KR102441663B1

KR102441663B1 - 구리 합금 판재 및 그 제조 방법, 상기 구리 합금 판재로 이루어지는 전기전자 부품

Info

Publication number: KR102441663B1
Application number: KR1020167033418A
Authority: KR
Inventors: 요시토 후지이; 마사루 히구치
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN106460095A; JP6053959B2; KR20170013881A; JPWO2015182777A1; CN106460095B; WO2015182777A1

Abstract

EV, HEV를 중심으로 한 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등에 이용하는 커넥터, 그 외 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓 등에 적절한, 도전성과 내응력 완화 특성이 우수하고, 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금 재료 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명은, Cr를 0.10 ∼ 0.50 질량%와, Mg를 0.01 ∼ 0.50 질량% 포함하고, Zr, Ti 중의 적어도 1종을 합계로 0.00 ∼ 0.20 질량% 함유하는 제 1 첨가 원소군, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종을 합계로 0.00 ∼ 0.50 질량% 함유하는 제 2 첨가 원소군으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피한 불순물로 이루어지는 구리 합금 판재로서, 판의 폭 방향 TD에 수직인 단면에 있어서, 입경이 30㎛ 이하의 결정립이 30 ∼ 70%의 면적률을 가지는 구리 합금 판재, 및 그 제조 방법과 상기 구리 합금 판재로 이루어지는 전기전자 부품이다.

Description

구리 합금 판재 및 그 제조 방법, 상기 구리 합금 판재로 이루어지는 전기전자 부품{COPPER ALLOY SHEET MATERIAL, PRODUCTION METHOD THEREFOR, AND ELECTRICAL/ELECTRONIC COMPONENT COMPRISING SAID COPPER ALLOY SHEET MATERIAL}

본 발명은, 전기자동차(EV; Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)를 중심으로 한 차량 탑재용 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등의 커넥터 외에, 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓 등에 적합한 구리 합금 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

EV, HEV를 중심으로 한 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등의 커넥터, 그 외 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓 등의 용도에 있어서는, 구리 합금 재료가 일반적으로 사용되고 있다. 최근의 EV, HEV의 기술개발 경쟁과 그것에 따르는 성능 향상의 요구에 수반하여, 회로 전원의 고전압화나 전자기기 치수의 소형화에 의한, 회로의 고 전류밀도화가 진행되고 있고, 이것에 대응하여 통전(通電)시의 저항 발열 및 그것에 따르는 회로 접속 신뢰성을 더 높이는 것이 필요해지고 있다. 이 문제를 해결하는 것에 있어서, 구리 합금 재료에는, 저항 발열을 억제하기 위한 높은 도전성, 발열했을 때에 회로 접속 신뢰성을 유지하기 위한 우수한 내응력 완화 특성이 요구된다. 또한, 소형화 등에 있어서, 부품 설계의 자유도를 높이는 관점에서, 굽힘 가공성과 같은 가공성이 양호한 것이 필요해지고 있다.

중간 정도의 강도와 높은 도전성을 가지는 합금계로서 구리-크롬(Cu-Cr)계 구리 합금, 구리-지르코늄(Cu-Zr)계 구리 합금, 구리-희박티탄(Cu-희박 Ti)계 구리 합금 등을 들 수 있다. 이러한 구리 합금에서는, 일반적으로, 가공에 의해 얻어지는 가공 조직에 비해, 열처리 후에 얻어지는 재결정 조직이, 굽힘 가공성이 양호해진다. 특허문헌 1에서는, Cu-Cr계 구리 합금의 합금 성분과 제조 조건을 조정하는 것으로, 재결정 후의 결정입경과 그 변동 계수를 제어하고, 굽힘 가공성과 내응력 완화 특성을 개선하고 있다. 특허문헌 2에서는, Cu-Cr계 구리 합금, Cu-Zr계 구리 합금, Cu-희박 Ti계 구리 합금의 합금 성분과 제조 조건을 조정하는 것으로, 재결정 방위인 Cube 방위를 발달시키고, 굽힘 가공성과 내응력 완화 특성을 개선하고 있다.

일본공개특허공보 2013-129889호 일본특허공보 제5170916호

EV, HEV를 중심으로 한 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등의 커넥터, 그 외 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓 등에 있어서, 회로의 접속 신뢰성을 유지하기 위해서는, 통전시의 저항 발열 등에 의해 열이 부가되었을 때에, 접압(接壓)을 유지할 필요가 있다. 이러한 요구로부터 구리 합금 재료에는, 높은 도전성과 내응력 완화 특성이 요구된다. 또한, 부품 설계의 자유도의 관점에서, 굽힘 가공성이 양호한 것도 요구된다.

