KR100808432B1

KR100808432B1 - 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리

Info

Publication number: KR100808432B1
Application number: KR1020060023330A
Authority: KR
Inventors: 야스타카 스가와라; 가즈히코 후카마치
Original assignee: 닛코 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2008-02-29
Also published as: US20060204396A1; TWI317762B; JP2006249565A; CN100406597C; CN1834273A; KR20070106944A; JP4191159B2; TW200632114A; KR20060100947A

Abstract

과제

본 발명의 목적은, 제 3 원소를 첨가하여 고강도화된 티탄 구리에 있어서, 프레스 펀칭성을 개량하는 것으로서, 더욱 우수한 굽힘 가공성을 실현함으로써, 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리를 제공하는 것이다.

해결수단

Ti 를 2.0∼4.0 중량% 함유하고 Fe 를 0.05∼0.50 중량% 함유하는 구리기 합금에서, 다른 불순물 원소가 합계로 0.01 중량% 이하이고, X 선 회절 강도비 : I (311)/I (111)≥0.5 를 만족하는 것을 특징으로 하는 구리 합금.

Description

프레스 가공성이 우수한 티탄 구리 {TITANIUM COPPER ALLOY WITH EXELLENT PRESS FORMABILITY}

도 1은 전단 가공 시 소재면과 균열의 발생각도가 90˚ 인 경우와 90˚ 보다 작은 경우의 모습을 개략적으로 나타낸 개략도이다.

도 2는 프레스 가공 후 소재의 모습을 개략적으로 나타낸 개략도이다.

도 3은 프레스 금형의 펀치와 다이 모습을 개략적으로 나타낸 개략도이다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 평6-248375호

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 2002-356726호

기술 분야

본 발명은, 커넥터 재료 등에 사용하는 구리 합금에 관한 것이고, 고강도를 가지면서, 우수한 프레스 펀칭성과 굽힘 가공성을 모두 갖춘 티탄 구리의 제조 기술을 제공하는 것이다.

배경 기술

티탄 구리는, 용체화 처리에 의해서 과포화 고용체를 형성시키고, 그 상태로부터 저온에서 시효를 행하면, 준 안정상인 변조 구조가 발달하고, 그 발달 단계의 어느 시기에서 현저하게 경화함으로써, 구리 합금 중 베릴륨 구리에 버금가는 강도를 갖고, 베릴륨 구리를 능가하는 응력 완화 특성을 가지고 있어 커넥터 재료 등에 사용되고 있다. 티탄 구리는, 최근 그 수요가 점점 증대하는 경향이지만, 우수한 굽힘 가공성화를 갖으면서, 더욱 향상된 고강도화가 요구되고 있다. 이 요구에 대처하기 위해, 티탄 구리의 더욱 향상된 고강도화에 관한 연구 개발이 다양하게 실시되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 티탄 구리에 Cr, Zr, Ni 및 Fe 을 첨가하는 기술이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2 에서는, 티탄 구리에 Zn, Cr, Zr, Fe, Ni, Sn, In, P 및 Si 를 첨가하는 기술도 제안되어 있다.

그러나, 티탄 구리는, 구리 합금 중에 있어서 특히 금형이 마모되기 쉬운 합금임에도 불구하고, 티탄 구리에 제 3 원소군 (Fe, Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B 또는 P) 을 첨가하고, 그들의 성분을 함유한 제 2 상의 석출에 의한 고강도화를 목적으로 한 종래 기술에서는, 석출물 자체가 단단해지기 때문에, 이러한 재료를 프레스 가공하면, 더 금형을 마모시키기 쉽다는 결점이 부각된다. 즉, 이렇게 하여 고강도화한 티탄 구리를 계속 프레스 가공하면, 금형이 빨리 마모되고, 가공 정밀도가 저하되게 된다. 그 때문에, 협 피치 커넥터 등의 정밀 부품의 가공에서는, 금형의 교환 빈도를 늘리거나, 이러한 용도로의 재료 사용을 피하거나 하는 대 응을 하지 않을 수 없다.

