JP4875772B2 - 電気電子部品用銅合金板材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]Snを3.0〜13.0質量%、Fe及びNiのどちらか一方または両方の合計で0.01〜2.0質量%、並びにPを0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる銅合金よりなる電気電子部品用銅合金板材の製造方法であって、
鋳造時の冷却速度が1℃/秒より速く100℃/秒より遅い条件下で作製された鋳塊を下記条件で均質化処理し、表面を1mm以上面削する工程を施した後、下記の工程を順次行うことを特徴とする銅合金板材の製造方法。
・40〜70%の加工率での冷間圧延a
・不活性ガス雰囲気中で550〜750℃において1〜10時間の熱処理a
・40〜80%の加工率での冷間圧延b
・不活性ガス雰囲気中で350〜550℃において1〜10時間の熱処理b
・40〜80%の加工率での冷間圧延c
・300〜550℃で10〜120秒の熱処理c
・40〜70%の加工率での冷間圧延d
・300〜550℃で5〜200秒の熱処理d
(均質化処理の条件は、均質化温度(℃)と処理時間(hr)とで表示される添付第1図のグラフにおいて、(780℃、0.7時間)、(780℃、4時間)、(600℃、10時間)、(600℃、2.5時間)の4点を結ぶ直線で囲まれる台形領域内の温度・時間の条件で均質化熱処理を施すものである。)
[2]前記熱処理bを経て結晶粒が5〜20μmの平均結晶粒径からなる組織を得る[1]に記載の製造方法。
[3]前記熱処理dを経て結晶粒が1〜5μmの平均結晶粒径からなる組織を得る[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]前記銅合金が、さらに、Co、Cr、及びMnの1種または2種以上を合計で0.01〜1.0質量%含有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の製造方法。
[5][1]〜[4]のいずれか1項に記載の製造方法で製造された電気電子部品用銅合金板材であって、
Snを3.0〜13.0質量%、Fe及びNiのどちらか一方または両方の合計で0.01〜2.0質量%、並びにPを0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる銅合金よりなり、
結晶粒の平均直径が1.0〜5.0μmであり、
平均直径が50nm以上200nm以下の化合物Xが密度104〜108個/mm2で分布し、
平均直径が0.5μmより大きく3.0μm以下の化合物Yが密度102〜106個/mm2で分布し、
前記化合物Yについて、{(板表層から板厚10%領域の化合物Yの密度)/(板厚表層から板厚40〜60%領域の化合物Yの密度)}が0.8〜1.0の範囲であり、
引張強度が600MPa以上であることを特徴とする電気電子部品用銅合金板材。
[6]さらに、Co、Cr、及びMnの1種または2種以上を合計で0.01〜1.0質量%含有することを特徴とする[5]に記載の電気電子部品用銅合金板材。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
また、前記化合物Yを構成する化合物の(Fe+Ni)量が68〜88質量%、P量が10〜25質量%のとき、プレス打ち抜き性に効果を発揮する粒子を安定して分散させることができ、打ち抜き加工性を向上させることができる。なお、上記含有量の合計が100質量%にならない場合があるのは、化合物Yには、他の元素(例えばCuやSnなど)が含まれることがあるからである。
プレス時の材料の変形は、表層から変形が入りクラックが生じ、破断すると考えられる。そのため、表層にクラックの起点となるような晶出物(化合物Y)が少ない場合、破断が生じにくい材料となり、金型の寿命を悪化させる。一般に、表層は、鋳造時の冷却速度が速く、晶出物が少なくなっている。一方、晶出物が表層に多すぎる場合も、金型と硬い晶出物が当たることになり、金型が磨耗してしまう。これは、極表層は、化合物の偏析が多くなっていると考えられる。
これに対して、本発明の銅合金材料では、このような偏析が起こりにくいため、良好な打ち抜き性を示すことができる。
本発明の製造法では、圧延加工を冷間圧延でおこない、熱間圧延は行なわない。本発明の銅合金材を熱間加工(熱間圧延)すると加工割れを生じる場合があるためである。また、冷間圧延と中間焼鈍を繰り返し行なうことによって、得られる銅合金材が硬くなりすぎることを防ぎ、所定の厚さまで薄くする際に硬すぎて加工割れすることを防ぐことができる。
