JP4278457B2 - 高強度洋白条およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、端子、コネクタ、スイッチ、リレーなどの各種電子機器部品に用いて好適な、強度および曲げ加工性に優れた電子材料用高強度洋白条に関するものである。

近年、電子部品の軽薄・短小化の進展が従前にもまして著しく、これに対応して、電子部品用の洋白条においても薄さが要求されている。しかしながら、洋白条が薄くなった場合、コネクタの接圧等を維持するため、洋白条自体の強度が高いことが必要とされる。このため、強度特性として、引張強さや０．２％耐力の高い洋白条の開発が望まれている。

一方、電子部品の小型化のためには、小さなスペースでその機能を果たすために、曲げ加工が小さな曲げ半径で実施される。曲げ加工性の良好な洋白条の開発も望まれている。このように、近年においては、高強度でかつ曲げ加工性が良好であるという、相反する特性が洋白条に要求されている。また、用いられる材料の厚みが薄くなっており、コネクタの接圧を確保するために、使用される材料である洋白条のばね性の高いものが要求されている。

このような特性が要求されている洋白条としては、その基本成分を、Ｎｉを１０〜２０質量％、Ｚｎを１０〜２７質量％、Ｍｎを０．５質量％以下およびＡｇを３０〜２００質量ｐｐｍとすることにより、（２２０）面の積分強度値Ｉ_{（２２０）}および（１１１）面の積分強度値Ｉ_{（１１１）}が、（２００）面の積分強度値Ｉ_{（２００）}に対し、Ｉ_{（２２０）}＋Ｉ_{（１１１）}＞Ｉ_{（２００）}を満たすようにした深絞り性に優れたものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−１０５５６０号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、上記公報に記載された洋白条の製造技術において、高強度化および曲げ加工性の向上を目的として結晶粒微細化を試みた場合には、結晶粒径が局所的に粗大化するおそれがある。このような微細な混粒組織中に分布した粗粒は、曲げ加工性を劣化させる起点として作用することがある。また、部品の小型薄肉化が進行している中で、より高い接圧を得るためには、優れた０．２％耐力だけでなく、高いばね限界値も必要である。

よって、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高強度化および曲げ加工性の向上の目的で結晶粒微細化を試みた場合にも、結晶粒径が局所的に粗大化することがなく、これにより、曲げ加工性を劣化させた割れの起点として作用する粗粒が微細な結晶組織中に分布せず、さらには、部品の小型薄肉化が進行している中でより高い接圧を得るために、優れた０．２％耐力を有し、しかも高いばね限界値を有する、高強度洋白条を提供することを目的としている。

本発明者らは、特許文献１に記載の洋白条の製造方法においては、焼鈍後、冷間圧延加工度を上げていくと引張強さおよび０．２％耐力はともに上昇し、高強度化を図ることはできるが、引張強さと０．２％耐力との差が減少するとともに延性が低下して、曲げ加工において割れが発生し易くなるとの知見を得た。本発明者らは、この知見に基づき、優れた強度を有するだけでなく、優れた曲げ加工性を有する高強度洋白条について、鋭意、研究を重ねた。その結果、最終焼鈍条件とその前の冷間加工条件とを調整することにより、最終製品の焼鈍特性が、４００℃で５時間焼鈍したときの結晶粒径が４μｍ以下である状態では、冷間圧延加工後の引張強さと０．２％耐力との差が小さくても延性の低下が少なく、優れた曲げ加工性を実現することができるとの知見を得た。これは、結晶粒径を微細化することにより、加工硬化指数が大きくなるためであり、小さな歪で大きな加工硬化が得られることによる。このように結晶粒径を適正化した洋白条においては、特許文献１に記載の洋白条よりも小さな加工度で同等の強度が得られるため、加工歪による延性の低下はより小さく、特許文献１に記載の洋白条と同じ強度で比較すると、より大きな延性を維持することができ、良好な曲げ加工性が得られる。一方、本発明者らは、特許文献１に記載の洋白条において十分な強度が得られないのは、引張強さと０．２％耐力との差が４０ＭＰａを超えるおそれがあるためであるとの知見を得た。そこで本発明では、冷間圧延された洋白条の引張強さと０．２％耐力との差を４０ＭＰａ以下とした。本発明は以上の知見に基づいてなされたものである。

本発明の高強度洋白条は、Ｎｉ：１０〜２０質量％、Ｚｎ：１０〜２７質量％、Ｍｎ：０．５質量％以下を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなり、引張強さと０．２％耐力との差が４０ＭＰａ以下である冷間圧延された洋白条であって、４００℃で５時間焼鈍した後の平均結晶粒径ｍＧＳが４μｍ以下であって、その結晶粒径の標準偏差が１／３ｍＧＳ以下であることを特徴としている。

