JP5665186B2

JP5665186B2 - 銅−亜鉛合金板条

Info

Publication number: JP5665186B2
Application number: JP2011015932A
Authority: JP
Inventors: 山口　洋; 洋山口
Original assignee: 三井住友金属鉱山伸銅株式会社
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: JP2012153961A

Description

本件発明は、銅−亜鉛合金板条に関する。特に、ここで言う銅−亜鉛合金板条は、丹銅組成の銅−亜鉛合金を用いたものである。

従来から、導電率が２７％ＩＡＣＳ近辺にあるＪＩＳＣ２６００、Ｃ２６８０、Ｃ２７２０に規定されている黄銅材は、機械的強度が高く、安価であるため、端子、コネクターなどの通電部材に多く使用されてきた。ところが、近年は、部品の小型化が要求されるため、これらの黄銅材を導電材に用いると、通電時の発熱が問題となる場合が生じている。そのため、大電流を流す場合は別として、小電流〜中電流を流す通電部材には、非特許文献１に記載されているような３５％ＩＡＣＳ〜６０％ＩＡＣＳの導電率を持つ多数の銅合金が使用されているのが実状である。即ち、小電流〜中電流を流す通電部材には、３５％ＩＡＣＳ以上の導電率を備える素材を用いればよいと言える。

確かに、単に、導電率のみを考えれば、出来る限り純銅組成に近づけた素材を用いることで問題の解決が可能となる。ところが、通電部材には、その用途に応じて、一定の強度が要求されることとなり、その要求強度を満たす必要があり、純銅に近似の組成では、この強度要求を満足させることが困難である。小電流〜中電流を流す通電部材には、非特許文献１に記載されているような５００Ｎ／ｍｍ^２を上廻る多数の合金が使用されている。ところが、これらの合金は、製造コストも高いという問題があった。

単に、強度を優先的に考えると、例えば、黄銅Ｃ２６００のＨ材のように、引張強さが５２０Ｎ／ｍｍ^２程度のものに代表されるように、引張強さが５００Ｎ／ｍｍ^２を上廻る黄銅組成の銅−亜鉛合金が使用されている。例えば、特許文献１及び特許文献２に開示の黄銅組成の合金の場合には、合金元素量が増加することで導電率が低下し、加えて結晶粒の微細化を行えば、更に導電率を下げる要因となり、小電流〜中電流を流す通電部材に用いると発熱が問題となる可能性が高くなる。

銅−亜鉛合金の導電率は、主に亜鉛含有量によって左右される。黄銅組成の場合、亜鉛含有量が高いため、上述の３５％ＩＡＣＳ以上の導電率を確保することが困難である。３５％ＩＡＣＳ以上の導電率を安定的に確保するためには、銅−亜鉛合金の亜鉛含有量を１５質量％以下とする必要があり、黄銅組成の維持が困難となる。この組成領域は、「丹銅」として知られる。

ところが、丹銅は、非特許文献１からも理解できるように、黄銅よりも優れた導電率を備える銅−亜鉛合金として知られているが、例えば、ＪＩＳＨ３１００、Ｃ２２００Ｒにおいては、引張強さが３３５Ｎ／ｍｍ^２以上と表示されるＨ材までの強度を備えるに止まり、高強度が要求される用途には適用されない材料として分別されている。即ち、丹銅の場合、引張強さ５００Ｎ／ｍｍ^２以上と言う高強度の製品の製造は困難であり、引張強さ５００Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度丹銅を製造するためには、丹銅組成のＣ２２００合金の場合では、加工率を約７０％付近まで上昇させる必要がある。その結果、引張強さ５００Ｎ／ｍｍ^２以上を達成することは出来るが、圧延方向に平行に曲げ軸を取った（ＢａｄＷａｙ）曲げ性の低下が著しく、高強度材料として実用化できるものでは無く、曲げ性を確保することが困難という問題があった。

特開２００４−２９２８７５号公報特開２００６−２４１５８４号公報

伸銅品データブック（平成９年初版）、日本伸銅協会、１８０−１８２

しかしながら、近年の車載用通電部材、電気製品等は、国際的に見て厳しい価格競争に晒されており、低価格で高品質の導電素材の開発が要求されている。そこで、本件発明者等は、これらの状況を鑑みて、特殊銅合金に比べて、低価格を実現できる可能性のある丹銅組成の中で、導電性能と強度とのトータルバランスに優れた製品の提供を目的として研究を行った。

その結果、以下に述べるような技術的概念を採用することで、上述の課題を達成するに至った。なお、丹銅に関しては、歴史的に見て、装飾用製品に用いられるのが主であり、長きに亘って、導電材、構造材として使用することが諦められてきた。以下、本件発明の概要に関して述べる。

