓ_RD×Ｓ_TD≧１６のとき、Ｓ_RD＜２ かつ Ｓ_TD＜４ かつ Ｓ_RD×Ｓ_TD＜１６のときは、プレスのショット数が増すと、刃先の磨耗が進み、打抜いた端子の形状が悪くなった。
【００１２】
本発明の銅基合金板は、次のような工程を経て製造することができる。即ち、第１の工程は、各成分を所定量配合して溶解し、得られた液体から所定の組成のインゴットを鋳造する工程である。この工程は、大気中の溶解法でも還元雰囲気中の溶解法でも真空中の溶解法でも適用できる。
【００１３】
第２の工程は、得られたインゴットに熱処理を施す工程で、この工程は、７００℃以上の温度で熱処理することで鋳造時に生じた偏析を少なくする工程で、材料の結晶方位を均一にするためには重要な工程である。
【００１４】
第３の工程は、粗圧延工程であり、圧延加工率が５０％以上であることが望ましい。この工程は、次の第５の工程で再結晶処理をするために重要な工程で、圧延加工率が５０％未満の場合、再結晶粒が不均一になり、その結果、結晶方位が不均一になり、その後の工程で、材料断面の結晶方位を｛１１１｝に配向せしめることが困難になる。なお、この工程は、冷間圧延でも温間圧延でも適用できる。
【００１５】
第４の工程は、熱処理工程で、材料の結晶粒径を均一微細にする工程であり、第５の工程以降で材料の断面の結晶方位を｛１１１｝に配向せしめるために、一度無方位状態にせしめるための工程である。熱処理温度は、３５０〜７５０℃である。温度が３５０℃未満の場合には、上記の熱処理効果が充分に発現できず、また７５０℃を超えた場合は、結晶粒径が粗大になり、その後の工程をいかに工夫しても所望のプレス加工性が得られない。特に１≦Ｓ_RD＜３、１≦Ｓ_TD＜３であることが好ましい。
【００１６】
第５の工程は、冷間圧延工程、第６の工程は、低温焼鈍工程である。第５の工程で重要なことは、この工程が最終圧延工程の場合、圧延加工率を３０％以上にするということである。この工程で材料断面の結晶方位｛１１１｝の集合度合いを高め、材料断面の結晶方位｛２００｝の集合度合いを抑えている。圧延加工率が３０％未満の場合には、投入される加工歪が小さいために、材料断面の結晶方位を｛１１１｝に配向せしめることが困難である。好ましくは５０％以上、さらに好ましくは８０％以上である。
【００１７】
第６の工程は、熱処理により第５の工程で生じた過剰な加工歪を除去してやる工程で、材料の曲げ加工性等を向上することができる。この工程での熱処理温度は、各材料の再結晶温度未満、好ましくは熱処理温度が２００〜４００℃である。本発明に関わる銅基合金としては、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｐ系合金等の銅基合金が挙げられる。
【００１８】
本発明に係る銅基合金板の成分範囲を、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇのうちから選ばれた１種または２種以上を総量で0.01〜３５ｗｔ％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなると規定したのは、材料の導電率、引張強さ、ばね限界値および曲げ加工性のバランスを維持し、さらにまたプレス加工性を向上させるためである。
【００１９】
Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇのうちから選ばれた１種または２種以上の総量が0.01 ｗｔ％未満のときは、導電率が高くなるが、引張強さとばね限界値およびプレス加工性、耐熱性等の特性が得られにくい。また、圧延加工率を上げて引張強さとばね限界値およびプレス加工性を向上させると、曲げ加工性が劣化する。一方、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇのうちから選ばれた１種または２種以上の総量が３５ｗｔ％を越えたときは、引張強さとばね限界値は高くなるが、導電率が低くなり、さらにまた曲げ加工性が劣化する。
【００２０】
従って、本発明に係る銅基合金板の成分範囲については、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇのうちから選ばれた１種または２種以上を総量で0.01〜３５ｗｔ％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるものと規定した。
次に、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施例１
表１にその化学成分値（ｗｔ％）を示す銅基合金Ｎｏ.１〜１６を高周波溶解炉を用いてＡｒ雰囲気で溶解し、４０×４０×１５０（ｍｍ）のインゴットに鋳造した。得られたＮｏ.1〜１６のインゴットから１０^ｔ×４０^ｗ×４０^ｌ（ｍｍ）の試験片を切り出し、８５０℃で１時間均質化熱処理を実施（第２の工程）した後、Ｎｏ.１〜３，Ｎｏ.９，１０は冷間圧延により、板厚１０ｍｍから2.0ｍｍまで圧延し、Ｎｏ．４〜８，Ｎｏ.１１〜１６は熱間圧延により板厚１０ｍｍから５ｍｍまで圧延した後に、冷間圧延により板厚５ｍｍから2.0ｍｍまで圧延した（第３の工程）。
【００２２】
【表１】

