JP5793278B2

JP5793278B2 - Ｃｒ含有銅合金線の製造方法

Info

Publication number: JP5793278B2
Application number: JP2009033090A
Authority: JP
Inventors: 徳和石田; 訓熊谷
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: JP2010189678A

Description

本発明は、直径８０μｍ以下の極細線を製造する際の素材として使用されるＣｒ含有銅合金線の製造方法に関する。

従来、配線材料として使用される直径８０μｍ以下の極細線には、例えば特許文献１、２に開示されているように、Ｓｎ入り銅線やＡｇ入り銅線等の純銅系の銅線が使用されている。これら純銅系の銅線においては、直径８０μｍ以下の極細線にまで伸線した際には、銅線内に混入した耐火物や鉄粉等の異物が原因の断線が発生することがある。このため、従来より、これらの異物を除去する様々な方法が提案されている。

また、最近では、配線材料においては、細線化に伴って高強度化が強く求められている。そこで、配線材料を製造する際の素材として、例えば特許文献３に示すように、Ｃｒを含有したＣｒ含有銅合金線が提供されている。

特開２００２−１２１６２９号公報特開２００１−１４８２０６号公報特開２０００−０７３１５３号公報

しかしながら、Ｃｒ含有銅合金線においては、直径８０μｍ以下の極細線にまで伸線した際には、前述の耐火物や鉄粉等の異物のみでなく、銅合金線内に存在する未溶解ＣｒやＣｒ炭化物が断線の原因となっていた。これにより、従来のＳｎ入り銅線やＡｇ入り銅線等の純銅系の銅線に比べて、断線不良が発生し易いといった問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、Ｃｒを含有して高強度化を図ることができるとともに直径８０μｍ以下の極細線にまで伸線した際の断線の発生を抑えることができるＣｒ含有銅合金線の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のＣｒ含有銅合金線の製造方法は、直径８０μｍ以下の極細線を製造する際の素材として使用されるＣｒを０．１質量％以上１．５質量％以下含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有するＣｒ含有銅合金線の製造方法であって、銅原料を溶解して溶銅を生成する溶銅生成工程と、前記溶銅中に金属Ｃｒを添加するＣｒ添加工程と、Ｃｒが添加された溶銅を鋳造する鋳造工程と、を有し、前記Ｃｒ添加工程において添加される金属Ｃｒ中の炭素量が質量比で１５０ｐｐｍ以下とされ、前記金属Ｃｒの粒径が１００ｍｅｓｈ以上５ｍｍ以下とされていることを特徴としている。

この構成のＣｒ含有銅合金線の製造方法によれば、溶銅中に添加される金属Ｃｒ中の炭素量が質量比で１５０ｐｐｍ以下とされているので、活性元素であるＣｒと炭素との反応を抑制でき、Ｃｒ炭化物の生成を抑えることが可能となる。また、金属Ｃｒの表層にＣｒ炭化物が生成されることも抑制されるので、金属Ｃｒと溶銅とを確実に接触させることで、金属Ｃｒの溶解を促進することができる。
また、溶銅中に添加される金属Ｃｒの粒径が１００ｍｅｓｈ以上とされているので、溶銅中に添加した際に金属Ｃｒ粉末同士が凝集してしまうことを防止でき、金属Ｃｒの溶解を促進することができる。また、金属Ｃｒの粒径が小さい程炭素と接触する表面積の割合が増加するため、Ｃｒ炭化物が発生しやすくなる。そこで、金属Ｃｒの粒径が１００ｍｅｓｈ以上とすることでＣｒ炭化物の発生を抑制することもできる。また、前記金属Ｃｒの粒径が５ｍｍ以下とされているので、金属Ｃｒを溶解させるために必要な時間を短くすることができ、金属Ｃｒの溶解を促進することができる。
これらの作用により、粒径５０μｍ以上の未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物の発生を抑制することが可能となり、極細線に加工した際の断線の発生を抑制可能なＣｒ含有銅合金線を製出することができる。

ここで、前述のＣｒ含有銅合金線の製造方法において、前記溶銅中に０．０１質量％以上０．１５質量％以下のＺｒを添加するＺｒ添加工程を備えていてもよい。
この場合、ＣｒとともにＺｒを添加することになり、さらに高強度化したＣｒ含有銅合金線を製出することができる。

本発明によれば、Ｃｒを含有して高強度化を図ることができるとともに直径８０μｍ以下の極細線にまで伸線した際の断線の発生を抑えることができるＣｒ含有銅合金線の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態であるＣｒ含有銅合金線の素材であるＣｒ含有銅合金鋳塊を製出する製造装置の説明図である。本発明の実施形態であるＣｒ含有銅合金線の製造方法のフロー図である。