銅−亜鉛合金板条：本件出願に係る銅−亜鉛合金板条は、銅と不可避不純物を除き残部が亜鉛である銅−亜鉛合金からなる銅−亜鉛合金板条において、当該銅−亜鉛合金は、亜鉛含有量が６質量％〜１５質量％の丹銅組成を備え、その結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下であり、引張強さが５００Ｎ／ｍｍ ^２以上、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上であり、ＢａｄＷａｙでのＷ曲げ（Ｒ＝０）試験においてワレが発生しないレベルの曲げ加工性能を備えることを特徴とする。

銅−亜鉛合金板条を用いた製品：上述の銅−亜鉛合金板条は、その良好な導電性能と機械的強度の高さ故に、通電部材の製造に好適である。

本件発明により、安価な丹銅組成の銅−亜鉛合金で、引張強さ５００Ｎ／ｍｍ^２以上、導電率３５％ＩＡＣＳ以上を持ち、優れた曲げ性を兼ね備えた銅−亜鉛合金板条の提供が可能となる。従って、特殊な組成の合金を用いなくとも、安価な丹銅組成の銅−亜鉛合金を用いて、小電流〜中電流を流す通電部材を提供し、且つ、良好な導電性を発揮しているため通電部材の小型化も可能となる。

銅−亜鉛合金の亜鉛含有量と引張強さとの関係を示すグラフである。銅−亜鉛合金の亜鉛含有量と導電率との関係を示すグラフである。

銅−亜鉛合金板条の形態：本件出願に係る銅−亜鉛合金板条は、銅と不可避不純物を除き残部が亜鉛である銅−亜鉛合金からなる銅−亜鉛合金板条である。そして、当該銅−亜鉛合金は、亜鉛含有量が６質量％〜１５質量％の丹銅組成を備え、ＪＩＳＣ２２００Ｒ合金の組成を中心とする。この亜鉛含有量が６質量％未満になると、導電率が６０％ＩＡＣＳを超える良導体となるが、以下の述べる製造方法を採用しても十分な強度が得られず、導電率と強度とのバランスに欠けるため好ましくない。一方、亜鉛含有量が１５質量％を超えると、強度は黄銅に近づき、高強度化が達成できるが、導電率が３５％ＩＡＣＳ未満となり通電部材用の素材として不適となるため好ましくない。

また、本件出願に係る銅−亜鉛合金板条は、その結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下である必要がある。この平均結晶粒径が４μｍを超えると、曲げ性と強度とのトータルバランスが損なわれ、丹銅組成の通電部材としては不適当なものになるため好ましくない。ここで、平均結晶粒径に関しての下限に関して述べておく。金属の結晶組織の下限を設定することは、分析機器等の観察限界に左右される場合が多いからである。敢えて、下限値を定めるとすれば、平均結晶粒径が１μｍ未満のものを、工業的に製造することが困難と考え、平均結晶粒径１μｍである。

なお、本件出願における結晶粒径の測定は、金属顕微鏡を用いた比較法又は切断法のいずれかを選択的に採用している。比較法の場合、通常の金属顕微鏡の倍率は７５倍を採用するが、本件出願の場合には８００倍の倍率で観察し、倍率を考慮して結晶粒径を算出する。ところが、再結晶後の加工率が高くなると、比較法の採用が困難となる。そこで、係る場合には、切断法を採用する。金属顕微鏡の倍率８００倍を採用し、この視野において、圧延方向と平行の長さ５０μｍの線分、圧延方向と垂直の長さ５０μｍの線分を引き、それぞれの２線分の交わる結晶数を測定し、［結晶粒径（μｍ）］＝５０μｍ／［結晶数］の式で、それぞれ求めた結晶粒径の平均をとり、平均結晶粒径を算出する。今回の本件発明における、平均結晶粒径は、後者の切断法を用いて得られた平均結晶粒径を採用している。

以上に述べてきた本件出願に係る銅−亜鉛合金板条は、引張強さが５００Ｎ／ｍｍ^２以上という黄銅又は種々の実用合金レベルの機械的強度を備えることが出来る。再結晶焼鈍上がりの結晶粒微細化丹銅を試作し、加工を加えた場合の強度の向上について研究した。その結果、加工率の上昇に比例して、引張強さも向上する。即ち、結晶粒径が５μｍ〜２５μｍの一般的な丹銅の再結晶材と殆ど変わらない挙動を示す。ところが、本件出願に係る銅−亜鉛合金板条のように、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下とすることにより、結晶粒微細化による高強度化効果が発現し、黄銅レベルの引張強さが５００Ｎ／ｍｍ^２以上という強度が、後述する良好な曲げ性を兼ね備えて、達成出来るようになる。