특허문헌 1에서는, 합금 성분과 제조 조건을 조정하고, 재결정 입경과 그 변동 계수를 제어하는 것으로, 내응력 완화 특성과 양호한 굽힘 가공성을 겸비한 합금 재료의 기술이 기재되어 있다. 이 재료는, 응력 완화율(SRR: Stress Relaxation Ratio)이, 25%까지 높아지는 것을 허용한 것이다. 그러나, 상기와 같이 향후의 한층 더의 회로의 고 전류밀도화의 조건하에서 사용하는 재료로서는, 내응력 완화 특성을 더 개선하는 것이 요구되고 있다.

또한, 특허문헌 2에 기재되는 Cu-Cr계 구리 합금, Cu-Zr계 구리 합금, Cu-희박 Ti계 구리 합금은, 재결정 방위인 Cube 방위를 발달시키는 것으로 굽힘 가공성을 개선하고, 합금 성분과 제조 조건을 조정하는 것으로 내응력 완화 특성을 겸비하고 있다. SRR가 30%까지 되는 경우가 있어서, 상술한 바와 같이, 향후의 한층 더의 회로의 고 전류밀도화를 생각하면, 내응력 완화 특성에 개량의 여지가 더 있다.

상기의 사정에 비추어서, 본 발명의 과제는, 최근, 기술 진보가 현저한 EV, HEV를 중심으로 한 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등에 이용하는 커넥터, 그 외 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓 등에 적절한, 높은 도전성과 내응력 완화 특성이 우수하고 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금 재료 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기의 관점에서 EV, HEV를 중심으로 한 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등의 커넥터, 그 외 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓 등의 요구 성능의 향상에 대응할 수 있는 구리 합금 재료에 대해서 연구를 거듭했다. 그 결과, Cr를 0.10 ∼ 0.50 질량%와 Mg를 0.10 ∼ 0.50 질량%, 또한 Zr, Ti 중의 적어도 1종류를 합계로 0.01 ∼ 0.20 질량%, Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종류를 합계로 0.01 ∼ 0.50 질량% 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피한 불순물로 이루어지는 구리 합금 재료의 제조 조건을 연구하여, 가공 조직과 재결정 조직이 들어가서 섞인 특정의 반연화 조직의 금속 조직으로 하는 것으로, 우수한 내응력 완화 특성과 굽힘 가공성을 양립할 수 있는 것을 발견했다. 이것에 의해, 높은 도전성, 내응력 완화 특성, 및 양호한 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금 재료를 얻을 수 있었다. 본 발명은 이 발견에 근거하여 완성하기에 이른 것이다.

즉, 본 발명에 의하면, 이하의 수단이 제공된다.

(1) Cr를 0.10 ∼ 0.50 질량%와, Mg를 0.01 ∼ 0.50 질량% 포함하고, Zr, Ti 중의 적어도 1종을 합계로 0.00 ∼ 0.20 질량% 함유하는 제 1 첨가 원소군, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종을 합계로 0.00 ∼ 0.50 질량% 함유하는 제 2 첨가 원소군으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피한 불순물로 이루어지는 구리 합금 판재로서(단, 상기 Zr, Ti 중의 적어도 1종, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종은, 어느 1종 이상을 함유시켜도 좋고, 1종도 함유시키지 않아도 좋은 임의 첨가 성분이다.),

판의 폭 방향 TD에 수직인 단면에 있어서, 가공 조직과, 결정입경이 30㎛ 이하의 재결정 조직으로 이루어지고, 입경이 30㎛ 이하의 상기 결정립이 30 ∼ 70%의 면적률을 가지는 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재.

(2) Zr, Ti 중의 적어도 1종을 합계로 0.01 ∼ 0.20 질량% 함유하는 제 1 첨가 원소군, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종을 합계로 0.01 ∼ 0.50 질량% 함유하는 제 2 첨가 원소군으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는, (1)에 기재된 구리 합금 판재.

(3) 재료 표면에의 초기 부하 응력을 0.2% 내력(耐力)의 80%로 하고, 150℃ 중에서 1000시간 방치했을 때의 응력 완화율이 20% 이하이며,

90°W 굽혔을 때에 R/t가 1.0으로 균열이 발생하지 않는, (1) 또는 (2)에 기재된 구리 합금 판재.

(4) 도전율이 60%IACS 이상인, (1) ∼ (3)의 어느 한 항에 기재된 구리 합금 판재.

(5) (1) ∼ (4)의 어느 한 항에 기재된 구리 합금 판재의 제조 방법으로서,

(a) 구리 합금 판재에 상당하는 합금 소재의 용해 주조

(b) 850 ∼ 1050℃에서 균질 가열 처리

(c) 750℃ 이상에서 열간 가공을 행하고, 열간 가공을 끝낸 후, 700℃까지 1.3 ∼ 1.6℃/초로 냉각

(d) 90% 이하의 가공률로 냉간 가공

(e) 350 ∼ 650℃에서 10분 ∼ 24시간의 열처리 후, 냉각 속도 2℃/분 이하로 300℃까지 냉각,

(f) 50% 이하의 가공률로 마무리 가공

(g) 250 ∼ 650℃에서 5초 ∼ 10시간의 응력 제거 소둔(stress-relief annealing)

을, 이 순서로 행하는 것을 특징으로 하는, 구리 합금 판재의 제조 방법.

