KR102455771B1

KR102455771B1 - 시효 처리 전의 티타늄 구리판, 프레스 가공품 및 프레스 가공품의 제조 방법

Info

Publication number: KR102455771B1
Application number: KR1020217005796A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 가키타니
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2022-10-18
Also published as: EP3845676A1; JP2020033617A; CN112601828A; CN112601828B; TWI692535B; KR20210038638A; EP3845676A4; JP6629400B1; TW202009309A; WO2020044699A1

Abstract

프레스 가공 후에 열처리를 행하는 티타늄 구리판의 미분쇄 경화재이며, 열처리 후의 스프링성 및 치수 안정성이 양호한 티타늄 구리판을 제공한다. Ti를 2.0 내지 4.5질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물을 포함하고, 압연 평행 방향의 인장 강도가 750MPa 이상이고, 도전율이 4.0 내지 8.0％IACS이고, 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 스프링 한계값이 800MPa 이상이고, 또한 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 열 신축률이 100ppm 이하인 티타늄 구리판이다.

Description

시효 처리 전의 티타늄 구리판, 프레스 가공품 및 프레스 가공품의 제조 방법

본 발명은 티타늄 구리판, 프레스 가공품 및 프레스 가공품의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 프레스 가공 후에 열처리를 행하는 미분쇄 경화재(non-mill hardened material)이며, 커넥터 등의 전자 부품용 부재로서 적합하게 사용할 수 있는 티타늄 구리판, 프레스 가공품 및 프레스 가공품의 제조 방법에 관한 것이다.

근년에는 휴대 단말기 등으로 대표되는 전자 기기의 소형화가 점점 진행되어, 해당 전자 기기에 사용되는 커넥터는 협피치화 및 높이 저감화의 경향이 현저하다. 소형의 커넥터가 되면 핀 폭이 좁고, 작게 접은 가공 형상으로 되기 때문에, 사용하는 부재에는 필요한 스프링성을 얻기 위한 높은 강도와, 가혹한 굽힘 가공에 견딜 수 있는 우수한 굽힘 가공성이 요구된다. 이러한 점에서, 티타늄을 함유하는 구리 합금(이하, 「티타늄 구리」라고 칭한다.)은 비교적 강도가 높고, 응력 완화 특성에 있어서는 구리 합금 중 가장 우수하기 때문에, 특히 강도가 요구되는 신호계 단자용 부재로서, 근년 수요가 증대되고 있다.

티타늄 구리는 일반적으로 시효 경화형의 구리 합금인 것이 알려져 있다. 구체적으로는, 용체화 처리에 의해 용질 원자인 Ti의 과포화 고용체를 형성시키고, 그 상태로부터 저온에서 비교적 장시간의 열처리를 실시하면, 스피노달 분해에 의해 모상 중에 Ti 농도의 주기적 변동인 변조 구조가 발달되어 강도가 향상된다. 이러한 강화 기구를 기본으로 하여 티타늄 구리의 한층 더한 특성 향상을 목표로 하여 다양한 방법이 연구되고 있다. 이때, 문제가 되는 것은 강도와 굽힘 가공성이 상반되는 특성인 점이다. 즉, 강도를 향상시키면 굽힘 가공성이 손상되고, 한편으로 굽힘 가공성을 중시하면 원하는 강도가 얻어지지 않는다고 하는 것이다. 그래서, Fe, Co, Ni, Si 등의 제3 원소를 첨가하는 것(특허문헌 1), 모상 중에 고용되는 불순물 원소군의 농도를 규제하고, 이들을 제2상 입자(Cu-Ti-X계 입자)로서 소정의 분포 형태로 석출시켜서 변조 구조의 규칙성을 높게 하는 것(특허문헌 2), 결정립을 미세화시키는데 유효한 미량 첨가 원소와 제2상 입자의 밀도를 규정하는 것(특허문헌 3) 등의 관점에서, 티타늄 구리의 강도와 굽힘 가공성의 양립을 도모하고자 하는 연구 개발이 종래 이루어져 왔다.

일반적으로, 티타늄 구리의 제조 과정에 있어서 제2상 입자가 너무 조대화되면, 굽힘 가공성이 손상되는 경향이 있다는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 종래의 최종 용체화 처리에 있어서는 재료를 소정의 온도로 가열한 후, 수랭 등에 의해 가능한 한 빠른 냉각 속도로 재료의 냉각을 행하여, 냉각 과정에서의 제2상 입자의 석출을 억제하는 방법이 행해지고 있다. 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-303222호 공보(특허문헌 4)에서는 특성의 변동을 억제하기 위해서, 재료의 열처리 후에 200K(200℃)/초 이상의 냉각 속도로 재료를 빠르게 냉각하는 예가 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2002-356726호 공보(특허문헌 5)에서는, 굽힘 가공성을 손상시키지 않고 고강도화를 도모하기 위해서, 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 W 굽힘 시험을 행했을 때, 원하는 굽힘 반지름비가 되는 티타늄 구리 합금이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-231985호 공보 일본 특허 공개 제2004-176163호 공보 일본 특허 공개 제2005-97638호 공보 일본 특허 공개 제2001-303222호 공보 일본 특허 공개 제2002-356726호 공보