一般的に、結晶粒径が微細化すると、その微細化レベルに応じて、電気的抵抗は増加し、導電性能が、導電率で２％ＩＡＣＳ〜３％ＩＡＣＳ程度低下するのが通常である。ところが、本件発明で言う銅−亜鉛合金板条を構成する銅−亜鉛合金は、丹銅組成であり、合金成分としての亜鉛含有量が、黄銅組成に比べて低い。その結果、上述のような結晶粒微細化を行っても、黄銅に比べて、高い導電特性を得ることが出来る。本件出願に係る銅−亜鉛合金板条は、合金成分としての亜鉛含有量が最大の１５質量％であっても、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上であり、大電流の通電が可能な純銅には及ばないものの、小電流〜中電流を流す通電部材の製造に好適な素材と言える。なお、本件発明における導電率は、日本ホッキング社製のデジタル導電率計（オートシグマ３０００）で測定した値である。

また、本件出願に係る銅−亜鉛合金板条は、ＢａｄＷａｙでのＷ曲げ（Ｒ＝０）試験においてワレが発生しないレベルの曲げ加工性能を備える。再結晶焼鈍上がりの結晶粒微細化丹銅を試作し、加工を加えた場合の曲げ性の変化について研究した。一般的に、銅合金の場合には、曲げ軸を圧延方向に垂直に取った場合（ＧｏｏｄＷａｙ）に比べ、曲げ軸を圧延方向に平行に取った場合（ＢａｄＷａｙ）の方が、曲げ性が悪くなる。結晶粒径が５μｍ〜２５μｍの通常の丹銅条の場合にも、この傾向があり、加工率を上げるにしたがって、ワレが生じやすくなる。これに対し、本件出願に係る銅−亜鉛合金板条の曲げ加工性は、加工率が３０％程度までは、曲げ軸を圧延方向に平行に取った場合（ＢａｄＷａｙ）が、曲げ軸を圧延方向に垂直に取った場合（ＧｏｏｄＷａｙ）より、僅かに優れているという結果が得られた。この曲げ加工性という観点から見ると、本件出願に係る銅−亜鉛合金板条の結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下となった結晶粒微細化丹銅は、従来から知られてきた丹銅とは全く異なる性質を備えていると言える。

本件出願において、曲げ性が優れているか否かの判断に関しては、以下のように判断するものと定義する。曲げ試験における「シワ」や「ワレ」の判定は、７５倍以上の拡大が可能な実体顕微鏡で行う。このとき、板厚が厚いほど、曲げ性の評価は悪い結果となるのが通常である。本件出願に係る銅−亜鉛合金板条としては、特段の厚さの限定は無いが、曲げ性を評価する場合には、厚さ０．６４ｍｍ以下（主に０．３０ｍｍ以下）の板厚の試料を使用して行う。そして、ＧｏｏｄＷａｙ、ＢａｄＷａｙの両方向において、Ｗ曲げ（Ｒ＝０）でもワレを生ぜず、１８０度密着曲げを行ってもワレを生じない場合に、「曲げ性に優れる」と称することとする。

銅−亜鉛合金板条の製造方法の形態：本件出願に係る銅−亜鉛合金板条の製造方法は、上述の銅−亜鉛合金板条の製造方法であって、以下に示す工程１〜工程４を含むことを特徴としている。以下、工程毎に説明する。

工程１：この工程では、亜鉛含有量が６質量％〜１５質量％の丹銅組成の銅−亜鉛合金インゴットを用意する。丹銅組成の銅−亜鉛合金インゴットの製造に関しては、特段の限定は無く、公知の全ての製造方法の使用が可能である。

工程２：この工程では、当該銅−亜鉛合金インゴットを、所望の圧延手段で圧延加工して、任意の目的厚さにまで、中間圧延を行う。この工程における加工履歴に特段の限定は無いが、この工程における最終圧延を圧延率６５％以上の強加工で行って、第１中間圧延条を得ることが必要である。ここで言う「強加工」とは、圧延率で６５％〜９８％を言う。加工率が６５％未満では、結晶粒微細化が困難になり好ましくない。一方、加工率が９８％を超えると、加工時にエッジワレを生じる可能性が高くなるため好ましくない。