(6) (1) ∼ (4)의 어느 한 항에 기재된 구리 합금 판재로 이루어지는 전기전자 부품.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 하기의 기재로부터 보다 명백해질 것이다.

본 발명의 구리 합금 재료는, 높은 도전성, 우수한 내응력 완화 특성, 및 양호한 굽힘 가공성을 겸비하고, EV, HEV를 중심으로 한 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등의 커넥터, 그 외 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓용 등에 적합하고, 이들의 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등의 회로 접속 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 구리 합금 재료의 제조 방법은, 상기의 우수한 물성을 구비한 구리 합금 재료를 제조할 수 있다.

본 발명의 구리 합금 재료의 바람직한 실시형태에 대해서, 설명한다. 여기서, 「구리 합금 재료」는, (가공 전이며 소정의 합금 조성을 가지는) 구리 합금 소재가 소정의 형상(예를 들면, 판(板), 조(條, strip), 박(箔) 등)으로 가공된 것을 의미한다. 이하에서는 실시형태로서 판재, 조재에 대해서 설명하지만, 그 형상은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 구리 합금 재료는, Cr를 0.10 ∼ 0.50 질량%와, Mg를 0.01 ∼ 0.50 질량% 포함하고, Zr, Ti 중의 적어도 1종을 합계로 0.00 ∼ 0.20 질량% 함유하는 제 1 첨가 원소군, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종을 합계로 0.00 ∼ 0.50 질량% 함유하는 제 2 첨가 원소군으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피한 불순물로 이루어지는 구리 합금 판재이며, 판의 폭 방향 TD에 수직인 단면에 있어서, 입경이 30㎛ 이하의 결정립이 30 ∼ 70%의 면적률을 가지는 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재인 것을 특징으로 한다. 이 규정의 범위를 만족하는 것으로, 도전율(EC: Electrical Conductivity)이 60%IACS 이상이며, 재료 표면에의 초기 부하 응력을 0.2% 내력의 80%로 하고, 150℃ 중에서 1000시간 방치했을 때의 응력 완화율(SRR)이 20% 이하이며, 또한 90°W 굽힘에 있어서, R/t가 1.0 이하인, 높은 도전성, 내응력 완화 특성, 양호한 굽힘 가공성을 겸비한 재료가 얻어진다. 본 발명의 구리 합금 재료의 구성 조직, 합금 성분을, 이하에 상세하게 설명한다. 응력 완화율의 하한치에는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 0% 이상이다. 또한, 90°W 굽힘에 있어서 균열이 생기지 않는 R/t의 하한치에는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 0 이상이다. 또한, 도전율의 상한치에는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 101%IACS 이하이다.

<본 발명의 구리 합금 재료의 재료 조직>

본 발명의 구리 합금 재료는, 가공 조직과 재결정 조직이 들어가서 섞인 반연화 조직을 가지고 있고, 판의 폭 방향 TD에 수직인 단면(압연 방향 RD와 판 두께 방향 ND로 이루어지는 단면)을 관찰했을 때에, 그 단면에 있어서 입경이 30㎛ 이하의 결정이 30 ∼ 70%의 면적률을 가진다. 상기 입경의 하한치에는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 1㎛ 이상이다. 판의 폭 방향 TD는, 압연 수직 방향이라고도 한다. 단순하게, 판재의 짧은 방향을 가리키는 것이 아니고, 판재 제조시의 압연 방향 RD에 대해서 수직이며, 또한 판재의 압연면 법선 방향(판 두께 방향 ND)에 대해서도 수직인 방향이 판의 폭 방향 TD이다.

본 발명의 구리 합금 재료의 가공 조직은, 상기의 합금 조성의 재료를, 후술과 같이, 열간 가공 후에 냉간 가공을 실시하는 것으로 얻어진다. 일반적으로, 열간 가공 후의 재료의 결정입경은 100㎛ 전후로 크고, 재료 중의 입계 밀도는 작다. 이 때문에, 그것을 냉간 가공하여 얻어지는 가공 조직에 있어서도 재료 중의 입계 밀도가 작아지고, 내응력 완화 특성은 양호해진다. 이것에 비하여 본 발명에 있어서의 재결정 조직은, 가공 조직을 열처리하여 재결정시키는 것으로 얻어지고, 결정입경 30㎛ 이하이며, 가공 조직의 기초가 되는 열간 가공 후의 재료에 비해 결정입경이 작기 때문에, 재료 중의 입계 밀도가 크고, 가공 조직에 비해 내응력 완화 특성은 떨어지게 된다.

