JP6816056B2 - 銅合金材料、電子部品、電子機器及び銅合金材料の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、銅合金材料、電子部品、電子機器及び銅合金材料の製造方法に関する。より具体的には、本発明は、Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上とＳｉとを含有する銅合金材料、電子部品、電子機器及び銅合金材料の製造方法に関する。
コネクタ、スイッチ、リレー、ピン、端子、リードフレーム等の各種電子部品に使用される電子材料用銅合金には、基本特性として高強度及び高導電性（又は熱伝導性）を両立させることが要求される。近年、電子部品の高集積化及び小型化・薄肉化・軽量化が急速に進み、これに対応して電子機器部品に使用される銅合金に対する要求レベルはますます高度化している。
より具体的には、銅合金は電子部品用にプレス加工されるが、このプレス加工品にも小型化・薄肉化が要求される。プレス加工品が小型化すると、銅合金には加工性の向上が要求される。
たとえば、銅合金の板、条及び箔の曲げ加工にあっては、プレス加工品が小型化するとそれに伴い曲げ半径も小さくなり、より厳しい曲げ加工となる。この場合は、銅合金の板、条及び箔の曲げ性を向上させれば良い。
絞り加工にあっても同様であり、プレス加工品が小型化・薄肉化するとより厳しい加工となる。この場合もまた、銅合金の板、条及び箔の絞り加工性を向上させれば良い。絞り加工にあっては、特に、薄肉化すると減肉又は流動することが可能な容量が少なくなるため、絞り加工において破断しやすくなる。したがって、プレス加工品を軽量化するために薄肉化をする場合、単に薄肉化するだけでなく、薄肉化に応じて絞り加工性も併せて改善する必要がある。逆に、厚みが薄くない場合は絞り加工性は問題とならならず、絞り加工性の点からは厚みが厚いことが好ましい。
ここで、絞り加工は、曲げ加工より過酷な加工であり、絞り加工性を向上させることは曲げ加工性を向上させることよりも難しい。それは、曲げ加工における銅合金の塑性変形は一の方向のみで生じるのに対し、絞り加工における銅合金の塑性変形は全方向で連続して生じるからである。したがって、プレス加工する銅合金にはプレス加工に応じた延性が必要であるところ、絞り加工をする銅合金は、曲げ加工をする銅合金に比べより高い延性が必要である。そのため、絞り加工性の良好な銅合金は曲げ加工性が必ず良好である。逆に、曲げ加工性の良好な銅合金は、一の方向又は二の方向のみに特化した塑性変形に着目しているので、偏った合金の設計がされ絞り加工性がかえって劣化している蓋然性が高い。
ここで、銅合金の板、条及び箔の延性は、引張試験において測定される伸びによって表示される。伸びが高いものは、延性が優れプレス加工性が優れる。伸びが低いものは、延性が劣りプレス加工性が劣る。
特許文献１では、絞り加工に適したＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条を提供することを目的とし、ラングフォード値ｒが０．９以上である銅合金条を開示している。
電子材料用銅合金のひとつであるりん青銅（ＪＩＳＨ３１１０：２０１２年「りん青銅及び洋白の板並びに条」）は、溶解鋳造においてすずを添加し硬化させる銅合金であり、延性が優れプレス加工性が優れる。りん青銅の製造においては、コルソン合金の製造で行う時効処理を行うことはない。りん青銅の製造においてコルソン合金の製造で行うように時効処理を行っても、硬化し高導電化することはないからである。
ところが、再結晶焼鈍及び冷間圧延を行うだけでなく、時効処理により硬化し高導電化するコルソン合金の場合、時効処理において延性が著しく低下する。たとえば、最も延性のあるもの同士で比較すると、引張試験で測定される伸び率で比較すると、りん青銅の場合は４０％程度、コルソン合金の場合は２０％程度である。そして、延性が劣るため、コルソン合金は絞り加工性に劣る。
一方、時効処理は、コルソン合金の特徴である硬化及び高導電化のために必須の工程であり省略することはできない。
また、特許文献１では、絞り加工性を改善した銅合金を開示しており、更には、のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条の厚みについて、０．０３〜０．６ｍｍを教示している。しかしながら、特許文献１の実施例で開示しているのは０．２ｍｍレベルであった。
本発明は、絞り加工性に優れるコルソン合金の板、条及び箔を提供することを目的とする。
本発明者らが調べたところ、各種電子部品に使用される電子材料用銅合金の板、条及び箔が絞り加工されたプレス加工品の形状は、円筒又は直方体であった。円筒又は直方体のうち、割れが発生しやすいのは。直方体のプレス加工品であった。さらに、直方体のプレス加工品に発生した割れが軽微なものである場合、応力が圧延方向と４５度の方向で作用し、塑性変形が圧延方向と４５度の方向で生じたのち、破断し割れが進展した様相を呈していた。すなわち、割れは直方体の角で発生し、割れの進展方向は圧延方向と４５度の方向であった。
このことから、直方体の絞り加工においては、直方体の角で塑性変形が最も進行し、塑性変形の方向は圧延方向と４５度の方向であると考えられる。したがって、コルソン合金の板、条及び箔において、圧延方向と４５度方向の延性、すなわち引張試験における伸び率を向上させることにより、絞り加工性は向上する。