工程３：この工程では、工程２で得られた第１中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下となるように再結晶焼鈍を施し、第２中間圧延条とする。工程２で強加工を受けた後の第１中間圧延条は、結晶組織内に強加工による転位を高密度に内蔵しているため、電気抵抗の高い結晶組織となっている。そこで、この工程では、再結晶焼鈍を用いて、結晶組織内の転位の再編成を起こさせ転位密度を減少させ、更なる結晶粒の微細化を行う。そして、ここで得られた平均結晶粒径が４μｍ以下の結晶組織は、後述する工程４の冷間圧延加工を受けても、そのままの結晶粒径で維持される。

このときの微細粒を得る再結晶焼鈍の焼鈍条件は、焼鈍時間、加熱方式によって異なるが、加熱温度としては６００℃以下とする比較的低温の焼鈍条件を採用する事が好ましい。再結晶粒の予期せぬ粗大化を防止するためである。この段階における再結晶焼鈍が施された結晶粒微細化丹銅からなる第２中間圧延条の引張強さは、黄銅を用いた場合と比べ、未だ遙かに低いものである。

なお、ここでは、焼鈍の下限温度を記載していない。圧延という塑性加工を施された金属製品の再結晶開始温度は、圧延率等の加工率の影響を受け、焼鈍前の加工率が高いほど、再結晶開始温度が低温化する傾向にあるが、限定が困難だからである。しかし、工業的生産性を考慮すると、２００℃未満の温度では、再結晶化に長時間を要するため採用が困難となる。よって、この加熱温度の一応の下限値は、２００℃と考えることが好ましい。

工程４：この工程では、工程３で得られた第２中間圧延条に対して、圧延率が２５％〜６４％となる冷間圧延を施すことで平均結晶粒径が４μｍ以下の銅−亜鉛合金板条を得る。ここで、冷間圧延の圧延率が２５％未満では、引張強さが５００Ｎ／ｍｍ^２以上という黄銅レベルの機械的強度を得ることが出来ないため好ましくない。一方、冷間圧延の圧延率が６４％を超えると、良好な曲げ性能が得られなくなるため好ましくない。これに関し、より詳細に述べると、当該冷間圧延の圧延率が３０％を超え６０％に近づくに従い、ＢａｄＷａｙのＷ曲げ（Ｒ＝０）を実施すると、曲げ部に入るシワが、次第に深いシワになる傾向があり、当該圧延率が６４％を超えると顕著に深いシワが形成されるようになる。よって、冷間圧延の圧延率は、６４％以下とすることが好ましい。なお、念のために記載しておくが、当該冷間圧延の圧延率が６４％であっても、ＧｏｏｄＷａｙのＷ曲げ（Ｒ＝０）では、曲げ部に入るシワが、ＢａｄＷａｙに比べて浅く、１８０度密着曲げも可能である。

本件出願に係る銅−亜鉛合金板条の製造方法において、当該工程２及び工程３を複数回繰り返すことも好ましい。当該工程２及び工程３を複数回繰り返して行うことで、丹銅組織の、より安定した結晶粒の微細化が可能になるからである。

銅−亜鉛合金板条を用いた製品の形態：上述の銅−亜鉛合金板条は、その良好な導電性能と、良好な機械的強度のトータルバランスに優れたものであり、従来の丹銅が使用できなかった通電部材に好適である。例えば、車載用通電部材及び電気製品の端子コネクター、バスバー、リードフレーム等に好適である。

この実施例１では、以下のようにして、丹銅組成の銅−亜鉛合金板条を得た。なお、この実施例では、上述の工程２及び工程３を繰り返し行う方法を採用している。以下、フローでは、繰り返し行った「工程２」及び「工程３」は、「工程２’」及び「工程３’」として、分別して示している。以下、工程毎に述べる。

＜銅−亜鉛合金板条の製造＞
工程１：この工程では、Ｃｕ８７質量％、亜鉛１３質量％その他微量不純物の組成を持つ銅亜鉛合金５ｋｇを金型に鋳込み、亜鉛含有量が１３質量％の丹銅組成の銅−亜鉛合金インゴットを用意した。

工程２：当該銅−亜鉛合金インゴットを、熱間圧延した後、この工程における最終圧延として、圧延率８５％の冷間圧延を行って、第１中間圧延条を得た。

工程３：この第１中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下となるように４６０℃の温度で再結晶焼鈍を施し、第２中間圧延条とした。

工程２’：工程３で得られた第２中間圧延条に対し、圧延率８１％の冷間圧延を行って、第３中間圧延条を得た。

工程３’：この第３中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下となるように４５０℃の温度で再結晶焼鈍を施し、平均結晶粒径２μｍ、引張強さ３６０Ｎ／ｍｍ^２の微細結晶組織を備える第４中間圧延条とした。