이것에 비하여, 본 발명은, 판의 폭 방향 TD에 수직인 단면에 있어서 입경이 30㎛ 이하의 결정이 30 ∼ 70%의 면적률을 가지도록 제어하는 것으로, 내응력 완화 특성의 저하를 방지하고, 또한 양호한 굽힘 가공성을 유지할 수 있다. 또한, 면적률은, 40000㎛² 정도의 영역을 관찰하여 측정하는 것이 바람직하다. 이 영역을 관찰하면, 구리 합금 판재 전역을 측정하지 않더라도, 목적의 면적률로 할 수 있다. 또한, 구리 합금 판재가 가공되어서 다른 부품의 일부가 되었을 경우라도, 그 부품으로부터 구리 합금 판재의 판의 폭 방향 TD에 수직인 단면을 특정하고, 40000㎛² 정도의 영역을 관찰하는 것에 의해서, 목적의 면적률을 측정할 수 있다.

본 발명의 구리 합금 판재의 판의 폭 방향 TD에 수직인 단면에 있어서, 결정입경이 30㎛ 이하의 영역이 30% 미만인 경우, 가공 조직이 과잉이 되고, 굽힘 가공성이 불충분하다. 또한, 결정입경이 30㎛ 이하의 영역이 70%보다 큰 경우, 재결정 조직이 과잉이 되고, 내응력 완화 특성이 저하된다. 본 발명에서 규정한 상기의 반연화 조직의 형성은, 후술의 제조 조건을 만족하는 것으로 얻어진다. 또한, 본 발명에 있어서의 결정입경은, 결정립의 장경(長徑)과 단경(短徑) 중, 장경을 의미한다.

(합금 성분)

<Cr>

Cr은, 구리 합금 모상 중에 석출시키는 것으로, 도전성을 떨어뜨리는 일 없이, 강도와 내응력 완화 특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 있어서, Cr은 0.10 ∼ 0.50 질량%, 바람직하게는 0.15 ∼ 0.40 질량%, 더 바람직하게는 0.20 ∼ 0.35 질량% 포함된다. Cr량이 너무 적으면, 구리 모상 중의 Cr 또는 Cr를 포함하는 화합물의 양이 적어지기 때문에, 소망의 강도, 내응력 완화 특성이 얻어지지 않는다. 또한, 열처리 공정에 있어서 재결정이 과잉으로 진행되고, 상기의 반연화 조직을 얻기 어려워진다. 한편, 너무 많으면, 도전성의 저하, 구리 모상 중에 있어서의 조대(粗大) 화합물의 발생에 의한 강도의 저하, 굽힘 가공성에의 악영향 등의 문제가 생긴다.

<Mg>

Mg는, 구리 모상 중에 고용(固溶) 원소로서 작용하는 것으로, 강도와 내응력 완화 특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 있어서, Mg는 0.01 ∼ 0.50 질량%, 바람직하게는 0.05 ∼ 0.40 질량%, 더 바람직하게는 0.10 ∼ 0.30 질량% 포함된다. 함유량이 너무 적으면 상기의 각 특성의 개선 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, 열처리 공정에 있어서 재결정이 과잉으로 진행되고, 상기의 반연화 조직을 얻기 어려워진다. 한편, 너무 많으면, 도전성의 저하, 가공성(예를 들면, 열간 가공성)에의 악영향 등의 문제가 생긴다. Mg는, 구리 모상 중에 고용 원소로서 작용하는 것으로 내응력 완화 특성을 향상시키기 때문에, P와 같이 Mg와 화합물을 형성하고 석출시키는 원소를 동시에 첨가하는 것은, 바람직하지 않다.

<Ti, Zr>

본 발명에 있어서, 임의 첨가 성분으로서 첨가할 수 있는, 제 1 첨가 원소의 Ti, Zr는, 구리 모상 중에 석출시키는 것으로, 강도와 내응력 완화 특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 이 형태에 있어서, Ti, Zr 중의 적어도 1종류를 합계로 0.01 ∼ 0.20 질량%, 바람직하게는 0.05 ∼ 0.15 질량%, 더 바람직하게는 0.10 ∼ 0.15 질량% 함유시켜도 좋다. 함유량이 너무 적으면 그 첨가의 효과가 충분하지 않고, 너무 많으면, 도전성의 저하, 가공성(예를 들면, 열간 가공성)에의 악영향 등의 문제가 생긴다.

<Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni>

본 발명의 바람직한 형태로서 임의 첨가 성분으로서 제 2 첨가 원소의 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni를 첨가하는 것으로, 강도, 내응력 완화 특성, 프레스성, 도금성 등의 재료 특성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종류를 합계로 0.01 ∼ 0.50 질량%, 바람직하게는 0.05 ∼ 0.40 질량%, 더 바람직하게는 0.10 ∼ 0.30 질량% 함유시켜도 좋다. 함유량이 너무 적으면, 제 2 첨가 원소의 첨가의 효과가 충분하지 않고, 너무 많으면, 도전성의 저하, 가공성(예를 들면, 열간 가공성)에의 악영향, 원료비의 증가 등의 문제가 생기는 경우가 있다.