그래서, 본 발명의 목적은, 제 3 원소를 첨가하여 고강도화한 티탄 구리에서, 프레스 가공성을 개량하는 것이고, 게다가, 우수한 굽힘 가공성을 실현함으로써 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리를 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

발명자는 전단 가공 중의 소재의 응력 분포가, 소재의 결정 방위에 영향받는 것에 착안하여 예의 연구한 결과, 결정 방위를 제어하고, 프레스 펀칭성을 개선시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 또한, 조대한 제 2 상 입자의 존재나, 조직의 불균일함이 굽힘 가공성의 악화를 초래하고 있는 것에 착안하여, 적정한 제 2 상 입자의 분포 형태를 조사한 결과, 강도의 향상에 기여하면서 굽힘 가공성을 악화시키지 않기 위해서는, 제 2 상 입자가 입계가 아닌 입내에 할 수 있는 한 미세하고 균등하게 분포해 있을 필요가 있다는 것을 발견하였다.

게다가, 그 조성이 제 3 원소를 함유한 Cu-Ti-X 계 (X 는 제 3 원소) 이면, 그 성장이 억제되고, 미세 분산하기 쉬워지는 것도 알아냈다.

즉, 본 발명은, 이하와 같다.

(1) Ti 을 2.0∼4.0 질량% 및 Fe 을 0.05∼0.50 질량% 함유하고, 잔부가 Cu 인 구리기 합금에서, 다른 불순물 원소가 합계로 0.01 질량% 이하이고, X 선 회절 강도비가 I (311)/I (111)≥0.5 인 것을 특징으로 하는 티탄 구리.

(2) Ti 을 2.0∼4.0 질량% 및 Fe 와 추가로 Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 중에서 1 종 이상과의 합계를 0.05∼0.50 질량% 함유하고, 잔부가 Cu 인 구리기 합금에서, 다른 불순물 원소가 합계로 0.01 질량% 이하이고, X 선 회절 강도비가 I (311)/ I (111)≥0.5 인 것을 특징으로 하는 구리 합금.

(3) Ti 를 2.0∼4.0 질량% 및 Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 중에서 1 종 이상을 0.05∼0.50 질량% 함유하고, 잔부가 Cu 인 구리기 합금에서, 다른 불순물 원소가 합계로 0.01 질량% 이하이고, X 선 회절 강도비가 I (311)/I (111)≥0.5 인 것을 특징으로 하는 구리 합금.

(4) 단면 검경(檢鏡)에 의해 관찰되는 면적 0.01㎛²이상의 제 2 상 입자 중, 그 조성이 Cu-Ti-Fe 계인 비율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리.

(5) 단면 검경에 의해 관찰되는 면적 0.01㎛² 이상의 제 2 상 입자 중, 그 조성이 Cu-Ti-X 계인 비율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (2)∼(3) 에 기재된 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리,

여기에서 X 란, Fe, Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 중 어느 하나의 원소로 한다.

(6) 단면 검경에 의해 관찰되는 면적 0.01㎛² 이상인 제 2 상 입자의 평균 입경이 2.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1)∼(5) 에 기재된 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리.

(7) 단면 검경에 의해 각 결정립 내에 관찰되는 면적 0.01㎛² 이상의 제 2 상 입자의 평균 수밀도(數密度)에 대해 결정립 사이에 있어서의 변동 계수 Cv (표준 편차/평균치) 가 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1)∼(6) 에 기재된 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

(1) 합금 조성에 대해서

본 발명에서는, Ti 를 2∼4 질량% 라고 하고 있지만, Ti 가 2 질량% 미만에서는 충분한 강도가 얻어지지 않고, 반대로 4 질량% 를 초과하면 석출물이 조대화하기 쉽기 때문에 굽힘 가공성이 열화한다. Ti 의 가장 바람직한 범위는, 2.5∼3.5 질량% 이다.

