KR101724561B1 - Ｃｕ-Ｍｇ-Ｐ계 동합금봉 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 고온에서의 장시간 사용시의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이룬 Cu-Mg-P계 동합금봉 및 그 제조 방법을 제공한다. 질량%로 Mg : 0.3~2%, P : 0.001~0.1%, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는 동합금봉이고, 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 스텝 사이즈 0.5㎛에서 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치가 3.8~4.2°이고, 인장강도가 641~708N/㎟이며, 스프링 벤딩 탄성 한계치가 472~503N/㎟이고, 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 12~19%이다.

Description

Ｃｕ-Ｍｇ-Ｐ계 동합금봉 및 그 제조 방법{CU-MG-P-BASED COPPER ALLOY BAR AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 커넥터, 리드프레임, 릴레이, 스위치 등의 전기·전자부품에 적합한 Cu-Mg-P계 동합금봉으로서, 특히 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치(spring bending elastic limit)와 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이룬 Cu-Mg-P계 동합금봉 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2010년 2월 24일에 출원된 일본 특허출원 2010-038516호에 의거해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 휴대전화나 노트북 컴퓨터 등의 전자기기에 있어서 소형, 박형화 및 경량화가 진행되어 사용되는 단자·커넥터 부품도 보다 소형이고 전극 간 피치가 좁은 것이 사용되도록 되어 있다. 이러한 소형화에 따라 사용되는 재료도 보다 박육으로 되고 있지만 박육이라도 접속의 신뢰성을 유지하는 필요성으로부터 보다 고강도이고 스프링 벤딩 탄성 한계치와 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이룬 재료가 요구되고 있다.
한편, 기기의 고기능화에 따른 전극수의 증가나 통전 전류의 증가에 의해 발생하는 줄열도 커지고 있어, 종래 이상으로 도전율이 높은 재료에의 요구가 강해지고 있다. 이러한 고도전율재는 통전 전류의 증가가 급속하게 진행되고 있는 자동차용 단자·커넥터재에서 강하게 요구되고 있다. 종래, 이러한 단자·커넥터용 재료로서는 황동이나 인청동이 일반적으로 사용되고 있다.
그러나, 종래 널리 사용되고 있는 황동이나 인청동은 상기한 커넥터재에 대한 요구에 충분히 대응하지 못하는 문제가 생기고 있다. 즉, 황동은 강도, 탄성성 및 도전성이 부족하고, 그 때문에 커넥터의 소형화 및 통전 전류의 증가에 대응할 수 없다. 또한, 인청동은 보다 높은 강도와 보다 높은 탄성성을 갖지만 도전율이 20%IACS 정도로 낮기 때문에 통전 전류의 증가에 대응할 수 없다.
또한, 인청동은 내마이그레이션성이 떨어진다는 결점도 있다. 마이그레이션이란 전극 간에 결로 등이 생겼을 때 양극측의 Cu가 이온화해서 음극측으로 석출되어 최종적으로 전극 간의 단락에 이르는 현상이고, 자동차와 같이 고습 환경에서 사용되는 커넥터에서 문제가 됨과 아울러 소형화에 의해 전극 간 피치가 좁아져 있는 커넥터에서도 주의를 요하는 문제이다.
이러한 황동이나 인청동이 갖는 문제를 개선하는 재료로서, 예를 들면 출원인은 특허문헌 1~2에 나타내는 바와 같은 Cu-Mg-P를 주성분으로 하는 동합금을 제안하고 있다.
특허문헌 1에서는 중량%로 Mg : 0.1~1.0%, P : 0.001~0.02%를 함유하고, 나머지가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 봉으로서, 표면 결정립이 장원 형상을 이루고, 이 장원 형상 결정립의 평균 단경은 5~20㎛, 평균 장경/평균 단경의 값이 1.5~6.0이 되는 치수를 갖고, 이러한 장원 형상 결정립을 형성하기 위해서는 최종 냉간압연 직전의 최종 소둔에 있어서 평균 결정 입경이 5~20㎛의 범위 내가 되도록 조정하고, 이어서 최종 냉간압연 공정에 있어서 압연율을 30~85%의 범위 내로 하는 스탬핑시에 스탬핑 금형의 마모가 적은 동합금봉을 개시하고 있다.