SnとPとその他の添加元素と残部がCuからなる合金を高周波溶解炉等により溶解して鋳造時の冷却速度が1℃/秒より速く100℃/秒より遅い条件で鋳造し、鋳塊を得る。この鋳塊に850℃〜600℃で0.5時間〜10時間の均質化熱処理、より具体的には、時間と温度の関係が、(780℃、0.7時間)、(780℃、4時間)、(600℃、10時間)、(600℃、2.5時間)の4点を結ぶ直線で囲まれる温度・時間の条件で均質化熱処理を施す。この温度と時間の均質化熱処理条件を図1に示した。図1中の台形で囲まれた範囲内が均質化熱処理条件の範囲である。均質化熱処理は、温度が高い場合には比較的短時間で、温度が低い場合には比較的長時間である。なお、均質化熱処理温度が高すぎると、鋳造で生じた晶出物が固溶し、その結果、打ち抜き加工性向上に寄与する化合物Yが減少してしまう。また、均質化熱処理の温度が低い場合でも、長時間熱処理した場合には化合物が粗大化し、化合物Yの数が減少してしまうので好ましくない。均質化処理温度を厳密に制御することが特に好ましい。均質化熱処理の後、徐冷し、表面を1mm以上面削する。この面削量は、好ましくは2mm以上である。面削量の上限には特に制限はないが、通常5mm以下の面削量とする。次いで40〜70%の冷間圧延aを施し、不活性ガス雰囲気中で550〜750℃において1〜10時間の熱処理aを行い、徐冷する。さらに40〜80%の圧延加工率で冷間圧延bを行い、不活性ガス雰囲気中で350〜550℃において1〜10時間の熱処理bを行い、5〜20μmの平均結晶粒径からなる組織を得る。
上記の合金製造条件の中で、本発明で規定する結晶粒径、化合物Xと化合物Yの大きさ、生成密度を調節することができるのは、合金組成以外に、鋳造条件、均質化熱処理、熱処理(a、b、c、d)や冷間圧延(a、b、c、d)などの条件であり、これを上記のように規定することにより、目的の銅合金材を得ることができる。ただし、冷間圧延bと熱処理b、冷間圧延dと熱処理dは必要に応じて行うもので、省略することができる。各圧延の加工率が40%以上の場合は、粗大な化合物が圧延時に砕かれて、化合物Yの密度を増加させることができる。
供試材を圧延方向と平行に切り出したJIS−13B号試験片をJIS−Z2241に準じて3本測定し、その平均値(MPa)で示した。
b.曲げ加工性
供試材(板材)を幅10mm、長さ25mmに切出し、曲げ半径R=0で曲げ角度90°のW曲げし、曲げ部における割れの有無を観察した。この観察は、倍率50倍の光学顕微鏡による目視観察より行い、その曲げ加工部位の割れの有無を調査した。試験片採取方向はG.W.(Good Way:曲げの軸が圧延方向に直角)、B.W(Bad Way:曲げの軸が圧延方向に平行)とし、割れが無かったものを「○(良)」、割れがあったものを「×(劣)」で示した。
c.平均結晶粒径
供試材(板材)の厚さ方向に平行でかつ最終冷間圧延方向(最終塑性加工方向)と平行な断面において、最終冷間圧延方向と平行な方向と直角な方向の2方向で結晶粒径を測定した。そして、測定値の大きい方を長径、小さい方を短径とし、それぞれの長径と短径の4値の平均値を示した。測定はJIS−H0501の切断法に準じ、供試材の断面を鏡面研磨した後にエッチングを行い、走査型電子顕微鏡(SEM)で1000倍に拡大して写真撮影した。この写真上に200mmの線分を引き、前記線分で切られる結晶粒数nを数え、(200mm/(n×1000))の式から平均結晶粒径を求めた。前記線分で切られる結晶粒数が20に満たない場合は、500倍の写真に取り長さ200mmの線分で切られる結晶粒数nを数え、(200mm/(n×500))の式から求めた。
d.第2相化合物(化合物Xおよび化合物Y)の大きさと密度
供試材を直径3mmに打ち抜き、ツインジェット研磨法を用いて、板表層から板厚の40〜60%の領域が薄膜になるように研磨を行った後、加速電圧300kVの透過型電子顕微鏡で1000〜100000倍の写真を任意で3ヶ所撮影して、その写真上で化合物の粒子径と密度を測定した。粒子径は、化合物Xの粒子径の範囲と、化合物Yの粒子径の範囲について、それぞれの平均値を0.005mmの整数倍で表中に示した。化合物の粒子径と密度を測定するとき、n=10(nは観察の視野数)で、その個数を測定することで、個数の局所的な偏りを排除するように測定した。その個数を単位面積当たりの個数(個/mm2)へ演算した。
e.プレス打ち抜き加工性
金型を研磨した後に、各サンプルで、四角形で大きさ3mm×5mmの打ち抜き形状で、1分間あたり500回の連続プレス加工を実施し、金型が磨耗して材料のプレス破面に10μmを越えるバリが発生した段階でプレス加工を中止し、それまでのショット数を測定した。この測定を3回行い、ショット数の最小値が300万回以上のものを打ち抜き性が特に優れているとして表中に「◎」で示し、ショット数の最小値が200万回以上のものを打ち抜き性が良好であるとして表中に「○」で示し、ショット数の平均値が200万回以上で打ち抜き性は良好であるがショット数の最小値が200万回未満となったものがあってばらつきがあるものを表中に「△」で示し、ショット数の平均値が200万回未満のものを打ち抜き性が劣っているものとして表中に「×」で示した。この評価結果を以下の表中には「打ち抜き性(1)」として示した。