以下に、本発明の実施形態に係るＣｒ含有銅合金線及びＣｒ含有銅合金線の製造方法について添付した図面を参照して説明する。
図１に、本実施形態であるＣｒ含有銅合金線の素材となる鋳塊を製造するＣｒ含有銅合金鋳塊の製造装置の概略を示す。

図１に示すＣｒ含有銅合金鋳塊の製造装置は、最上流部に配置された溶解炉１１と、その下流に配置された加熱炉１２と、加熱炉１２の下流に配置されたタンディッシュ１３と、溶解炉１１から加熱炉１２までをつなぐ溶湯供給路１４と、加熱炉１２とタンディッシュ１３とをつなぐ樋１５と、タンディッシュ１３に備えられた合金元素添加手段１６と、を備えている。なお、本実施形態では、図１に示すように、加熱炉１２に別の合金元素添加手段１９が設けられている。
ここで、本実施形態においては、溶解炉１１が低周波誘導炉とされ、加熱炉１２が高周波誘導炉とされている。

加熱炉１２は、その外形が略円筒状とされ、その内部に貯留槽１２ａが設けられ、貯留槽１２ａに貯留された溶銅を高温（例えば１４００℃）に加熱できる加熱手段として高周波誘導コイルが設けられている。加熱炉１２内は、非酸化性雰囲気とされ、例えば、アルゴン等の不活性ガスで充満されている。ここで、排出口１２ｂと樋１５とが非酸化性雰囲気によってシールされた状態で接続されており、非酸化性雰囲気を保持したままで加熱炉１２から樋１５へ溶銅の排出が行なわれる構成とされている。

加熱炉１２の下流側には、タンディッシュ１３が配置され、加熱炉１２とタンディッシュ１３とは、樋１５によって接続されている。
タンディッシュ１３は溶銅を１ｔ程度保持するものであり、タンディッシュ１３の内部の溶銅は、一定以上の流速で流れている。このタンディッシュ１３の上部には合金元素添加手段１６が設けられており、この合金元素添加手段１６の装入口１６ａから金属Ｃｒ又は金属Ｚｒを連続的にまたは間欠的に装入すると、タンディッシュ１３内に開口された開口部１６ｂより、タンディッシュ１３内を流れる溶銅中に金属Ｃｒ又は金属Ｚｒが添加される。
また、タンディッシュ１３の底面側には、溶湯排出口１３ａが設けられている。この溶湯排出口１３ａにはノズル１３ｂが接続されており、ノズル１３ｂの下方には黒鉛鋳型１８が配置されている。

次に、前述のような構成とされたＣｒ含有銅合金鋳塊の製造装置を利用したＣｒ含有銅合金線の製造方法について説明する。図２に、本実施形態であるＣｒ含有銅合金線の製造方法のフロー図を示す。
まず、溶解炉１１（低周波誘導炉）に銅原料を投入して溶解し、溶銅を生成する（溶銅生成工程Ｓ１）。生成された溶銅を、溶湯供給路１４を介して高周波誘導炉に供給し、加熱炉１２の貯留槽１２ａに貯留された溶銅の温度を上昇させる（溶銅加熱工程Ｓ２）。

加熱炉１２の貯留槽１２ａに貯留された溶銅は樋１５を介してタンディッシュ１３へと供給される。そして、このタンディッシュ１３に備えられた合金元素添加手段１６によって、溶銅中に金属Ｃｒ及び金属Ｚｒを添加する（Ｃｒ添加工程Ｓ３及びＺｒ添加工程Ｓ４）。これらＣｒ添加工程Ｓ３及びＺｒ添加工程Ｓ４によって、Ｃｒを０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｚｒを０．０１質量％以上０．１５質量％以下、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有するＣｒ含有銅合金溶湯が連続的に製出される。

タンディッシュ１３内のＣｒ含有銅合金溶湯は、溶湯排出口１３ａに接続されたノズル１３ｂを介して黒鉛鋳型１８内に供給され、黒鉛鋳型１８で冷却されることにより、Ｃｒを０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｚｒを０．０１質量％以上０．１５質量％以下、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有するＣｒ含有銅合金鋳塊が得られる（鋳造工程Ｓ５）。なお、本実施形態では、鋳造工程Ｓ５において、直径２００ｍｍ〜３００ｍｍの円柱状鋳塊（いわゆるビレット）を製出する。

