KR102591742B1 - 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및 버스바 - Google Patents
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Abstract
이 전자·전기 기기용 구리 합금은, Mg : 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만, 및 P : 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만을 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mg 량 〔Mg〕 와 P 량 〔P〕 가 질량비로 〔Mg〕＋20×〔P〕＜0.5 를 만족시키고, 입계 3 중점의 3 개의 입계 전부가 특수 입계인 J3 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율 NFJ3 과, 입계 3 중점의 2 개의 입계가 특수 입계이고 1 개가 랜덤 입계인 J2 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율 NFJ2 가 0.20＜(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.45 를 만족시킨다.
Description
본 발명은, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품에 적합한 전자·전기 기기용 구리 합금, 이 전자·전기 기기용 구리 합금으로 이루어지는 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및 버스바에 관한 것이다.
본원은, 2018년 3월 30일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2018-069095호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품에는, 도전성이 높은 구리 또는 구리 합금이 사용되었다.
전자 기기나 전기 기기 등의 대 (大) 전류화에 수반되어, 전류 밀도의 저감 및 줄 발열에 의한 열의 확산을 위해서, 이들 전자 기기나 전기 기기 등에 사용되는 전자·전기 기기용 부품의 대형화, 후육화 (厚肉化) 가 도모되고 있다. 그래서, 전자·전기 기기용 부품을 구성하는 재료에는, 높은 도전율이나 프레스 가공시의 타발 가공성, 양호한 굽힘 가공성이 요구되고 있다. 또한, 자동차의 엔진 룸 등의 고온 환경하에서 사용되는 커넥터의 단자 등에서는, 내응력 완화 특성도 요구되고 있다.
커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품에 사용되는 재료로서 예를 들어 특허문헌 1, 2 에는 Cu-Mg 계 합금이 제안되어 있다.
특허문헌 1 에 기재된 Cu-Mg 계 합금에 있어서는, P 의 함유량이 0.08 ∼ 0.35 mass％ 로 많기 때문에, 냉간 가공성 및 굽힘 가공성이 불충분하여, 소정 형상의 전자·전기 기기용 부품을 성형하기가 곤란하였다.
또, 특허문헌 2 에 기재된 Cu-Mg 계 합금에 있어서는, Mg 의 함유량이 0.01 ∼ 0.5 mass％, 및 P 의 함유량이 0.01 ∼ 0.5 mass％ 로 되어 있으므로, 조대 (粗大) 한 정출물 (晶出物) 이 발생하고, 냉간 가공성 및 굽힘 가공성이 불충분하였다.
또한, 상기 서술한 Cu-Mg 계 합금에 있어서는, Mg 에 의해 구리 합금 용탕의 점성이 상승되므로, P 를 첨가하지 않으면 주조성이 저하된다는 문제가 있었다.
또, 상기 서술한 바와 같이, 최근의 전자 기기나 전기 기기 등의 대전류화에 수반되어, 전자·전기 기기용 부품을 구성하는 재료에서는 후육화가 도모되고 있다. 그러나, 후육화가 진행되면, 타발시에 발생하는 버 높이가 높아져, 프레스 가공시의 타발 가공성이 저하된다는 문제가 있었다.
본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성, 주조성, 및 타발 가공성이 우수한 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재, 및 이 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재로 이루어지는 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및 버스바를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 합금 중에 함유되는 Mg 및 P 의 함유량을 소정 관계식의 범위 내로 설정함으로써, Mg 와 P 를 함유하는 정출물이 조대화되는 것이 억제되어, 가공성을 저하시키지 않고, 강도, 내응력 완화 특성, 주조성을 향상시킬 수 있다는 지견을 얻었다.
또한, 상기 서술한 구리 합금에 있어서, 압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 면을 관찰면으로 하고, 모상 (母相) 을 EBSD 법에 의해 해석하였다. 그 결과, 입계 3 중점 (重點) 을 구성하는 특수 입계 및 랜덤 입계의 비율을 규정함으로써, 프레스 가공시에 균열이 입계를 따라 진전되기 쉬워져, 프레스 가공시의 타발 가공성도 향상시킬 수 있게 된다는 지견을 얻었다.
