KR100527994B1 - 펀칭가공성이 우수한 단자·커넥터용 인청동막대, 및 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대 및 그 제조방법 - Google Patents

펀칭가공성이 우수한 단자·커넥터용 인청동막대, 및 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100527994B1 KR10-2003-0018355A KR20030018355A KR100527994B1 KR 100527994 B1 KR100527994 B1 KR 100527994B1 KR 20030018355 A KR20030018355 A KR 20030018355A KR 100527994 B1 KR100527994 B1 KR 100527994B1
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닛코킨조쿠카코 가부시키가이샤
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent

Abstract

본 발명은 단자·커넥터 등의 전자 부품용으로 이용되는 고강도 구리 합금, 특히, 고강도 인청동막대에 관한 것이다.
S : 20~100ppm, Mn, Ca, Mg, Al의 함유량이 합계 50ppm이하인 것을 특징으로 하는 펀칭가공성이 우수한 인청동막대. 압연 방향에 대해서 평행 방향의 절단면을 에칭 했을때, 에칭자국의 길이의 총합계가 5mm/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 펀칭가공성이 우수한 인청동막대. 압연 방향에 대해서 평행 방향의 절단면의 금속조직중에 황화동상(硫化銅相)이 1~3%의 범위에서 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 펀칭가공성이 우수한 인청동막대. 클리어 런스 4~10%에서 전단(剪斷) 시험했을 경우의 소성변형 비율이 50%이하인 것을 특징으로 하는 인청동막대.

Description

펀칭가공성이 우수한 단자·커넥터용 인청동막대, 및 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대 및 그 제조방법{PHOSPHOR BRONZE STRIP FOR TERMINAL AND CONNECTOR WITH EXCELLENT PUNCHING FORMABILITY, AND PHOSPHOR BRONZE STRIP FOR TERMINAL AND CONNECTOR WITH EXCELLENT BENDING FORMABILITY AND PUNCHING FORMABILITY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 단자·커넥터 등의 전자 부품용으로 이용되는 고강도 구리 합금, 특히, 고강도 인청동막대에 관한 것이다.
C5210, C519l(JIS합금 번호)등의 인청동 또는 C2600(JIS 합금 번호)등의 구리 합금은, 뛰어난 가공성과 기계적 강도를 가지기 때문에, 전자 부품용 재료로서 단자·커넥터 등의 용도로 널리 이용되고 있다. 한편, 최근은 부품의 경박·단소화 (短小化)의 진전이 종전보다 더 현저하고, 이에 수반하여 베릴륨구리, 티탄구리, 콜손계 합금 등의 고강도형 구리 합금의 요구가 늘어나고 있다. 그러나, 전자 부품용 구리 합금으로서는, 비교적 새로운 이들 고강도형의 구리 합금은, 시장에서의 수급, 유통에 관한 제한이 있어, 예를 들면 세계적인 표준 중시의 시장에서는 문제가 있다. 또, 이들 고강도구리합금은, 가격이 인청동 등의 종래형 구리 합금보다 고가인 것도 바람직하지 않다. 이들의 관점에서, 종래 구리 합금 중에서도 높은 기계적 강도를 가진 것으로 전해내려오는, 인청동에 대해서, 강도나 가공성의 더 한층의 개량이 요구되게 되었다.
가공성에 대해서는, 펀칭가공과 굽힘 가공이 특히 중요하다.
프레스에 의해 반복해서 펀칭가공을 실시하면, 프레스의 펀치가 재료에 의해 마모하고, 전단면 형태가 악화한다. 그 때문에 어느 회수를 프레스 하면, 금형을 연마하여 재조정하는 일이 필요하게 된다. 프레스 속도도, 생산성 향상의 관점에서 한층 빠른 것이 되어 있기 때문에, 펀칭가공시의 금형 마모가 적은 재료의 중요성은 더욱 더 높은 것으로 되고 있다.
또 콘택트의 소형화에 의해, 재료는 고강도로서 또한 굽힘 반경이 작은 가혹한 굽힘을 하기 때문에, 굽힘부분에서는 균열이 들어가기 쉽게 되어 있다. 또, 펀칭가공성과 굽힘성은 상반되는 특성이며, 감각적으로는, 무른 재료는 펀칭가공이 쉽지만 갈라지기 쉽고, 반대로 찰기가 있는 재료에서는 굽힘은 쉽기는 하지만, 펀칭가공성이 나쁘고, 금형 마모가 빠르다고 볼 수 있는 경향이 있다.
본 발명은, 인청동막대에 있어서, 커넥터용단자등 전자 부품의 프레스 가공에 요구되는, 프레스 가공성 특히 펀칭가공성과 굽힘성을 개선하는 데에 있다. 또한, 이들을 유지하면서, 고강도화를 도모하는 기술을 제공한다.
본 발명자등은, 인청동막대의 성분, 조직, 가공 조건을 조정함으로써 상기 프레스 가공성을 비약적으로 개선한 것이다.
즉,
(l) S : 20~100질량ppm, Mn, Ca, Mg, Al의 함유량이 합계 50질량ppm 이하인 것을 특징으로 하는 펀칭가공성이 우수한 인청동막대.
(2) 압연 방향에 대해서 평행 방향의 절단면을 에칭 했을 때, 에칭자국의 길이의 총합계가 5mm/㎟ 이상인 것을 특징으로하는 펀칭가공성이 우수한 인청동막대.
(3) 압연 방향에 대해서 평행 방향의 절단면의 금속조직중에 황화동상이 1%~3%의 범위에서 존재하고 있는 것을 특징으로하는 펀칭가공성이 우수한 인청동막대.
(4) 클리어런스 4~10%로 전단 시험했을 경우의 소성변형 비율이 50%이하인 것을 특징으로 하는 (1)~(3)의 인청동막대.