【００２３】
次に、得られたＮｏ.1〜１６の試験片のうち、Ｎｏ.１〜１１，Ｎｏ.１３については５００℃で１時間の熱処理を実施し、Ｎｏ.１４〜１６については、６００℃で１時間の熱処理を実施した（第４の工程）。得られた試験片のＲＤ面，ＴＤ面についてＸ線回折を行い、Ｓ_RDとＳ_TDを測定した。Ｘ線回折強度の測定条件は、以下の通りである。
【００２４】
管球：Ｃｕ、管電圧：４０ＫＶ、管電流：３０ｍＡ、サンプリング幅：０．００２°をクロメーター使用、試料ホルダー：ＡＬ
【００２５】
その結果、Ｎｏ.１〜１１，Ｎｏ.１３は、１≦Ｓ_RD＜３、１≦Ｓ_TD＜３を満足したが、Ｎｏ.１４〜１６は、１≦Ｓ_RD＜３、１≦Ｓ_TD＜３を満足しなかった。なお、Ｘ線回折測定条件は、上記条件に限定されるものではなく、試料の種類に応じて適宜変更される。
【００２６】
このようにして得られたＮｏ.１〜１６について冷間圧延（第５の工程）と場合によっては熱処理（第４の工程）を実施し、Ｎｏ.１〜８については、熱処理（第４の工程）後の圧延加工率が３０％以上になるように、Ｎｏ.９〜１１、Ｎｏ.１３〜１６については熱処理（第４の工程）後の圧延加工率が３０％未満になるように圧延加工を実施して、0.20ｍｍの板厚に仕上げた。
【００２７】
最後に、３００℃で１時間の熱処理（第６の工程）を実施して、評価用のサンプルとした。このようにして得られたサンプルについて、Ｓ_RD、Ｓ_TD、及びＳ_RD×Ｓ_TDを測定した。さらに、これらのサンプルについて端子形状の連続プレス加工を実施し、材料のバリ高さが２５μｍを越えた段階でプレス加工を止めて、ここまでのショット数を最大ショット数とした。
【００２８】
表１の結果から、次のことが明らかである。本発明によるＮｏ.１〜４及び６の合金は、Ｓ_RD≧２かつＳ_TD≧４かつＳ_RD×Ｓ_TD≧２５を満足しており、最大プレスショット数で２００万ショットを越えており、プレス加工性に優れた銅基合金材料である。
【００２９】
第５の工程で圧延加工率が３０％未満であるＮｏ.９〜１１，Ｎｏ.１３のうち、Ｎｏ.９，１０はＳ_TD≧４とＳ_RD×Ｓ_TD≧２５を満足しておらず、各最大ショット数を越えるとＴＤ面のバリが２５μｍを越え、Ｎｏ.１１，１３は、Ｓ_RD≧２，Ｓ_TD≧４，Ｓ_RD×Ｓ_TD≧２５のすべてを満足しておらず、１００万ショットに満たないうちにＲＤ面，ＴＤ面のバリが２５μｍを越えた。
【００３０】
第４の工程で、１≦Ｓ_RD＜３かつ１≦Ｓ_RD＜３を満足せず、なおかつ第５の工程で圧延加工率が３０％未満であるＮｏ.１４〜１６のうち、Ｎｏ.１４と１５は、Ｓ_TD≧２とＳ_RD×Ｓ_TD≧２５を満足しておらず、１００万ショットに達したところで、ＲＤ面のバリが２５μｍを越えた。また、Ｎｏ.１６は、Ｓ_TD≧４を満足しておらず、１００万ショット程度でＴＤ面のバリが２５μｍを越えて、材料のカスがパンチとダイの間に付着して、プレスの継続ができなくなった。
【００３１】
実施例２
実施例１の表１中に示す本発明合金Ｎｏ.４と市販のりん青銅合金（Ｃ５１９１ 質別Ｈ：6.5ｗｔ％Ｓｎ、0.2ｗｔ％Ｐ、残部Ｃｕ）及び銅基合金（Ｃ７０２５ 質別Ｈ：3.2ｗｔ％ＮI、0.70ｗｔ％ＳI、0.15ｗｔ％Ｍg、残部Ｃｕ）について、ビッカース硬さ、引張強さ、ばね限界値、導電率、プレス加工性及び曲げ加工性を評価した。
【００３２】
ビッカース硬さ、引張強さ、ばね限界値、導電率の測定は、各々、ＪＩＳ Ｚ２２４４、ＪＩＳ Ｚ ２２４１、ＪＩＳ Ｈ ３１３０、ＪＩＳ Ｈ ０５０５に準拠して行った。プレス加工性は、実施例１と同じ方法で、最大プレスショット数を測定し、評価した。曲げ加工性は、９０°Ｗ曲げ試験（ＪＩＳ Ｈ３１１０に準拠）にて、内曲げ半径Ｒを0.08ｍｍ、曲げ半径Ｒと板厚ｔの比（Ｒ／ｔ）を0.4として中央部の凸部表面が良好なものに○印、シワの発生したものには△印、割れが発生したものには×印として評価した。その結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】