(제조 방법)

다음에, 본 발명의 구리 합금 재료의 제조 방법의 바람직한 일례에 대해서 설명한다.

본 발명의 구리 합금 재료의 통상의 제조 공정을 나타내면, a. 용해 주조, b. 균질화 열처리, c. 열간 가공, d. 냉간 가공, e. 열처리, f. 마무리 가공, g. 응력 제거 소둔을 순서로 행하는 것으로 제조된다. 또한 열간 가공 후에 냉간 가공 전에 면삭(面削)을 행하는 것이 바람직하다.

이 제조 방법은, 종래와 동일한 정도의 공정 수이면서, 각각의 공정 조건을 적절히 설정하는 것으로, 목적의, 재료 특성의 향상을 실현할 수 있다. 이하에 상세히 기술하는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 있어서는, 열간 가공 후의 냉각 속도와 냉간 가공의 가공률이 중요하고, 그 후속 공정인 마무리 가공이나 응력 제거 소둔은, 복수회 실시해도 좋다.

<용해 주조>

Cr를 0.10 ∼ 0.50 질량%와, Mg를 0.01 ∼ 0.50 질량% 포함하고, 잔부가 Cu와 불가피한 불순물로 이루어지는 구리 합금 소재를 준비한다. 혹은, Cr를 0.10 ∼ 0.50 질량%와, Mg를 0.01 ∼ 0.50 질량% 포함하고, Zr, Ti 중의 적어도 1종을 합계로 0.01 ∼ 0.20 질량% 함유하는 제 1 첨가 원소군, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종을 합계로 0.01 ∼ 0.50 질량% 함유하는 제 2 첨가 원소군으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피한 불순물로 이루어지는 구리 합금 소재를 준비한다. 이 구리 합금 소재를 용해로(溶解爐)에 의해 용해 주조를 실시하고, 냉각하여 소정의 성분을 가지는 주괴를 얻는다. 용해 주조는, 통상의 방법으로 행할 수 있다.

<균질화 열처리>

균질화 열처리는, 주괴에 포함되는 화합물을 구리 모상 중에 고용시키고, 주괴의 성분을 균질화하기 위해서 실시한다. 이것에 의해, 첨가한 성분의 효과를 충분히 얻을 수 있게 되고, 또한 재료 중의 특성의 편차를 작게 할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 바람직하게는 850 ∼ 1050℃의 온도에서 0.5 ∼ 12시간, 보다 바람직하게는 900 ∼ 1050℃, 더 바람직하게는 950 ∼ 1050℃에서 균질화 열처리를 행한다.

<열간 가공>

균질화 열처리 한 직후의 주괴를 열간 가공(열간 압연 등)하여 판 두께를 얇게 한다. 열간 가공은 750℃ 이상의 온도에서 종료하고, 그 후 700℃까지 1.3 ∼ 1.6℃/s로 냉각(예를 들면 수냉)하고, 그 후 수냉한다. 열간 가공을 고온에서 종료하는 것으로 가공 후의 결정입경이 커지고, 또한 700℃까지의 냉각 속도를 늦게 하는 것으로 결정립이 성장하기 때문에, 열간 압연 후에 얻어지는 재료의 결정입경이 소정의 범위로 성장한다. 이것에 의해, 후속 공정인 냉간 가공에서 얻어지는 가공 조직의 내응력 완화 특성이 향상될 뿐만 아니라, 열처리 공정에 있어서 재결정의 기점이 되는 결정입계가 적어지기 때문에, 목표로 하는 반연화 조직이 얻어지기 쉬워진다. 700℃까지의 냉각 속도가 너무 늦으면, 균질화 열처리에 의해 구리 모상 중에 고용시킨 첨가 원소가, 냉각시에 조대 화합물로서 석출되고, 첨가 원소의 효과를 충분히 얻을 수 없게 된다. 또한, 냉각시에 결정립이 조대하게 성장하고, 열간 압연 후에 얻어지는 재료의 결정입경이 소정의 범위보다 커지고, 후속 공정인 열처리 공정에 있어서, 목표로 하는 반연화 조직을 얻는 것이 어려워진다. 또한 700℃까지의 냉각 속도가 너무 빠르면, 냉각시에 결정립이 충분히 성장하지 않고, 열간 압연 후에 얻어지는 재료의 결정입경이 소정의 범위보다 작아지고, 후속 공정인 열처리 공정에 있어서, 목표로 하는 반연화 조직을 얻는 것이 어려워진다.

<면삭>

열간 가공 후의 재료 표면에 형성된 산화 피막을 면삭에 의해 제거한다. 면삭 공정은 임의로 행해도 좋다. 면삭은, 공지의 방법으로 행할 수 있다.