以上の知見に基づいて、本発明は、以下のように特定される。
以上の知見に基づいて、本発明は、以下のように特定される。
（発明１）
Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で０．５〜５．０質量％、
Ｓｉを０．１〜１．２質量％含有し、
残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金材料であり、
前記銅合金材料は、条、板又は箔であり、
前記銅合金材料の厚みは、０．１８ｍｍ以下であり、
長手方向に平行な方向における伸びを伸び（平行）とし、長手方向に４５度の方向における伸びを伸び（４５度）とするとき、伸び（平行）と伸び（４５度）との比、伸び（４５度）／伸び（平行）が０．６０〜１．２０である、銅合金材料。
（発明２）
Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ａｇ、Ｂのうち１種以上を総量で０．００５〜３．０質量％更に含有する発明１の銅合金材料。
（発明３）
発明１又は２に記載の銅合金材料を備える電子部品
（発明４）
発明３の電子部品を備える電子機器。
（発明５）
発明１又は２に記載の銅合金材料の製造方法であって、前記方法は、
溶解鋳造工程と、
熱間圧延工程と、
第一冷間圧延工程と、
第一溶体化処理工程と、
第二冷間圧延工程と、
第二溶体化処理工程と、
第三冷間圧延工程と、
第三溶体化処理工程と、
時効処理工程と、
最終冷間圧延工程と、
を含み、
前記第二冷間圧延工程における加工度が４０％以上５０％以下であり、
前記第三冷間圧延工程における加工度が４０％以上５０％以下であり、
前記第一溶体化処理工程及び第二溶体化処理工程が、結晶粒度を０．０２０ｍｍ〜０．０４０ｍｍに調整することを含み、
前記最終冷間圧延工程後の厚み（Ａ）に対する、前記溶解鋳造工程で用いるインゴットの厚み（Ｂ）の比が、Ｂ／Ａ＞＝１３００以上である、
該方法。
Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で０．５〜５．０質量％、
Ｓｉを０．１〜１．２質量％含有し、
残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金材料であり、
前記銅合金材料は、条、板又は箔であり、
前記銅合金材料の厚みは、０．１８ｍｍ以下であり、
長手方向に平行な方向における伸びを伸び（平行）とし、長手方向に４５度の方向における伸びを伸び（４５度）とするとき、伸び（平行）と伸び（４５度）との比、伸び（４５度）／伸び（平行）が０．６０〜１．２０である、銅合金材料。
（発明２）
Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ａｇ、Ｂのうち１種以上を総量で０．００５〜３．０質量％更に含有する発明１の銅合金材料。
（発明３）
発明１又は２に記載の銅合金材料を備える電子部品
（発明４）
発明３の電子部品を備える電子機器。
（発明５）
発明１又は２に記載の銅合金材料の製造方法であって、前記方法は、
溶解鋳造工程と、
熱間圧延工程と、
第一冷間圧延工程と、
第一溶体化処理工程と、
第二冷間圧延工程と、
第二溶体化処理工程と、
第三冷間圧延工程と、
第三溶体化処理工程と、
時効処理工程と、
最終冷間圧延工程と、
を含み、
前記第二冷間圧延工程における加工度が４０％以上５０％以下であり、
前記第三冷間圧延工程における加工度が４０％以上５０％以下であり、
前記第一溶体化処理工程及び第二溶体化処理工程が、結晶粒度を０．０２０ｍｍ〜０．０４０ｍｍに調整することを含み、
前記最終冷間圧延工程後の厚み（Ａ）に対する、前記溶解鋳造工程で用いるインゴットの厚み（Ｂ）の比が、Ｂ／Ａ＞＝１３００以上である、
該方法。
本発明は、一側面において、伸び（平行）と伸び（４５度）との比、伸び（４５度）／伸び（平行）が０．６０〜１．２０である。これにより、プレス加工性は向上する。
以下、本発明を実施するための具体的な実施形態について説明する。以下の説明は、本発明の理解を促進するためのものである。即ち、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
１．銅合金材料
一実施形態において、本発明は、銅合金材料を包含する。前記材料の形状は、条、板、又は箔である。
「条」（ｓｔｒｉｐ、ｒｉｂｂｏｎ）とは、「０．１ｍｍ以上の均一な肉厚で、長方形断面をもち、スリットされたコイル形状で供給される圧延製品」をさす。
「板」（ｓｈｅｅｔ、ｐｌａｔｅ）とは、「０．１ｍｍ以上の均一な肉厚で、長方形断面をもち、シャー又はのこ（鋸）切断された平板で供給される圧延製品」をさす。
「箔」（ｆｏｉｌ）とは、「０．１ｍｍ未満の均一な肉厚で、長方形断面をもち、スリットされたコイル形状で供給される圧延製品」をさす。
一実施形態において、本発明は、銅合金材料を包含する。前記材料の形状は、条、板、又は箔である。
「条」（ｓｔｒｉｐ、ｒｉｂｂｏｎ）とは、「０．１ｍｍ以上の均一な肉厚で、長方形断面をもち、スリットされたコイル形状で供給される圧延製品」をさす。
「板」（ｓｈｅｅｔ、ｐｌａｔｅ）とは、「０．１ｍｍ以上の均一な肉厚で、長方形断面をもち、シャー又はのこ（鋸）切断された平板で供給される圧延製品」をさす。
