JP4259828B2 - 高強度銅合金の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｔｉを０．１乃至４質量％含有する高強度銅合金の製造方法に関し、特に、曲げ加工性と高耐力を両立した高強度銅合金及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高強度Ｔｉ含有銅合金は、従来、図４に示すように、素材を冷間圧延し、その後、素材を７５０乃至９５０℃に１０乃至１０００秒間加熱して固溶化処理し、最終冷間圧延加工し、その後、３００乃至７００℃で０．５乃至１５時間加熱して析出処理することにより、製造されている。この従来のＴｉ含有高強度銅合金はＴｉを２．９乃至３．５質量％含有するものである（ＪＩＳＨ３１３０Ｃ１９９０）。このような合金は、電子・電気機器の部品及びコネクター等に使用されている。機器の軽薄短小化が進むなか、合金材料には高強度で且つ良好な曲げ加工性が要求されている。高い引張強度を得るためには、一般に、総加工率を高める必要があるが、その結果、硬度が高くなり、曲げ加工性が劣化する。一方、引張強度を犠牲にして低加工率にすると、曲げ加工性は良好になる。この場合の耐力と最終冷間圧延における総加工率との関係を図３の実線に示す。図３は横軸に総加工率をとり、縦軸に耐力と引張強度との比をとって、両者の関係を示すグラフ図である。なお、総加工率は、前記冷間圧延後の板厚をｔ１、前記最終冷間圧延後の板厚をｔ２としたとき、｛（ｔ１−ｔ２）／ｔ１｝×１００で表される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３の実線に示すように、引張強度を一定にして比較すると、総加工率が低くなると、耐力が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高引張強度及び高耐力を有すると共に、曲げ加工性も優れた高強度銅合金を製造することができる高強度銅合金及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高強度銅合金の製造方法は、Ｔｉ：０．１乃至４質量％を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成の銅合金素材を冷間圧延加工する圧延工程と、固溶化処理する固溶化処理行程と、更に冷間圧延する析出前圧延工程と、析出処理する析出工程と、更に付加冷間圧延加工する付加圧延工程と、をこの順に有し、前記付加圧延工程は、加工率が３％以上であり、前記析出前圧延工程及び前記付加圧延工程の総加工率が１５乃至５０％であることを特徴とする。
【０００８】
この高強度銅合金の製造方法において、前記付加圧延工程の後に、バッチ式の加熱炉を使用して、２００乃至７００℃に０．５乃至１５時間加熱するか、又は、連続式の加熱炉を使用して、３００乃至９５０℃に１０乃至１０００秒間加熱することにより、歪み取り焼鈍を実施する工程を有することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る高強度銅合金の製造方法を示す模式図である。Ｔｉを０．１乃至４質量％含有する銅合金の素材を、冷間圧延し、その後、素材を７５０乃至９５０℃に１０乃至１０００秒間加熱して固溶化処理する。次いで、析出前の冷間圧延を実施し、その後、３００乃至７００℃に０．５乃至１５時間加熱して析出処理する。その後、付加冷間圧延を実施する。素材は、例えば、純Ｃｕ及び純Ｔｉを真空溶解した後、厚さが５０ｍｍ、幅が１５０ｍｍのインゴットに鋳造したものである。
【００１０】
本実施形態においては、付加圧延工程の加工率を３％以上とし、総加工率を１５乃至５０％とする。圧延工程で得られた素材の板厚をｔ１、析出前の冷間圧延工程で得られた素材の板厚をｔ２，付加圧延工程で得られた素材の板厚をｔ３とすると、付加圧延工程における加工率は、下記数式１で表される。
【００１１】
【数１】
付加圧延加工率＝｛（ｔ２−ｔ３）／ｔ２｝×１００
【００１２】
また、総加工率は、析出前圧延工程と付加圧延工程との総圧延加工率であり、下記数式２にて表される。
【００１３】
【数２】
総加工率＝｛（ｔ１−ｔ３）／ｔ１｝×１００
【００１４】
この付加圧延加工率を３％以上とするのは、３％未満であると、高耐力を得るためには総加工率を大きくする必要があり、その結果、曲げ加工性が劣化するためである。なお、従来品は加工率が０％である。従って、加工率が３％未満だと、従来品に近くなる。この場合、引張強度の９０％以上の耐力を得るには、総加工率を５０％以上にする必要がある。総加工率が５０％を超えると、圧延加工時の加工硬化が大きくなり、得られた銅合金材の曲げ加工性が劣化する。
【００１５】
また、総加工率を１５乃至５０％とするのは、総加工率が１５％未満では、後述するように、耐力が引張強度の９０％未満になり、耐力の低下が大きくなるからである。また、総加工率が５０％を超えると、圧延加工時の加工硬化が大きくなり、得られた銅合金材の曲げ加工性が劣化する。このため総加工率は１５乃至５０％とする。