본 발명에서는, 제 3 원소군의 첨가를 규정하고 있지만, 이들 원소의 효과는 미량의 첨가에 의해 Ti 가 충분히 고용되는 고온도에서 용체화 처리를 해도 결정립이 용이하게 조대화되지 않고, 미세한 조직이 얻어지는 것이다. 티탄 구리에서 이 효과가 가장 높은 것이 Fe 이다. 그리고, Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 에서도, Fe 에 준한 효과를 기대할 수 있고, 첨가되는 Fe 의 일부를 Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 로 바꿔 놓을 수 있다. 게다가, 이들의 원소를 단독으로 첨가해도 동일한 효과가 보이고, 또한, 2 종 이상을 복합 첨가해도 된다. Fe 및 이들의 원소는, 합계로, 0.01 질량% 이상 함유하면 그 효과가 나타나기 시작한다. 한편, 0.5 질량% 를 초과하면, Ti 의 고용한 (固溶限) 을 좁게 하고, 조대 한 제 2 상 입자가 석출되기 쉬워지고, 강도는 향상되지만, 굽힘 가공성이 열화한다는 폐해가 현저해진다. 이들 제 3 원소의 보다 바람직한 함유 범위는, Fe 에서 0.17∼0.23 질량% 이고, Co, Ni, Cr, Si, V, Nb 에서 0.15∼0.25 질량%, Zr, B, P 에서 0.05∼0.10 질량% 이다.

(2) 결정 방위에 대해서

일반적으로, 연성이 높을수록 굽힘 가공성이 양호해지고, 연성이 낮으면 프레스 펀칭성이 양호해진다. 따라서, 굽힘 가공성과 프레스 펀칭성을 양립시키는 것은 어렵다고 되어 있었다.

한편, 구리 합금의 제조 공정에서, 높은 가공도에서 냉간 압연하면 압연 집합 조직이 발달하고, I (110) 가 강해진다. 그리고 그 상태에서, 재결정 소둔을 하면, 재결정 집합 조직이 발달하고, I (100) 가 강해진다. 냉간 압연만 한 소재는 연성이 모자라고, 반대로 재결정 소둔 후의 소재는 유연하게 늘이기 쉽다. 이 관계로부터, 종래 기술에서는, I (100) 와 I (110) 의 관계에 주목한 예가 많고, 굽힘 가공성을 양호하게 하기 위해서는 I (110) 에 대해 I (100) 를 강하게 규정하고, 반대로 프레스 펀칭성을 양호하게 하기 위해서는 I (100) 에 대해 I (110) 를 강하게 규정한 것이 제안되어 있었다.

본 발명에서는, I (311) 과 I (111) 의 관계에 주목하여, 이하의 발명을 개발하였다. 또, I (311) 와 I (111) 의 관계에 주목한 종래 예는 없다.

I (111) 에 비교하여 I (311) 가 발달하면, 도 1의 (a) 와 같이, 전단 가공시의 균열의 발생 각도가 소재면에 대해 90°에 가까워지고, 이것에 의해 파단에 이르기까지의 균열의 발달이 느려진다. 이 현상은, I (311)/I (111)≥0.5 가 되면 효과가 나타나지만, 소재의 강도나 연성에는 전혀 영향을 미치지 않는다. 한편, 도 1의 (b) 와 같이, 균열의 발생 각도가 90°로부터 어긋나면, 균열의 발달 중에서 소재의 소성 변형역이 넓어지고, 소재의 떨어져 나감이 나빠진다. 또한 그것에 의해 2 차 전단면을 발생시키는 것도 겹쳐서, 금형이 마모되기 쉬워진다. 연성을 낮추지 않고 프레스 펀칭성만을 높이는 관계를 발견하였다.

본 발명의 합금계에서 I (311)/I (111) ≥ 0.5 이고, 보다 바람직하게는, I (311)/I (111) ≥ 1.0 이고, 더욱 바람직하게는, I (311)/I (111) ≥ 1.5 이다.

또, I (311)/I (111) ≥ 0.5 의 소정의 결정 방위를 얻는 방법에 관해서는, 용질 원자를 완전히 고용한 상태에서 냉간 압연함으로써, 최종적으로 (311) 면이 발달하기 때문에, 중간 공정에 있어서의 용체화 처리를 이 제 2 상 입자가 완전히 고용되는 열처리 조건에서 실시하는 것이다.

(3) 제 2 상 입자의 조성 구성 및 분포 형태

본 발명은, 양호한 굽힘 가공성이 얻어지기 위한 필요 조건으로서, 제 2 상 입자의 조성 구성, 평균 입경, 수밀도의 결정립 간의 격차를 규정한다.

일반적으로는, 제 2 상 입자에는, 노재 (爐材) 등의 외래성의 개재물, 용해중에 생성되는 반응 생성물, 응고 중에 생성되는 정출물, 소둔 중에 형성되는 석출물이 있지만, 본 발명이 대상으로 하는 합금계에서는, 제 2 상 입자는 대부분이 열처리중에 형성되는 석출물이다.