특허문헌 2에서는 Mg : 0.3~2중량%, P : 0.001~0.1중량%를 함유하고, 나머지가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 종래의 동합금 박판에 있어서, P 함유량을 0.001~0.02중량%로 규제하고, 또한 산소 함유량을 0.0002~0.001중량%로, C 함유량을 0.0002~0.0013중량%로 조정함으로써 소지 중에 분산되어 있는 Mg를 포함하는 산화물 입자의 입경을 3㎛ 이하로 조정함으로써 종래의 동합금 박판보다 구부림 가공 후의 스프링 벤딩 탄성 한계치의 저하가 적고, 이 동합금 박판으로 커넥터를 제조하면 얻어진 커넥터는 종래보다 한층 뛰어난 접속 강도를 나타내고, 자동차의 엔진 주위와 같은 고온이고 진동이 있는 환경 하에서 사용해도 벗겨지는 일은 없다고 하는 지견이 개시되어 있다.
일본 특허공개 평 6-340938 일본 특허공개 평 9-157774
상기 특허문헌 1, 특허문헌 2에 개시된 발명에 의해 강도, 도전성 등이 우수한 동합금이 얻어지게 되었다. 그러나, 전기·전자기기의 고기능화가 점점 현저해짐에 따라 이들 동합금의 성능 향상이 한층 강하게 요구되어 오고 있다. 특히, 커넥터 등에 사용되는 동합금에 있어서는 고온에서의 장시간 사용 상태에 있어서 침전을 발생시키지 않고, 얼마나 높은 응력으로 사용할 수 있는지가 중요해지고 있어 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이룬 Cu-Mg-P계 동합금봉에 대한 요구가 강해지고 있다.
또한, 상기 각 특허문헌에서는 동합금 조성 및 표면 결정립의 형상을 규정은 하고 있지만 결정립의 미세 조직의 해석(解析)을 파고들어서 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치 특성의 관계에 대해서는 다루어지고 있지 않다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 고온에서의 장시간 사용시의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이룬 Cu-Mg-P계 동합금봉 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
종래부터, 결정립의 소성 변형은 표면의 조직 관찰에 의해 행하여지고, 결정립의 변형 평가에 응용할 수 있는 최근의 기술로서 후방 산란 전자 회절(EBSD)법이 있다. 이 EBSD법은 주사형 전자현미경(SEM) 내에 시험편을 설치하고, 시료 표면으로부터 얻어지는 전자선의 회절상(키쿠치 선)으로부터 그 결정 방위를 구하는 수단이고, 일반 금속 재료라면 방위를 간편하게 측정할 수 있다. 최근의 컴퓨터 처리 능력의 향상에 따라 다결정 금속 재료에 있어서도 수㎜ 정도의 대상 영역 중에 존재하는 100개 정도의 결정립이라면 그것들의 방위를 실용적인 시간 내에 평가할 수 있게 되어 있어 계산기를 사용한 화상 처리 기술로부터 평가한 결정 방위 데이터로부터 결정립계를 추출할 수 있다.
이렇게 하여 추출된 화상으로부터 원하는 조건의 결정 입자를 검색해서 모델화할 부위를 선택하면 자동 처리가 가능하게 된다. 또한 결정 방위의 데이터는 화상의 각 부위(실제로는 픽셀)에 대응되게 되어 있으므로 선택한 부위의 화상에 대응하는 결정 방위 데이터를 파일로부터 추출할 수 있다.
이것들을 이용하여 본 발명자들은 예의 연구한 결과, Cu-Mg-P계 동합금의 표면을 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경으로 EBSD법을 사용해서 관찰한 결과, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계라고 간주했을 경우의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 전체 결정립에 있어서의 평균치가 3.8°~ 4.2°의 범위이면 Cu-Mg-P계 동합금의 인장강도와, 스프링 벤딩 탄성 한계치 특성과, 고온에서의 장시간 사용시의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스가 이뤄지는 것을 찾아냈다.
본 발명의 동합금봉은 질량%로 Mg : 0.3~2%, P : 0.001~0.1%, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는 동합금봉이고, 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 스텝 사이즈 0.5㎛에서 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계라고 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치가 3.8~4.2°이고, 인장강도가 641~708N/㎟이며, 스프링 벤딩 탄성 한계치가 472~503N/㎟이고, 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 12~19%인 것을 특징으로 한다.