(5) S : 20~100질량ppm, Mn, Ca, Mg, A1의 함유량이 합계 50질량ppm 이하, 또한 Zn을 100~l000질량ppm 함유하는 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 인청동막대.
(6) 425℃에서 10000초간 소둔한 후의 평균 결정입자직경(mGS)이 5㎛ 이하 또한, 그 결정입자직경의 불균일의 표준 편차 (σGS)가 1/3mGS 이하이며, 또, 그 냉간압연 된 구리 합금막대의 인장강도와 0.2% 내구력과의 차가 80MPa 이내인 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 인청동막대.
(7) 425℃에서 10000초간소둔한 후의 평균 결정입자직경(mGS)이 5㎛이하, 또한 그 결정입자직경의 불균일의 표준 편차(σGS)가 l/3mGS이하이며, 또한, 그 냉간압연 된 구리 합금막대의 인장강도와 0.2%내구력과의 차가 80MPa이내인 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 뛰어난 (1)~(5)에 기재 된 인청동막대.
(8) 가공도45%이상의 냉간압연막대를 최종재결정소둔해서 결정입자직경(mGS)을 3㎛이하로 또한 그 불균일 표준 편차(σGS)를 2㎛이하로 하고, 계속해서 가공도 10~45%의 최종의 냉간압연을 실시한 것을 특징으로하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 인청동막대.
(9) 가공도45%이상의 냉간압연막대를 최종재결정소둔해서 결정입자직경(mGS)을 3㎛이하로 또한 그 불균일 표준 편차(σGS)를 2㎛이하로 하고, 계속해서 가공도 10~45%의 최종의 냉간압연을 실시한 것을 특징으로 하는(1)~(5)에 기재된 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 인청동막대.
(10) 가공도X (%)의 최종냉간압연을 실시한 인장강도가 TSo (MPa)의 냉간압연재를, 인장강도 TSa (MPa)가 TSa<TSo-X될 때까지 변형제거의 소둔을 실시하는 것을 특징으로 하는 제l항~제9항에 기재된 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 인청 동막대.
(발명의 실 시의 형태)
(l) 펀칭가공에 있어서는, 판재가 펀치와 다이스로 전단되는 과정, 즉 펀치스트로크 공정에서, 전단 변형부에 균열의 개시점이 형성된다. 이 균열 개시점을 기점으로해서 균열이 전단 변형부를 전파하고, 판을 관통 함으로써 펀칭가공이 행해진다. 이 균열이 개시할 때까지의 사이에, 펀치와 다이스의 칼끝은 재료의 표면과 강하게 마찰한다. 이 때, 금형의 칼끝에는 재료 표면과의 응착 마모나 이물 입자에 의한 긁긴 마모가 생겨서, 칼끝이 점차 손모한다. 따라서, 균열은 전단 과정에서 가능한 한 빨리 형성되는 것이 좋다.
한편, 인청동중에 S가 존재하는 경우, S의 인청동에의 고용도(固溶度)가 낮기 때문에(상태도면 참조), 모상(母相)중에 Cu2S상(相)이 나타난다. 이 상은, 모상보다 무르기 때문에, 전단 변형시에 모상에 우선해서 균열의 기점이 될 수가 있다. 이 S는 20ppm이상 첨가함으로써, 균열의 개시시점의 조기화를 일으키게할수 있다. 기본적으로는 S의 함유량이 많을수록 양호하지만, 1OOppm을 넘어서 첨가하면 판, 막대제품에서의 굽힘 가공성, 및 판막대제품의 제조 과정에 있어서의 압연 가공성을 저하시키기 때문에, 1OOppm이하의 첨가량으로 한다.
또한, S는 인청동 잉곳의 용해, 주조시에 황화구리등의 원료로서 첨가하는 것 외에, 용탕에 접하는 목탄, 카본 원료, 스크랩중의 프레스유극압제등에도 포함되어 있기 때문에, 이들로부터의 혼입을 의도적으로 제어하는 일도 유효하다.
Mn, Ca, Mg 및 A1은, 통상인청동의 첨가 원소는 아니고, 상술한 바와 같이 제조 과정에서 혼성되어서 들어가는 것이지만, 이들의 원소를 합계로 50ppm이상 포함하면, 상술한 Cu2S의 상을 안정적으로 균열의 기점으로서 기능을 가지는 상태에서 분산시킬 수가 없기 때문에, 합계로 50ppm이하에 제어할 필요가 있다.
(2) 한편으로, 황화구리를 함유한 황화물상은, 재료의 단면을 황산계 에칭액등으로 에칭하면, 그 부분이 우선적으로 에칭되고 피트 형상으로 미세한 함몰자국을 형성한다. 이 단면을 광학 현미경의 암시야상으로 관찰하면, 에칭자국이 흰 점형상 또는 선형상으로 산재해서 확인된다. 압연 방향에 대해서 평행 방향의 절단면에 대해서, 황산의 수용액에의해 상온에서 몇초 내지 30초정도 에칭하고, 상기의 방법으로 관찰한 에칭자국의 길이의 총합계가 단면적 1mm2 당 5mm이상이면 (1)과 같은 이유에 의해, 그 인청동막대의 펀칭가공성이 현저하게 개선된다.
(3) 또한, 압연 방향에 대해서 평행 방향의 절단면으로부터, 황화동상의 두께를 이하의 방법으로 구하여, 황화동상의 면적비율을 추정할수 있다. EPMA의 가속 전압을 15kV, 시료면에서의 전자빔직경을 1㎛에 조정하고, 황화동상을 빔이 횡단했을 때의 유황의 X선강도의 변화를 측정한다. X선강도가 백그라운드로부터 일어서고, 피크를 그려, 다시 백그라운드에 돌아올 때까지의 거리를 황화동상의 두께라고 규정한다. 황화동상의 길이는, SEM사진으로부터 측정하고, 황화동상의 면적을 구했다. 그 결과, 황화동상의 합계 면적은 전체의 1~3%로 하는 것이 좋다. 그 이하에서는 펀칭가공성의 개선이 인정되지 않고, 그 이상에서는, 굽힘성의 저하등의 폐해가 문제가 되기 때문이다.