제 2 상 입자는, 결정립 내에 미세하게 또한 균등하게 분산되어 있는 상태이 면 강도의 향상에 기여하고, 또한, 굽힘 가공성도 향상시킨다. 조대화하거나, 국소적으로 치우친 분포를 하거나 하면 굽힘 가공성을 해치게 된다. 구체적으로는, 제 2 상 입자의 평균 입경이 2㎛ 을 초과하거나, 제 2 상 입자의 평균 수밀도에 있어서의 결정립 사이의 변동 계수 (표준 편차 / 평균치) 가 0.3 을 초과하도록 분포하고 있거나 하면, 굽힘 가공성에 현저하게 지장을 주게 된다. 여기에서, 「입경」 이란, 단면 관찰하였을 때 원에 상당하는 직경을 가리킨다. 「원 상등 직경」 이란, 같은 면적을 갖는 진원의 직경이다.

그래서, 결정립 내에, 미세한 제 2 상 입자가 균등하게 분산하고 있는 상태를 얻기 위해서는, 용질 원자가 완전히 고용되어 있는 상태에서 가열하고, 제 2 상 입자 조성의 고용한의 바로 위의 온도에서 최종의 용체화 처리를 실시하는 것이 유효하다. 일반적으로 균질한 α 상을, 제 2 상과의 경계선 온도까지 가열하면, 평형 상태라도 실제의 공간에는 변동이 있기 때문에, 여기저기에서 빈번하게 제 2 상의 핵 생성과 소멸이 일어난다. 이 현상이 일어나는 온도에서는, 재결정해도 결정립이 성장하기 어렵다. 따라서, Cu-Ti-X 상 (X 는 제 3 원소) 의 고용한의 바로 위이면, Cu-Ti-X 계의 제 2 상 입자가 미세하게 분산한 상태가 얻어지고, 이것에 의해 재결정립도 미세화한다.

게다가, Cu-Ti-X 계의 제 2 상 입자 자체가, Cu-Ti 계의 제 2 상 입자보다도, 조대화하기 어렵다는 성질이 있기 때문에, 제 2 상 입자 중, Cu-Ti-X 계의 제 2 상 입자의 개수가, 제 2 상 입자 전체의 개수의 50% 이상이면, 제 2 상 입자 사이즈 및 그 분포 형태에서, 상기 기술한 바람직한 상태가 얻어지고, 미세한 재결정 립도 얻어진다. Cu-Ti-X 계의 제 2 상 입자가 Cu-Ti 계의 제 2 상 입자보다도 조대화하기 어려운 성질은, 제 2 상 입자의 성장에서 후자는 Ti 의 확산만으로 일어나는 것에 대해, 전자는 Ti 와 X 양쪽의 확산을 필요하게 하는 것에 의한 것이다. 이 성질은 저온에서도 유효하고, Cu-Ti-X 계의 제 2 상 입자는 최종 공정의 시효 처리에서도 조대화하기 어렵다. 이것으로부터도, 최종의 용체화 처리에서는, 제 2 상 입자 조성을 가능한 한 많게 Cu-Ti-X 계로서 놓은 것이 바람직하다.

그러나, 이미 제 2 상 입자가 석출되고 있는 상태에서, 최종 용체화 처리를 어떠한 조건에서 실시해도, 기존의 제 2 상이 성장할 뿐으로, 미세한 것만이 균일하게 분산한 상태는 얻어지지 않는다.

따라서, 최종 용체화 처리 전의 열처리 공정에서, 용질 원자를 모두 고용시켜 놓지 않으면 안된다. 또, 이 시점에서는 결정립은 조대화되어도 되고, 최종의 결정 입경에는 영향을 주지 않는다. 용질 원자를 완전히 고용시킨 상태에서 냉간 압연 후, 최종의 용체화 처리에서 재결정과 제 2 상 입자의 석출을 동시에 진행시킴으로써, 미세하고 균질한 결정 조직이 얻어지는 것이다.

(4) 제조 방법

이상으로부터 본 발명의 합금을 만들기 위한 기본 공정은,

「충분한 용체화 처리 (제 1 차 용체화 처리) → 냉간 압연 (중간 압연) → 석출시키는 제 2 상 입자 성분의 고용한 바로 위에서의 용체화 처리 (최종 (제 2 차) 용체화 처리) → 조질 압연 (최종 압연) →시효」

이다.