【００１６】
本実施形態においては、析出処理の後に付加圧延工程を設け、換言すれば、最終圧延工程（付加圧延工程）の前に、析出処理を施すことにより、少ない圧延加工率（総加工率）で高耐力を得ることができる。
【００１７】
図３の破線は本実施形態の高強度銅合金の特性を示す。この破線にて示すように、本実施形態の銅合金材の場合は、従来の銅合金材の場合（実線）に比して、総加工率を同一にして対比した場合に、引張強度に対する耐力の値が高く、耐力が向上していることがわかる。この図３に示すように、本実施形態では、総加工率が下限の１５％でも、耐力は引張強度の９０％を保持している。
【００１８】
Ｃｕ−Ｔｉ合金は、一般に、図４に示すように、析出処理の温度が高いため、耐熱性が良い。本実施形態では、析出処理の後に付加圧延を施すため、耐熱性の低下が懸念されたが、従来工程材と同等の耐熱性を併せ持つことを発見した。これは、析出処理の後に付加圧延で入った加工の転位を、析出物がピンニングするためと思われる。
【００１９】
上述のように、本実施形態においては、総加工率が５０％以下でも、耐力を引張強度の９０％以上にすることができる。そして、総加工率を同一にして対比した場合は、本実施形態の銅合金材は従来の銅合金材に比して、引張強度及び耐力が高いと共に、曲げ加工性が同等又は良好であり、小さい内側曲げ半径で、曲げることができる。従来材（図３の実線）においては、引張強度に対する耐力の比を９０％以上とするためには、総加工率を５０％以上にする必要があり、大きな圧延加工が必要であるため、曲げ加工性が極めて悪いものであった。これに対し、本実施形態においては、総加工率が１５％でも耐力／引張強度比を０．９とすることができる。
【００２０】
次に、図２を参照して本発明の第２実施形態について説明する。図２において、付加圧延工程までは図１に示す実施形態と同様である。本第２実施形態では、付加圧延工程の後、バッチ式の加熱炉を使用して、合金のコイルを巻いたまま加熱炉に入れ、２００乃至７００℃に０．５乃至１５時間、例えば、３５０℃の温度に３時間加熱する。又は、連続式の加熱炉を使用し、合金コイルを巻き出して連続的に加熱炉に装入し、３００乃至９５０℃に１０乃至１０００秒間、例えば５００℃の温度に３０秒間加熱することにより、歪み取り焼鈍する。
【００２１】
本実施形態においては、付加圧延工程の後に、上記条件で歪み取り焼鈍するので、付加圧延工程で若干低下したばね性（ばね限界値）を改善することができ、良好な曲げ加工性及び高耐力を保持しつつ、高ばね限界値を得ることができる。
【００２２】
歪み取り焼鈍は、材料の強度、導電性、曲げ性等を損なうことなく、ばね性のみを改善することが目的である。その方法として、バッチ式炉又は連続式炉を使用する。即ち、バッチ式炉においては、２００乃至７００℃で０．５乃至１５時間加熱するとしたが、２００℃未満では温度が低すぎてばね性の低下を改善できず、７００℃より高いと再結晶が進行して耐力が低下してしまう。また、０．５時間未満ではバッチ式炉での均質な焼鈍は望めず、１５時間以上では時効が進行しすぎてばね性を改善できないだけでなく、曲げ性を悪化させてしまう。
【００２３】
一方、連続式炉においては、３００乃至９５０℃で１０乃至１０００秒間加熱するとしたが、３００℃未満では長時間の加熱が必要となり生産性を低下させてしまうか、又は温度が低くてばね性の低下を改善できず、９５０℃より高いと溶体化が進行して耐力及び導電性を低下させてしまう。１０秒未満の加熱では材料温度が上がりきれずに、ばね性の改善が得られず、１０００秒を超える加熱では生産性を低下させてしまう。
【００２４】
なお、銅合金組成は、Ｔｉを０．１乃至４質量％含有するものである。Ｔｉが適量であれば、含有量が増すと共に析出硬化量も増すため高強度になるが、一方で導電性及び曲げ加工性は徐々に低下すると共に、生産加工性も低下していく。即ち、Ｔｉが０．１質量％未満であると、析出硬化量が少ないため強度が不足し、また４質量％を超えると、特性が悪化すると共に生産加工性も低下する。よって、Ｔｉ含有量は、０．１乃至４質量％とする。
【００２５】
また、Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｒ及びＰからなる群から選択された少なくとも１種の元素を総量で０．０１乃至２質量％含有することができる。これらの元素は、合金の中で析出硬化及び固溶硬化により、Ｃｕ−Ｔｉ合金の強度を向上させるという作用を有する。これらの元素が総量で０．０１質量％未満であると、上記効果が得られず、２質量％を超えると、Ｃｕ−Ｔｉ合金の生産加工性を阻害し、導電率及び曲げ加工性を低下させる。
【００２６】
【実施例】
次に、本発明の実施例の特性について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して、本発明の効果について説明する。
【００２７】