한편, 프레스 가공으로 커넥터 등의 전자 부품을 제조하는 경우, 강도가 높은 재료에서는 굽힘 가공 후의 스프링백이 커서 프레스 후의 치수가 목표 치수에 들어가지 않는 문제가 있었다. 또한, 프레스에 의한 변형의 도입으로 스프링 한계값이 저하되는 문제가 있었다. 그 때문에, 용체화 후에 마무리 냉간 압연을 행한 비교적 강도가 낮은 재료에 프레스 가공을 행하여 원하는 치수를 얻은 뒤, 열처리를 행하여 강도 및 스프링 한계값을 향상시키는 타입의 재료(미분쇄 경화재)를 사용하는 것도 생각된다. 프레스 후에 열처리를 행함으로써 높은 강도와 도전율을 갖는 합금으로서 Cu에 Be를 첨가한 재료가 알려져 있고, 예를 들어 C17200(1.8 내지 2.0질량％ Be-0.2질량％ 이상의 Ni+Co, 잔부 Cu)이 CDA(Copper Development Association)에 등록되어 있다.

특허문헌 5의 청구항 16에는 프레스 가공 후에 시효 처리(이하, 열처리)가 행하여져, 열처리 후의 경도가 345Hv 이상이 되는 티타늄 구리가 예시되어 있지만, 열처리 후의 치수 변화가 커서 치수 안정성이 떨어졌다. 특히 특허문헌 5의 표 10의 발명예(No.1 내지 10, 12, 14 내지 16)에서는 열처리 후의 압연 방향과 평행 방향의 열 신축량은 0.05％(500ppm) 이상으로 컸다.

그래서, 본 발명은 일 실시 형태에 있어서, 프레스 가공 후에 열처리를 행하는 티타늄 구리의 미분쇄 경화재이며, 열처리 후의 스프링성 및 치수 안정성이 양호한 티타늄 구리판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 열처리 후의 스프링성 및 치수 안정성과 티타늄 구리의 특성에 대하여 예의 검토한 바, 열처리 전의 인장 강도 및 도전율을 조정한 티타늄 구리가, 열처리 후에 우수한 스프링 한계값 및 열 신축 특성을 갖고 있는 것, 그 티타늄 구리가 후술하는 용체화 처리 조건, 온간 압연 온도 및 압연 가공도에 의해 얻어지는 것을 찾아내어, 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은 일 측면에 있어서, Ti를 2.0 내지 4.5질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물을 포함하고, 압연 평행 방향의 인장 강도가 750MPa 이상이고, 도전율이 4.0 내지 8.0％IACS이고, 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 스프링 한계값이 800MPa 이상이고, 또한 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 열 신축률이 100ppm 이하인 티타늄 구리판이다.

본 발명에 관한 티타늄 구리판의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 도전율은 4.0 내지 6.0％IACS이다.

본 발명에 관한 티타늄 구리판의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 스프링 한계값은 850MPa 이상이다.

본 발명에 관한 티타늄 구리판의 일 실시 형태에 있어서는, 400℃에서 2시간 열처리 후에 있어서, 압연 평행 방향의 열 신축률과, 압연면에 평행한 방향이며 압연 평행 방향에 대하여 직교하는 압연 직각 방향의 열 신축률의 합이 200ppm 이하이다.

본 발명에 관한 티타늄 구리판의 일 실시 형태에 있어서는, 압연 방향에 대하여 굽힘 축이 평행(BW 방향)이 되는 W 굽힘 시험에 있어서, 최소 굽힘 반지름(MBR)의 판 두께(t)에 대한 비율이 MBR/t≤2.0이다.

본 발명에 관한 티타늄 구리판의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 MBR/t≤1.8이다.

본 발명에 관한 티타늄 구리판의 일 실시 형태에 있어서는, 제3 원소로서 Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 합계 0.5질량％ 이하로 더 함유한다.

또한, 본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 상기 어느 것의 티타늄 구리판을 구비한 프레스 가공품이다.

또한, 본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 상기 어느 것의 티타늄 구리판을, 프레스 가공 및 시효 처리를 이 순으로 행하는 것을 포함하는 프레스 가공품의 제조 방법이다.

본 발명에 따르면, 열처리 후의 스프링성 및 치수 안정성이 우수한 티타늄 구리판을 얻을 수 있다. 본 발명에 관한 티타늄 구리판은 열처리 후의 스프링 한계값 및 열 신축 특성이 우수하기 때문에, 굽힘 가공 및 그 후의 열처리에 의해 제조되는 전자 부품에서, 양호한 제품 치수 및 스프링 특성을 가진 소형 전자 부품의 제조에 적합하게 사용할 수 있다.

