JP6736631B2 - チタン銅、チタン銅の製造方法及び電子部品 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態に係るチタン銅においては、Ti濃度を2.0〜4.5質量%とする。チタン銅は、溶体化処理によりCuマトリックス中へTiを固溶させ、時効処理により微細な析出物を合金中に分散させることにより、強度及び導電率を上昇させる。
Ti濃度が2.0質量%未満になると、析出物の析出が不充分となり所望の強度が得られない。Ti濃度が4.5質量%を超えると、加工性が劣化し、圧延の際に材料が割れやすくなる。強度及び加工性のバランスを考慮すると、好ましいTi濃度は2.5〜3.5質量%である。
本発明の実施の形態に係るチタン銅においては、Fe、Co、Ni、Cr、Zn、Zr、P、B、Mo、V、Nb、Mn、Mg、及びSiからなる群から選択される第三元素の1種以上を含有させることにより、強度を更に向上させることができる。但し、第三元素の合計濃度が0.5質量%を超えると、加工性が劣化し、圧延の際に材料が割れやすくなる。そこで、これら第三元素は合計で0〜0.5質量%含有することができ、強度及び加工性のバランスを考慮すると、上記元素の1種以上を総量で0.1〜0.4質量%含有させることが好ましい。なお、添加元素ごとには、Zr、P、B、V、MgおよびSiは0.01〜0.15質量%、Fe、Co、Ni、Cr、Mo、NbおよびMnは0.01〜0.3質量%、Znは0.1〜0.5質量%含有させることができる。
本発明の実施の形態に係るチタン銅においては、RD方向の逆極点図において<111>の極密度を一定の範囲に制御すること、且つ<101>と<001>の極密度の関係を一定の関係にすることが特徴である。具体的には、<111>の極密度が2.5〜4.5であり、<101>の極密度よりも<001>の極密度が高いこととする。この両条件を満たせば、耐応力緩和特性をより向上させることができる。
(a)SEM条件
・ビーム条件:加速電圧15kV、照射電流量5×10-8A
・ワークディスタンス:25mm
・観察視野:150μm×150μm
・観察面:圧延面
・観察面の事前処理:リン酸67%+硫酸10%+水の溶液中で15V×60秒の条件で電解研磨して組織を現出
(b)EBSD条件
・測定プログラム:OIM Data Collection
・データ解析プログラム:OIM Analysis(Ver.5.3)
・ステップ幅:0.25μm
本発明の実施の形態に係るチタン銅は優れた耐応力緩和特性を有することができる。一実施形態においては、チタン銅を300℃で10時間保持した後の応力緩和率が10%以下であるという特徴を有する。
強度、曲げ加工性及び疲労特性をバランス良く高める観点から、本発明に係るチタン銅の一実施形態においては、圧延面における平均結晶粒径を2〜30μmの範囲に制御することが好ましく、2〜15μmの範囲に制御することがより好ましく、2〜10μmの範囲に制御することが更により好ましい。
本発明の実施の形態に係るチタン銅においては一実施形態において、圧延方向に平行な方向での0.2%耐力が800MPa以上を達成することができる。本発明に係るチタン銅の0.2%耐力は好ましい実施形態において850MPa以上であり、更に好ましい実施形態において900MPa以上であり、更に好ましい実施形態においては950MPa以上である。
本発明に係るチタン銅の一実施形態においては、厚みを1.0mm以下とすることができ、典型的な実施形態においては厚みを0.02〜0.8mmとすることができ、より典型的な実施形態においては厚みを0.05〜0.5mmとすることができる。
本発明に係るチタン銅は種々の伸銅品、例えば板、条、管、棒及び線に加工することができる。本発明に係るチタン銅は、限定的ではないが、スイッチ、コネクタ、オートフォーカスカメラモジュール、ジャック、端子(特に、バッテリー端子)、リレー等の電子部品における導電材やばね材として好適に使用することができる。これらの電子部品は例えば車載部品や電気・電子機器用部品として使用可能である。