「箔」（ｆｏｉｌ）とは、「０．１ｍｍ未満の均一な肉厚で、長方形断面をもち、スリットされたコイル形状で供給される圧延製品」をさす。
１−１．組成
前記銅合金の組成は、Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で０．５〜５．０質量％、Ｓｉを０．１〜１．２質量％含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる。
前記銅合金の組成は、Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で０．５〜５．０質量％、Ｓｉを０．１〜１．２質量％含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる。
１−１−１．Ｎｉ及びＣｏ
前記Ｎｉ及びＣｏは、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物を形成し、導電率を劣化させずに高強度化が図れる。Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で０．５〜５．０質量％添加することができる。０．５質量％未満だと、所望の強度が得られず、逆に、５．０質量％超だと、高強度化は図れるが導電率が著しく低下し、曲げ加工性も低下する。より好ましくは、Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で１．０〜３．０質量％添加することができる。
前記Ｎｉ及びＣｏは、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物を形成し、導電率を劣化させずに高強度化が図れる。Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で０．５〜５．０質量％添加することができる。０．５質量％未満だと、所望の強度が得られず、逆に、５．０質量％超だと、高強度化は図れるが導電率が著しく低下し、曲げ加工性も低下する。より好ましくは、Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で１．０〜３．０質量％添加することができる。
１−１−２．Ｓｉ
前記Ｓｉは、Ｎｉ及びＣｏと同様に、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物を形成し、導電率を劣化させずに高強度化が図れる。Ｓｉを０．１〜１．２質量％添加することができる。０．１質量％未満だと、所望の強度が得られず、逆に、１．２質量％超だと、高強度化は図れるが導電率が著しく低下し、曲げ加工性も低下する。より好ましくは、０．２〜０．７質量％添加することができる。
前記Ｓｉは、Ｎｉ及びＣｏと同様に、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物を形成し、導電率を劣化させずに高強度化が図れる。Ｓｉを０．１〜１．２質量％添加することができる。０．１質量％未満だと、所望の強度が得られず、逆に、１．２質量％超だと、高強度化は図れるが導電率が著しく低下し、曲げ加工性も低下する。より好ましくは、０．２〜０．７質量％添加することができる。
１−１−３．Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ａｇ、Ｂ
上記以外の元素として、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ａｇ、Ｂのうち１種以上を、総量で０．００５〜３．０質量％更に添加してもよく、又は添加しなくてもよい（例えば、０質量％であってもよい）。これらの元素を添加することで、製造においては熱間加工性、製品においては耐力、引張強さ、ばね限界値及び応力緩和特性等の機械的性質、はんだ特性及びめっき特性等の表面特性のうちいずれか１つ以上が良好になるという効果が得られる。添加し過ぎると導電率が低下するため、より好ましくは、０．００５〜１．０質量％添加することができる。
上記以外の元素として、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ａｇ、Ｂのうち１種以上を、総量で０．００５〜３．０質量％更に添加してもよく、又は添加しなくてもよい（例えば、０質量％であってもよい）。これらの元素を添加することで、製造においては熱間加工性、製品においては耐力、引張強さ、ばね限界値及び応力緩和特性等の機械的性質、はんだ特性及びめっき特性等の表面特性のうちいずれか１つ以上が良好になるという効果が得られる。添加し過ぎると導電率が低下するため、より好ましくは、０．００５〜１．０質量％添加することができる。
１−１−４．残部
一実施形態において、上記以外の残部は、Ｃｕであってもよい。ここで、前記Ｃｕ以外に不可避的不純物が含まれてもよい。不可避的不純物とは、例えば、Ｓ及びＯ等が挙げられる。また、不可避的不純物の含有量は特に限定されないが、例えば、合計で１００質量ｐｐｍ以下である。
一実施形態において、上記以外の残部は、Ｃｕであってもよい。ここで、前記Ｃｕ以外に不可避的不純物が含まれてもよい。不可避的不純物とは、例えば、Ｓ及びＯ等が挙げられる。また、不可避的不純物の含有量は特に限定されないが、例えば、合計で１００質量ｐｐｍ以下である。
１−２．寸法