도 1은, 열수축률 측정용의 시험편을 설명하는 도면이다.

이하에, 적합한 실시의 양태를 들어 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

[1. 티타늄 구리판]

본 발명에 관한 티타늄 구리판은 일 실시 형태에 있어서 Ti를 2.0 내지 4.5질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물을 포함하고, 압연 평행 방향의 인장 강도가 750MPa 이상이고, 도전율이 4.0 내지 8.0％IACS이고, 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 스프링 한계값이 800MPa 이상이고, 및 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 열 신축률이 100ppm 이하이다. 이하, 각 구성에 대하여 적합한 양태를 설명한다.

(Ti 함유량)

본 발명에 관한 티타늄 구리판의 일 실시 형태는, 원하는 Ti 함유량으로 함으로써, 용체화 처리에 의해 Cu 매트릭스 중에 Ti를 고용시키고, 시효 처리에 의해 미세한 석출물을 합금 중에 분산시킴으로써 강도를 상승시킨다. 즉, Ti 함유량은 열처리 전의 압연 평행 방향의 인장 강도가 750MPa 이상이고, 열처리 후에 충분한 스프링 한계값을 얻는다는 관점에서 2.0질량％ 이상이고, 2.5질량％ 이상이 바람직하고, 3.0질량％ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 열간 압연에 있어서 재료의 파단을 억제하고, 또한 굽힘 가공성이 우수한 것으로 한다는 관점에서 4.5질량％ 이하이고, 3.5질량％ 이하가 바람직하고, 3.3질량％ 이하가 보다 바람직하다.

(제3 원소)

본 발명에 관한 티타늄 구리판은 원하는 바에 따라, 구리 및 티타늄 이외에 소정의 제3 원소를 함유시켜서 사용할 수 있다. 적합한 실시의 양태에 있어서, 제3 원소로서 Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 합계 0.5질량％ 이하 함유시켜도 된다. 단, 이들 원소의 합계 함유량은 0, 즉 이들 원소를 포함하지 않아도 된다. 예를 들어 0.01 내지 0.5질량％, 바람직하게는 0.01 내지 0.3질량％, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.3질량％의 범위에서 함유시켜서 사용할 수 있다. 이러한 제3 원소의 첨가에 의해 티타늄 구리의 시효 경화를 개선할 수 있지만, 제3 원소를 첨가하지 않은 티타늄 구리도 또한 본 발명의 우수한 효과를 발휘하는 것으로 되어 있다.

또한, Fe의 바람직한 첨가량은 0.5질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.25질량％ 이하이다. Co의 바람직한 첨가량은 0.5질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이다. Mg의 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.05질량％ 이하이다. Si의 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.05질량％ 이하이다. Ni의 바람직한 첨가량은 0.5질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이다. Cr의 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.05질량％ 이하이다. Zr의 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.05질량％ 이하이다. Mo의 바람직한 첨가량은 0.5질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.3질량％ 이하이다. V의 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.05질량％ 이하이다. Nb의 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.05질량％ 이하이다. Mn의 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.05질량％ 이하이다. B의 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.05질량％ 이하이다. P의 바람직한 첨가량은 0.5질량％ 이하이고, 보다 바람직한 첨가량은 0.1질량％ 이하이다. 단, 상기의 첨가량에 한정되지 않는다.

(두께)

제품의 두께, 즉 판 두께(t)는 0.02 내지 1.5mm인 것이 바람직하다. 특별히 판 두께에 제한은 없지만, 판 두께가 너무 크면 굽힘 가공이 곤란해진다.

(인장 강도)

본 발명에서는, 티타늄 구리판의 인장 강도가 압연 평행 방향에 있어서 750MPa 이상이고, 하기에 나타내는 도전율을 만족시키는 경우, 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 원하는 스프링 한계값이 얻어진다. 바람직하게는 775MPa 이상, 더욱 바람직하게는 800MPa 이상으로 한다. 단, 특별히 상한은 마련하지 않지만, 스프링백이 과도해지지 않고 제품의 치수 안정성을 유지한다는 관점에서, 인장 강도가 900MPa 미만인 것이 바람직하다. 한편, 인장 강도가 750MPa보다 낮으면, 열처리 후의 스프링 한계값이 낮아져 스프링성이 저하되기 쉽다.

또한, 인장 강도는 인장 시험기를 사용하여 JIS Z2241(2011)에 준거하여 측정한다.

(도전율)

본 발명에 관한 티타늄 구리판은, 일 실시 형태에서는 상기 원하는 인장 강도를 만족하고, 또한 당해 티타늄 구리판의 도전율이 4.0 내지 8.0％IACS이면, 시효 석출의 밸런스가 최적화된다고 하는 이유에 의해, 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 원하는 열 신축률 및 스프링 한계값이 얻어진다. 바람직하게는 4.0 내지 7.0％IACS, 더욱 바람직하게는 4.0 내지 6.0％IACS이다. 도전율이 4.0％IACS보다 낮아지면, 인장 강도가 낮아지기 쉽고 당해 열처리 후의 스프링 한계값이 낮아질 우려가 있다. 한편, 도전율이 8.0％IACS 초과라면 당해 열처리 후의 스프링 한계값이 낮아지는 경향이 있다.