このようにして得られたＣｒ含有銅合金鋳塊を、高温（９００〜９５０℃）に加熱して押出加工を行い、直径１０〜１６ｍｍの銅棒材を製出する（押出工程Ｓ６）。得られた銅棒材に対して引抜加工及び焼鈍処理を行って所定寸法（例えば直径０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ）のＣｒ含有銅合金線を製出する（伸線工程Ｓ７）。このようにして、Ｃｒを０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｚｒを０．０１質量％以上０．１５質量％以下、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有するＣｒ含有銅合金線が製出される。

ここで、Ｃｒ添加工程Ｓ３においては、金属Ｃｒの粉状物を添加する。この金属Ｃｒは、その製造過程において黒鉛部材の使用を抑えることによって、炭素の含有量が質量比で１５０ｐｐｍ以下とされている。また、添加される金属Ｃｒの粉状物は、篩い分けされており、その粒径が、１００ｍｅｓｈ以上５ｍｍ以下とされており、より好ましくは、６０ｍｅｓｈ以上５ｍｍ以下とされている。

こうして製出された本実施形態であるＣｒ含有銅合金線は、前述のようにＣｒ添加工程Ｓ３において添加される金属Ｃｒの粒状物の炭素量及び粒径が規定されていることから、金属Ｃｒの溶解が促進されており、粒径５０μｍ以上の未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物の個数が、３ｋｇ当たり２個以下とされているのである。

このような構成とされた本実施形態であるＣｒ含有銅合金線によれば、粒径５０μｍ以上の未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物の個数が３ｋｇ当たり２個以下とされているので、直径８０μｍ以下の極細線にまで加工した際に、未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物に起因する断線の発生を防止することができる。これにより、直径８０μｍ以下の極細線の製造効率を大幅に向上させることができる。また、Ｃｒ含有銅合金線は、純銅系の銅線に比べて高強度であるので、極細線の高強度化を図って極細線使用時の断線を抑制することができ、品質の安定した極細線を製出することが可能となる。

また、本実施形態であるＣｒ含有銅合金線は、Ｃｒを０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｚｒを０．０１質量％以上０．１５質量％以下、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有しているので、Ｃｒ含有銅合金線のさらなる高強度化を図ることができるとともに、銅中に溶解したＣｒ，Ｚｒの一部から粗大な析出物が発生することを防止して極細線加工時や使用時の断線の発生を確実に抑制することができる。

さらに、本実施形態であるＣｒ含有銅合金線の製造方法によれば、溶解炉１１（低周波誘導炉）に銅原料を投入して溶解して溶銅を生成する溶銅生成工程Ｓ１と、溶銅中に金属Ｃｒを添加するＣｒ添加工程Ｓ３と、溶銅中に金属Ｚｒを添加するＺｒ添加工程Ｓ４と、得られたＣｒ含有銅合金溶湯を鋳造する鋳造工程Ｓ５と、得られたＣｒ含有銅合金鋳塊を押出加工する押出工程Ｓ６と、得られた銅棒材を伸線して所定寸法のＣｒ含有銅合金線を製出する伸線工程Ｓ７とを備えており、Ｃｒ添加工程Ｓ３において添加される金属Ｃｒの炭素含有量が質量比で１５０ｐｐｍ以下とされているので、活性元素であるＣｒと炭素との反応を抑制でき、Ｃｒ炭化物の生成を抑えることが可能となる。また、金属Ｃｒの表層にＣｒ炭化物が生成されることも抑制されるので、金属Ｃｒと溶銅とを確実に接触させることで、金属Ｃｒの溶解を促進することができる。

また、Ｃｒ添加工程Ｓ３において添加される金属Ｃｒの粒径が１００ｍｅｓｈ以上５ｍｍ以下、より好ましくは６０ｍｅｓｈ以上５ｍｍ以下とされているので、溶銅中に添加した際に金属Ｃｒ粉末同士が凝集してしまうことを防止でき、金属Ｃｒの溶解を促進することができる。なお、金属Ｃｒの粒径が小さい程炭素と接触する表面積の割合が増加するため、Ｃｒ炭化物が発生しやすくなる。そこで、金属Ｃｒの粒径が１００ｍｅｓｈ以上とすることでＣｒ炭化物の混入を抑制することもできる。また、前記金属Ｃｒの粒径が５ｍｍ以下とされているので、金属Ｃｒを溶解させるために必要な時間を短くすることができ、金属Ｃｒの溶解を促進することができる。