이 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 구리 합금은, Mg 를 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내로 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로 〔Mg〕＋20×〔P〕＜0.5 의 관계를 만족시킴과 함께, 압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 면을 관찰면으로 하고, 모상을 EBSD 법에 의해 10000 ㎛2 이상의 측정 면적을 측정 간격 0.25 ㎛ 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고 해석하여, 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°를 초과하는 측정점 사이를 결정 입계로 하고, Σ29 이하의 대응 입계를 특수 입계로 하고, 그 이외를 랜덤 입계로 했을 때, OIM 으로부터 해석된 입계 3 중점에 있어서, 입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계 전부가 특수 입계인 J3 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ3 으로 하고, 입계 3 중점을 구성하는 2 개의 입계가 특수 입계이고, 1 개가 랜덤 입계인 J2 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ2 로 했을 때, 0.20＜(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.45 가 성립되는 것을 특징으로 하고 있다.
또, EBSD 법이란, 후방 산란 전자 회절상 (像) 시스템이 부착된 주사형 전자 현미경에 의한 전자선 반사 회절법 (Electron Backscatter Diffraction Patterns : EBSD) 을 의미하고, 또한 OIM 은, EBSD 에 의한 측정 데이터를 사용하여 결정 방위를 해석하기 위한 데이터 해석 소프트 (Orientation Imaging Microscopy : OIM) 이다. 또한 CI 값이란, 신뢰성 지수 (Confidence Index) 로서, EBSD 장치의 해석 소프트 OIM Analysis (Ver.7.2) 를 사용하여 해석했을 때에, 결정 방위 결정의 신뢰성을 나타내는 수치로 표시되는 수치이다 (예를 들어, 「EBSD 독본 : OIM 을 사용함에 있어서 (개정 제 3 판)」스즈키 세이이치 저, 2009년 9월, 주식회사 TSL 솔루션즈 발행).
여기서, EBSD 법에 의해 측정하여 OIM 에 의해 해석한 측정점의 조직이 가공 조직인 경우, 결정 패턴이 명확하지 않기 때문에 결정 방위 결정의 신뢰성이 낮아져, CI 값이 낮아진다. 특히, CI 값이 0.1 이하인 경우에 그 측정점의 조직이 가공 조직인 것으로 판단된다.
또한, 특수 입계란, 결정학적으로 CSL 이론 (Kronberg et al : Trans. Met. Soc. AIME, 185, 501 (1949)) 에 의거하여 정의되는 Σ 값으로 3≤Σ≤29 에 속하는 대응 입계이며 또한 당해 대응 입계에 있어서의 고유 대응 부위 격자 방위 결함 Dq 가, Dq≤15°/Σ1/2 (D. G. Brandon : Acta. Metallurgica. Vol.14, p.1479, (1966)) 을 만족시키는 결정 입계인 것으로 정의된다.
한편, 랜덤 입계란, Σ 값이 29 이하인 대응 방위 관계가 있으며 또한 Dq≤15°/Σ1/2 을 만족시키는 특수 입계 이외의 입계이다. 즉, 특수 입계는, Σ 값이 29 이하인 대응 방위 관계가 있으며 또한 Dq≤15°/Σ1/2 을 만족시키고, 이 특수 입계 이외의 입계가 랜덤 입계이다.
또, 입계 3 중점으로는, 3 개의 입계가 전부 랜덤 입계인 J0, 1 개의 입계가 특수 입계임과 함께 2 개의 입계가 랜덤 입계인 J1, 2 개의 입계가 특수 입계임과 함께 1 개가 랜덤 입계인 J2, 3 개의 입계가 전부 특수 입계인 J3 의 4 종류가 존재하고 있다.
따라서, 입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계 전부가 특수 입계인 J3 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율 NFJ3 (모든 입계 3 중점의 개수에 대한 J3 의 개수의 비) 는, NFJ3＝J3/(J0＋J1＋J2＋J3) 으로 정의된다.
또한, 입계 3 중점을 구성하는 2 개의 입계가 특수 입계이고, 1 개가 랜덤 입계인 J2 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율 NFJ2 (모든 입계 3 중점의 개수에 대한 J2 의 개수의 비) 는, NFJ2＝J2/(J0＋J1＋J2＋J3) 으로 정의된다.
상기 서술한 구성을 갖는 전자·전기 기기용 구리 합금에 의하면, Mg 의 함유량이 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내로 되어 있으므로, 구리의 모상 중에 Mg 가 고용 (固溶) 됨으로써, 도전율을 크게 저하시키지 않고, 강도, 내응력 완화 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내로 함유하고 있으므로, Mg 를 함유하는 구리 합금 용탕의 점도를 낮출 수 있어, 주조성을 향상시킬 수 있다.