또한, 도전율은 JIS H 0505에 준거하여 측정한다.

(열 신축률)

열처리에 의한 치수 변화는 열처리 후의 압연 평행 방향, 압연면에 평행한 방향이며 압연 방향에 대하여 직교하는 압연 직각 방향, 및 판 두께 방향의 열 신축 변화의 밸런스에 의해 발생하는데, 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 치수 변화로 대략 평가할 수 있다. 이 압연 평행 방향의 열 신축률은, 당해 열처리 후의 제품의 치수 변화가 작고 양호하다는 관점에서 100ppm 이하가 바람직하고, 90ppm 이하가 보다 바람직하고, 60ppm 이하가 더욱 바람직하다. 여기서, 열 신축률을 측정할 때의 가열 조건을 400℃에서 2시간으로 한 이유는, 이 조건에서 측정했을 때에 티타늄 구리판의 강도가 가장 높아지기 쉽기 때문이다. 또한, 열 신축률의 하한값에 대해서는 당해 티타늄 구리판의 특성의 점에서는 제한되지 않지만, 열 신축률이 1ppm 이하가 되는 것은 통상 적다.

또한, 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 방향에 직교하는 압연 직각 방향의 치수 변화를 측정하여, 상기 압연 평행 방향의 열 신축률과 압연 직각 방향의 열 신축률의 합을 산출한다. 이때, 400℃에서 2시간의 열처리 후의 압연 평행 방향의 열 신축률과 압연 직각 방향의 열 신축률의 합이 200ppm 이하라면 열처리 후의 치수 안정성은 더욱 양호해지고, 150ppm 이하가 바람직하고, 100ppm 이하가 보다 바람직하다. 단, 상기 열 신축률의 합은 작으면 작을수록 바람직하다.

또한, 열 신축률은 이하와 같이 측정한다.

당해 티타늄 구리판의 시험편을, 시험편의 긴 변 방향이 압연 방향과 평행해지도록 채취한다. 또한, 당해 티타늄 구리판의 다른 시험편을, 시험편의 긴 변 방향이 판 두께와 직교하는 압연 직각 방향으로 채취한다. 이어서, 도 1에 도시한 바와 같이 소정의 간격(L₀)을 두고 2점의 타흔을 각인한다. 그리고, 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 시험편을 소정의 조건에서 가열하고, 가열 후의 타흔 간격(L)을 각각 측정한다.

(굽힘 가공성)

굽힘 가공성의 평가는 폭 10mm×길이 30mm의 직사각형의 시험편을 사용하여, W 굽힘 시험(JIS H3130(2012))에 의해 행한다. 시험편 채취 방향은 압연 방향에 대하여 굽힘 축이 평행해지는 방향(BW 방향)으로 하고, 깨짐이 발생하지 않는 최소 굽힘 반지름 MBR(Minimum Bend Radius)과 판 두께 t의 비 MBR/t로 평가한다. 이 최소 굽힘 반지름(MBR)의 비율(MBR/t)은 2.0 이하로 하는 것이 양호한 굽힘성을 확보한다는 관점에서 바람직하다. MBR/t의 더욱 적합한 범위는 1.8 이하이다.

또한, 굽힘 가공성은 JIS H 3130(2012)에 준거하여 측정한다.

(스프링 한계값)

400℃에서 2시간 열처리한 후의 티타늄 구리판에 대하여 스프링 한계값을 측정한다. 스프링 한계값이 800MPa 이상이면, 커넥터에 사용하는 스프링성을 충분히 만족시키고 있다고 생각된다. 상한은 특별히 마련하지 않지만 바람직하게는 825MPa 이상, 더욱 바람직하게는 850MPa 이상이 적합하다.

또한, 스프링 한계값의 측정 방법은 JIS H 3130(2012)에 규정되어 있는 모멘트식 시험을 실시한다.

[2. 티타늄 구리판의 제조 방법]

티타늄 구리판의 일반적인 제조 프로세스에서는, 먼저 용해로에서 전기 구리, Ti 등의 원료를 용해하고, 원하는 조성의 용탕(溶湯)을 얻는다. 그리고, 이 용탕을 잉곳에 주조한다. 티타늄의 산화 손모를 방지하기 위해서, 용해 및 주조는 진공 중 또는 불활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 그 후, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 처리의 순으로 원하는 두께 및 특성을 갖는 판으로 마무리한다. 용체화 처리 후에는, 열처리 시에 생성된 표면 산화막을 제거하기 위해서 표면의 산세나 연마 등을 행해도 된다. 또한, 고강도화를 위해서 용체화 처리 후에 냉간 압연을 행해도 된다.