以下、本発明の実施の形態に係るチタン銅の製造方法は、Tiを2.0〜4.5質量%含有し、第三元素としてFe、Co、Ni、Cr、Zn、Zr、P、B、Mo、V、Nb、Mn、Mg、及びSiからなる群から選択された1種以上を合計で0〜0.5質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなるチタン銅のインゴットを鋳造し、熱間圧延した後、冷間圧延工程及びその後の最終溶体化処理工程を行うことを含む。以下に、本実施形態に係るチタン銅の好適な製造例について、工程毎に順次説明する。
溶解及び鋳造によるインゴットの製造は、基本的に真空中又は不活性ガス雰囲気中で行う。溶解において添加元素の溶け残りがあると、強度の向上に対して有効に作用しない。よって、溶け残りをなくすため、FeやCr等の高融点の第三元素は、添加してから十分に攪拌したうえで、一定時間保持する必要がある。一方、TiはCu中に比較的溶け易いので第三元素の溶解後に添加すればよい。従って、Cuに、Fe、Co、Ni、Cr、Zn、Zr、P、B、Mo、V、Nb、Mn、Mg、及びSiからなる群から選択される1種以上を合計で0〜0.5質量%含有するように添加し、次いでTiを2.0〜4.5質量%含有するように添加してインゴットを製造することが望ましい。
インゴット製造時に生じた凝固偏析や晶出物は粗大なので均質化焼鈍でできるだけ母相に固溶させて小さくし、可能な限り無くすことが望ましい。これは曲げ割れの防止に効果があるからである。具体的には、インゴット製造工程後には、900〜970℃に加熱して3〜24時間均質化焼鈍を行った後に、熱間圧延を実施するのが好ましい。液体金属脆性を防止するために、熱延前及び熱延中は960℃以下とし、且つ、元厚から全体の圧下率が80%までのパスは700℃以上とするのが好ましい。
熱間圧延後、冷間圧延を行う。冷間圧延の加工度は典型的には60%以上とする。パスあたりの加工度は、当該パスによる圧延を行う前のインゴットの厚さをT0、当該パスによる圧延が終了した時のインゴットの厚さをTとすると、式(2)により求められる。
加工度(%)={(T0−T)/T0}×100 ・・・(2)
次いで、焼鈍を実施することができる。焼鈍の条件は典型的には900℃で1〜5分とする。この冷間圧延及び焼鈍は必要に応じて適宜繰り返すことができる。
冷間圧延及び焼鈍を適宜繰り返した後、第一溶体化処理を行うのが好ましい。ここで予め溶体化を行っておく理由は、最終の溶体化処理での負担を軽減させるためである。すなわち、最終の溶体化処理では、第二相粒子を固溶させるための熱処理ではなく、既に溶体化されてあるのだから、その状態を維持しつつ再結晶のみ起こさせればよいので、軽めの熱処理で済む。具体的には、第一溶体化処理は加熱温度を850〜900℃とし、2〜10分間行えばよい。そのときの昇温速度及び冷却速度においても極力速くし、ここでは第二相粒子が析出しないようにするのが好ましい。なお、第一溶体化処理は行わなくても良い。
次いで 中間圧延を行う。中間圧延の加工度は典型的には60%以上とする。
最終の溶体化処理では、析出物を完全に固溶させることが望ましいが、完全に無くすまで高温に加熱すると、結晶粒が粗大化しやすいので、加熱温度は第二相粒子組成の固溶限付近の温度とする。具体的には、Tiの添加量(質量%)をXとする場合、加熱温度(℃)を52×X+610〜52×X+680の範囲とする。
最終の溶体化処理に引き続いて最終の冷間圧延を行う。最終の冷間加工によって強度を高めることができるが、良好な耐応力緩和特性を得るためには、加工度を5〜50%、更には20〜40%とすることが望ましい。
最終の冷間圧延に引き続いて時効処理を行う。材料温度300〜500℃で1〜50時間加熱することが好ましく、材料温度350〜450℃で10〜30時間加熱することがより好ましい。時効処理は、酸化被膜の発生を抑制するためにAr、N2、H2等の不活性雰囲気で行うことが好ましい。
Tiを2.0〜4.5質量%含有し、第三元素としてFe、Co、Ni、Cr、Zn、Zr、P、B、Mo、V、Nb、Mn、Mg、及びSiからなる群から選択された1種以上を合計で0〜0.5質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなるチタン銅のインゴットを鋳造する工程と、
当該インゴットに対し、1パスあたりの圧縮歪を0.05〜0.15とし、最終パスの歪速度が15.0〜25.0/sとなるように処理する熱間圧延工程と、
Tiの添加量(質量%)をXとする場合に、加熱温度(℃)を52×X+610〜52×X+680とし、保持時間を20〜200秒で処理する最終溶体化処理工程とを含む。