상기 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치가 3.8° 미만, 또는 4.2°를 초과하면 인장강도, 스프링 벤딩 탄성 한계치, 고온 열처리 후의 응력 완화율이 모두 저하를 초래하고, 적정치인 3.8~4.2°이면 인장강도가 6 41~708N/㎟이고, 스프링 벤딩 탄성 한계치가 472~503N/㎟이고, 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 12~19%가 되어 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 고온 열처리 후의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이루게 된다.
또한, 본 발명의 동합금봉에 있어서 질량%로 Zr을 0.001~0.03% 함유하면 좋다.
Zr의 0.001~0.03% 첨가는 인장강도 및 스프링 벤딩 탄성 한계치의 향상 및 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율의 저하에 기여한다.
본 발명의 동합금봉의 제조 방법은 열간압연, 용체화 처리, 마무리 냉간압연, 저온 소둔을 이 순서로 포함하는 공정으로 동합금을 제조할 시에 열간압연 개시 온도가 720℃~820℃이고, 총 열간압연율이 90% 이상이며, 1패스당 평균 압하율이 10%~35%로 해서 상기 열간압연을 행하고, 상기 용체화 처리 후의 동합금판의 비커스 경도를 80~100Hv로 조정하고, 상기 저온 소둔을 250~350℃에서 120초~240초 실시하는 것을 특징으로 한다.
동합금 조직을 안정화시켜 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율을 고레벨로 밸런스를 이루게 하기 위해서는 용체화 처리 후의 동합금판의 비커스 경도가 80~100Hv가 되도록 열간압연, 용체화 처리, 냉간압연의 제 조건을 적당하게 조정할 필요가 있고, 또한 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치가 3.8~4.2°이고, 인장강도가 641~708N/㎟이며, 스프링 벤딩 탄성 한계치가 472~503N/㎟이며, 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 12~19%로 하기 위해서는 저온 소둔을 250~350℃에서 120~240초 실시할 필요가 있다.
열간압연에서 압연 개시 온도를 720℃~820℃로 하고, 총 압연율을 90% 이상으로 하고, 1패스당 평균 압하율이 10%~35%인 열간압연을 행하는 것이 중요하다. 1패스당 평균 압하율이 10% 미만에서는 후공정에서의 가공성이 나빠지고, 35%를 초과하면 재료 균열이 발생하기 쉬워진다. 총 압연율이 90% 미만에서는 첨가 원소가 균일하게 분산되지 않고, 또한 재료 균열이 발생하기 쉬워진다. 압연 개시 온도가 720℃ 미만에서는 첨가 원소가 균일하게 분산되기 어렵고, 또한 크랙이 발생하기 쉬워지며, 820℃를 초과하면 열비용이 증가하여 경제적으로 낭비가 된다.
저온 소둔 온도가 250℃ 미만에서는 스프링 벤딩 탄성 한계치 특성의 향상이 보이지 않고, 350℃를 초과하면 무르고 조대한 Mg 화합물이 형성되어서 인장강도, 및 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율에 악영향을 끼친다. 마찬가지로, 저온 소둔 시간이 120초 미만에서는 스프링 벤딩 탄성 한계치 특성의 향상이 보이지 않고, 240초를 초과하면 무르고 조대한 Mg 화합물이 형성되어서 인장강도, 및 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율에 악영향을 끼친다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이룬 Cu-Mg-P계 동합금봉이 얻어진다.
도 1은 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치와 스프링 벤딩 탄성 한계치(Kb)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치와 인장강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치와 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 동합금봉은 질량%로 Mg : 0.3~2%, P : 0.001~0.1%, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는다.
Mg는 Cu의 소지에 고용되어서 도전성을 손상시키는 일없이 강도를 향상시킨다. 또한, P는 용해 주조시에 탈산 작용이 있고, Mg 성분과 공존한 상태에서 강도를 향상시킨다. 이들 Mg, P는 상기 범위로 함유함으로써 그 특성을 유효하게 발휘할 수 있다.
또한, 질량%로 Zr을 0.001~0.03% 함유하는 것으로 해도 되고, 이 범위의 Zr의 첨가는 인장강도 및 스프링 벤딩 탄성 한계치의 향상 및 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율의 저하에 유효하다.
이 동합금봉은 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치가 3.8~4.2°이고, 인장강도가 641~708N/㎟이며, 스프링 벤딩 탄성 한계치가 472~503N/㎟이고, 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 12~19%이다.
전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치는 다음과 같이 해서 구했다.