「제 1 차 용체화 처리」는, 최종 압연 전의 중간 압연 전의 용체화 처리를 말한다. 규정된 성분으로 용제한 후, 주조하고, 열연을 거쳐, 소정의 두께까지 될 때까지, 냉간 압연, 소둔을 적당히 반복하고, 제 1 차 용체화 처리를 실시하지만, 열연 후 곧 제 1 차 용체화 처리를 실시해도 된다.

또한, 「제 2 차 용체화 처리」는 최종 압연 전의 용체화 처리를 말하지만, 상기 기술한 최종의 용체화 처리에 해당하고, 이하에서도 최종의 용체화 처리라고 표현한다.

이하에 본 발명의 실시형태로서, 그 공정을 순차 설명한다.

1) 잉곳 제조 공정

적당량의 Cu 에 제 3 원소군으로서 Fe, Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 중에서 1 종 이상을 0.01∼0.50 질량% 첨가하고, 충분히 유지한 후에 Ti 를 2∼4 질량% 첨가한다.

제 3 원소군을 유효하게 작용시키는 데에 용해 잔사를 없애기 위해, 충분히 유지할 필요가 있고, 또한, Ti 는 제 3 원소군보다 Cu 중에 녹기 쉽기 때문에 제 3 원소군의 용해 후에 첨가하면 된다.

여기에서 산화물계의 개재물이 발생하면, 소재의 강도 및 굽힘 가공성에도 악영향을 미치기 때문에, 이것을 막기 위해서 용해 및 주조는, 진공 중 또는 불활성 가스 분위기에서 실시하는 것이 좋다.

2) 잉곳 제조 공정 이후의 공정

이 잉곳 제조 공정 후에는, 900℃ 이상에서 3 시간 이상의 균질화 소둔을 실시하는 것이 바람직하다. 이 시점에서 응고 편석이나 주조 중에 발생한 정출물을 완전히 없애는 것이 바람직하고, 그것은, 후술하는 용체화 처리에서, 제 2 상 입자의 석출을, 미세하고 또한 균일하게 분산시키기 위함이고, 혼입의 방지에도 효과가 있다. 그 후, 열간 압연을 실시하고, 냉간 압연과 소둔을 되풀이하여, 용체화 처리를 실시한다. 도중의 소둔에서도 온도가 낮으면 제 2 상 입자가 형성되기 때문에, 이 제 2 상 입자가 완전히 고용되는 온도에서 실시한다. 제 3 원소군을 첨가하지 않는 통상의 티탄 구리이면, 그 온도는 800℃ 에서도 좋지만, 제 3 원소군을 첨가한 티탄 구리는 그 온도를 900℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그때의 승온 속도 및 냉각 속도도 최대한 신속하게 하여, 제 2 상 입자가 석출되지 않도록 한다. 용질 원자를 완전히 고용한 상태에서 냉간 압연함으로써, 최종적으로 (311) 면이 발달하는 것이다. 게다가, 용체화 처리 직전의 냉간 압연에서는 그 가공도가 높을수록, 용체화 처리에 있어서의 제 2 상 입자의 석출이 균일하고 또한 미세한 것이 된다.

3) 최종 용체화 처리

제 2 상 입자 조성의 고용한의 온도까지 급속히 가열하고, 냉각 속도도 빠르게 하면 조대한 제 2 상 입자의 발생이 억제된다. 또한, 고용 온도에서의 가열시간은 짧은 쪽이 결정립을 미세하게 할 수 있다. 이 시점에서 입계에 발생한 제 2 상 입자가 최종 시효에서 성장하기 때문에, 이 시점에서의 제 2 상 입자는 되도록이면 적고, 작은 쪽이 좋다.

4) 최종의 냉간 압연·최종의 시효 처리

상기 용체화 처리 후, 냉간 압연 및 시효 처리를 실시한다. 냉간 압연에 관해서는, 가공도 25% 이하가 바람직하다. 가공도가 높을수록 다음의 시효 처리에서 입계 석출이 일어나기 쉽기 때문이다.