工程４：第４中間圧延条に対して、圧延率が２８％の冷間圧延を施すことで平均結晶粒径が４μｍ以下の厚さ０．２５ｍｍの銅−亜鉛合金板条を得た。

＜銅−亜鉛合金板条の品質評価＞
工程４で得られた銅−亜鉛合金板条の性能評価を行った。その結果、引張強さは５２２Ｎ／ｍｍ^２、耐力が４９９Ｎ／ｍｍ^２、伸び率が６％、ビッカース硬度が１６０Ｈｖ、導電率が３８％ＩＡＣＳであった。また、結晶組織の平均結晶粒径は２μｍであり、工程３’で得られた第４中間圧延条と同じ結晶粒径が維持されていた。

次に、曲げ性の評価結果に関して述べる。Ｗ曲げ（Ｒ＝０）は、ＢａｄＷａｙでも、極微細なシワの発生のみであった。更に、１８０度密着曲げでは、ＧｏｏｄＷａｙでの曲げで軽いシワが発生し、ＢａｄＷａｙでの曲げでも微細なシワが発生したが、総じて曲げ性は優れていると判断できた。

この実施例２では、実施例１の工程２’、工程３’、工程４の条件等が異なるのみで、その他の工程は、同じである。よって、重複した記載を避けるため、異なる工程のみ詳細に述べることとする。

＜銅−亜鉛合金板条の製造＞
工程１、工程２、工程３：これらの工程に関しては、実施例１と同じである。

工程２’：工程３で得られた第２中間圧延条に対し、圧延率６４％の冷間圧延を行って、第３中間圧延条を得た。

工程３’：この第３中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下となるように４５０℃の温度で再結晶焼鈍を施し、平均結晶粒径３μｍ、引張強さ３５６Ｎ／ｍｍ^２の微細結晶組織を備える第４中間圧延条とした。

工程４：第４中間圧延条に対して、圧延率が６１％の冷間圧延を施すことで平均結晶粒径が４μｍ以下の厚さ０．２５ｍｍの銅−亜鉛合金板条を得た。

＜銅−亜鉛合金板条の品質評価＞
工程４で得られた銅−亜鉛合金板条の性能評価を行った。その結果、引張強さは６４２Ｎ／ｍｍ^２、耐力が６０６Ｎ／ｍｍ^２、伸び率が２％、ビッカース硬度が１８５Ｈｖ、導電率が３７％ＩＡＣＳであった。また、結晶組織の平均結晶粒径は３μｍであり、工程３’で得られた第４中間圧延条と同じ結晶粒径が維持されていた。

次に、曲げ性の評価結果に関して述べる。Ｗ曲げ（Ｒ＝０）は、ＢａｄＷａｙで、深いシワが発生していた。更に、１８０度密着曲げでは、ＧｏｏｄＷａｙでの曲げで軽いシワが発生し、ＢａｄＷａｙでの曲げでは深いシワが発生したがワレには到らず、高強度であるにも拘わらす、総じて曲げ性は良好と判断できた。

この実施例３では、実施例２と工程１の条件が異なるが、他の工程は同じである。よって重複した記載を避けるため、出来るだけ異なる工程のみ詳細に述べることにする。

＜銅−亜鉛合金板条の製造＞
工程１：この工程では、Ｃｕ９３質量％、亜鉛７質量％その他微量不純物の組成を持つ銅−亜鉛合金５ｋｇを金型に鋳込み、亜鉛含有量が７質量％の丹銅組成の銅−亜鉛合金インゴットを用意した。

工程２、工程３、工程２’、工程３：これらの工程に関しては、実施例２と同じであり、これらの工程を経て、第３中間圧延条を得た。

工程３’：この第３中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下となるように４５０℃の温度で再結晶焼鈍を施し、平均結晶粒径４μｍ、引張強さ３０７Ｎ／ｍｍ^２の微細結晶組織を備える第４中間圧延条とした。

工程４：実施例２と同じであり、第４中間圧延条に対して、圧延率が６１％の冷間圧延を施すことで平均結晶粒径が４μｍ以下の厚さ０．２５ｍｍの銅−亜鉛合金板条を得た

＜銅−亜鉛合金板条の品質評価＞
工程４で得られた銅−亜鉛合金板条の性能評価を行った。その結果、引張強さは５２８Ｎ／ｍｍ^２、耐力が５１５Ｎ／ｍｍ^２、伸び率が２％、ビッカース硬度が１５６Ｈｖ、導電率が５０％ＩＡＣＳであった。また、結晶組織の平均結晶粒径は４μｍであり、工程３’で得られた第４中間圧延条と同じ結晶粒径が維持されていた。