一実施形態において、本発明の銅合金材料の幅は、特に限定されないが、１０〜５０ｍｍであってもよい。１０ｍｍ未満だと、単位ストロークのプレスで得られる個数が少なくなり生産性が低下する。５０ｍｍ超だとプレス品の寸法精度が低下する。
一実施形態において、本発明の銅合金材料の幅は、特に限定されないが、１０〜５０ｍｍであってもよい。１０ｍｍ未満だと、単位ストロークのプレスで得られる個数が少なくなり生産性が低下する。５０ｍｍ超だとプレス品の寸法精度が低下する。
一実施形態において、本発明の銅合金材料の厚さは、０．１８ｍｍ以下であってもよく、０．１５ｍｍ以下であってもよい。この理由として、絞り加工性の劣化に関する不具合は０．１８ｍｍ以下で顕在化するためである。より好ましくは、０．１ｍｍ以下である。また、下限値については、特に限定されないが、典型的には０．０５ｍｍ以上であってもよい。
１−３．伸び
ＪＩＳＨ３１１０：２０１２年「りん青銅及び洋白の板並びに条」にある引張試験を行う。この規格では、引張試験方法について、さらにＪＩＳＺ２２４１：２０１１年「金属材料引張試験方法 」を引用している。
ＪＩＳＨ３１１０：２０１２年「りん青銅及び洋白の板並びに条」にある引張試験を行う。この規格では、引張試験方法について、さらにＪＩＳＺ２２４１：２０１１年「金属材料引張試験方法 」を引用している。
引張試験では、試験片の採取方向を、長手方向に平行な方向及び長手方向に４５度の方向とする。長手方向とは、板、箔または条の長手方向であり、圧延方向と同じである。また、評点間距離を５０ｍｍとし、破断した時の評点間距離をＬ（ｍｍ）とする。そして、破断前評点間距離５０ｍｍと破断した時の評点間距離Ｌｍｍとの差を％単位で求める。
長手方向に平行な方向で採取した試験片にて測定した伸びを伸び（平行）とし、長手方向に４５度の方向で採取した試験片にて測定した伸びを伸び（４５度）とし、伸び（平行）と伸び（４５度）との比、即ち、「伸び（４５度）／伸び（平行）」を算出する。
引張試験における試験片を採取するタイミングは、特に限定されず、スリット工程前の工程を終えた後、最終圧延後且つスリットの加工をする前、又は、スリット工程中いずれにおいて採取しても良い。
ＪＩＳで規格する寸法の試験片が採取できない場合は、伸び（平行）と伸び（４５度）との比を求めることを鑑み、伸び（平行）と伸び（４５度）とで同等の試験片を作成する。同等とは、試験片の幅や標点距離等を同じくすることを言う。
一実施形態において、本発明の銅合金材料の伸び（４５度）／伸び（平行）は、０．６以上であってもよい。伸び（４５度）／伸び（平行）が０．６を下回る材料は、銅合金材料の絞り加工において、割れが発生しやすくなる。より好ましくは０．８以上であり、更に好ましくは１．０以上である。上限値は、特に限定されないが、典型的には１．２以下である。
１−４．引張強さ
一実施形態において、本発明の銅合金材料の引張強さ（圧延平行方向の引張強さ）は、５００（Ｎ／ｍｍ2）以上であることが好ましくい（より好ましくは、５５０（Ｎ／ｍｍ2）以上）。５００（Ｎ／ｍｍ2）未満であると、絞り加工の際に、割れが発生する可能性が高くなる。上限値は特に規定されないが、典型的には６５０（Ｎ／ｍｍ2）以下である。
一実施形態において、本発明の銅合金材料の引張強さ（圧延平行方向の引張強さ）は、５００（Ｎ／ｍｍ2）以上であることが好ましくい（より好ましくは、５５０（Ｎ／ｍｍ2）以上）。５００（Ｎ／ｍｍ2）未満であると、絞り加工の際に、割れが発生する可能性が高くなる。上限値は特に規定されないが、典型的には６５０（Ｎ／ｍｍ2）以下である。
２．製造方法
一実施形態において、本発明は、銅合金材料の製造方法を包含する。前記製造方法は、以下の工程を包含することができる。
（溶解鋳造工程）→（熱間圧延工程）→（第一冷間圧延工程）→（第一溶体化処理工程）→（第二冷間圧延工程）→（第二溶体化処理工程）→（第三冷間圧延工程）→（第三溶体化処理工程）→（時効処理工程）→（最終冷間圧延工程）。
一実施形態において、本発明は、銅合金材料の製造方法を包含する。前記製造方法は、以下の工程を包含することができる。
（溶解鋳造工程）→（熱間圧延工程）→（第一冷間圧延工程）→（第一溶体化処理工程）→（第二冷間圧延工程）→（第二溶体化処理工程）→（第三冷間圧延工程）→（第三溶体化処理工程）→（時効処理工程）→（最終冷間圧延工程）。
上記各工程の間、前、及び／又は後には、別の工程を挿入してもよい。例えば、最終冷間圧延工程後に歪取焼鈍工程を導入してもよい。また、上述した工程完了後は、適切なサイズの幅に加工し（例えば、６００〜６５０ｍｍ）、その後スリッタにして所定の幅に加工してもよい。そして、コイル状に巻き取り、製品として出荷することができる。
２−１．溶解鋳造
溶解鋳造工程では、上述した本発明の銅合金材料の組成と同じ組成を持つインゴットを使用して、溶解鋳造を行うことができる。インゴットの厚みついては、銅合金材料の厚みの１３００倍以上であることが好ましく、１５００倍以上であることがさらに好ましい。１３００倍以上であることにより、インゴットのマクロ組織における結晶方位および偏析が、その後の加工における金属組織の態様に影響するのを抑制することが容易になる。インゴットの厚みの上限値については、特に限定されないが、典型的には、銅合金材料の厚みの５０００倍以下であってもよい。