또한, (1)~(3)은 모두, 인청동 내부의 Cu2S상의 전단 변형시의 균열의 발생 기점으로서의 유효성을 이용하려고 하는 점에서 공통되지만, 각각은 상관은 있지만 항상 일의적인 상관관계를 가지는 것은 아니다. 즉, 동일한S의 함유량의 인청동에서도 그 제조 공정에서의 열처리와 압연의 조합에 의해, 고용량, 황화동상의 형태, 분포 상태는 다르다.
(4) 프레스 펀칭가공성의 좋고 나뿜은, 전단 시험에 의한 소성변형량으로부터 구한 소성변형율 에 의해서도 특정할수 있다. 소성변형량이란, 전단 변형부에 균열의 개시점이 형성되고, 이 개시점이 기점이 되어 균열이 전단 변형부를 전파하여 판을 관통할 때까지의 펀치 이동거리이다. 소성변형 비율은, 소성변형량을 재료의 판두께로 나눗셈한 값(%)이며, 보편성을 가진다. 전단 시험은, 전단 시험기의 상부형(펀치)를 인장 시험기의 크로스 헤드에 장착, 이것을 강하 시켜서 다이스위의 재료에 일정직경의 구멍을 뚫어, 이 때의 펀치 스트로크를 신장계측기에 의해, 펀치 하중을 인장 시험기의 로드 셀에 의해 측정하고, 변위-하중곡선을 작성하는 것이다. 변위-하중곡선중, 초기의 직선 부위는 탄성변형영역에 대응하고, 그 후의 전단변형을 거쳐, 파단이 생겼을 때에 하중이 직선적으로 강하한다. 소성변형량은, 초기의 탄성변형영역의 직선으로부터 빗나가는 점과, 파단시의 하중 하강 직선으로부터 빗나가는 점과의 사이의 거리이다. 소성변형량의 측정에는 재료 판두께에 대한 클리어 런스의 영향이 크기 때문에, 클리어 런스를 4~10%가 되도록 펀치를 선정할 필요가 있다. 소성변형 비율이 50%이하인 인청동막대는, 커넥터의 콘택트 등을 가공하는 고속 프레스시에 있어서의 금형 마모를 저감할수 있다.
(5) S : 20~100ppm, Mn, Ca, Mg, A1의 함유량이 합계 5Oppm이하인 것을 특징으로하는 인청동은, 상술한 대로, 황화동상을 모상(母相)중에 산재 시키는 것에 의해 양호한 펀칭가공성을 가진다. 이 합금에 Zn를 1OO~1OOOppm첨가한 인청동은, 황화구리의 일부가 아연 황화물로 변화하고, 압연과 소둔의 반복에 의한 얇은 두께로 가공중에 황화물상의 분단화가 촉진된다. 이 황화물상의 분단화에 의해, 굽힘성이 개선 되고, 펀칭가공성, 굽힘성 모두 우수한 인청동을 얻을 수 있다. Zn이 1OOppm이하에서는 아연 황화물에의 변화가 적기 때문에, 굽힘성은 개선되지 않는다. Zn이 1OOOppm이상에서는, 유화동상의 감소에 의해 펀칭가공성이 열화하기 때문에, 첨가량은 1OOOppm이하가 좋다.
(6) 인청동막대에있어서, 425℃에서 10000초간 소둔한후의 평균 결정입자직경(mGS)이 5㎛이하, 그 결정입자직경의 불균일의 표준편차(σGS)가 1/3mGS이하이며, 또한, 그 냉간압연 된 인청동막대의 인장강도와 0.2%내구력과의 차위가 80MPa이내인 것을 규정한다.
또한, 본 발명에 있어서, 결정입자직경의 측정은, JIS H 0501에 준한 절단법에 의해 실시한다. 구체적으로는, 소정 길이의 직선 선분에 의해 완전하게 횡단되는 결정입자수를 계산하고, 그 절단 길이의 평균치를 결정입자직경으로 했다.
그 불균일의 지표인 표준 편차는, 절단 길이의 표준 편차는 아니고, 그 결정입자직경의 표준 편차이다.
입계(粒界)강화 및 전위강화, 즉, 열처리와 압연 가공에 의해 고강도화된 최종 제품에서는, 결정입계를 현출할수 없다. 냉간 가공에의해 금속막대를 변형시키면, 그 진전에 따라, 결정입자 내부에서의 국부적 변형의 차이가 현저하게되어, 전단대(剪斷帶), 마이크로 밴드등의 각종의 변형대(帶)가 나타난다. 이들의 변형대에 의해서, 냉간 가공전에 재결정으로 형성된 입계는 불연속적으로 되어, 그 단면을 에칭해서 광학 현미경으로 관찰해도 결정 조직은 불명확한 것이 된다. 냉간가공도가 20%정도에서도, 투과형 전자현미경상에서 조직을 관찰 하면, 냉간가공전의 재결정입계의 일부가 잔존하고 있는 것이 관찰되지만, 이미 셀 조직으로 덮여 있어, 정확하게 결정입자직경을 특정할 수 없다. 이것이, 냉간압연재의 특성 개선을 실시하는 것의 큰 장해였다.
본 발명에서는, 냉간 가공후의 재결정 거동이, 굽힘성과 강도를 함께 구비하는 인청동의 특성과 상관이 있는 것을 발견하였다. 이 상관은, 재료의 특정에 유효하다.