次に、曲げ性の評価結果に関して述べる。Ｗ曲げ（Ｒ＝０）は、ＢａｄＷａｙで、深いシワが発生していた。更に、１８０度密着曲げでは、ＧｏｏｄＷａｙでの曲げでシワが発生し、ＢａｄＷａｙでの曲げでは深いシワが発生したがワレには到らず、高強度であるにも拘わらす、総じて曲げ性は良好と判断できた。

この実施例４では、以下のようにして、丹銅組成の銅−亜鉛合金板条を得た。以下、工程毎に述べる。

＜銅−亜鉛合金板条の製造＞
工程１：この工程では、Ｃｕ９０質量％、亜鉛１０質量％その他微量不純物の組成を持つ銅亜鉛合金５ｋｇを金型に鋳込み、亜鉛含有量が１０質量％の丹銅組成の銅−亜鉛合金インゴットを用意した。

工程２’：工程３で得られた第２中間圧延条に対し、圧延率７９％の冷間圧延を行って、第３中間圧延条を得た。

工程３’：この第３中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下となるように４５０℃の温度で再結晶焼鈍を施し、平均結晶粒径２μｍ、引張強さ３３６Ｎ／ｍｍ^２の微細結晶組織を備える第４中間圧延条とした。

工程４：第４中間圧延条に対して、圧延率が３４％の冷間圧延を施すことで平均結晶粒径が４μｍ以下の厚さ０．２５ｍｍの銅−亜鉛合金板条を得た。

＜銅−亜鉛合金板条の品質評価＞
工程４で得られた銅−亜鉛合金板条の性能評価を行った。その結果、引張強さは５１８Ｎ／ｍｍ^２、耐力が５０８Ｎ／ｍｍ^２、伸び率が３％、ビッカース硬度が１５８Ｈｖ、導電率が４３％ＩＡＣＳであった。また、結晶組織の平均結晶粒径は２μｍであり、工程３’で得られた第４中間圧延条と同じ結晶粒径が維持されていた。

次に、曲げ性の評価結果に関して述べる。Ｗ曲げ（Ｒ＝０）は、ＧｏｏｄＷａｙ、ＢａｄＷａｙ共に、微細なシワの発生のみであった。更に、１８０度密着曲げでも、ＧｏｏｄＷａｙ、ＢａｄＷａｙ共に、軽度のシワが発生したが、総じて曲げ性は優れていると判断できた。

比較例

［比較例１］
この比較例１では、実施例４と同じ丹銅組成の銅−亜鉛合金を採用しているが、本件発明とは、圧延率、焼鈍温度が異なる。

工程２：当該銅−亜鉛合金インゴットを、熱間圧延した後、この工程における最終圧延として、圧延率８２％の冷間圧延を行って、第１中間圧延条を得た。

工程３：この第１中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍを超えるように６５０℃の高い温度で再結晶焼鈍を施し、第２中間圧延条とした。

工程２’：工程３で得られた第２中間圧延条に対し、圧延率５８％の冷間圧延を行って、第３中間圧延条を得た。

工程３’：この第３中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍを超えるように６５０℃の温度で再結晶焼鈍を施し、平均結晶粒径２５μｍ、引張強さ２７５Ｎ／ｍｍ^２の微細結晶組織を備える第４中間圧延条とした。

工程４：第４中間圧延条に対して、圧延率が７０％の冷間圧延を施すことで、厚さ０．２５ｍｍの銅−亜鉛合金板条を得た。

＜銅−亜鉛合金板条の品質評価＞
工程４で得られた銅−亜鉛合金板条の性能評価を行った。その結果、引張強さは５００Ｎ／ｍｍ^２、耐力が４８５Ｎ／ｍｍ^２、伸び率が３％、ビッカース硬度が１２８Ｈｖ、導電率が４２％ＩＡＣＳであった。また、結晶組織の平均結晶粒径は２５μｍであり、工程３’で得られた第４中間圧延条と同じ結晶粒径が維持されていた。

次に、曲げ性の評価結果に関して述べる。Ｗ曲げ（Ｒ＝０）は、ＧｏｏｄＷａｙではシワが入り、ＢａｄＷａｙではワレが発生した。更に、１８０度密着曲げでは、ＧｏｏｄＷａｙで深いシワが発生し、ＢａｄＷａｙではワレが発生した。従って、比較例１の銅−亜鉛合金板条は、丹銅組成であっても、良好な曲げ性を備えていないと判断できた。

［比較例２］
この比較例２では、黄銅組成の銅−亜鉛合金を採用している。そして、黄銅組成の銅−亜鉛合金板条を製造する工程には、本件出願の丹銅組成で採用した工程と同じ条件を、そのまま使用している。