溶解鋳造工程では、上述した本発明の銅合金材料の組成と同じ組成を持つインゴットを使用して、溶解鋳造を行うことができる。インゴットの厚みついては、銅合金材料の厚みの１３００倍以上であることが好ましく、１５００倍以上であることがさらに好ましい。１３００倍以上であることにより、インゴットのマクロ組織における結晶方位および偏析が、その後の加工における金属組織の態様に影響するのを抑制することが容易になる。インゴットの厚みの上限値については、特に限定されないが、典型的には、銅合金材料の厚みの５０００倍以下であってもよい。
溶解鋳造後は、熱間圧延を行い、次に素条に対して冷間圧延（第一冷間圧延工程）を行い、その後、第一溶体化処理を行うことができる。
２−２．第二冷間圧延工程
第一溶体化処理後は、第二冷間圧延工程を行うことができる。当該第二冷間圧延工程は、中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）前に行うこと好ましい（即ち、中間溶体化処理前冷間圧延）。第二冷間圧延工程では、加工度が４０％以上であることが好ましい。４０％以上であることにより、合金元素の偏析層を薄くし合金元素が拡散するのに要する距離を小さくするとともに、合金元素の均質化に有効な加工歪を多く導入することができる。ただし、加工度が高すぎると、中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）で２次再結晶を伴う粗大な再結晶粒組織が生成しやすくなる。上限値については、典型的には、５０％以下である。
第一溶体化処理後は、第二冷間圧延工程を行うことができる。当該第二冷間圧延工程は、中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）前に行うこと好ましい（即ち、中間溶体化処理前冷間圧延）。第二冷間圧延工程では、加工度が４０％以上であることが好ましい。４０％以上であることにより、合金元素の偏析層を薄くし合金元素が拡散するのに要する距離を小さくするとともに、合金元素の均質化に有効な加工歪を多く導入することができる。ただし、加工度が高すぎると、中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）で２次再結晶を伴う粗大な再結晶粒組織が生成しやすくなる。上限値については、典型的には、５０％以下である。
なお、本明細書において、加工度とは、以下の式により算出される値を指す。
圧延加工度（％）＝１００×（冷間圧延前の板厚−冷間圧延後の板厚）／冷間圧延前の板厚
圧延加工度（％）＝１００×（冷間圧延前の板厚−冷間圧延後の板厚）／冷間圧延前の板厚
２−３．第三冷間圧延工程
第三溶体化処理（最終溶体化処理）の前に、冷間圧延を行うことができる（最終溶体化処理前冷間圧延）。ここでも、第二冷間圧延工程と同様、加工度を高くすることで、合金元素の偏析層を薄くし合金元素が拡散するのに要する距離を小さくするとともに、合金元素の均質化に有効な加工歪を多く導入することができる。ただし、加工度が高すぎると、第三溶体化処理（最終溶体化処理）で２次再結晶を伴う粗大な再結晶粒組織が生成しやすくなる。２次再結晶を伴う粗大な再結晶粒組織の影響と、インゴットのマクロ組織における結晶方位および偏析の影響との相乗効果によって、金属組織は本発明が所望する板、条及び箔の伸びに対し好ましくないものとなる。
第三溶体化処理（最終溶体化処理）の前に、冷間圧延を行うことができる（最終溶体化処理前冷間圧延）。ここでも、第二冷間圧延工程と同様、加工度を高くすることで、合金元素の偏析層を薄くし合金元素が拡散するのに要する距離を小さくするとともに、合金元素の均質化に有効な加工歪を多く導入することができる。ただし、加工度が高すぎると、第三溶体化処理（最終溶体化処理）で２次再結晶を伴う粗大な再結晶粒組織が生成しやすくなる。２次再結晶を伴う粗大な再結晶粒組織の影響と、インゴットのマクロ組織における結晶方位および偏析の影響との相乗効果によって、金属組織は本発明が所望する板、条及び箔の伸びに対し好ましくないものとなる。
以上の観点から、第三冷間圧延工程の加工度は、４０％以上であることが好ましく、５０％以下であることが更に好ましい。
２−４．最終冷間圧延工程
第三溶体化処理（最終溶体化処理）のあとに、冷間圧延を行うことができる（最終冷間圧延工程）。ここでは、主として、各種電子部品に使用される電子材料用銅合金の基本特性である強度が調整される。
第三溶体化処理（最終溶体化処理）のあとに、冷間圧延を行うことができる（最終冷間圧延工程）。ここでは、主として、各種電子部品に使用される電子材料用銅合金の基本特性である強度が調整される。
２−５．溶体化処理
上記製造方法では、少なくとも３つの溶体化処理を行うことを特徴としている。特に重要となるのが、第一溶体化処理工程（素条溶体化処理工程）及び中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）である。これらの処理工程では、高温で長時間の処理、すなわち結晶粒度が大きくなる条件で行うことが好ましい。これにより、インゴットのマクロ組織における結晶方位および偏析が、その後の加工における金属組織の態様に影響するのを抑制することができる。
上記製造方法では、少なくとも３つの溶体化処理を行うことを特徴としている。特に重要となるのが、第一溶体化処理工程（素条溶体化処理工程）及び中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）である。これらの処理工程では、高温で長時間の処理、すなわち結晶粒度が大きくなる条件で行うことが好ましい。これにより、インゴットのマクロ組織における結晶方位および偏析が、その後の加工における金属組織の態様に影響するのを抑制することができる。