전처리로서 10㎜×10㎜의 시료를 10% 황산에 10분간 침지한 후 수세, 에어블로에 의해 살수한 후에 살수 후의 시료를 히타치하이테크놀러지즈사제 플랫 밀링(이온 밀링) 장치로 가속 전압 5kV, 입사각 5°, 조사 시간 1시간으로 표면 처리를 실시했다.
이어서, TSL사제 EBSD 시스템을 사용한 히타치하이테크놀러지즈사제 주사형 전자현미경 S-3400N으로 그 시료 표면을 관찰했다. 관찰 조건은 가속 전압 25kV, 측정 면적 150㎛×150㎛로 했다.
관찰 결과로부터 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치는 다음 조건으로 구했다.
스텝 사이즈 0.5㎛에서 측정 면적 범위 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계로 간주했다.
이어서, 결정립계로 둘러싸인 각각의 결정립의 전체에 대해서 결정립 내의 전체 픽셀 간의 방위차의 평균치(GOS : Grain Orientation Spread)를 수학식 1의 식으로 계산하고, 그 모든 값의 평균치를 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차로 했다. 또한, 2픽셀 이상이 연결되어 있는 것을 결정립이라고 했다.
Figure 112012073616910-pct00001
상기 식에 있어서, i, j는 결정립 내의 픽셀의 번호를 나타낸다.
n은 결정립 내의 픽셀수를 나타낸다.
αij는 픽셀 i와 j의 방위차를 나타낸다.
이렇게 하여 구한 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치가 3.8~4.2°인 본 발명의 동합금봉은 인장강도가 641~708N/㎟이고, 스프링 벤딩 탄성 한계치가 472~503N/㎟이며, 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 12~19%이고, 결정립에 변형이 축적되기 어려운 것으로 되어 있으며, 크랙도 발생하기 어렵고, 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 고온에서의 열처리 후의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이룬다.
이러한 구성의 동합금봉은, 예를 들면 다음과 같은 제조공정에 의해 제조할 수 있다.
「용해·주조→열간압연→냉간압연→용체화 처리→중간 냉간압연→마무리 냉간압연→저온 소둔」
또한, 상기 공정 중에는 기재하고 있지 않지만 열간압연 후에는 필요에 따라서 면삭이 행하여지고, 각 열처리 후에는 필요에 따라서 산세, 연마, 또는 탈지가 더 행하여져도 좋다.
이하, 주요한 공정에 대해서 상술한다.
[열간압연·냉간압연·용체화 처리]
동합금 조직을 안정화시켜 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율을 고레벨로 밸런스를 이루게 하기 위해서는 용체화 처리 후의 동합금판의 비커스 경도가 80~100Hv가 되도록 열간압연, 냉간압연, 용체화 처리의 제 조건을 적당하게 조정할 필요가 있다.
그 중에서도, 열간압연에서 압연 개시 온도를 720℃~820℃로 하고, 총 압연율을 90% 이상으로 하고, 1패스당 평균 압하율이 10%~35%인 열간압연을 행하는 것이 중요하다. 1패스당 평균 압하율이 10% 미만에서는 후공정에서의 가공성이 나빠지고, 35%를 초과하면 재료 균열이 발생하기 쉬워진다. 총 압연율이 90% 미만에서는 첨가 원소가 균일하게 분산되지 않고, 또한 재료 균열이 발생하기 쉬워진다. 압연 개시 온도가 720℃ 미만에서는 첨가 원소가 균일하게 분산되지 않고, 또한 크랙이 발생하기 쉬워지고, 820℃를 초과하면 열비용이 증가해서 경제적으로 낭비가 된다.
[중간 냉간압연·마무리 냉간압연]
중간, 마무리 냉간압연은 각각 50~95%의 압연율로 한다.
[저온 소둔]
마무리 냉간 압연 후에 250~350℃, 120~240초의 저온 소둔을 실시함으로써 동합금 조직을 더 안정화시켜 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이루고, 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하여 인접한 픽셀 간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치가 3.8~4.2°가 된다.