그리고, Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로 〔Mg〕＋20×〔P〕＜0.5 의 관계를 만족하고 있으므로, Mg 와 P 를 함유하는 조대한 정출물의 생성을 억제할 수 있어, 냉간 가공성 및 굽힘 가공성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 면을 관찰면으로 하고, 모상을 EBSD 법에 의해 10000 ㎛2 이상의 측정 면적을 측정 간격 0.25 ㎛ 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고 해석하여, 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°를 초과하는 측정점 사이를 결정 입계로 하고, Σ29 이하의 대응 입계를 특수 입계로 하고, 그 이외를 랜덤 입계로 했을 때, OIM 으로부터 해석된 입계 3 중점에 있어서, 입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계 전부가 특수 입계인 J3 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ3 으로 하고, 입계 3 중점을 구성하는 2 개의 입계가 특수 입계이고, 1 개가 랜덤 입계인 J2 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ2 로 했을 때, 0.20＜(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.45 를 만족시키고 있다. 그래서, 입계를 따라 균열이 진전되기 쉬워져, 프레스 가공시의 타발 가공성을 향상시킬 수 있게 된다.
여기서, 본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 도전율이 75 ％IACS 초과인 것이 바람직하다.
이 경우, 도전율이 충분히 높기 때문에, 종래에 순구리를 사용하였던 용도에도 적용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로 〔Mg〕/〔P〕≤400 의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
이 경우, 주조성을 저하시키는 Mg 의 함유량과 주조성을 향상시키는 P 의 함유량의 비율을, 상기 서술한 바와 같이 규정함으로써, 주조성을 확실히 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 인장 시험을 실시했을 때의 0.2 ％ 내력이 200 MPa 이상 450 MPa 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.
이 경우, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 인장 시험을 실시했을 때의 0.2 ％ 내력이 200 MPa 이상 450 MPa 이하의 범위 내로 되어 있으므로, 두께 0.5 ㎜ 를 초과하는 판 스트립재로서 코일 형상으로 권취해도 감기 자국이 생기는 일이 없고, 취급이 용이해지고, 높은 생산성을 달성할 수 있다. 그래서, 대전류·고전압용의 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 구리 합금으로서 특히 적합하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에 75 ％ 이상인 것이 바람직하다.
이 경우, 잔류 응력률이 상기 서술한 바와 같이 규정되어 있으므로, 고온 환경하에서 사용한 경우여도 영구 변형을 작게 억제할 수 있어, 예를 들어 커넥터 단자 등의 접압 (接壓) 의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 엔진 룸 등의 고온 환경하에서 사용되는 전자 기기용 부품의 소재로서 적용할 수 있게 된다.
본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금으로 이루어지고, 두께가 0.5 mm 초과로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성의 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재에 의하면, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금으로 구성되어 있으므로, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성, 타발 가공성이 우수하고, 후육화된 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.
여기서, 본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재에 있어서는, 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖는 것이 바람직하다.
이 경우, 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖고 있으므로, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다. 또, 본 발명의 일 양태에 있어서, 「Sn 도금」은, 순 Sn 도금 또는 Sn 합금 도금을 포함하고, 「Ag 도금」은, 순 Ag 도금 또는 Ag 합금 도금을 포함한다.
본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 부품은, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 또, 본 발명의 일 양태에 있어서의 전자·전기 기기용 부품이란, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등을 포함하는 것이다.
이 구성의 전자·전기 기기용 부품은, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재를 사용하여 제조되었으므로, 대전류 용도에 대응되게 대형화 및 후육화한 경우에도 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관련된 단자는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성의 단자는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재를 사용하여 제조되었으므로, 대전류 용도에 대응되게 대형화 및 후육화한 경우에도 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관련된 버스바는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성의 버스바는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재를 사용하여 제조되었으므로, 대전류 용도에 대응되게 대형화 및 후육화한 경우에도 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성, 주조성, 및 타발 가공성이 우수한 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재, 및 이 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재로 이루어지는 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및 버스바를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금의 제조 방법의 플로도이다.
이하에, 본 발명의 일 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 대해서 설명한다.
본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금은, Mg 를 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내로 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.
그리고, Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로
〔Mg〕＋20×〔P〕＜0.5
의 관계를 갖고 있다.
또한, 본 실시형태에서는 Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로
〔Mg〕/〔P〕≤400
의 관계를 갖고 있는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 일 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 0.20＜(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.45 가 성립되는 것으로 되어 있다.