このような作用効果により、粒径５０μｍ以上の未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物の発生を抑制し、粒径５０μｍ以上の未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物の個数が３ｋｇ当たり２個以下とすることができ、極細線に加工した際の断線の発生を抑制可能なＣｒ含有銅合金線を製出することができる。
また、溶銅中に金属Ｚｒを添加するＺｒ添加工程Ｓ４を備えているので、Ｃｒを０．１質量％以上１．５質量％以下、Ｚｒを０．０１質量％以上０．１５質量％以下、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有するＣｒ含有銅合金線を確実に製出することができる。

さらに、本実施形態においては、加熱炉１２の下流側に配設されたタンディッシュ１３内において、金属Ｃｒ及び金属Ｚｒを添加する構成としているので、加熱炉１２において溶銅の温度を高くした状態で金属Ｃｒ及び金属Ｚｒを添加することが可能となり、これら金属Ｃｒ及び金属Ｚｒの溶解を促進でき、未溶解Ｃｒ等の発生を抑制できるとともに、成分値が安定した銅合金溶湯を連続的に製造することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、Ｚｒ添加工程を備え、Ｚｒを含有するＣｒ含有銅合金線を製出するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｚｒを含有しないＣｒ含有銅合金線であってもよい。また、Ｚｒ以外の添加元素が添加されていてもよい。

さらに、鋳造工程を、黒鉛鋳型を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の鋳型を使用しても良いし、あるいは、ベルトキャスター方式の連続鋳造機の鋳型内に銅合金溶湯を注入して、連続鋳造・圧延を行っても良い。このように連続鋳造・圧延を行う場合には、押出工程を省略することが可能となる。

以下に、前述した本実施形態であるＣｒ含有銅合金線の製造方法によって得られたＣｒ含有銅合金線の伸線結果について説明する。
なお、本実施例では、Ｃｒ添加工程において添加される金属Ｃｒとして、炭素含有量が質量比で１００ｐｐｍ以下、粒径が６０ｍｅｓｈ以上５ｍｍ以下のものを使用した。そして、目標組成をＣｒ：０．１質量％、Ｚｒ：０．１５質量％、残部がＣｕと不可避不純物としてＣｒ含有銅合金線を製出した。なお、Ｃｒ含有銅合金線の直径を約８ｍｍとした。
従来例として、低周波溶解炉中において、Ｃｒ及びＺｒを添加してＣｒ含有銅合金線を製出した。なお、ＣｒやＺｒの添加には母合金を使用した。

これらのＣｒ含有銅合金線を直径８０μｍの極細線に伸線加工し、断線が発生した場合には、破断面を観察し、未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物の有無を確認した。評価結果を表１に示す。

従来例においては、３ｋｇ（直径８０μｍで長さ約６７ｋｍ）分伸線した段階で、断線が７回発生した。破断面を観察した結果、断線７回中５回分の破断面で未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物が確認された。
一方、実施例においては、３ｋｇ（直径８０μｍで長さ約６７ｋｍ）分伸線した段階で、断線が１回発生したが、破断面を観察した結果、未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物は確認されなかった。

以上のことから、本発明によれば、未溶解Ｃｒ及びＣｒ炭化物の発生を抑制して、直径８０μｍ以下の極細線に加工する際における断線の発生回数を大幅に低減可能なＣｒ含有銅合金線を提供できることが確認された。

Ｓ１溶銅生成工程
Ｓ３Ｃｒ添加工程
Ｓ４Ｚｒ添加工程
Ｓ５鋳造工程

Claims

直径８０μｍ以下の極細線を製造する際の素材として使用されるＣｒを０．１質量％以上１．５質量％以下含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有するＣｒ含有銅合金線の製造方法であって、
銅原料を溶解して溶銅を生成する溶銅生成工程と、前記溶銅中に金属Ｃｒを添加するＣｒ添加工程と、Ｃｒが添加された溶銅を鋳造する鋳造工程と、を有し、
前記Ｃｒ添加工程において添加される金属Ｃｒ中の炭素量が質量比で１５０ｐｐｍ以下とされ、前記金属Ｃｒの粒径が１００ｍｅｓｈ以上５ｍｍ以下とされていることを特徴とするＣｒ含有銅合金線の製造方法。
請求項１に記載のＣｒ含有銅合金線の製造方法であって、
前記溶銅中に０．０１質量％以上０．１５質量％以下のＺｒを添加するＺｒ添加工程を備えていることを特徴とするＣｒ含有銅合金線の製造方法。