본 발명에 관한 티타늄 구리판은 특히 용체화 처리, 그 직후의 마무리 압연(온간 압연)의 공정을 적절한 조건에서 실시함으로써 제조 가능하다. 이하에, 적합한 제조예를 공정마다 순차 설명한다.

1) 잉곳 제조

용해 및 주조에 의한 잉곳의 제조는 기본적으로 진공 중 또는 불활성 가스 분위기 중에서 행한다. 용해에 있어서 첨가 원소의 용해 잔여물이 있으면, 강도의 향상에 대하여 유효하게 작용하지 않는다. 따라서 용해 잔여물을 없애기 위해서, Fe나 Cr 등의 고융점의 제3 원소는 첨가하고 나서 충분히 교반한 다음에 일정 시간 유지할 필요가 있다. 한편, Ti는 Cu 중에 비교적 녹기 쉬우므로 제3 원소의 용해 후에 첨가하면 된다. 따라서, Cu에 제3 원소로서 Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 합계로 0.5질량％ 이하 함유하도록 첨가하고, 이어서 제2 원소로서 Ti를 2.0 내지 4.5질량％ 함유하도록 첨가하여 잉곳을 제조하는 것이 바람직하다. 단, 제3 원소의 첨가량은 0.05질량％ 이상이 바람직하다. 또한, Cu에 Ti와 제3 원소를 첨가하는 순서는 특별히 한정되는 것은 아니다.

2) 균질화 어닐링 및 열간 압연

잉곳 제조 시에 발생한 응고 편석이나 정출물은 조대하므로, 균질화 어닐링을 행함으로써 가능한 한 모상에 고용시켜 작게 하고, 가능한 한 없애는 것이 바람직하다. 이것은 굽힘 깨짐의 방지에 효과가 있기 때문이다. 구체적으로는, 잉곳 제조 공정 후에는 재료 온도 900 내지 970℃로 가열해서 3 내지 24시간 균질화 어닐링을 행한 후에, 열간 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 액체 금속 취성을 방지하기 위해서, 열간 압연 전 및 열간 압연 중에는 재료 온도를 960℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

3) 용체화 처리

그 후, 냉간 압연과 어닐링을 적절히 반복하고 나서, 용체화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 도전율을 적합한 범위로 조정하여 열처리 후의 스프링 한계값을 향상시킨다는 관점에서, 용체화 온도는 750℃ 이상이 바람직하고, 775℃ 이상이 보다 바람직하고, 790℃ 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 금속 조직이 치밀한 것이 되고, 인장 강도가 높고, 굽힘 가공성이 양호하다는 관점에서, 용체화 온도는 900℃ 이하가 바람직하고, 875℃ 이하가 보다 바람직하고, 850℃ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 이때의 승온 속도는 최대한 빠르게 하는 것이 바람직하다.

또한, 일 실시 형태에 있어서는, 용체화 처리를 충분히 행하기 위해서 용체화 시간을 5초 내지 30분으로 하는 것이 바람직하고, 10초 내지 5분으로 하는 것이 보다 바람직하다.

한편으로, 이 용체화 처리 후의 냉각은 수랭이 바람직하고, 적합한 실시의 양태에 있어서 예를 들어 평균 냉각 속도로서는 150℃/sec 이상인 것이 바람직하고, 155℃/sec 이상인 것이 보다 바람직하다. 평균 냉각 속도가 150℃/sec 미만이면, 냉각 시에 석출이 발생하기 때문에 도전율이 높아지고, 열처리 후의 스프링 한계값이 낮아질 우려가 있다. 한편, 냉각 속도의 상한은 마련하지 않지만 수랭이면 필요 충분한 냉각 속도를 갖는다. 단, 강도 상승의 효과를 충분히 얻는다는 관점에서, 평균 냉각 속도가 1500℃/sec 이하인 것이 바람직하다. 용체화 후의 도전율은 2.0 내지 5.0％IACS의 범위로 조정할 수 있다. 여기서 평균 냉각 속도란, 냉각 개시 시의 750℃로부터 100℃까지 냉각하는 데 요구되는 시간(냉각 시간)을 계측하고, (750-100)(℃)/냉각 시간(초)에 의해 산출한 값(℃/sec)을 말한다.

4) 마무리 압연

용체화 처리 후에 온간에 의한 마무리 압연(이하, 「온간 압연」이라고도 한다.)을 행한다. 적합한 실시의 양태에 있어서, 온간 압연의 가공도(압하율)는 적합한 열 신축률로 하는 관점에서 50％ 이하이고, 40％ 이하가 바람직하고, 굽힘성이 더욱 향상된다는 관점에서 35％ 이하가 보다 바람직하다. 단, 인장 강도를 적합한 범위로 하고, 열처리 후의 스프링 한계치를 높인다는 관점에서 15％ 이상이고, 20％ 이상이 바람직하고, 25％ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 가공도는 {((압연 전의 두께-압연 후의 두께)/압연 전의 두께)×100％}로 정의된다.