즉, 본 발명의 구리 합금은, 인장강도와 0.2%내구력과의 차이가 80MPa이하이며, 또한 뛰어난 굽힘성을 겸비하고 있고, 다시 425℃에서 10000초간소둔했을때의 평균 결정입자직경(mGS)이 5㎛이하, 또한 그 결정입자직경의 표준 편차(σGS)가 1/3mGS이하 이다.
일반적으로, 소둔후에 냉간가공을 행하고, 가공도를 증가 시켜나가면, 인장강도와 0.2%내구력과의 차이는 감소해 가지만, 그와 함께 연성이 저하하고, 굽힘 가공에서 깨어짐이 발생하기 쉬워진다.
그러나, 본 발명은, 최종 압연전의 최종소둔조건과 그 전의 냉간 가공 조건을 조정 함으로써, 그 연성의 저하가 적게 되는 것을 발견했다. 종래의 인청동에서는 결정입자직경이 크게 성장해버리는 425℃×10000초간의 조건에서 소둔을 행하고, 평균 결정입자직경 (mGS)이 5㎛이하로되는 인청동제품은, 고강도이고 뛰어난 굽힘성을 겸비한다. 더욱 바람직하게는 425℃×10000초간소둔후의 평균 결정입자직경(mGS)이 3㎛ 이하이면, 한층 더 인장강도와 굽힘성와의 관계가 개선된다.
그러나, 평균 결정입자직경(mGS)이 5㎛이하라도 결정입자직경이 불균일해서는, 그 효과는 낮다. 후술 하지만, 제조 방법을 엄밀하게 제어하고, 균일한 미세 조직으로 하지 않으면 안 된다. 그 불균일의 허용 범위는 결정입자직경의 표준 편차로서, 1/3mGS이하가 아니면 안 된다. 표준 편차(σGS)가1/3mGS를 넘으면, 굽힘성의 개선 효과가 작기 때문이다.
이 조건의 특성을 가진 인청동은, 프레스 펀칭가공성과 굽힘성을 함께 겸비 한다.
(7) (1)~(4)의 발명은, 펀칭가공성만을 개선 함으로써, 굽힘성의 약간의 저하를 피할수 없다. (6)의 특성을 겸비함으로써, 펀칭가공성과 굽힘성을 함께 현저하게 개선할수 있다.
(8) 고강도인청동막대의 제조방법에 관한 것이다. 냉간압연과 소둔을 반복해서 제조하는 인청동막대에 있어서, 최종의 냉간압연과 그 전의 최종소둔, 또한 그 전의 냉간압연 공정을 규정한 고강도인청동의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 최종소둔에서의 결정입자 미세화에 의한 고강도화를 노린 것이다.
냉간압연전의 재료 두께를 to로하고, 냉간압연 후의 재료 두께를 t로 하여 X = (to-t) / to×100(%)로 정의되는 냉간압연 가공도 X를 45%이상으로 한것은, X가 45%미만이면, 최종소둔의 열처리 조건을 조정해도, 최종소둔 후의 결정입자직경이 미세화하기 어렵기 때문이다. 또, 소둔후의 평균결정입자직경(mGS)을 3㎛이하로 하고, 또한 그 입자직경의 불균일인 표준 편차(σGS)를 2㎛이하로 한 것은, 소둔시의 가열 온도 프로필을 엄밀하게 제어해서, 균일 미세 결정입자 조직으로 할 필요가 있기 때문이다. 엄밀하게는 결정입자직경은 정규 분포 하고 있지 않지만, 평균 결정입자직경(mGS)이 3㎛, 그 표준 편차(σGS)가 2㎛의 경우, 개개의 결정입자직경의 99%이상이 mGS+3σ, 즉 9㎛이하인 것을 말한다.
또한, 재결정 조직중에 8㎛이상의 직경의 결정입자가 혼재하는 것은 반드시 바람직하지는 않으며, 결정입자직경의 표준 편차가 1.5㎛이하인 것이 바람직하다.
최종소둔전의 냉간압연 가공도를 크게 할수록, 최종소둔 후의 재결정 조직의 입자직경은 작아지기 쉽지만, 동시에 핵발생이나 그후의 2차 재결정 거동이 크게 불균일해서 혼합입자가 되기 쉬워진다. 특히, 구리 농도가 높은 순동형재결정 조직을 가지는 구리 합금에서는 그 경향이 강하다. 반대로, 4mass%이상의 Sn을 함유한인청동에서는, 비교적 강가공후의 재결정입자가 정립화(整粒化)하기 쉽다. 이를 고려해서, 합금계 마다 소둔조건 즉, 온도, 시간, 및 온도 프로필을 최적화해서, 상기재결정 조직으로할 필요가있다. 평균 결정입자직경을 3㎛이하, 및 그 표준 편차 2㎛이하의 어느 하나의 규정을 벗어나면, 최종 냉간압연에서의 높은 가공 경화기능은 얻을 수 없다.
평균 결정입자직경을 3㎛이하, 및 그 표준 편차 2㎛이하의 상태에서 가공도 10~45%의 최종 냉간 가공을 실시하면, 고강도로 굽힘성이 뛰어난 구리 합금이 된다. 10%미만의 가공도에서는, 최종소둔 후의 평균 결정입자직경이 1O㎛정도로 하는 종래의 구리 합금에서도, 양호한 굽힘성을 가지고, 결정입자 미세화의 효과가 작다. 또, 45%을 넘은 가공도에서는, 굽힘성이 저하하고, 굽힘 가공되는 콘택트등의 금속부재 로서의 사용 범위가 축소되게 된다.
(9) (1)~(4)의 발명은, 펀칭가공성만을 개선 함으로써, 굽힘성의 약간의 저하를 피할 수가 없다. (8)의 특성을 겸비 함으로써, 펀칭가공성과 굽힘성을 모두 현저하게 개선할 수 있다.