<냉간 가공>

면삭 후의 재료를, 냉간 가공(예를 들면 냉간 압연) 90% 이하의 가공률로 행한다. 가공률은, 바람직하게는 30 ∼ 85%, 더 바람직하게는 가공률 50 ∼ 85%이다. 냉간 가공의 가공률이 너무 큰 경우, 후속 공정인 열처리 공정에 있어서 재결정이 진행되기 쉽고, 목표로 하는 반연화 조직이 얻어지지 않게 된다. 또한, 냉간 가공의 가공률이 너무 작으면, 후속 공정인 열처리 공정에서 재결정이 일어나기 힘들어질 가능성이 있기 때문에, 바람직하게는 30% 이상의 가공률로 냉간 가공을 행한다.

<열처리>

냉간 가공 후의 재료에 대해서, 350 ∼ 650℃, 바람직하게는 450 ∼ 650℃에서, 10분 ∼ 24시간의 열처리를 행한다. 열처리에 의해, 가공 조직의 일부가 재결정되고 반연화 조직이 얻어지는 것 외에, 구리 모상 중에 미세한 석출물이 석출되고, 강도, 도전성, 내응력 완화 특성이 향상된다. 저온에서 단시간 처리하는 경우, 열처리시에 재결정이 생기기 힘들고, 목표로 하는 반연화 조직이 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 석출량이 적고, 또한 석출되는 화합물의 입자 지름이 너무 미세하기 때문에, 강도, 도전성, 내응력 완화 특성의 향상은 기대할 수 없다. 또한, 고온에서 장시간 처리하는 경우, 열처리시에 재결정이 과잉으로 진행되고, 목표로 하는 반연화 조직이 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 석출하는 화합물이 조대화되고, 도전성은 향상되지만, 강도, 내응력 완화 특성의 향상은 기대할 수 없다. 또한, 시효 열처리 후의 300℃까지의 냉각 속도는, ≤ 2℃/분으로 하는 것이 바람직하다. 300℃까지의 냉각 속도를 이 범위로 하는 것으로, 강도, 도전성, 내응력 완화 특성을 보다 향상시킬 수 있다.

<마무리 가공>

열처리 후의 재료에, 50% 이하, 보다 바람직하게는 10 ∼ 40%의 가공률로, 마무리 가공(마무리 압연 등)을 행한다. 마무리 가공에 의해, 강도가 향상되지만, 도전성, 내응력 완화 특성, 굽힘 가공성이 저하된다. 마무리 가공률이 너무 큰 경우, 도전성, 내응력 완화 특성, 굽힘 가공성이 현저하게 저하되고, 이후의 응력 제거 소둔 공정에서, 이들의 특성의 회복과 강도의 유지를 양립하는 것이 곤란해진다.

<응력 제거 소둔>

마무리 가공 후의 재료에 응력 제거 소둔을 행하는 것으로, 강도가 저하되지만, 도전성, 내응력 완화 특성, 굽힘 가공성이 개선된다. 본 발명에서는, 250 ∼ 650℃의 온도에서, 5초 ∼ 10시간의 응력 제거 소둔을 행하는 것이 바람직하다. 저온에서 단시간 처리했을 경우, 마무리 가공에서 저하된 도전성, 내응력 완화 특성, 굽힘 가공성을 회복할 수 없는 경우가 있다. 또한, 너무 고온에서 장시간 처리하면, 강도가 현저하게 저하되는 경우가 있다.

본 발명의 구리 합금 재료는, 높은 도전성, 내응력 완화 특성, 양호한 굽힘 가공성을 겸비하고 있고, EV, HEV를 중심으로 한 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등의 커넥터, 그 외 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓 등에 적합하다.

[실시예]

이하에, 실시예에 근거하여 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

원료의 구리 합금 소재를 용해 주조하여 주괴를 제작하고, 균질화 열처리 직후에 열간 가공을 행하고, 750℃ 이상에서 열간 가공을 끝내고, 700℃까지 냉각 속도를 제어하여 냉각한 후, 수냉했다. 수냉 후, 면삭에 의해 재료의 산화 피막을 제거한 후에 냉간 가공을 행하고, 450 ∼ 650℃에서 10분 ∼ 24시간 열처리하고, 2℃/분의 냉각 속도로 냉각했다. 냉각 후, 50% 이하의 가공률의 마무리 압연, 250 ∼ 650℃의 온도에서, 5초 ∼ 10시간의 응력 제거 소둔을 계속하여 행하는 것으로, 구리 합금 재료를 얻었다. 각 공정의 조건을 규정의 범위 내로 하는 것으로, 목표로 하는 구리 합금 재료 조직을 가지는 발명예의 시료를 얻었다. 또한, 비교예로서 주괴 성분, 제조 방법이 다른 재료를 제작했다. 제작한 재료는, 모두 최종 판 두께를 1.0㎜로 했다.