또한, 온간 압연 종료 시의 재료 온도(이하, 온간 압연 온도)는 250 내지 350℃의 범위로 조정하는 것이 바람직하고, 용체화에 의해 고용된 Ti가 온간 압연에 의해 석출에 필요한 핵을 형성한다. 온간 압연의 개시 온도는 용체화 온도보다 낮으면 문제없고, 온간 압연 종료 시의 재료 온도를 제어하는 것이 중요하다.

상기 온간 압연 온도는 압연 후의 도전율이 4.0％IACS 이상이 되므로, 400℃에서 2시간의 열처리 후의 압연 평행 방향의 열 신축률이 100ppm 이하가 되고, 또한 열처리 후의 스프링 한계값이 높아진다는 관점에서 250℃ 이상이 바람직하고, 280℃ 이상이 보다 바람직하고, 300℃ 이상이 더욱 바람직하다. 단, 상기 온간 압연 온도는 석출의 핵 생성이 너무 많이 발생하지 않고, Cu-Ti 화합물의 석출이 과도하게 발생하지 않고, 도전율이 높아지지 않고, 열처리 후의 스프링 한계값을 억제한다는 관점에서 350℃ 이하가 바람직하고, 330℃ 이하가 보다 바람직하고, 320℃ 이하가 더욱 바람직하다. 이러한 온간 압연 온도를 적합한 범위로 함으로써, 400℃에서 2시간의 열처리 후의 압연 평행 방향과, 압연면에 평행한 방향이며 압연 방향에 대하여 직교하는 압연 직각 방향의 열 신축률의 합이 200ppm 이상이 된다.

온간 압연 후의 도전율은 4.0 내지 8.0％IACS의 범위가 되도록 상기 조건을 조정하는 것이 바람직하다. 특별히 본 발명을 제한하는 일은 없지만, 프레스 가공 후에 상기 재료를 열처리함으로써 Cu-Ti 화합물이 석출되는데, 석출됨으로써 티타늄 구리의 격자 상수가 변화하는 것이 열 신축률에 영향을 미치고 있을 가능성이 있다. 상기 온간 압연 공정을 행함으로써 프레스 가공 후의 석출량을 억제할 수 있기 때문에, 열 신축량이 작아진다고 생각된다.

또한, 당업자라면, 상기 각 공정의 사이 및 마무리 압연 후에 적절히, 표면의 산화 스케일 제거를 위한 연삭, 연마, 쇼트 블라스트 산세 및 탈지 등을 행할 수 있다는 것은 이해할 수 있을 것이다.

[3. 프레스 가공품의 제조 방법]

상술한 제조 방법으로 제조된 티타늄 구리판을, 프레스 메이커로 프레스 가공 및 시효 처리에 의해 원하는 특성 및 형상을 얻는다. 예를 들어 프레스 가공 및 시효 처리를 이 순으로 실시한다. 프레스 가공 및 시효 처리는 전형적인 조건에서 실시된다. 시효 처리의 온도는, 당해 처리 후의 재료의 스프링 한계값이나 치수 안정성이 양호해지도록 300 내지 440℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 시효 처리의 처리 시간은 0.5 내지 10h로 하는 것이 바람직하다. 또한, 프레스 가공품은 상술한 티타늄 구리판을 구비한다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 나타내는데, 이들 실시예는 본 발명 및 그의 이점을 보다 잘 이해하기 위하여 제공하는 것이고, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

[티타늄 구리판의 제조]

발명예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 9의 티타늄 구리판을 제조할 때에는, 활성 금속인 Ti가 제2 원소로서 첨가되기 때문에 용제에는 진공 용해로를 사용하였다. 또한, 본 발명에서 규정한 원소 이외의 불순물 원소의 혼입에 의한 예상 외의 부작용이 발생하는 것을 미연에 방지하기 위해서, 원료는 비교적 순도가 높은 것을 엄선하여 사용하였다.

먼저, 진공 용해로에서 전기 구리를 용해하고, 발명예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 9에 따라서 표 1에 기재된 Ti 농도가 되도록 Ti를 첨가하고, 경우에 따라 표 1에 기재된 농도로 제3 원소를 더 첨가하고, 잔부 구리 및 불가피적 불순물의 조성을 갖는 잉곳에 대하여 950℃에서 3시간 가열하는 균질화 어닐링을 행한 후, 900 내지 950℃에서 열간 압연을 행하여, 판 두께 10mm의 열연판을 얻었다. 또한, 표 중에 나타내는 각 성분의 숫자는 질량％를 나타낸다.