【００３４】
表２に示す結果から、本発明の銅基合金板は、従来の代表的なコネクタ、スイッチ、リレー用の銅基合金Ｃ５１９１、Ｃ７０２５と比較して、ビカース硬さ、引張強さ、ばね限界値、導電率、プレス加工性、曲げ加工性のバランスに優れていることが分かる。以上のように、本発明はプレス加工性に優れたコネクタ、スイッチ、リレー用の銅または銅基合金を得たものであり、近年の家電製品、情報通信機器や自動車用部品の高密度実装化に伴った材料の薄肉化、細線化と、プレスの金型寿命向上により、コストダウンを大幅に実現できる銅基合金板を提供するものである。
【００３５】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、プレス加工性に優れたコネクタやスイッチ、リレー用等の銅基合金板を得ることができ、近年の家電製品、情報通信機器や自動車用部品の高密度実装化に伴った材料の薄肉化、細線化と、プレスの金型寿命向上により、コストダウンを大幅に実現できるのである。

Claims (1)

1. Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇのうちから選ばれる１種または２種以上を総量で0.01〜３５ｗｔ％含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる銅基合金で、かつ材料の圧延加工方向に垂直な断面のＸ線回折強度においてＳ_RD≧２で、かつ材料の圧延加工方向に平行な断面のＸ線回折強度でＳ_TD≧４であり、Ｓ_RD×Ｓ_TD≧２５であることを特徴とするプレス加工性に優れた銅基合金板。ただし、
   

   

   ここで、Ｓ_RDは材料の圧延加工方向に垂直な断面のＸ線回折強度について、Ｓ_TDは材料の圧延加工方向に平行な断面のＸ線回折強度について測定した値で、Ｉ｛１１１｝は｛１１１｝の回折強度、Ｉ｛２２２｝は｛２２２｝の回折強度、Ｉ｛２００｝は｛２００｝の回折強度である。