＜銅−亜鉛合金板条の製造＞
工程１：この工程では、Ｃｕ６５質量％、亜鉛３５質量％、その他微量不純物の組成を持つ銅−亜鉛合金５ｋｇを金型に鋳込み、亜鉛含有量が３５質量％の黄銅組成の銅−亜鉛合金インゴットを用意した。

工程３：この第１中間圧延条に対して、４６０℃の温度で再結晶焼鈍を施し、第２中間圧延条とした。

工程３’：この第３中間圧延条に対して、結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下となるように４１５℃の温度で再結晶焼鈍を施し、平均結晶粒径２μｍ、ビッカース硬度が１５３Ｈｖ、引張強さ４８２Ｎ／ｍｍ^２の微細結晶組織を備える第４中間圧延条とした。

工程４：第４中間圧延条に対して、圧延率が２８％の冷間圧延を施すことで平均結晶粒径が３μｍ以下の厚さ０．２５ｍｍの銅−亜鉛合金板条を得た。

＜銅−亜鉛合金板条の品質評価＞
工程４で得られた黄銅組成の銅−亜鉛合金板条の性能評価を行った。その結果、引張強さは６９１Ｎ／ｍｍ^２、耐力が６３２Ｎ／ｍｍ^２、伸び率が７％、ビッカース硬度が１９６Ｈｖ、導電率が２３％ＩＡＣＳであった。また、結晶組織の平均結晶粒径は２μｍであり、工程３’で得られた第４中間圧延条と同じ結晶粒径が維持されていた。

次に、曲げ性の評価結果に関して述べる。Ｗ曲げ（Ｒ＝０）は、ＧｏｏｄＷａｙではシワが入り、ＢａｄＷａｙではワレが発生した。更に、１８０度密着曲げでは、ＧｏｏｄＷａｙで深いシワが発生し、ＢａｄＷａｙではワレが発生した。従って、黄銅組成の銅−亜鉛合金板条の製造に、本件出願に係る丹銅組成の銅−亜鉛合金板条の製造方法を適用しても、良好な曲げ性を備えることが出来ないと判断できる。

［比較例３］
この比較例３では、実施例３と同じ製造方法を採用しているが、丹銅組成の内、亜鉛含有量が６質量％未満の純銅に近い銅−亜鉛合金を採用している。よって重複した記載を避けるため、出来るだけ異なる工程のみ詳細に述べることにする。

＜銅−亜鉛合金板条の製造＞
工程１：この工程では、Ｃｕ９６質量％、亜鉛４質量％その他微量不純物の組成を持つ銅−亜鉛合金５ｋｇを金型に鋳込み、亜鉛含有量が４質量％の銅−亜鉛合金インゴットを用意した。

工程２、工程３、工程２’：これらの工程に関しては、実施例２と同じであり、これらの工程を経て、第３中間圧延条を得た。

工程３’：この第３中間圧延条に対して、実施例２と同じ４５０℃の温度で再結晶焼鈍を施し、平均結晶粒径５μｍ、引張強さ２７１Ｎ／ｍｍ^２の微細結晶組織を備える第４中間圧延条とした。

工程４：実施例２と同じであり、第４中間圧延条に対して、圧延率が６１％の冷間圧延を施すことで平均結晶粒径が５μｍの厚さ０．２５ｍｍの銅−亜鉛合金板条を得た

＜銅−亜鉛合金板条の品質評価＞
工程４で得られた銅−亜鉛合金板条の性能評価を行った。その結果、引張強さは４６３Ｎ／ｍｍ^２、耐力が４５３Ｎ／ｍｍ^２、伸び率が２％、ビッカース硬度が１３９Ｈｖ、導電率が６３％ＩＡＣＳであった。また、結晶組織の平均結晶粒径は５μｍであり、工程３’で得られた第４中間圧延条と同じ結晶粒径が維持されていた。

次に、曲げ性の評価結果に関して述べる。Ｗ曲げ（Ｒ＝０）は、ＢａｄＷａｙで、シワが発生していた。更に、１８０度密着曲げでは、ＧｏｏｄＷａｙでの曲げでシワが発生し、ＢａｄＷａｙでの曲げでは深いシワが発生したがワレには到らず、総じて曲げ性は良好と判断できた。

［実施例と比較例との対比］
最初に、実施例１〜実施例４を見ると、全ての丹銅組成を用いた実施例において、「結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下」、「引張強さが５００Ｎ／ｍｍ^２以上」、「導電率が３５％ＩＡＣＳ以上」、「ＢａｄＷａｙでのＷ曲げ（Ｒ＝０）試験においてワレが発生しないレベルの曲げ加工性能」の全ての４条件を満足している。