시효 처리에 대해서는, 저온일수록 입계로의 석출을 억제할 수 있다. 동일한 강도가 얻어지는 조건이라도, 고온 단시간 측보다 저온 장시간 측이, 입계 석출을 억제할 수 있다. 종래 기술에서 적정 범위로 되어 있던 420 ∼ 450℃ 에서는, 시효가 진행함에 따라서 강도는 향상되지만, 입계 석출이 발생하기 쉬워, 약간의 과시효에서도 굽힘 가공성을 저하킨다. 첨가 원소에 따라서도 적정한 시효 조건은 다르지만, 최대로 380℃×3h 으로 하고, 낮은 온도이면, 360℃×24h 로 가열 시간을 길게 해도 된다.

실시예

다음으로 실시예를 설명한다.

본 발명의 구리 합금을 제조할 때에는, 활성 금속인 Ti 가 제 2 성분으로서 첨가되는 점에서, 용제에는 진공 용해로를 사용하였다. 또한, 본 발명에서 규정한 원소 이외의 불순물 원소의 혼입에 의한 예상 외의 부작용이 발생하는 것을 미연에 방지하기 위해, 원료는 비교적 순도가 높은 것을 엄선하여 사용하였다.

우선, 실시예 1∼7 및 비교예 8∼12 에 대해, 표 1 에 나타내는 조성이 되 도록 주원료 Cu 와 Ti 및 첨가 원소 (Fe, Co, Ni, Cr, Si, V, Nb, Zr, B 및 P) 를 배합하고, 용해하였다. 제 3 원소군을 유효하게 작용시키는 것에 용해 잔사를 없애기 위해, 충분히 유지하고, 그 후 Ti 를 첨가하였다. 이들을 Ar 분위기에서 주형에 주입하여, 각각 약 2kg 의 잉곳을 제조하였다.

상기 잉곳에 산화 방지제를 도포하여 24 시간의 상온 건조 후, 950℃×12 시간 가열하여 열간 압연하고, 판두께 10mm 의 판을 얻었다. 다음으로 편석을 억제하기 위해 다시 산화 방지제를 도포한 후 950℃×2 시간 가열하여 수냉하였다. 여기에서 수냉한 것은, 가능한 한 용체화시키기 위해서이고, 산화 방지제를 도포한 것은, 입계 산화 및 표면으로부터 진입해 온 산소가 첨가 원소 성분과 반응하여 개재물화하는 내부 산화를 가능한 한 방지하기 위해서이다. 각 열연판은, 각각 기계 연마 및 산세척에 의한 탈 스케일 후, 판두께 0.2mm 까지 냉간 압연하였다. 그 후, 급속 가열이 가능한 소둔로에 삽입하고, 승온 속도 50℃/초에서 제 2 상 입자 조성의 고용한의 온도 (예를 들어, Ti 와 Fe 의 첨가량이 각각 3 질량%, 0.2 질량% 에서는 800℃) 까지 가열하고, 2 분간 유지 후 수냉하였다. 그 후, 산세척하고 탈 스케일한 후 냉간 압연하여 판두께를 0.15mm 로 하고, 불활성가스 분위기 중에서 시효하여 발명예의 시험편으로 하였다. 비교예의 시험편에 대해서는, No.8∼11 은 성분 조정, No.12∼14 는 본 발명에서 중요한 공정인 중간 용체화 처리 공정의 조건을 조정하여, 얻어진 것이다.

우선, 각각의 시험편에 대해서, XRD 에 의해 (111) 과 (311) 의 회절 강도를 구하고, I (311) / I (111) 를 구하였다.

또한, 제 2 상 입자의 분포 형태에 대해서는, 전계 방출형 오제 전자 분광 분석 장치 (FE-AES) 와 그것에 연동하는 화상 처리 장치를 사용하여 평가하였다. 즉 단위 주사 시야에 존재하는 면적 0.01 ㎛² 이상의 제 2 상 입자 전부의 개수를 측정하고, 그 총수 (S) 와 조성이 Cu-Ti-Fe 계 혹은 Cu-Ti-X 계인 제 2 상 입자의 합계 (Sx) 로부터 A 값 (Sx÷S×100) 를 구하였다. 동일하게 임의의 제 2 상 입자 5000 개의 면적을 평균하고, 그 원에 상당하는 직경을 제 2 상 입자의 평균 입경 D로 하였다. 더욱, 결정립의 모집단으로부터 임의의 결정립 100 개에 대해, 각각의 입내에 존재하는 제 2 상 입자의 개수를 각각의 결정립의 면적으로 나눈 값 (평균 수밀도) 을 구하고, 그 변동 계수 Cv (표준 편차÷평균치) 를 구하였다. 표 2 에 각각의 시험편의 I (311)/I (111), A 값, D, Cv 를 나타낸다.