(0.2%耐力)
JIS13B号試験片を作製し、上述した測定方法に従い引張試験機を用いて圧延方向と平行な方向の0.2%耐力を測定した。
各試験片の板面(圧延面)を研磨したのちエッチングし、これに対しEBSD(Electron Back Scatter Diffraction:電子後方散乱回折)測定における結晶方位解析により、EBSDに付属している解析ソフト(例:TSLソリューションズ社製のOIM Analysis)を用いて、方位差5°以上を結晶粒界とみなした場合における平均結晶粒径を測定した。
圧延面に対するEBSD(Electron Back Scatter Diffraction:電子後方散乱解析)測定における結晶方位解析において、EBSDに付属している解析ソフト(例えば、TSLソリューションズ社製のOIM Analysis)を用いてRD方向の逆極点図を測定し、<111>、<101>、<001>の極密度を評価し、<101>の極密度より<001>の極密度が高いものを「○」、<101>の極密度が<001>の極密度以下のものを「×」とした。
試験片を300℃で10時間保持した後の応力緩和率を測定した。幅10mm、長さ100mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取した。図1のように、l=50mmの位置を作用点として、試験片にy0のたわみを与え、圧延方向の0.2%耐力の80%に相当する応力(s)を負荷した。y0は次式により求めた。
y0=(2/3)・l2・s / (E・t)
ここで、Eは圧延方向のヤング率であり、tは試料の厚みである。300℃にて10時間加熱後に除荷し、図2のように永久変形量(高さ)yを測定し、応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]×100(%)}を算出した。
応力緩和率が10%以下の場合、耐応力緩和特性が良好(○)とみなした。
Claims (6)
- Tiを2.0〜4.5質量%含有し、第三元素としてFe、Co、Ni、Cr、Zn、Zr、P、B、Mo、V、Nb、Mn、Mg、及びSiからなる群から選択された1種以上を合計で0〜0.5質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、圧延方向の逆極点図において<111>の極密度が2.5〜4.5であり、<101>の極密度よりも<001>の極密度が高いことを特徴とするチタン銅。
- 300℃で10時間保持後の応力緩和率が、10%以下である請求項1に記載のチタン銅。
- 圧延面に対するEBSD測定における結晶方位解析において、方位差5°以上を結晶粒界とみなしたときの平均結晶粒径が、2〜30μmである請求項1又は2に記載のチタン銅。
- JIS−Z2241(2011)に従って引張試験を行ったときの、圧延方向に平行な方向における0.2%耐力が800MPa以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載のチタン銅。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載のチタン銅を備えた電子部品。
- Tiを2.0〜4.5質量%含有し、第三元素としてFe、Co、Ni、Cr、Zn、Zr、P、B、Mo、V、Nb、Mn、Mg、及びSiからなる群から選択された1種以上を合計で0〜0.5質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなるチタン銅のインゴットを鋳造し、熱間圧延した後、冷間圧延工程及びその後の最終溶体化処理工程を行うことを含む請求項1〜4の何れか一項に記載のチタン銅の製造方法であって、
熱間圧延工程が、前記インゴットに対し、1パスあたりの圧縮歪を0.05〜0.15、最終パスの歪速度を15.0〜25.0/sとなるように処理し、
前記最終溶体化処理工程が、Tiの添加量(質量%)をXとする場合に、加熱温度(℃)を52×X+610〜52×X+680とし、保持時間を50〜200秒で処理すること
を特徴とするチタン銅の製造方法。
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