原料として純Ｃｕ及び純Ｔｉを所定量配合して真空溶解し、厚さが５０ｍｍ、幅が１５０ｍｍのインゴットを鋳造した。その後、９００℃に加熱して均質化処理し、９００℃に７０乃至２００秒間加熱して固溶化処理し、析出前圧延を下記表１に示す条件で実施し、４５０℃に６時間加熱して析出処理し、析出処理後の付加圧延を下記表１に示す条件で実施した。なお、表１の比較例においては、付加圧延を実施していない。そして、最終圧延後の板厚が０．３０ｍｍになるように、付加圧延（実施例）又は析出前圧延（比較例）の圧延加工を行った。また、一部の実施例及び比較例においては、付加圧延工程の後に、歪み取り焼鈍を実施した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
得られた銅合金材の特性を下記表２に示す。但し、引張強度がＪＩＳ−Ｚ２２４１、耐力はＪＩＳ−Ｚ２２４１（０．２％オフセット耐力）、伸びはＪＩＳ−Ｚ２２４１（破断伸び）、導電率はＪＩＳ−Ｈ０５０５、ばね性はＪＩＳ−Ｈ３１３０（ばね限界値）、曲げ加工性はＪＳＩ−Ｈ３１３０（Ｗ曲げ）、耐熱性は応力緩和特性により評価した。なお、曲げ加工性は、曲げ部外側を観察して割れがないときの最小曲げ半径を求め、同一の総加工率において、従来材と同等又はより小さい曲げ半径でも割れが生じていない場合を○、より大きな曲げ半径で割れが発生した場合を×とした。応力緩和特性は、幅が１０ｍｍ、長さがＬｍｍのサンプルを、半径がｒの治具に巻回し、一定の応力を印加したものを２３０℃で１０００時間保持した後、応力の緩和の度合いを％で表示した。
【００３０】
【表２】

【００３１】
この表２に示すように、実施例１乃至４及び７乃至１１は、比較例材と同一の総加工率で比較した場合に、引張強度及び耐力がいずれも高く、耐力／引張強度の比が０．９以上であり、更に曲げ性も同等以上に優れており、耐熱性も優れている。実施例５及び６は、Ｔｉ含有量を低下させた分だけ引張強度及び耐力が弱いが、他の実施例と同様、（耐力／引張強度）の比が０．９以上になる。また、実施例８乃至１１は、歪み取り焼鈍したものであるので、高耐力及び高曲げ加工性を維持しつつ、ばね限界値も実施例１乃至７に比して優れている。
【００３２】
一方、比較例１２は付加圧延加工率が２％と低いので、耐力／引張強度の比が０．８８と低い。また、比較例１３は、総加工率が７０％と高いので、伸びが低く、導電率も低い。
【００３３】
更に、比較例１４乃至１８は、従来材の付加圧延工程を実施しないものであり、耐力／引張強度の比が低いか、又は伸びが極めて小さい。
【００３４】
比較例１９は、歪み取り焼鈍の温度が低すぎるため、ばね性の改善効果がない。また、比較例２０は歪み取り焼鈍の時間が長すぎるため、時効が進行しすぎて、ばね性を改善できないだけでなく、曲げ性も悪化させてしまった。
【００３５】
比較例２１はＴｉ含有量が少ないので、強度が低い。また、耐熱性も低い。更に、比較例２２は、Ｔｉ含有量が多すぎるため、引張強度及び耐力が低いと共に、曲げ性が著しく低い。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高引張強度、高耐力で耐力／引張強度の比が高いと共に、曲げ加工性も優れた高強度銅合金を得ることができる。また、歪み取り焼鈍により、ばね性を改善することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す模式図である。
【図３】横軸に総加工率をとり、縦軸に耐力／引張強度の比をとって、本発明の銅合金と従来の銅合金の耐力／引張強度の比を比較して示す図である。
【図４】従来の高強度銅合金の製造方法を示す図である。

Claims (3)

1. Ｔｉを０．１乃至４質量％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成の銅合金素材を冷間圧延加工する圧延工程と、固溶化処理する固溶化処理工程と、更に冷間圧延する析出前圧延工程と、析出処理する析出工程と、更に付加冷間圧延加工する付加圧延工程と、をこの順に有し、前記付加圧延工程は、加工率が３％以上であり、前記析出前圧延工程及び前記付加圧延工程の総加工率が１５乃至５０％であることを特徴とする高強度銅合金の製造方法。
2. 前記付加圧延工程の後に、バッチ式の加熱炉を使用して、２００乃至７００℃に０．５乃至１５時間加熱することにより、歪み取り焼鈍を実施する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の高強度銅合金の製造方法。
3. 前記付加圧延工程の後に、連続式の加熱炉を使用して、３００乃至９５０℃に１０乃至１０００秒間加熱することにより、歪み取り焼鈍を実施する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の高強度銅合金の製造方法。

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