また、本発明の高強度洋白条の製造方法は、加工度が４５％以上の冷間圧延後、最終再結晶焼鈍し平均結晶粒径を３μｍ以下であるとともに、その結晶粒径の標準偏差が２μｍ以下とし、さらに加工度が１０％以上の最終冷間圧延を行うことを特徴としている。この場合において、最終冷間圧延後の引張強さをＴＳ_ＲＭとし、その後の歪取焼鈍後の引張強さをＴＳ_ＳＲとした場合に、０．９≦ＴＳ_ＳＲ／ＴＳ_ＲＭであり、さらに０．２％耐力とばね限界値との差が４０ＭＰａ以下となるよう歪取焼鈍を行うことが望ましい。

本発明によれば、冷間加工条件等の適正化を図ることで、高強度化および曲げ加工性の向上の目的で結晶粒微細化を試みた場合にも、結晶粒径が局所的に粗大化することがなく、これにより、曲げ加工性を劣化させる起点として作用する粗粒が微細な混粒組織中に分布せず、さらには、部品の小型薄肉化が進行している中で、より高い接圧を得るために、優れた強度だけでなく、高いばね限界値を有する、高強度洋白条を提供することができる。これにより、本発明によれば、強度向上と曲げ加工性の改善とを両立することができる。すなわち、従来の洋白条と同程度の強度であれば曲げ加工性が著しく改善され、また同程度の曲げ加工性であれば強度の大幅な向上が期待できる。

以下、本発明の好適な実施形態を、各限定理由を基に具体的に説明する。
（１）４００℃で５時間焼鈍した後の平均結晶粒径ｍＧＳが４μｍ以下であって、その結晶粒径の標準偏差が１／３ｍＧＳ以下であること
本発明者らは、冷間加工後の再結晶挙動が、洋白条の引張強さ等の強度と曲げ加工性との高いレベルでの両立に影響を与え、かつばね性にも影響を与えるとの知見を得、洋白条の平均結晶粒径とその標準偏差とを有効に特定した。具体的には、４００℃で５時間焼鈍した後の平均結晶粒径ｍＧＳを４μｍ以下とし、かつその結晶粒径の標準偏差を１／３ｍＧＳ以下とした。これにより、従来の洋白条に比して、洋白条の強度と曲げ加工性とを高いレベルで両立することができ、かつばね性にも優れる。

（２）冷間圧延された洋白条の引張強さと０．２％耐力との差が４０ＭＰａ以下であること
一般に、焼鈍後冷間圧延加工度を上げていくと引張強さと０．２％耐力との差が減少し、それと共に延性が低下して、曲げ加工において割れが発生し易くなる。このような不具合を克服すべく、冷間圧延された洋白条の引張強さと０．２％耐力との差を４０ＭＰａ以下とした。すなわち、曲げ加工において割れを抑制するには、洋白条の延性の低下を少なくすることが必要であり、最終焼鈍条件とその前の冷間加工条件とを調整して、最終製品に好適な焼鈍特性を得る必要がある。
なお、上記のように、冷間圧延加工後の引張強さと０．２％耐力との差が小さくても延性の低下が少ないのは、４００℃で５時間焼鈍したときの結晶粒径が４μｍ以下である場合であり、この場合には、優れた曲げ加工性を実現することができる。このように、４００℃で５時間焼鈍したときの結晶粒径を４μｍ以下として結晶粒径を微細化した場合には、加工硬化指数が大きくなる。すなわち、小さな歪みで大きな加工硬化が得られる。本発明の洋白条では、従来の洋白条よりも小さな加工度で同等の強度が得られるため、加工歪みの導入による延性の低下は従来の洋白条より小さく、同じ強度で比較すると、より大きな延性を維持することができる。一般に、延性が大きな材料ほど曲げ加工性は良好であり、本発明の洋白条においても同様の傾向が認められ、結晶粒を微細化することで、優れた曲げ加工性が得られる。

（３）加工度が４５％以上の冷間圧延条を最終再結晶焼鈍することで平均結晶粒径が３μｍ以下であるとともに、その結晶粒径の標準偏差が２μｍ以下であること
これは、冷間圧延工程と最終焼鈍工程とに関する規定であり、最終焼鈍後最終冷間圧延前の結晶粒微細化による洋白条のさらなる高強度化を目的としたものである。最終焼鈍前の冷間圧延加工度が４５％未満の場合には、最終焼鈍の熱処理条件を好適に調整しても、最終焼鈍後の結晶粒を微細化することが困難である。また、焼鈍後の平均結晶粒径を３μｍ未満とし、またその結晶粒径の標準偏差を２μｍ未満とした場合には、焼鈍加熱の温度プロフィールを厳密に制御して、均一微細組織を得る必要があるため不便である。以上により、冷間圧延の加工度を４５％とするとともに、最終再結晶後の平均結晶粒径を３μｍ以下とし、その結晶粒径の標準偏差を２μｍ以下とした。より好ましくは結晶粒径の標準偏差を１μｍ以下とすると曲げ加工部の外観が改善できる。