또한, 각 열처리나 압연의 후에, 재료 표면의 산화나 조도(粗度) 상태에 대응하여 산 세정(酸洗淨)이나 표면 연마를 행했다.

이와 같이 하여 제조한 공시재(供試材)에 대해서, 하기의 평가 시험을 실시했다.

(조직 관찰)

금속 현미경에 의해, 재료의 판의 폭 방향 TD에 수직인 단면을 관찰(압연 방향 RD와 판 두께 방향 ND로 이루어지는 단면)하고, 결정입경이 30㎛ 이하의 영역의 면적률을 산출했다. 관찰은, 열처리 공정 후의 재료에 대해서 판의 폭 방향 TD에 수직인 단면에 습식 연마 및 버프 연마를 실시하고, 크롬산 : 물 = 1 : 1(용량비)의 비율로 혼합한 액에서 수초간 연마면을 부식시킨 후, 금속 현미경으로 50 ∼ 500배의 배율로 행했다. 또한, 결정입경이 30㎛ 이하의 영역의 면적률에 대해서는, 다음과 같이 하여 구했다. 우선 관찰 사진 상, 200㎛×200㎛의 영역에 대해서, 10㎛의 스팬(span)으로 관찰 사진을 눈금 형상으로 구획하고, 결정입경이 30㎛ 이하의 입자가 각 눈금의 반 이상의 영역을 채우는 경우는, 그 눈금은 결정입경이 30㎛ 이하의 영역으로 간주했다. 그 후, 결정입경이 30㎛ 이하의 영역으로 간주한 눈금의 총 수를 계수했다. 결정입경이 30㎛ 이하의 영역으로 간주한 눈금의 총 수를, 관찰한 눈금의 총 수로 나누어서 100을 곱한 값을, 결정입경이 30㎛ 이하의 영역의 면적률로 했다.

(인장 강도(TS: Tensile Strength))

압연 평행 방향에서 자른 시험편을, JISZ2241에 준하여 3개 측정하고, 그 평균치를 나타냈다. TS가 400 MPa 이상을 합격으로 하고, TS가 400 MPa 미만을 불합격으로 했다.

(EC)

20℃(±0.5℃)로 유지된 항온조 중에서, 사단자법(四端子法)에 의해 비저항을 계측하고, 도전율을 산출했다. 또한, 단자간 거리는 100㎜로 했다.

(SRR)

일본 신동 협회(日本伸銅協會) JCBAT309:2004 「구리 및 구리 합금 박판 조의 굽힘에 의한 응력 완화 시험 방법」에 준하여, 캔틸레버(cantilever) 바늘법(캔틸레버 바늘 블록식 지그 사용)에 의해, 재료 표면에의 초기 부하 응력을 0.2% 내력의 80%로 하고, 150℃에서 1000시간 유지의 조건으로 측정했다. 시험편은 폭 10㎜의 직사각형으로 하고, 압연 평행 방향과 시험편의 길이 방향을 일치시켰다. 응력 완화율의 산출 방법은, 일본특허 제5307305호에 기재된 산출 방법에 의한다. 즉, 열처리 전, 시험대에 캔틸레버로 유지한 시험편에, 내력의 80%의 초기 응력을 부여했을 때의 시험편의 선단의 위치는, 기준 위치로부터 거리 δ₀의 높이에 있다. 이것을 150℃의 항온조에 1000시간 유지(초기 응력을 부여한 상태에서 상기 시험편을 열처리)하고, 부하를 제거한 후의 시험편의 선단의 위치는, 상기 기준 위치로부터 거리 H_t의 높이에 있다. 또한, 응력을 부하하지 않았던 경우의 시험편에 대해서 상기의 열처리를 행했을 경우의 시험편의 선단의 위치는, 상기 기준 위치로부터 거리 H₁의 높이에 있다. 이들의 관계로부터, 응력 완화율(%)은 (H_t-H₁)/(δ₀-H₁)×100으로 산출했다.

(굽힘 가공성)

굽힘 가공 시험은, JISZ2248에 준하여 행했다. 재료를 폭 10㎜, 길이 50㎜로 자르고, 굽힘축이 압연 방향에 수직이 되는 90°W 굽힘(GW: Good Way), 혹은 압연 방향에 평행이 되는 90°W 굽힘(BW: Bad Way)을 실시한 후, 굽힘부 표면을 광학 현미경에 의해 200배로 관찰하고, 균열의 유무를 조사했다. 굽힘 가공성은, 판 두께를 t, 90°W 굽힘의 내측 굽힘 반경을 R로 했을 때에, R/t가 1.0의 조건에서 GW와 BW의 양쪽 모두에서 균열이 생기지 않았던 경우를 양호 (A), GW와 BW의 어느 한쪽이라도 균열이 생겼을 경우를 열등 (D)로 하여 판단했다.