이어서 면삭에 의한 탈스케일 후, 냉간 압연에 의해 두께 0.25mm의 판으로 하였다. 그 후, 표 1에 기재된 조건에서 용체화 처리를 10분으로 행한 후, 수랭을 행하였다. 보다 구체적으로는, 용체화 처리에 있어서 700 내지 1000℃로 조정한 전기로에 시료와 열전대를 삽입하고, 열전대로 재료 온도를 측정하여 재료 온도가 700 내지 1000℃에 도달한 시점에서 로로부터 취출하고, 수조(25℃) 또는 소정의 온도로 유지한 로 내에 넣고 냉각하였다. 수랭 이외의 냉각 속도(℃/sec)는 재료 온도에 대하여 재료의 도달 온도로부터 최종 온도 100℃가 될 때까지의 냉각 시간으로부터 구하였다. 그 후, 산세에 의한 탈스케일을 행한 후, 최종 압연으로서, 표 1에 기재된 가공도 및 종료 시의 재료 온도가 되도록 조정하여 온간 압연(판 두께 0.15mm)을 행하여, 발명예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 9의 각 시험편을 얻었다.

상기와 같이 처리를 행한 각 시험편에 대해서, 이하의 조건에서 특성 평가를 행하였다.

[성분 조성]

응력 제거 어닐링 후의 재료의 합금 원소 농도를 ICP-질량 분석법으로 분석하였다. 그 결과, 첨가한 원소의 조성비와 실질적으로 동일하였다.

[인장 강도]

시험편의 긴 변 방향이 압연 방향과 평행해지도록, JIS Z2241(2011)에 따라서 인장 시험기를 사용하여 인장 강도를 각각 측정하였다.

[도전율]

시험편의 긴 변 방향이 압연 방향과 평행해지도록 시험편을 채취하고, JIS H0505에 준거하여 4단자법에 의해 20℃에서의 도전율을 측정하였다.

[굽힘 가공성]

최종적으로 얻어진 각 시험편의 굽힘 가공성을, JIS H 3130(2012)에 따른 Badway(굽힘 축이 압연 방향과 동일 방향)의 W 굽힘 시험에 의해, 깨짐이 발생하지 않는 최소 반지름(MBR)과 판 두께(t)의 비인 MBR/t값을 측정하여 평가하였다.

[열 신축률]

온간 압연 후의 재료로부터, 폭 20mm, 길이 210mm의 직사각형의 시험편을, 시험편의 긴 변 방향이 압연 방향과 평행해지도록 채취하였다. 또한, 다른 시험편을, 시험편의 긴 변 방향이 판 두께에 직교하는 압연 직각 방향으로 채취하였다. 이어서, 도 1에 도시한 바와 같이 L₀(=200mm)의 간격을 두고 2점의 타흔을 각인하였다. 그 후, 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 시험편을 400℃에서 2시간 가열하고, 가열 후의 타흔 간격(L)을 각각 측정하였다. 그리고, 열 신축률(ppm)로서 (L-L₀)/L₀×10⁶의 식으로 산출되는 값의 절댓값을 구하였다. 또한, 압연 평행 방향의 열 신축률과 압연 직각 방향의 열 신축률의 합을 구하였다.

[스프링 한계값]

온간 압연 후의 재료를 400℃에서 2시간 가열한 후, JIS H 3130(2012)에 규정되어 있는 모멘트식 시험에 의해, 시험편의 긴 변 방향이 압연 방향과 평행해지도록 긴 직사각형의 시험편(시험편 폭 10mm)을 외팔보식으로 유지하고, 재료판 두께에 의해 규정한 영구 휨양을 발생시키는 굽힘 모멘트로부터 표면 최대 응력을 측정하고, 압연 직각 방향의 스프링 한계값으로 하였다.

시험 조건은 재료판 두께 t(mm), 재료의 고정 단부로부터 부하점까지의 거리 l(mm), 영구 휨양 δ(mm)에 대해서, l²=4000t, δ=0.1로 하여 시험을 행하였다.

[치수 안정성]

열처리 전의 굽힘 각도로서는, 굽힘 깨짐이 발생하지 않는 범위에서 온간 압연 후의 재료에 W 굽힘 가공을 행한 후, 굽힘 가공부의 실제의 굽힘 변형 각도 θ를 구하였다. 굽힘 방향은 Goodway(굽힘 축이 압연 방향과 직교하는 방향)로 판 두께(t) 0.15mm의 경우에는 굽힘 조건을 R/t=3.3으로 했지만, 굽힘 깨짐이 발생하지 않는 범위라면 임의의 굽힘 R을 취할 수 있다. 또한, 열처리 후의 굽힘 각도로서는, 그 시험편을 400℃에서 2시간 가열한 후, 상기와 마찬가지로 행하여 굽힘 변형 각도 θ'을 구하였다.

이상으로부터, 열처리 전후의 굽힘 각도 변화 「θ'-θ」의 절댓값을 산출하였다. 표 1에서는, 이 값이 0.5°미만을 「◎」로 하고, 0.5°이상 1.0°미만을 「○」로 하고, 1.0°이상을 「×」로 하였다. 또한, 「◎」는 열처리 후의 치수 안정성이 우수하고, 「○」는 열처리 후의 치수 안정성이 양호하고, 「×」는 열처리 후의 치수 안정성이 나쁘다고 판단할 수 있다.