(10) 상기의 구리 합금에 있어서, 최종 압연 후에 변형제거의 소둔을 행하고, 그 변형제거의 소둔에 있어서의 인장강도의 저하량을 규정하는것으로서, 그 규정은, 변형제거의 소둔전의 인장강도를 TSo(MPa), 변형제거의 소둔 후의 인장강도를 TSa(MPa)로해서, TSa <TSo-X(최종 냉간압연의 가공도(%))로 한다.
인청동, 양은등은 변형제거의 소둔이 실시되는 일이 있다. 변형제거의 소둔은, 최종 압연전에 실시하는 재결정소둔과는 달라, 냉간가공에 의해 저하한 연성(가공성)을 회복시켜, 아울러 탄성등을 향상시키는 목적이며, 예를 들면, 스프링용인청동(C5210 : JIS H 3130)등에, 일반적으로 행해지고 있다. 이 변형제거의 소둔은, 최종 압연후에 텐션 어닐링 라인등에 의해, 필요에 따라서 실시할 수 있다. 즉, 상술한 발명에 관한 인청동은, 변형제거의 소둔후에있어서도, 종래기술로 제조한 인청동보다 고강도로 굽힘성이 우수하다. 또한, 결정입자직경이 작은 소둔재를 냉간압연 했을경우, 연성을 회복하기 위해서는, 최종 가공도에 따른 변형제거의 소둔을 실시하는 것이 유효하다. 특히 굽힘성을 개선하려면, 최종 냉간압연 가공도를 X%로하고, 인장강도 TSo(MPa)의 냉간압연재에 대해서, 변형제거의 소둔 후의 인장강도 TSa (MPa)가 TSa<TSo-X되는 조건에서 변형제거의 소둔을 실시한다. 예를들면, 최종 가공도 50%에서 800MPa까지 가공경화한 냉간압연재의 경우, 이 재료를 변형제거 소둔해서, 750MPa미만이 될 때까지 변형제거소둔을 실시하면, 굽힘성이 양호한 재료를 얻을 수 있다.
<실시예>
(1) 실시예 1
청구항, 1~4에 관련되는 발명에 관한 예이다.
표 1에 표시한 조성의 인청동을 베이스로해서 S, Mn, Ca, Mg, A1를 첨가하고, 대기중에서 목탄을 피복하여 용해후, 주조하고, 100mmw×40mmt×150mmI사의 치수의 주괴를 제작했다. 이 주괴를 75%N2+25%H2 분위기 속에서 700℃에서 1시간 균질화소둔한 후, 표면의 주석편석층을 그라인더로 연마 제거하고, 성분 분석을 행했다. 그후 냉간압연과 재결정소둔을 필요에 따라서 여러 차례 반복해서, 0.2mm두께의 판을 얻었다. 최종소둔전의 냉간압연 가공도, 최종의 재결정소둔에서의 결정입자직경, 및 최종 냉간압연 가공도등을 동일한 것으로 해서, 가공 이력의 차이가 생기지 않도록 조정했다. 성분치, 판의 단면을 에칭해서 측정한 에칭자국 총길이, EPMA에 의해 측정한 황화동상의 면적율, 및 전단 시험으로 얻게 된 소성변형 비율을 표 1에 표시한다.
비교예와 비교해서, 본 발명예는 소성변형 비율이 낮고, 프레스 펀칭가공성이 양호하다.
No 조성(mass %) S함유량(ppm) Mn+Ca+Mg+Al함유량(ppm) 에칭자국총 길이(mm/mm2) 황화동상체적율(%) 소성변형비율(%)
발명예 1 Cu-4, 2Sn-0.15P 31 44 6.8 1.7 41
2 Cu-6, 2Sn-0.13P 33 37 7.2 1.8 40
3 Cu-8, OSn-0.14P 30 35 7.3 1.8 42
4 Cu-10, OSn-0.15P 32 41 7.2 1.7 42
5 Cu-8, 2Sn-0.14P 21 36 4.8 1.2 46
6 Cu-8, 2Sn-0.15P 22 35 5.3 0.9 44
7 Cu-8, OSn-0.16P 56 42 9.4 2 33
8 Cu-8, 1Sn-0.14P 93 48 11.4 2.6 31
비교예 1 Cu-4, 2Sn-0.13P 14 38 3.8 0.4 57
2 Cu-6, 2Sn-0.15P 11 42 2 0.3 58
3 Cu-8, OSn-0.14P 22 87 5.1 0.8 55
4 Cu-10, OSn-0.15P 16 60 3.6 1.1 59
ㆍZn≤20ppm
ㆍ결정입자직경 5~10㎛
ㆍ최종냉간가공도 25%의 압연재
(2) 실시예 2
청구항 5에 관련되는 발명에 관한 예이다.
인청동의 성분을 베이스로해서 S, Mn, Ca, Mg, A1, Zn를 첨가한 성분으로, 가공 이력의 차이가 생기지 않도록 최종소둔전의 냉간압연 가공도, 최종의 재결정소둔에서의 결정입자직경, 및 최종 냉간압연 가공도등을 동일하게 해서 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 시험편을 조정했다. 굽힘성(r/t)은1Ommw×1OOmmI의 치수의 시험편을 압연 방향과 직각으로 채취하고 W굽힘시험(JIS H 3110)을 각종 굽힘 반경에서 행하고, 깨어짐이 발생하지 않는 최소의 굽힘 반경비(r(굽힘 반경)/t(시험편 두께))를 구했다. 또한, W굽힘시험의 굽힘축은 압연 방향과 평행 방향이다.
비교예에 있어서, 소성변형 비율이 낮은 것은r/t가 크고, r/t가 작은 것은 소성변형 비율이 높으나, 본 발명예는 소성변형 비율이 낮고, r/t도 작기 때문에, 프레스 펀칭가공성과 굽힘성이 모두 우수하다.