しかし、その一方で、結晶粒度が大きくなると、２次再結晶を伴う粗大な再結晶粒組織が生成しやすくなる。２次再結晶を伴う粗大な再結晶粒組織の影響と、インゴットのマクロ組織における結晶方位および偏析の影響との相乗効果によって、金属組織は本発明が所望する板、条及び箔の伸びに対し好ましくないものとなる。
以上の理由から、第一溶体化処理工程及び中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）においては、結晶粒度が０．０２０ｍｍ以上０．０４０ｍｍ以下になるようにすることが好ましい。
第一溶体化処理工程において０．０４０ｍｍを超えると第一溶体化処理工程において二次再結晶粒が発生しやすくなり、中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）において０．０４０ｍｍを超えると中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）において二次再結晶粒が発生しやすくなる。
第一溶体化処理工程において０．０２０ｍｍを下回ると中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）において二次再結晶粒が発生しやすくなり、中間溶体化処理（第二溶体化処理工程）において０．０２０ｍｍを下回ると最終溶体化処理において二次再結晶粒が発生しやすくなる。
こうした結晶粒度を達成するため、溶体化処理において、温度を７００〜９５０℃、時間を１〜６００秒の条件で、合金成分ごと及び板厚ごとに温度及び時間を調整することにより行うことができる。ここで、結晶粒度は、高温であるほど大きな値になり、また、長時間であるほど大きな値になるため、温度及び時間を適切なものに調整することにより、所望の結晶粒度を得ることができる。
結晶粒度の測定は、ＪＩＳＨ０５０１（１９８６年）に基づき行う。ここで、結晶粒度を測定する面は、圧延面に対し平行な面とする。結晶粒度の測定方法は「切断法」とし、結晶粒度を測定する面を切断する線分の方向は圧延方向に対し直角の方向とする。
なお、最終溶体化処理においては、得られる金属組織は、電子電気部品用の銅合金条などに求められる種々の特性に影響することが知られている。絞り加工性のみを考慮した場合は、二次再結晶粒が発生するのを防止するため結晶粒度が０．０４０ｍｍ以下になるようにすることが好ましいが、絞り加工性以外の事項について良好な特性を具備させるため、結晶粒度を０．０４０ｍｍ超としてもよく、また、結晶粒度が０．０２０ｍｍ未満であっても良い。こうした結晶粒度を達成するため、溶体化処理において、温度を７００〜９５０℃、時間を１〜６００秒の条件で行うことができる。
２−６．歪取焼鈍
最終冷間圧延後に、歪取焼鈍を行っても良い。歪取焼鈍には、残留応力の低減、熱伸縮特性の向上、ばね性（ばね限界値等）の向上、引張試験における伸び率の向上、曲げ性の向上、低温焼鈍効果、及び、平坦度の向上等の効果がある。一般的な条件は、温度が３５０〜６５０℃で、時間が１〜６００秒である。この範囲において、所望する上記の事項ごとに適切な温度及び時間を設定することができる。
最終冷間圧延後に、歪取焼鈍を行っても良い。歪取焼鈍には、残留応力の低減、熱伸縮特性の向上、ばね性（ばね限界値等）の向上、引張試験における伸び率の向上、曲げ性の向上、低温焼鈍効果、及び、平坦度の向上等の効果がある。一般的な条件は、温度が３５０〜６５０℃で、時間が１〜６００秒である。この範囲において、所望する上記の事項ごとに適切な温度及び時間を設定することができる。
３．加工
銅合金材料は、プレス加工（例：絞り加工）を行うことができる。また、プレス加工の前後で、メッキ等（例えば、Ｎｉなど）の処理を行ってもよい。プレス加工等を経た銅合金加工品は、電子部品を組み立てる際の材料として使用することができる。さらに、当該電子部品を用いて、電子機器を組み立てることができる。
銅合金材料は、プレス加工（例：絞り加工）を行うことができる。また、プレス加工の前後で、メッキ等（例えば、Ｎｉなど）の処理を行ってもよい。プレス加工等を経た銅合金加工品は、電子部品を組み立てる際の材料として使用することができる。さらに、当該電子部品を用いて、電子機器を組み立てることができる。
一実施形態における本発明の銅合金材料は、プレス加工したときに、従来よりも更に軽量化・肉薄化することできる。軽量化を表す指数として、同一の形状および寸法のプレス品を得た場合における質量比（プレス品の「質量指数」と称する）を示すことができる。プレス品の質量指数は、小さいことが好ましい。
一実施形態における本発明の銅合金材料は、質量指数１８０％以下を達成することができ、好ましくは、１５０％以下を達成することができ、さらに好ましくは、１００％以下を達成することができる。ここで、質量指数の基準値は、厚みが０．１ｍｍの銅合金材料をプレス加工したときプレス加工品の質量である。
（伸びの評価方法）
上述の方法で、伸びを測定した。
上述の方法で、伸びを測定した。
（引張強さの評価方法）
引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、圧延方向と平行な方向における引張強度（ＴＳ）を測定した。