[결과]

상술한 바와 같이, 시험편으로서 각 발명예 및 각 비교예의 티타늄 구리를 표 1에 나타내는 각 조건 하에서 제조한 바, 표 1에 나타내는 특성을 갖는 것을 알 수 있었다. 이와 같이, 티타늄 구리판의 발명예 1 내지 15는 상기 인장 강도 및 도전율을 갖고, 400℃에서 2시간 열처리 후에 우수한 스프링성 및 치수 안정성을 가졌다. 또한, 티타늄 구리판의 발명예 1 내지 15는 상기 조성의 티타늄 구리에 대하여, 열간 압연, 중간 압연, 용체화 처리, 온간에 의한 마무리 압연을 상기 각 조건에서 행함으로써 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 발명예 1, 3 내지 7, 10 내지 14에서는 온간 압연 후의 마무리 가공도를 35％ 이하로 함으로써, 스프링 한계값 및 열 신축률에 더하여 굽힘 가공성도 우수하였다.

또한 참고예로서 시판되고 있는 Cu-Be 합금(C1720-1/4H(닛본 가이시제))을 나타내는데, 시효 온도 400℃(참고예 1) 및 Cu-Be 합금의 권장 시효 온도 315℃(참고예 2)에 대하여, 티타늄 구리판의 발명예 1, 3 내지 5, 9, 10은 Cu-Be 합금과 동등한 스프링 한계값을 가진 데다가, 열 신축 특성이 크게 우수하였다.

비교예 1은 Ti 농도가 높기 때문에 열간 가공성이 현저하게 나쁘고 공정을 진행할 수 없었다.

비교예 2는 Ti 농도가 2.0％를 하회했기 때문에, 온간 압연 후의 인장 강도가 낮고, 열처리 후의 스프링 한계값이 떨어졌다.

비교예 3은 용체화 온도가 높기 때문에, 마무리 압연 후의 인장 강도가 낮고, 또한 열처리 후의 열 신축률이 높기 때문에 치수 변화 및 스프링 한계값이 떨어졌다.

비교예 4는 용체화 온도가 낮기 때문에, 온간 압연 후의 도전율이 높고, 스프링 한계값이 떨어졌다.

비교예 5는 용체화 시의 냉각 속도가 느리기 때문에, 온간 압연 후의 도전율이 높고, 스프링 한계값이 떨어졌다.

비교예 6은 온간에 의한 온간 압연 가공도가 높기 때문에, 열처리 후의 열 신축률이 높아지고, 치수 안정성이 악화되었다.

비교예 7은 온간에 의한 온간 압연 가공도가 낮기 때문에, 인장 강도가 낮고, 열처리 후의 스프링 한계값이 떨어졌다.

비교예 8은 온간 압연 온도가 높기 때문에, 온간 압연 후의 도전율이 높고, 열처리 후의 스프링 한계값이 떨어졌다.

비교예 9는 온간 압연 온도가 낮고, 온간 압연 후의 도전율이 낮았기 때문에, 열처리 후의 열 신축률이 높은 점에서 치수 안정성이 악화되고, 또한 열처리 시의 석출의 핵이 적기 때문에 스프링 한계값이 떨어졌다.

Claims

Ti를 2.0 내지 4.5질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 평행 방향의 인장 강도가 750MPa 이상이고, 도전율이 4.0 내지 8.0％IACS이고, 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 스프링 한계값이 800MPa 이상이고, 또한 400℃에서 2시간 열처리했을 때에 압연 평행 방향의 열 신축률이 100ppm 이하인, 시효 처리 전의 티타늄 구리판.
제1항에 있어서, 상기 도전율은 4.0 내지 6.0％IACS인 시효 처리 전의 티타늄 구리판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스프링 한계값은 850MPa 이상인 시효 처리 전의 티타늄 구리판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 400℃에서 2시간 열처리 후에 있어서, 압연 평행 방향의 열 신축률과, 압연면에 평행한 방향이며 압연 방향에 대하여 직교하는 압연 직각 방향의 열 신축률의 합이 200ppm 이하인 시효 처리 전의 티타늄 구리판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압연 방향에 대하여 굽힘 축이 평행(BW 방향)이 되는 W 굽힘 시험에 있어서, 최소 굽힘 반지름(MBR)의 판 두께(t)에 대한 비율이 MBR/t≤2.0인 시효 처리 전의 티타늄 구리판.
제5항에 있어서, 상기 MBR/t≤1.8인 시효 처리 전의 티타늄 구리판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 원소로서 Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 합계 0.5질량％ 이하로 더 함유하는 시효 처리 전의 티타늄 구리판.
제1항 또는 제2항에 기재된 시효 처리 전의 티타늄 구리판을 구비한 프레스 가공품.
제1항 또는 제2항에 기재된 시효 처리 전의 티타늄 구리판을, 프레스 가공 및 시효 처리를 이 순으로 행하는 것을 포함하는 프레스 가공품의 제조 방법.