No 조성(mass %) S함유량(ppm) Mn+Ca+Mg+Al함유량(ppm) Zn함유량(ppm) 소성변형비율(%) r/t
발명예 9 Cu-4, OSn-0.14P 30 44 220 44 0.5
10 Cu-6, 1Sn-0.15P 31 37 228 42 0.5
11 Cu-8, OSn-0.13P 33 35 217 42 0.5
12 Cu-9, 9Sn-0.14P 32 41 202 44 0.5
13 Cu-8, 2Sn-0.16P 21 36 107 49 0.5
14 Cu-7, 9Sn-0.15P 24 35 334 47 0.5
15 Cu-8, 0Sn-0.13P 55 42 820 35 1.0
16 Cu-8, 1Sn-0.16P 90 48 730 31 1.5
비교예 5 Cu-4, 2Sn-0.13P 15 35 212 55 0.5
6 Cu-6, 2Sn-0.15P 14 40 300 54 0.5
7 Cu-8, OSn-0.14P 24 81 185 52 0.5
8 Cu-10, OSn-0.15P 16 63 108 56 1.0
9 Cu-4, 1Sn-0.13P 25 38 1200 59 0.5
10 Cu-6, OSn-0.14P 80 42 66 32 1.5
11 Cu-8, OSn-0.15P 24 35 1070 57 0.5
12 Cu-10, OSn-0.15P 90 45 75 30 2.0
(3) 실시예 3
청구항 6에 관련되는 발명에 관한 예이다.
표 3에 표시한 조성의 인청동에서 S, Mn, Ca, Mg, A1, Zn를 첨가하지 않고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 시험편을 조정했다. 다만, 실시예 3에서는, 최종소둔전의 냉간압연 가공도, 최종의 재결정소둔에서의 결정입자직경, 및 최종 냉간압연 가공도등은 조정하고, 가공 이력의 차이를 일으키게 했다. 그 특성을 표 3에 표시한다.
인장강도(TS : MPa), 0.2%내구력(YS : MPa)은 13B호시험편(JIS Z 2201)을 압연 방향과 병행으로 채취하고, 인장시험(JIS Z 2241)에 의해 구했다.
결정입자직경은, 절단법(JIS H 0501)에 의해, 소정 길이의 선분에 의해 완전하게 잘라지는 결정입자수를 계산하여, 그 절단 길이의 평균치를 결정입자직경 으로하고, 결정 입자직경의 표준 편차(σGS)는, 그 결정입자직경의 표준 편차이다. 즉, 압연 방향으로 직각 방향의 단면 조직을 주사형 전자현미경상(SEM상)에 의해, 4000배로 확대하고, 50㎛의 길이의 직선 선분 에 있어서, 선과 입자계와의 교점의 수에서 1을 뺀 것으로 선분을 나눈 값을 결정입자직경으로하고, 10개의 선분에 대해서 측정해서 얻어진 각각의 결정입자직경의 평균을 본 발명에 있어서의 평균 결정입자직경(mgS), 각각의 결정입자직경의 표준 편차를 본 발명에 있어서의 표준 편차(σGS)로 했다.
비교예(종래재)와 비교하여, 본 발명예는 강도가 동등하면 펀칭가공성과 굽힘성이 양호하다.
No 조성(mass%) 425℃×10000초간소둔후 TS-YS(MPa) TS(MPa) 소성변형비율(%) r/t
mGS(㎛) σGS(㎛)
발명예 17 Cu-4, 2Sn-0.13P 4.9 0.8 11 606 41 0.5
18 Cu-6, 2Sn-0.13P 4.0 0.7 14 730 40 1.0
19 Cu-8, 0Sn-0.13P 3.9 0.6 8 874 36 1.5
20 Cu-10, 0Sn-0.13P 3.5 0.6 11 868 36 1.0
21 Cu-4, 2Sn-0.13P 3.3 0.6 8 650 38 0.5
22 Cu-6, 2Sn-0.13P 3.5 0.7 8 760 35 0.5
23 Cu-8, 0Sn-0.13P 3.6 0.5 5 906 31 1.0
24 Cu-10, 0Sn-0.13P 3.5 0.5 11 914 33 1.0
비교예 13 Cu-4, 2Sn-0.13P 6.5 1.3 25 590 52 1.5
14 Cu-6, 2Sn-0.13P 7.0 2.5 22 667 51 2.0
15 Cu-8, 0Sn-0.13P 5.0 1.8 13 805 46 3.5
16 Cu-10, 0Sn-0.13P 6.0 1.5 24 855 44 2.0
(4) 실시예 4
청구항 7에 관련되는 발명에 관한 예이다.
표 1, 2의 발명예에 표시한 1~16의 성분의 코일을, 최종소둔전의 냉간압연 가공도, 최종의 재결정소둔에서의 결정입자직경, 및 최종 냉간압연 가공도등은 조정하고, 가공 이력의 차이를 일으키게 한 실시예 3과 마찬가지의 방법에의해 시험편을 조정했다.
비교예(종래재)와 비교하여, 본 발명예는 강도가 동등하면 펀칭가공성과 굽힘성이 양호하다.