引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、圧延方向と平行な方向における引張強度（ＴＳ）を測定した。
（プレス性の評価方法）
試験用プレス機にてプレス試験を行うことによりプレス性を評価した。プレスの方法はパンチおよびダイを用いた絞り加工であり、プレス品の形状は底面が正方形であり、側面が長方形である直方体（角筒）である。プレス品の寸法は、実施例及び比較例のいずれの事例においても同じとした。プレス品の底面は、縦が１０ｍｍ、横が１０ｍｍであり、プレス品の高さ（隣り合う側面と側面との境界である辺の長さ）は５ｍｍであった。底面と側面との境界の半径（パンチ肩の半径）、側面と側面との境界の半径（コーナー半径）は、いずれも１ｍｍとした。絞り加工においてパンチが往復する方向（ストロークの方向）は、高さの方向（隣り合う側面と側面との境界である辺の方向）と平行な方向であった。パンチ及びダイは材質を超硬合金とし、潤滑油を使用した。クリアランスは箔の厚みの２倍とし、また、しわが入らないように各実施例及び比較例ごとにしわ押さえ力を調整した。
試験用プレス機にてプレス試験を行うことによりプレス性を評価した。プレスの方法はパンチおよびダイを用いた絞り加工であり、プレス品の形状は底面が正方形であり、側面が長方形である直方体（角筒）である。プレス品の寸法は、実施例及び比較例のいずれの事例においても同じとした。プレス品の底面は、縦が１０ｍｍ、横が１０ｍｍであり、プレス品の高さ（隣り合う側面と側面との境界である辺の長さ）は５ｍｍであった。底面と側面との境界の半径（パンチ肩の半径）、側面と側面との境界の半径（コーナー半径）は、いずれも１ｍｍとした。絞り加工においてパンチが往復する方向（ストロークの方向）は、高さの方向（隣り合う側面と側面との境界である辺の方向）と平行な方向であった。パンチ及びダイは材質を超硬合金とし、潤滑油を使用した。クリアランスは箔の厚みの２倍とし、また、しわが入らないように各実施例及び比較例ごとにしわ押さえ力を調整した。
得られたプレス品の各辺に割れがないかを実体顕微鏡（倍率２０倍）にて観察した。割れが発生した場合を不良（表中に×を表示）とし、割れが発生しない場合を良好（表中に○を表示）とした。
（実施例１〜２６、比較例１〜８）
表１に示す組成のインゴットを準備した。このインゴットに対して、溶解鋳造、熱間圧延、第一冷間圧延（素条冷間圧延）、第一溶体化処理（素条溶体化処理）、第二冷間圧延（中間溶体化処理前冷間圧延）、中間溶体化処理、第三冷間圧延（最終溶体化処理前冷間圧延）、最終溶体化処理、時効処理、最終冷間圧延を順次行った。ここで、第一溶体化処理（素条溶体化処理）、中間溶体化処理及び最終溶体化処理は、７００〜９５０℃の温度、１〜６００秒の範囲において、合金成分ごと及び板厚ごとに温度及び時間を調整し、結晶粒度が０．０３０ｍｍとなる溶体化処理材を得てその後の処理及び加工を行った。ただし、比較例７及び比較例１１については、結晶粒度が０．０６０ｍｍになるように、また、比較例８については、結晶粒度が０．０１５ｍｍになるように温度及び時間を調整した。そして、板厚が０．０８ｍｍ、幅が６３０ｍｍの最終冷間圧延材を得た。ただし、実施例２３では、板厚を０．１２ｍｍ、実施例２４では板厚を０．１５ｍｍ、実施例２５では板厚を０．１６ｍｍ、実施例２６では板厚を０．１８ｍｍとした。その後、スリッタにて幅を５０ｍｍにスリットした。
表１に示す組成のインゴットを準備した。このインゴットに対して、溶解鋳造、熱間圧延、第一冷間圧延（素条冷間圧延）、第一溶体化処理（素条溶体化処理）、第二冷間圧延（中間溶体化処理前冷間圧延）、中間溶体化処理、第三冷間圧延（最終溶体化処理前冷間圧延）、最終溶体化処理、時効処理、最終冷間圧延を順次行った。ここで、第一溶体化処理（素条溶体化処理）、中間溶体化処理及び最終溶体化処理は、７００〜９５０℃の温度、１〜６００秒の範囲において、合金成分ごと及び板厚ごとに温度及び時間を調整し、結晶粒度が０．０３０ｍｍとなる溶体化処理材を得てその後の処理及び加工を行った。ただし、比較例７及び比較例１１については、結晶粒度が０．０６０ｍｍになるように、また、比較例８については、結晶粒度が０．０１５ｍｍになるように温度及び時間を調整した。そして、板厚が０．０８ｍｍ、幅が６３０ｍｍの最終冷間圧延材を得た。ただし、実施例２３では、板厚を０．１２ｍｍ、実施例２４では板厚を０．１５ｍｍ、実施例２５では板厚を０．１６ｍｍ、実施例２６では板厚を０．１８ｍｍとした。その後、スリッタにて幅を５０ｍｍにスリットした。
得られた銅合金条に対して、上述の方法で伸び（４５度）／伸び（平行）と、プレス加工性を評価した。結果を表１に示す。
実施例１〜２６いずれにおいても、伸び（４５度）／伸び（平行）が十分に制御されていた。また、プレス性についても良好であった。
一方、比較例１は、インゴット厚み／製品厚みの比が低い値であったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回り、プレス性が不良であった。
比較例２は、第二冷間圧延（中間溶体化処理前冷間圧延）の圧延加工度が高かったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回り、プレス性が不良であった。