다음으로 인장 시험을 실시하여, 0.2% 내력을 측정하고, W 굽힘 시험을 실시하여 깨어짐이 발생하지 않는 최소 반경 (MBR) 의 판두께 (t) 에 대한 비인 MBR/t 값을 측정하였다.

금형 마모성에 대해서는, 실제로 연속 프레스기로 일정 회수의 펀칭을 실시하고, 금형의 마모 상황에 따라서 변화하는 절단부의 버의 높이와 파단면 비율을 측정하여 평가하였다. 여기에서, 버의 높이란 도 2 에 나타내는 돌기부의 높이이고, 금형이 마모됨에 따라서 버가 커진다. 또한 금형이 마모함에 따라서, 도 2 에 나타내는 전단면의 비율이 커지고, 즉 파단면 비율 h₂/(h₁+h₂) 은 작아진다.

또, 다른 프레스 조건은 이하와 같았다.

금형 공구 재료 : SKD11, 클리어런스 : 10㎛, 스트로크 : 200 rpm 으로 도 2 에 평가에 사용한 금형 세트 형상을 나타낸다. 한 변이 약 5mm 인 정방형으로 4 개의 모서리의 곡률이 다르고, 각각의 곡률 반경은 0.05mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm 이다. 곡률 반경이 작을수록, 전단 가공시에 응력 집중이 발생하기 때문에 마모되기 쉽다. 또한, 곡률 반경이 작을수록 절단면 형상이 불균일하게 되어 관찰하기 어려워진다. 또한, 프레스 가공 후의 구멍부와 떨어져 나간 부분에서는 떨어져 나간 측의 방향이 관찰하기 쉽다. 이상을 고려하여, 이번 평가는 떨어져 나간 측의 곡률 반경이 0.1 mm 인 각을 관찰하였다. 소재 이외에 프레스 펀칭성에 영향을 미치는 인자를 피하기 위해서, 무윤활로 펀칭하고, 10 만회 펀칭했을 때에 소재 간의 차이가 현저해졌기 때문에, 그때의 값을 평가치로서 채용하였다. 버의 높이는 레이저 변위 계로 측정하고, 파단면 비율은 광학 현미경에 의한 단면 관찰로 측정하였다.

표 3 으로부터 명확히 알 수 있듯이, 각 발명예에서는, 어느 것이나 0.2% 내력이 850 MPa 이상으로 MBR/t 값이 2.0 이하, 무윤활로 10 만회 펀칭한 후의 파단면 비율이 0.10 이상, 버의 높이가 40 ㎛ 이하로 되어 있고, 높은 강도와 우수한 굽힘 가공성 나아가 프레스 펀칭성을 동시에 실현하고 있는 것을 알 수 있다. 발명예 No.3∼7 에서는 Ti 의 첨가량이 특히 바람직한 범위 (2.5∼3.5 질량%) 로 됨으로써, 0.2% 내력이 현저하게 향상되고, 900 MPa 이상으로 되어 있다. 발명예 No.5 이외에는, 제 2 상 입자의 분포 형태에서, Cu-Ti-X 계 입자의 존재 비율을 나타내는 A 값, 평균 입경 D, 분포 위치의 균일성을 나타내는 Cv 가, 바람직한 값으로 되어 있기 때문에, 굽힘 가공성이 향상되어 있다. 발명예 1∼2 및 5∼7 은, I (311)/I (111) 이 더욱 바람직한 범위로 되어 있기 때문에, 프레스 가공성이 더욱 향상되어 있다.

발명예 No.5 는, 제 2 상 입자의 분포 형태에서 제 3 원소의 첨가량이 적기 때문에 Cu-Ti-X 계 입자의 존재 비율이 50% 이하로 되어, 다른 발명예보다 굽힘 가공성이 열악하였다.