No 조성(mass%) S함유량(ppm) Mn+Ca+Mg+Al함유량(ppm) 425℃×10000초간소둔후 TS-YS(MPa) TS(MPa) 소성변형비율(%) r/t
mGS(㎛) σGS(㎛)
발명예 25 Cu-4, 2Su-0.15P(발명예 1의 합금) 31 44 4.5 0.7 13 601 39 1.0
26 Cu-6, 2Su-0.13P(발명예 2의 합금) 33 37 4 0.6 14 725 38 1.5
27 Cu-8, 0Sn-0.14P(발명예 3의 합금) 30 35 3.6 0.6 11 870 36 2.0
28 Cu-10, 0Sn-0.15P(발명예 4의 합금) 32 41 3.2 0.5 15 865 34 1.5
29 Cu-4, 2Sn-0.15P(발명예 1의 합금) 31 44 3.3 0.6 8 644 38 0.5
30 Cu-6, 2Su-0.13P(발명예 2의 합금) 33 37 3.3 0.5 7 767 33 0.5
31 Cu-8, 0Sn-0.14P(발명예 3의 합금) 30 35 3 0.4 7 901 30 1.0
32 Cu-10, 0Sn-0.15P(발명예 4의 합금) 32 41 2.9 0.4 11 905 30 1.0
비교예 17 Cu-4, 2Sn-0.15P(발명예 1의 합금) 31 44 7.2 2 27 588 52 2.0
18 Cu-6, 2Sn-0.13P(발명예 2의 합금) 33 37 7 2.3 25 660 52 2.5
19 C,u-8, 0Sn-0.14P(발명예 3의 합금) 30 35 6.3 1.6 20 811 45 3.0
20 Cu-10, 0Sn-0.15P(발명예 4의 합금) 32 41 5.0 1.8 25 872 45 3.0
(5) 실시예 5
청구항 8에 관련되는 발명에 대해서 검증했다. 표 5는 결과이다.
비교예는 종래의 예에서, 최종소둔전의 냉간압연 가공도, 최종소둔에서의 평균 결정입자직경이 본 발명으로부터 벗어나는 예이지만, 본 발명예는, 비교예의 종래재에 비해서 강도가 높고, 또한, r/t가 낮고, 굽힘성이 양호하다.
No 조성(mass%) 재결정소둔전의 냉간압연가공도(%) 재결정소둔후 최종냉간압연가공도(%) TS(MPa) r/t
mGS(㎛) σGS(㎛)
발명예 33 Cu-4, 2Sn-0.13P 48 2.0 1 30 623 1.5
34 Cu-6, 2Sn-0.13P 50 1.8 1.2 25 710 1.0
35 Cu-8, 0Sn-0.13P 50 1.6 1 25 746 1.5
36 Cu-10, 0Sn-0.13P 60 1.2 0.7 35 950 4.0
비교예 17 Cu-4, 2Sn-0.13P 40 6 2.1 35 602 2.0
18 Cu-6, 2Sn-0.13P 40 8.2 2.3 30 650 1.0
19 Cu-8, 0Sn-0.13P 44 5 2.2 25 682 2.0
20 Cu-10, 0Sn-0.13P 40 4.2 2.1 35 880 4.0
21 Cu-8, 0Sn-0.13P 40 2.8 1.9 25 710 2.0
22 Cu-8, 0Sn-0.13P 50 2.8 2.1 25 715 2.0
23 Cu-8, 0Sn-0.13P 50 2.7 1.3 5 550 0
24 Cu-8, 0Sn-0.13P 50 5.0 2.3 10 560 1.0
(6) 실시예 6
청구항 10의 변형제거의 소둔의 효과에 대해서 조사했다. 표 6은 조사 결과이다.
실시예 3~실시예 5에 있어서 제조한 시험편을 각종 조건에서 변형제거의 소둔을 행하고, 특성의 평가를 실시했다. 변형제거의 소둔에 의한 인장강도(TS)의 저하량을 아울러 표시했다.
발명예 No. 39, 41, 43, 45와 비교예 No.27은 주석농도 8.0~8.2mass%의 재료이다. 본 발명예의 인장강도(TS)가72l~850MPa, 굽힘성(r/t)이 0.5인데 대해서, 비교예는, 인장강도(TS)가755MPa,r/t가1과 본 발명이 고강도이며 굽힘성도 양호한 것을 알수 있다. 또, 발명예 No. 40, 42, 44, 46과 비교예 No.28은 주석 농도1 0.0~10.2mass%의 재료이지만 발명예의 인장강도(TS)가 820~859MPa, 굽힘성(r/t)이 0.5인데 대해, 비교예는, 인장강도(TS)가 830MPa,r/t가 l.5로서, 본 발명이 고강도이며 굽힘성 도 양호하다는것을 알수있다.
이상과 같이, 변형제거의 소둔을 실시하므로써, 본 발명재는 비교예의 종래재 보다도 명확하게 고강도이며, 굽힘성을 개선할수 있다. 즉 동일한 정도의 강도라면, 굽힘성이 현저하게 개선된다. 또, 동일한 정도의 굽힘성이면, 대폭적인 강도 상승을 얻을 수 있다.
No 변형제거의 소둔전의실시예 No 최종냉간압연가공도(%) 변형제거의 소둔에의해 저하된TS(MPa) TS(MPa) 소성변형비율(%) 변형제거의 소둔전의r/t 변형제거의 소둔후의r/t
발명예 37 발명예17 30 35 571 41 5 0
38 발명예18 30 30 700 40 6 0
39 발명예19 40 65 809 37 8 0.5
40 발명예20 30 48 820 36 6 0.5
41 발명예23 40 56 850 31 5 0.5
42 발명예24 30 55 859 33 4.5 0.5
43 발명예27 40 46 824 35 7 0.5
44 발명예28 30 35 830 34 6 0.5
45 발명예35 25 25 721 41 4 0
46 발명예36 35 100 850 35 6 0.5
비교예 25 비교예13 30 20 570 52 7 0.5
26 비교예14 30 42 625 52 8 0.5
27 비교예15 40 50 755 47 10 1.0
28 비교예16 30 25 830 44 8 1.5
본 발명에 의하면, 인청동의 굽힘성을 손상하지 않고 고강도화를 도모 할수 있어, 전자 부품용의 단자·커넥터용으로서 구리 합금에 요구되고 있던 높은 수준의 특성이 선택되었다. 또, 고주석인청동(Cu-l0mass%Sn-P:CDA52400)에 있어서는, 종래 굽힘성이 뒤떨어지기 때문에 참여하지 못했던 베릴륨구리등의 독점시장인, 고강도구리 합금의 분야로의 진출이 가능해졌다.