표 1에, 제작한 주괴의 합금 조성을 정리했다. 합금 No. 1 ∼ 14는 본 발명의 범위 내이며, 합금 No. 15 ∼ 24는 범위 외이다.

표 2는, 제조 방법이 본 발명의 범위 내이며, 성분도 본 발명의 범위 내인 발명예와, 성분이 본 발명의 범위 외인 비교예에 대해서 나타낸다. 발명예는, 모두 TS ≥ 400 MPa, EC ≥ 60%IACS, SRR ≤ 20%, 굽힘 가공성이 양호하고, 높은 도전성, 내응력 완화 특성, 양호한 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금 재료이다. 이것에 비하여, 합금 성분의 첨가량이 본 발명에서 규정하는 범위를 만족하지 못하는 비교예에서는, 강도, 도전성, 내응력 완화 특성, 및 굽힘 가공성 중의 어느 하나가 떨어지는 결과가 되었다.

표 3은, 합금 조성이 본 발명의 범위 내이며, 제조 방법도 본 발명의 범위 내인 발명예와, 제조 방법이 본 발명의 범위 외인 비교예에 대해서 나타낸다. 발명예는, 모두 TS ≥ 400 MPa, EC ≥ 60%IACS, SRR ≤ 20%, 굽힘 가공성이 양호하고, 높은 도전성, 내응력 완화 특성, 양호한 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금 재료이다. 이것에 비하여, 제조 조건이 본 발명의 범위 외인 비교예는, 내응력 완화 특성, 굽힘 가공성 중의 어느 하나가 떨어지고, 높은 목표의 요구 성능의 재료로서 불충분하다.

본 발명의 범위 내의 구리 합금 재료는, 높은 도전성, 우수한 내응력 완화 특성, 양호한 굽힘 가공성을 겸비할 수 있기 때문에, EV, HEV를 중심으로 한 차재 부품 및 주변 인프라나 태양광 발전 시스템 등의 커넥터, 그 외 리드 프레임, 릴레이, 스위치, 소켓 등에 적합하다.

본 발명을 그 실시 형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하려고 하는 것이 아니고, 첨부의 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일 없이 폭넓게 해석되는 것이 당연하다고 생각한다.

본원은, 2014년 5월 29일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허출원 2014-111771에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 넣는다.

Claims

Cr를 0.10 ∼ 0.50 질량%와, Mg를 0.01 ∼ 0.50 질량% 포함하고, Zr, Ti 중의 적어도 1종을 합계로 0.00 ∼ 0.20 질량% 함유하는 제 1 첨가 원소군, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종을 합계로 0.00 ∼ 0.50 질량% 함유하는 제 2 첨가 원소군으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종을 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피한 불순물로 이루어지는 구리 합금 판재로서(단, 상기 Zr, Ti 중의 적어도 1종, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종은, 어느 1종 이상을 함유시켜도 좋고, 1종도 함유시키지 않아도 좋다.),
판의 폭 방향 TD에 수직인 단면에 있어서, 가공 조직과, 결정입경이 30㎛ 이하의 재결정 조직으로 이루어지고, 입경이 30㎛ 이하의 상기 결정립이 30 ∼ 70%의 면적률을 가지는 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재.
제 1 항에 있어서,
Zr, Ti 중의 적어도 1종을 합계로 0.01 ∼ 0.20 질량% 함유하는 제 1 첨가 원소군, 및 Zn, Fe, Sn, Ag, Si, Ni 중의 적어도 1종을 합계로 0.01 ∼ 0.50 질량% 함유하는 제 2 첨가 원소군으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는, 구리 합금 판재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
재료 표면에의 초기 부하 응력을 0.2% 내력(耐力)의 80%로 하고, 150℃ 중에서 1000시간 방치했을 때의 응력 완화율이 20% 이하이며,
90°W 굽혔을 때에 R/t가 1.0으로 균열이 발생하지 않는, 구리 합금 판재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
도전율이 60%IACS 이상인, 구리 합금 판재.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금 판재의 제조 방법으로서,
(a) 구리 합금 판재에 상당하는 합금 소재의 용해 주조
(b) 850 ∼ 1050℃에서 균질 가열 처리
(c) 750℃ 이상에서 열간 가공을 행하고, 열간 가공을 끝낸 후, 700℃까지 1.3 ∼ 1.6℃/초로 냉각
(d) 90% 이하의 가공률로 냉간 가공
(e) 350 ∼ 650℃에서 10분 ∼ 24시간의 열처리 후, 냉각 속도 2℃/분 이하로 300℃까지 냉각,
(f) 50% 이하의 가공률로 마무리 가공
(g) 250 ∼ 650℃에서 5초 ∼ 10시간의 응력 제거 소둔(stress-relief annealing)
을, 이 순서로 행하는 것을 특징으로 하는, 구리 합금 판재의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금 판재로 이루어지는 전기전자 부품.