한편, 비교예 No.8 은 Ti 의 첨가량이 2.0 질량% 미만이기 때문에, 충분한 0.2% 내력이 얻어지지 않는다. 반대로, 비교예 No.9 는 Ti 의 첨가량이 4.0 질량% 이상을 초과하기 때문에, 굽힘 가공성이 악화되어 있다. 비교예 No.10 은 본 발명에서 규정한 제 3 원소군이 첨가되어 있지 않기 때문에, 강도 및 굽힘 가공성이 열악하였다. 반대로, 비교예 No.11 에서는, 제 3 원소군의 첨가량의 합계치가 0.5 질량% 를 초과하기 때문에, 제 2 상 입자가 필요 이상으로 석출되어 버려, 굽힘 가공성이 악화된다. 그리고 중간 냉연 전에 실시하는 용체화 처리에서, 비교예 No.12 는 균열 온도를 낮게 하고, No.13 은 승온 속도를 느리게 하고, No.14 는 냉각 속도를 느리게 한 것이다. 구체적으로는, No.12 의 균열 온도는 800℃, No.13 의 승온 속도는 5℃/sec, No.14 의 냉각 속도는 30℃/sec 에서 실시하였다. 결과적으로, Cu-Ti-X 계의 석출물이 잔존한 상태에서 중간 냉연을 하게 되고, 최종적으로 I (311)/I (111) 이 0.5 미만으로 되어, 프레스 펀칭성이 저하되어 있다.

본 발명에 의하면, 티탄 구리에서, 제 3 원소군의 함유량의 적정화 및 결정 방위의 적정화를 도모하는 것으로, 고강도를 가지면서, 우수한 프레스 펀칭성을 실현시킴과 동시에, 제 2 상 입자 분포를 제어함으로써, 양호한 굽힘 가공성도 실현할 수 있다. 따라서 본 발명의 티탄 구리는, 커넥터 재료 등에 사용되는 구리 합금으로서 고강도를 가지면서, 프레스 펀칭성과 굽힘 가공성이 양립한 프레스 가공성이 우수한 구리 합금이다.

Claims

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Ti 을 2.0∼4.0 질량% 및 Fe 을 0.05∼0.50 질량% 함유하고, 잔부가 Cu 인 구리기 합금에서, 다른 불순물 원소가 합계 0.01 질량% 이하이고, X 선 회절 강도비가 I (311)/I (111) ≥ 0.5 를 만족하며,

단면 검경에 의해 관찰되는 면적 0.01 ㎛² 이상의 제 2 상 입자 중, 그 조성이 Cu-Ti-Fe 계인 비율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리.
Ti 를 2.0∼4.0 질량% 및 Fe, 추가로 Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 중에서 1 종 이상과의 합계를 0.05∼0.50 질량% 함유하고, 잔부가 Cu 인 구리기 합금에서, 다른 불순물 원소가 합계로 0.01 질량% 이하이고, X 선 회절 강도비가 I (311)/I (111) ≥ 0.5 를 만족하며,

단면 검경에 의해 관찰되는 면적 0.01 ㎛² 이상의 제 2 상 입자 중, 그 조성이 Cu-Ti-X 계;

여기에서 X 란, Fe, Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 중 어느 하나의 원소로 한다.;

인 비율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리.
Ti 를 2.0∼4.0 질량% 및 Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 중에서 1 종 이상을 0.05∼0.50 질량% 함유하고, 잔부가 Cu 인 구리기 합금에서, 다른 불순물 원소가 합계로 0.01 질량% 이하이고, X 선 회절 강도비가 I (311)/I (111) ≥ 0.5 를 만족하며,

단면 검경에 의해 관찰되는 면적 0.01 ㎛² 이상의 제 2 상 입자 중, 그 조성이 Cu-Ti-X 계;

여기에서 X 란, Fe, Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Zr, B, P 중 어느 하나의 원소로 한다.;

인 비율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

단면 검경에 의해 관찰되는 면적 0.01 ㎛² 이상의 제 2 상 입자의 평균 입경이 2.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

단면 검경에 의해 각 결정립 내에 관찰되는 면적 0.01 ㎛² 이상의 제 2 상 입자의 평균 수밀도에 대해 결정립 간에서의 변동 계수 Cv (표준 편차/평균치) 가 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 프레스 가공성이 우수한 티탄 구리.