これに対し、比較例１では、丹銅組成を採用し、且つ、本件出願が採用する製造条件から外れる製造条件（圧延率、焼鈍温度が異なる）を採用しているが、「結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下」、「ＢａｄＷａｙでのＷ曲げ（Ｒ＝０）試験においてワレが発生しないレベルの曲げ加工性能」の２条件を満たすことができなかった。即ち、単に、丹銅組成を採用しても、上述の４条件の内、２条件を満足することが出来ないことが理解できる。

次に、比較例２では、黄銅組成を採用し、且つ、本件出願が採用する製造条件を適用しているが、「導電率が３５％ＩＡＣＳ以上」、「ＢａｄＷａｙでのＷ曲げ（Ｒ＝０）試験においてワレが発生しないレベルの曲げ加工性能」の２条件を満たすことができなかった。即ち、黄銅組成を採用して、且つ、本件出願が採用する製造条件を採用しても、上述の４条件の内、２条件を満足することが出来ないことが理解できる。

更に、比較例３では、丹銅の中でも純銅に近い組成を採用し、且つ、本件出願が採用する製造条件を適用している。純銅に近い組成を備えているため、銅−亜鉛合金としては柔らかく、合金成分量が低いため、「導電率が３５％ＩＡＣＳ以上」、「ＢａｄＷａｙでのＷ曲げ（Ｒ＝０）試験においてワレが発生しないレベルの曲げ加工性能」の２条件はクリアするが、「結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下」、「引張強さが５００Ｎ／ｍｍ^２以上」の２条件を満足しない。即ち、純銅に近い組成を採用して、本件出願に係る製造方法を採用しても、上述の４条件の全てを同時に満たせないことが明らかである。

更に、実施例２、実施例３及び比較例３は、合金組成のみが異なり、その後の加工工程は同じである。このことから、以下のような考察が可能である。実施例２、実施例３及び比較例３の製造工程は、いずれも最終工程で上限近くの加工率で圧延している。そのため、それぞれで得られた銅−亜鉛合金板条を試料の１８０度密着曲げ（ＢａｄＷａｙ曲げ）では、深いシワの発生を見ている。そこで、これらの亜鉛含有量（質量％）と、引張強さ及び導電率との関係を考えてみる。これらの３つの試料の、亜鉛含有量、引張強さ、導電率を表1に纏めて示す。

図１に示す銅−亜鉛合金の亜鉛含有量と引張強さとの関係から、亜鉛含有量が６質量％未満では、最終冷間圧延の加工率を、更に上げなければ、引張強さ５００Ｎ／ｍｍ^２以上とでき無いであろうことが理解できる。しかし、比較例３の純銅に近い組成でも、加工率を上げると、著しい加工硬化を起こして脆化するため、１８０度密着曲げでは、ワレを生じる傾向が高くなる。また、この図１から、亜鉛含有量が６質量％以上でなければ、引張強さ５００Ｎ／ｍｍ^２以上を確保することが困難と理解できる。

図２に示す銅−亜鉛合金の亜鉛含有量と導電率との関係から、導電率を３５％ＩＡＣＳ以上とするためには、銅−亜鉛合金の亜鉛含有量が１５質量％以下である必要があることが容易に理解できる。

本件発明に係る銅−亜鉛合金板条は、安価な丹銅組成でありながら、引張強さ５００Ｎ／ｍｍ^２以上、導電率３５％ＩＡＣＳ以上、優れた曲げ性を兼ね備えたトータルバランスに優れたものである。従って、従来の丹銅合金が使用できなかった、良好な強度を備える小電流〜中電流を流す通電部材として使用可能で、且つ、当該通電部材の小型化も可能となる。具体的には、端子やコネクター等の通電部材に好適である。また、本件発明に係る銅−亜鉛合金板条の製造方法は、特別な製造装置を使用する必要が無く、既存設備の利用が可能であるため、新たな設備投資を必要としない。

Claims

銅と不可避不純物を除き残部が亜鉛である銅−亜鉛合金からなる銅−亜鉛合金板条において、
当該銅−亜鉛合金は、亜鉛含有量が６質量％〜１５質量％の丹銅組成を備え、その結晶組織を構成する結晶粒の平均結晶粒径が４μｍ以下であり、引張強さが５００Ｎ／ｍｍ ^２以上、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上であり、ＢａｄＷａｙでのＷ曲げ（Ｒ＝０）試験においてワレが発生しないレベルの曲げ加工性能を備えることを特徴とする銅−亜鉛合金板条。
請求項１に記載の銅−亜鉛合金板条を用いて得られる通電部材。