（４）加工度１０％以上の最終冷間圧延後の引張強さと０．２％耐力との差が４０ＭＰａ以下であること
上記のとおり結晶粒径を制御した状態で、最終圧延加工度を１０％以上として冷間加工を施すと、強度および曲げ加工性に優れた洋白条が得られる。これに対し、１０％未満の最終圧延加工度では、特に結晶粒微細化の効果が小さくなる。なお、加工度の上限は特に設けていないが、７０％以上の最終圧延加工度にて得られる洋白条は、曲げ加工性が極めて悪いので、曲げ加工させるコンタクト等の金属部材として使用することが困難になる。

（５）０．９≦ＴＳ _ＳＲ ／ＴＳ _ＲＭ （ＴＳ _ＲＭ ：最終冷間圧延後の引張強さ、ＴＳ _ＳＲ ：その後の歪取焼鈍後の引張強さ）、かつ０．２％耐力とばね限界値との差が４０ＭＰａ以下であること
冷間加工後に歪取焼鈍を施して延性を回復させ、これによりばね限界値を向上させることは一般に行なわれている。また、洋白条をはじめとしてＺｎを含有する銅合金では、低温の歪取焼鈍によって延性を損なうことなく硬化させることも可能である。結晶粒径を微細化した最終再結晶焼鈍材に冷間圧延を施して、この低温歪取焼鈍硬化を積極的に利用し、優れた曲げ加工性および高いばね限界値を得るためには、歪取焼鈍条件の適正化を図ればよい。ただし、結晶粒の小さい焼鈍材を冷間圧延する際、その加工度を大きくとると、延性の低下も大きくなる。そこで、最終加工度に応じた歪取焼鈍を行なうことが重要であり、良好な曲げ加工性および高いばね限界値を得るためには、最終の冷間圧延後の引張強さをＴＳ_ＲＭとし、その後の歪取焼鈍後の引張強さをＴＳ_ＳＲとした場合に、引張強さが０．９≦ＴＳ_ＳＲ／ＴＳ_ＲＭとなるように歪取焼鈍条件を設定すればよい。結晶粒を微細化しておくと、結晶粒微細化による強度アップに加え、曲げ加工性を損なうことなく、歪取焼鈍効果による強度アップも実現することができる。

以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。
表１に示す組成の洋白となるように電気銅、銅―ニッケル母合金、金属亜鉛、およびマンガン銅を用いて低周波炉で大気溶解して本発明例１〜９および比較例１〜９のインゴットを得た。

次いで、熱間圧延および冷間圧延を行い、洋白板中間材を得た。この洋白板中間材について、再結晶焼鈍と冷間圧延とを必要に応じて少なくとも１回行い、最終の再結晶焼鈍（以下、「最終再結晶焼鈍」と称する）を行って結晶粒径を調整した。つまり、最終再結晶焼鈍前の加工度、再結晶焼鈍条件、および最終加工度を調整して厚さ０．２ｍｍの洋白条を作製した。

このようにして製造した各本発明例および各比較例の洋白条について、特性評価を行った。具体的には、引張試験、およびＪＩＳＨ３１１０に準拠したＷ曲げ試験を行い、引張強さ（以下、「ＴＳ」と称する場合がある）、０．２％耐力（以下、「ＹＳ」と称する場合がある）、ＴＳとＹＳとの差（以下、「ＴＳ−ＹＳ」と称する場合がある）、および割れの発生しない最小曲げ半径ＭＢＲと板厚ｔとの比（以下、「ＭＢＲ／ｔ」と称する場合がある）を得た。また、結晶粒径の測定は、ＳＥＭ観察したＣＯＭＰＯ像を使用し、日本工業規格ＪＩＳＨ０５０１の切断法にしたがって行った。これらの結果を表１に併記する。

表１によれば、各本発明例は、各比較例に対して、同程度の強度であれば曲げ加工性が著しく改善され、また同程度の曲げ加工性であれば強度が大幅に向上していることが判る。よって、各本発明例では、高強度化と、良好な曲げ加工性の実現との両立が達成されている。

これに対し、各比較例には、以下のような不具合がある。具体的に見てみると、比較例１、４、７は、４００℃×５時間焼鈍後の平均結晶粒径が請求項１を満たさないため、曲げ加工性が劣化している。比較例２、５、８は、４００℃×５時間焼鈍後の平均結晶粒径が請求項１を満たさず、またＴＳ−ＹＳが請求項１を満たさないため、高強度化が図れていない。また、４００℃×５時間焼鈍後の結晶粒の標準偏差が請求項１を満たさないため、曲げ加工性が劣化している。即ち、４００℃×５時間焼鈍後の平均結晶粒径、結晶粒の標準偏差、ＴＳ−ＹＳがいずれかが請求項１を満たさない場合には、高強度化と良好な曲げ加工性を両立させることができない。