Claims (13)

  1. Sn 3.5~11.0 질량%, P 0.03~0.35질량%를 함유하고, 또한 S:20~100질량 ppm, Mn, Ca, Mg, Al의 함유량이 합계로 50질량 ppm 이하이고, 잔부Cu및 불가피적인 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 펀칭가공성이 우수한 단자·커넥터용 인청동막대.
  2. Sn 3.5~11.0 질량%, P 0.03~0.35질량%를 함유하고, 또한 S:20~100질량 ppm, Mn, Ca, Mg, Al의 함유량이 합계로 50질량 ppm 이하이고, 잔부Cu및 불가피적인 불순물로 이루어진 인청동막대에 있어서, 압연 방향에 대해서 평행 방향의 절단면을 에칭했을 때, 에칭자국의 길이의 총계가 5 mm/mm2 이상인 것을 특징으로 하는 펀칭가공성이 우수한 단자·커넥터용 인청동막대.
  3. Sn 3.5~11.0 질량%, P 0.03~0.35질량%를 함유하고, 또한 S:20~100질량 ppm, Mn, Ca, Mg, Al의 함유량이 합계로 50질량 ppm 이하이고, 잔부Cu및 불가피적인 불순물로 이루어진 인청동막대에 있어서, 압연 방향에 대해서 평행 방향의 절단면의 금속조직중에 황화동상(黃化銅相)이 1~3%의 범위에서 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 펀칭가공성이 우수한 단자·커넥터용 인청동막대.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    클리어런스 4~1O%로 전단(剪斷)시험했을 경우의 소성변형 비율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 펀칭가공성이 우수한 단자·커넥터용 인청동막대.
  5. Sn 3.5~11.0질량%, P 0.03~0.35질량%를 함유하고, 또한 S:20~100질량ppm, Mn, Ca, Mg, Al의 함유량이 합계로 50 질량 ppm 이하이고, 또한 Zn을 100~1000질량ppm 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피적인 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대.
  6. Sn 3.5~11.0질량%, P 0.03~0.35질량%를 함유하고, 또한 S:20~100질량ppm, Mn, Ca, Mg, Al의 함유량이 합계로 50 질량 ppm 이하이고, 또한 Zn을 100~1000질량ppm 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피적인 불순물로 이루어진 인청동막대에 있어서, 최종냉간압연 후의 인청동막대로서, 인장강도와 0.2% 내력과의 차가 80Mpa이내이며, 425℃에서 10000초간 소둔한 후의 평균 결정입자직경(mGS)이 5㎛이하, 또한 그 결정입자직경의 불균일의 표준 편차(σGS)가 1/3 mGS 이하인 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대.
  7. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    최종 냉간압연 후의 인청동막대로서, 인장강도와 0.2%내력과의 차가 80MPa이내이며, 425℃에서 10000초간소둔한 후의 평균 결정입자직경(mGS)이 5㎛이하, 또한 그 결정입자직경의 불균일의 표준 편차(σGS)가 1/3mGS 이하인 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대.
  8. Sn 3.5~11.0질량%, P 0.03~0.35질량%를 함유하고, 또한 S:20~100질량ppm, Mn, Ca, Mg, Al의 함유량이 합계로 50 질량 ppm 이하이고, 또한 Zn을 100~1000질량ppm 함유하고, 잔부 Cu 및 불가피적인 불순물로 이루어진 인청동막대에 있어서, 가공도 45%이상의 냉간압연막대를 최종 재결정소둔해서 결정입자직경(mGS)을 3㎛이하로, 또한 그 불균일 표준 편차(σGS)를 2㎛이하로 하고, 계속해서 가공도 10~45%의 최종의 냉간압연을 실시한 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대의 제조방법.
  9. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    가공도 45%이상의 냉간압연막대를 최종 재결정소둔해서 결정입자직경(mGS)을 3㎛이하로, 또한 그 불균일 표준 편차(σGS)를 2㎛이하로 하고, 계속해서 가공도 10~45%의 최종의 냉간압연을 실시한 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대의 제조방법.
  10. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    가공도 X (%)의 최종 냉간압연을 실시한 인장강도가 TSo(MPa)의 냉간압연재를, 인장강도 TSa(MPa)가 TSa<TS0-X가 될 때까지 변형제거의 소둔을 실시하는 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대의 제조방법.
  11. 제4항에 있어서,
    최종 냉간압연 후의 인청동막대로서, 인장강도와 0.2%내력과의 차가 80Mpa이하이며, 425℃에서 10000초간 소둔한 후의 평균결정입자직경(mGs)이 5㎛이하, 또한 그 결정입자직경의 불균일의 표준편차(σGS)가 1/3m GS이하가 되는 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대.
  12. 제4항에 있어서,
    가공도 45%이상의 냉간압연막대를 최종 재결정소둔해서 결정입자직경(mGS)을 3㎛이하로, 또한 그 불균일 표준 편차(σGS)를 2㎛이하로 하고, 계속해서 가공도 10~45%의 최종의 냉간압연을 실시한 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대의 제조방법.
  13. 제4항에 있어서,
    가공도 X (%)의 최종 냉간압연을 실시한 인장강도가 TSo(MPa)의 냉간압연재를, 인장강도 TSa(MPa)가 TSa<TS0-X가 될 때까지 변형제거의 소둔을 실시하는 것을 특징으로 하는 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대의 제조방법.
KR10-2003-0018355A 2002-03-29 2003-03-25 펀칭가공성이 우수한 단자·커넥터용 인청동막대, 및 굽힘성 및 펀칭가공성이 모두 우수한 단자·커넥터용 인청동막대 및 그 제조방법 KR100527994B1 (ko)

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