比較例３は、第二冷間圧延工程（中間溶体化処理前冷間圧延）の圧延加工度が低かったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回り、プレス性が不良であった。
比較例４は、第三冷間圧延工程（最終溶体化処理前冷間圧延）の圧延加工度が高かったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回り、プレス性が不良であった。
比較例５は、第三冷間圧延工程（最終溶体化処理前冷間圧延）の圧延加工度が低かったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回り、プレス性が不良であった。
比較例６は、インゴット厚み／製品厚みの比、第二冷間圧延（中間溶体化処理前冷間圧延）の圧延加工度、および、第三冷間圧延（最終溶体化処理前冷間圧延）の圧延加工度のいずれもが好ましい範囲を外れたため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回り、プレス性が不良であった。
比較例７は、素条溶体化処理及び中間溶体化処理における結晶粒度が大きくなってしまったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回り、プレス性が不良であった。
比較例８は、素条溶体化処理及び中間溶体化処理における結晶粒度が小さくなってしまったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回り、プレス性が不良であった。
比較例９は、Ｃｏ濃度が低かったため圧延平行方向の伸び率（％）が好ましい範囲を下回り、プレス性が劣っていた。
比較例１０は、インゴット厚み／製品厚みが小さかったにもかかわらず、製品厚みが厚いものであったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲となり、プレス性も良好であった。しかし、プレス品質量指数が２００％となり、実施例の範囲である５０〜１８０％を超え、部品の軽量化には不適切であると判定された。
比較例１１は、インゴット厚み／製品厚みが小さかったとともに素条溶体化処理及び中間溶体化処理における結晶粒度が大きくなってしまったため、伸び（４５度）／伸び（平行）が好ましい範囲を下回ったものの、製品厚みが厚いものであったため、プレス性が良好であった。しかし、プレス品質量指数が２００％となり、実施例の範囲である５０〜１８０％を超え、部品の軽量化には不適切であると判定された。
本明細書において、「又は」や「若しくは」という記載は、選択肢のいずれか１つのみを満たす場合や、全ての選択肢を満たす場合を含む。例えば、「Ａ又はＢ」「Ａ若しくはＢ」という記載の場合、Ａを満たしＢを満たさない場合と、Ｂを満たしＡを満たさない場合と、Ａを満たし且つＢを満たす場合のいずれも包含することを意図する。
以上、本発明の具体的な実施形態について説明してきた。上記実施形態は、本発明の具体例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上述の実施形態の１つに開示された技術的特徴は、他の実施形態に提供することができる。また、特定の方法については、一部の工程を他の工程の順序と入れ替えることも可能であり、特定の２つの工程の間に更なる工程を追加してもよい。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。
Claims (5)
- Ｎｉ及びＣｏのうち１種以上を合計で０．５〜５．０質量％、
Ｓｉを０．１〜１．２質量％含有し、
残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金材料であり、
前記銅合金材料は、条、板又は箔であり、
前記銅合金材料の厚みは、０．１８ｍｍ以下であり、
長手方向に平行な方向における伸びを伸び（平行）とし、長手方向に４５度の方向における伸びを伸び（４５度）とするとき、伸び（平行）と伸び（４５度）との比、伸び（４５度）／伸び（平行）が０．６０〜１．２０である、銅合金材料であって、
圧延平行方向の引張強さが６５０（Ｎ／ｍｍ 2 ）以下である、銅合金材料。 - Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ａｇ、Ｂのうち１種以上を総量で０．００５〜３．０質量％更に含有する請求項１の銅合金材料。
- 請求項１又は２の銅合金材料を備える電子部品。
- 請求項３の電子部品を備える電子機器。
- 請求項１又は２の銅合金材料の製造方法であって、前記方法は、
溶解鋳造工程と、
熱間圧延工程と、
第一冷間圧延工程と、
第一溶体化処理工程と、
第二冷間圧延工程と、
第二溶体化処理工程と、
第三冷間圧延工程と、
第三溶体化処理工程と、
時効処理工程と、
最終冷間圧延工程と、
を含み、
前記第二冷間圧延工程における加工度が４０％以上５０％以下であり、
前記第三冷間圧延工程における加工度が４０％以上５０％以下であり、
前記第一溶体化処理工程及び第二溶体化処理工程が、結晶粒度を０．０２０ｍｍ〜０．０４０ｍｍに調整することを含み、
前記最終冷間圧延工程後の厚み（Ａ）に対する、前記溶解鋳造工程で用いるインゴットの厚み（Ｂ）の比が、Ｂ／Ａ＞＝１３００以上である、
該方法。
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