저온 소둔 온도가 250℃ 미만에서는 스프링 벤딩 탄성 한계치 특성의 향상이 보이지 않고, 350℃를 초과하면 무르고 조대한 Mg 화합물이 형성되어서 인장강도의 저하를 초래함과 아울러 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율에 악영향을 끼친다. 마찬가지로, 저온 소둔 시간이 120초 미만에서는 스프링 벤딩 탄성 한계치 특성의 향상이 보이지 않고, 240초를 초과하면 무르고 조대한 Mg 화합물이 형성되어서 인장강도의 저하를 초래함과 아울러 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율에 악영향을 끼친다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 비교예와 비교해서 그 특성을 설명한다.
표 1에 나타내는 조성의 동합금을 전기로에 의해 환원성 분위기 하에서 용해하여 두께가 150㎜, 폭이 500㎜, 길이가 3000㎜인 주괴를 용제(溶製)했다. 이 용제한 주괴를 표 1에 나타내는 압연 개시 온도, 총 압연율, 평균 압하율로 열간압연을 행하여 두께가 7.5㎜~15㎜인 동합금판으로 했다. 이 동합금판의 양 표면의 산화 스케일을 프레이즈로 0.5㎜ 제거한 후 압연율이 85%~95%인 냉간압연을 실시하고, 750℃에서 용체화 처리를 행하고, 압연율이 70%~85%인 마무리 압연을 행하여 0.2㎜의 냉간압연 박판을 제작하고, 그 후에 표 1에 나타내는 저온 소둔을 실시하여 표 1의 실시예 1~8 및 비교예 1~10에 나타내는 Cu-Mg-P계 동합금 박판을 제작했다.
또한, 표 1에 나타내는 용체화 처리 후의 동합금판의 비커스 경도를 JIS-Z2244에 의거하여 측정했다.
Figure 112012073616910-pct00002
표 1의 박판에 대하여 다음의 각종 시험을 행한 결과를 표 2에 정리했다.
(평균 방위차의 평균치)
전처리로서 10㎜×10㎜의 시료를 10% 황산에 10분간 침지한 후 수세, 에어블로에 의해 살수한 후에 살수 후의 시료를 히타치하이테크놀러지즈사제 플랫 밀링(이온 밀링) 장치로 가속 전압 5kV, 입사각 5°, 조사 시간 1시간으로 표면 처리를 실시했다.
이어서, TSL사제 EBSD 시스템을 사용한 히타치하이테크놀러지즈사제 주사형 전자현미경 S-3400N으로 시료 표면을 관찰했다. 관찰 조건은 가속 전압 25kV, 측정 면적 150㎛×150㎛(결정립을 5000개 이상 포함한다)로 했다.
관찰 결과로부터 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치는 다음의 조건으로 구했다.
스텝 사이즈 0.5㎛에서 측정 면적 범위 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계로 간주했다.
이어서, 결정립계로 둘러싸인 개개의 결정립 전체에 대하여 결정립 내의 전체 픽셀 간의 방위차의 평균치(GOS : Grain Orientation Spread)를 상술한 수학식 1의 식으로 계산하고, 그 모든 값의 평균치를 상기 측정 개소에서의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차로 했다. 또한, 2픽셀 이상이 연결되어 있는 것을 결정립이라고 했다.
이 방법으로 측정 개소를 변경해서 5회 측정을 행하고, 각각의 측정 개소에서의 평균 방위차의 모든 평균치를 평균 방위차의 평균치라고 했다. 표 2에는 「GOS의 평균치」로서 나타냈다.
(인장강도)
JIS5호 시험편으로 측정했다.
(스프링 벤딩 탄성 한계치)
JIS-H3130에 의거하여 모멘트식 시험에 의해 영구 휨량을 측정하고, R.T.에 있어서의 Kb 0.1(영구 휨량 0.1㎜에 대응하는 고정단에 있어서의 표면 최대 응력값)을 산출했다.
(도전율)
JIS-H0505에 의거하여 측정했다.
(응력 완화율)
폭 12.7㎜, 길이 120㎜(이하, 이 길이 120㎜를 L0이라고 한다)의 치수를 갖는 시험편을 사용하고, 이 시험편을 길이 : 110㎜, 깊이 : 3㎜의 수평이고 세로로 긴 홈을 갖는 지그에 상기 시험편의 중앙부가 상방으로 팽출하도록 만곡 셋팅하고(이때의 시험편의 양 단부의 거리 : 110㎜를 L1이라고 한다), 이 상태에서 온도 : 200℃에서 1000시간 유지하고, 가열 후 상기 지그로부터 분리한 상태에 있어서의 상기 시험편의 양 단부 간의 거리(이하, L2라고 한다)를 측정하고, 계산식 : (L0-L2)/(L0-L1)×100%에 의해 산출함으로써 구했다.