比較例1はSnが3.0質量%未満のため結晶粒径が大きく、強度(引張強度)が低い。比較例2はCuにSn、Pのみ添加したいわゆるリン青銅であるが、化合物(XおよびY)が存在しないため強度(引張強度)、曲げ加工性、打ち抜き加工性が悪い。比較例3はFe、Niの合計量が上限以上であり、化合物Yの数が多過ぎるため曲げ加工性が悪い。比較例4、5はFeおよびNiの含有量が上限以上であり、化合物Yの数が多すぎるため曲げ加工性が悪い。比較例6はFe、Niの合計量が下限値以下のため、結晶粒径が大きく、化合物XとYがいずれも少なすぎて、曲げ加工性、打ち抜き加工性が悪い。比較例7はSnの含有量が上限値以上のため曲げ加工性が悪い。比較例8は鋳造の冷却速度が速すぎたため化合物(晶出物)が少なく、化合物Yの密度が下限値以下のため打ち抜き加工性が悪い。比較例9は鋳造の冷却速度が遅すぎたため化合物Xの生成量が少なくて、5μmより大きい粗大な化合物(晶出物)が生成するため曲げ加工性が悪い。比較例10は、Pの含有量が多すぎたために冷間圧延中に割れが生じ製造を中止した。比較例11は、Pの含有量が少なすぎたために、化合物XとYの生成量が少なく、粒径が大きくて粗大な粒子であって、曲げ加工性に劣り、また打ち抜き加工性が劣った。比較例12は、熱処理dを300℃未満で行った例であるが、再結晶が不十分で結晶粒径が小さ過ぎ、曲げ加工性が劣った。
本願は、2008年12月19日に日本国で特許出願された特願2008−324792に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。
Claims (6)
- Snを3.0〜13.0質量%、Fe及びNiのどちらか一方または両方の合計で0.01〜2.0質量%、並びにPを0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる銅合金よりなる電気電子部品用銅合金板材の製造方法であって、
鋳造時の冷却速度が1℃/秒より速く100℃/秒より遅い条件下で作製された鋳塊を下記条件で均質化処理し、表面を1mm以上面削する工程を施した後、下記の工程を順次行うことを特徴とする銅合金板材の製造方法。
・40〜70%の加工率での冷間圧延a
・不活性ガス雰囲気中で550〜750℃において1〜10時間の熱処理a
・40〜80%の加工率での冷間圧延b
・不活性ガス雰囲気中で350〜550℃において1〜10時間の熱処理b
・40〜80%の加工率での冷間圧延c
・300〜550℃で10〜120秒の熱処理c
・40〜70%の加工率での冷間圧延d
・300〜550℃で5〜200秒の熱処理d
(前記均質化処理の条件は、均質化温度(℃)と処理時間(hr)とで表示される添付第1図のグラフにおいて、(780℃、0.7時間)、(780℃、4時間)、(600℃、10時間)、(600℃、2.5時間)の4点を結ぶ直線で囲まれる台形領域内の温度・時間の条件で均質化熱処理を施すものである。) - 前記熱処理bを経て結晶粒が5〜20μmの平均結晶粒径からなる組織を得る請求項1に記載の製造方法。
- 前記熱処理dを経て結晶粒が1〜5μmの平均結晶粒径からなる組織を得る請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記銅合金が、さらに、Co、Cr、及びMnの1種または2種以上を合計で0.01〜1.0質量%含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法で製造された電気電子部品用銅合金板材であって、
Snを3.0〜13.0質量%、Fe及びNiのどちらか一方または両方の合計で0.01〜2.0質量%、並びにPを0.01〜1.0質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる銅合金よりなり、
結晶粒の平均直径が1.0〜5.0μmであり、
平均直径が50nm以上200nm以下の化合物Xが密度104〜108個/mm2で分布し、
平均直径が0.5μmより大きく3.0μm以下の化合物Yが密度102〜106個/mm2で分布し、
前記化合物Yについて、{(板表層から板厚10%領域の化合物Yの密度)/(板厚表層から板厚40〜60%領域の化合物Yの密度)}が0.8〜1.0の範囲であり、
引張強度が600MPa以上であることを特徴とする電気電子部品用銅合金板材。 - さらに、Co、Cr、及びMnの1種または2種以上を合計で0.01〜1.0質量%含有することを特徴とする請求項5に記載の電気電子部品用銅合金板材。
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