次に、表２に示す組成の洋白となるように電気銅、銅―ニッケル母合金、金属亜鉛、およびマンガン銅を用いて低周波炉で大気溶解して本発明例１０〜１６および比較例１０〜１３のインゴットを得た。その後、実施例１と同様にして、厚さ０．２ｍｍの洋白条を作製し、各種特性評価を行った。これらの結果を表２に併記する。

表２によれば、各本発明例については、最終再結晶焼鈍前の冷間圧延加工度が好適範囲である４５％以上であり、かつ最終冷間圧延加工度が好適範囲である１０％以上であることから、最終再結晶焼鈍後の再結晶粒径について、平均結晶粒径とその標準偏差とが、ともに本発明の好適範囲内にある。このため、強度と曲げ加工性の双方について優れた結果が得られている。

これに対し、各比較例については、最終再結晶焼鈍前の冷間圧延加工度が４５％未満であり、または最終冷間圧延加工度が１０％未満であることから、最終再結晶焼鈍後の再結晶粒径について、平均結晶粒径とその標準偏差とのうち、少なくとも一方が本発明の好適範囲内にない。このため、強度と曲げ加工性の双方について優れた結果を両立することができない。

さらに、表３に示す組成の洋白となるように電気銅、銅―ニッケル母合金、金属亜鉛、およびマンガン銅を用いて低周波炉で大気溶解して本発明例１７〜２３および比較例１４〜１７のインゴットを得た。その後、実施例１と同様にして、厚さ０．２ｍｍの洋白条を作製し、各種特性評価を行った。具体的には、実施例１と同様に各種試験を行った。ここでは、引張強さ（ＴＳ）を、最終冷間圧延後の引張強さ（以下、「ＴＳ_ＲＭ」と称する場合がある）と歪取焼鈍後の引張強さ（以下、「ＴＳ_ＳＲ」と称する場合がある）との２種類測定するとともに、さらに、ばね限界値（以下、「ｋ_ｂ」と称する場合がある）を測定し、ＴＳ_ＳＲ／ＴＳ_ＲＭ、ＴＳ_ＳＲ−ＹＳ、ＹＳ−ｋ_ｂを算出した。これらの結果を表３に併記する。なお、表３に示す本発明例１７〜２３の洋白条は、表２に示す本発明例１０〜１６の洋白条に対して歪取焼鈍を行ったものに相当し、表３に示す比較例１４〜１７の洋白条は、表２に示す比較例１０〜１３の洋白条に対して歪取焼鈍を行ったものに相当する。

表３によれば、各本発明例については、０．９≦ＴＳ_ＳＲ／ＴＳ_ＲＭであるため、強度と曲げ加工性の双方について優れた結果が得られている。

これに対し、比較例１４，１６，１７については、０．９≦ＴＳ_ＳＲ／ＴＳ_ＲＭを満たさないため、また比較例１５については、最終冷間圧延加工度が１０％未満であるため、強度と曲げ加工性の双方について優れた結果を両立することができない。

本発明の高強度洋白条の活用例としては、近年、高強度でかつ曲げ加工性が良好であるという相反する特性が要求される、端子、コネクタ、スイッチ、リレーなどの各種電子機器部品に適用することができる。

Claims (3)

1. Ｎｉ：１０〜２０質量％、Ｚｎ：１０〜２７質量％、Ｍｎ：０．５質量％以下を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなり、引張強さと０．２％耐力との差が４０ＭＰａ以下である冷間圧延された洋白条であって、４００℃で５時間焼鈍した後の平均結晶粒径ｍＧＳが４μｍ以下であって、その結晶粒径の標準偏差が１／３ｍＧＳ以下であることを特徴とする曲げ加工性の良好な高強度洋白条。
2. 加工度が４５％以上の冷間圧延後、最終再結晶焼鈍し平均結晶粒径を３μｍ以下であるとともに、その結晶粒径の標準偏差を２μｍ以下とし、さらに加工度が１０％以上の最終冷間圧延を行うことを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工性の良好な高強度洋白条の製造方法。
3. 最終冷間圧延後の引張強さをＴＳ_ＲＭとし、その後の歪取焼鈍後の引張強さをＴＳ_ＳＲとした場合に、０．９≦ＴＳ_ＳＲ／ＴＳ_ＲＭであり、さらに０．２％耐力とばね限界値との差が４０ＭＰａ以下となるよう歪取焼鈍を行うことを特徴とする請求項２に記載の曲げ加工性の良好な高強度洋白条の製造方法。