Figure 112012073616910-pct00003
또한, 이들 결과로부터 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5° 이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치와 스프링 벤딩 탄성 한계치(Kb)의 관계를 그래프에 플롯한 것이 도 1이고, 그 평균치가 3.8~4.2°이면 높은 스프링 벤딩 탄성 한계치(표 2에서는 472~503N/㎟)를 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 이들 결과로부터 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 상기 동합금봉의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치와 인장강도의 관계를 그래프에 플롯한 것이 도 2이고, 그 평균치가 3.8~4.2°이면 높은 인장강도(표 2에서는 641~708N/㎟)를 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상술과 같이 해서 구한 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치와 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율의 관계를 그래프에 플롯한 것이 도 3이고, 그 평균치가 3.8~4.2°이면 낮은 응력 완화율(표 2에서는 12~19%)을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
이들 표 2 및 도 1, 도 2, 도 3의 결과로부터 분명하게 나타나있는 바와 같이, 본 발명의 Cu-Mg-P계 동합금은 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이루고 있는 것이 명백하고, 특히 스프링 벤딩 탄성 한계치 특성, 응력 완화 특성이 중요한 커넥터, 리드프레임, 릴레이, 스위치 등의 전기·전자부품에의 사용에 적합한 것을 알 수 있다.
그 중에서도 Zr을 첨가한 것은 스프링 벤딩 탄성 한계치가 483~503N/㎟, 인장강도가 657~708로 향상되고, 응력 완화율이 12~14%로 저하되어 있으며, 또한 기계적 특성, 응력 완화 특성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태의 제조 방법에 대하여 설명했지만 본 발명은 이 기재에 한정되는 일은 없고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 가할 수 있다.
예를 들면 「용해·주조→열간압연→냉간압연→용체화 처리→중간 냉간압연→마무리 냉간압연→저온 소둔」의 순서로의 제조공정을 나타냈지만 열간압연, 용체화 처리, 마무리 냉간압연, 저온 소둔이 이 순서로 이루어지는 것이면 되고, 그 경우 열간압연의 압연 개시 온도, 총 압연율, 1패스당 평균 압하율, 및 저온 소둔의 온도, 시간 등 이외의 조건은 일반적인 제조 조건을 적용하면 된다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명의 Cu-Mg-P계 동합금은 인장강도와 스프링 벤딩 탄성 한계치와 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 고레벨로 밸런스를 이루고 있고, 특히 스프링 벤딩 탄성 한계치 특성, 응력 완화 특성이 중요한 커넥터, 리드프레임, 릴레이, 스위치 등의 전기·전자부품에의 사용에 적합하다.

Claims (3)

  1. 질량%로 Mg : 0.3~2%, P : 0.001~0.1%, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는 동합금판이고, 후방 산란 전자 회절상 시스템을 사용한 주사형 전자현미경에 의한 EBSD법에 의해 스텝 사이즈 0.5㎛에서 상기 동합금판의 표면의 측정 면적 내의 전체 픽셀의 방위를 측정하고, 인접한 픽셀 간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주했을 경우의 전체 결정립에 있어서의 결정립 내의 전체 픽셀 간의 평균 방위차의 평균치가 3.8~4.2°이고, 인장강도가 641~708N/㎟이며, 스프링 벤딩 탄성 한계치가 472~503N/㎟이고, 200℃에서 1000시간의 열처리 후의 응력 완화율이 12~19%인 것을 특징으로 하는 동합금판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    질량%로 Zr을 0.001~0.03% 함유하는 것을 특징으로 하는 동합금판.
  3. 제 1 항에 기재된 동합금판의 제조 방법으로서, 열간압연, 용체화 처리, 마무리 냉간압연, 저온 소둔을 이 순서로 포함하는 공정으로 동합금을 제조할 시에 열간압연 개시 온도가 720℃~820℃이고, 총 열간압연율이 90% 이상이며, 1패스당 평균 압하율이 10%~35%로 해서 상기 열간압연을 행하고, 상기 용체화 처리 후의 동합금판의 비커스 경도를 80~100Hv로 조정하고, 상기 저온 소둔을 250~350℃에서 120초~240초 실시하는 것을 특징으로 하는 동합금판의 제조 방법.
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