압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 면을 관찰면으로 하고, 모상을 EBSD 법에 의해 10000 ㎛2 이상의 측정 면적을 측정 간격 0.25 ㎛ 스텝으로 측정한다. 이어서, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고 해석하여, 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°를 초과하는 측정점 사이를 결정 입계로 한다. Σ29 이하의 대응 입계를 특수 입계로 하고, 그 이외를 랜덤 입계로 한다. OIM 으로부터 해석된 입계 3 중점에 있어서, 입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계 전부가 특수 입계인 J3 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ3 으로 하고, 입계 3 중점을 구성하는 2 개의 입계가 특수 입계이고, 1 개가 랜덤 입계인 J2 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ2 로 한다. 이들 NFJ3 과 NFJ2 에는,
0.20＜(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.45 가 성립되는 것으로 되어 있다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 도전율이 75 ％IACS 초과로 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 인장 시험을 실시했을 때의 0.2 ％ 내력이 200 MPa 이상 450 MPa 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시형태에서는, 전자·전기 기기용 구리 합금의 압연재로 되어 있고, 압연의 최종 공정에 있어서 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 인장 시험을 실시했을 때의 0.2 ％ 내력이 상기 서술한 바와 같이 규정되어 있는 것이다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에 75 ％ 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 서술한 바와 같이 성분 조성, 결정 조직, 각종 특성을 규정한 이유에 대해서 이하에 설명한다.
(Mg : 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만)
Mg 는, 구리 합금의 모상 중에 고용됨으로써, 높은 도전율을 유지한 채로 강도 및 내응력 완화 특성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다.
여기서, Mg 의 함유량이 0.15 mass％ 미만인 경우에는, 그 작용 효과를 충분히 발휘시킬 수 없게 될 우려가 있다. 한편, Mg 의 함유량이 0.35 mass％ 이상인 경우에는, 도전율이 크게 저하됨과 함께, 구리 합금 용탕의 점성이 상승되어, 주조성이 저하될 우려가 있다.
이상과 같은 점에서 본 실시형태에서는, Mg 의 함유량을 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내로 설정하고 있다.
또, 강도 및 내응력 완화 특성을 더 향상시키기 위해서는, Mg 의 함유량의 하한을 0.16 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.17 mass％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.18 mass％ 이상으로 하는 것이 보다 더 바람직하다. 또한, 도전율의 저하 및 주조성의 저하를 확실히 억제하기 위해서는, Mg 의 함유량의 상한을 0.32 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.30 mass％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.28 mass％ 이하로 하는 것이 보다 더 바람직하다.
(P : 0.0005 mass％ 이상, 0.01 mass％ 미만)
P 는, 주조성을 향상시키는 작용 효과를 갖는 원소이다.
여기서, P 의 함유량이 0.0005 mass％ 미만인 경우에는, 그 작용 효과를 충분히 발휘시킬 수 없을 우려가 있다. 한편, P 의 함유량이 0.01 mass％ 이상인 경우에는, Mg 와 P 를 함유하는 조대한 정출물이 생성되므로, 이 정출물이 파괴의 기점이 되어, 냉간 가공시나 굽힘 가공시에 균열이 발생할 우려가 있다.
이상과 같은 점에서 본 실시형태에서는, P 의 함유량을 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내로 설정하고 있다. 또, 확실히 주조성을 향상시키기 위해서는, P 의 함유량의 하한을 0.001 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.002 mass％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 조대한 정출물의 생성을 확실히 억제하기 위해서는, P 의 함유량의 상한을 0.009 mass％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.008 mass％ 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.0075 mass％ 이하로 하는 것이 보다 더 바람직하다.
(〔Mg〕＋20×〔P〕＜0.5)
상기 서술한 바와 같이, Mg 와 P 가 공존함으로써, Mg 와 P 를 함유하는 정출물이 생성되게 된다.
여기서, 질량비로 Mg 의 함유량을 〔Mg〕 로 하고, P 의 함유량을 〔P〕 로 한 경우에, 〔Mg〕＋20×〔P〕 의 값이 0.5 이상이 되는 경우에는, Mg 및 P 의 총량이 많아서, Mg 와 P 를 함유하는 정출물이 조대화됨과 함께 고밀도로 분포되어, 냉간 가공시나 굽힘 가공시에 균열이 발생하기 쉬워질 우려가 있다.
이상과 같은 점에서 본 실시형태에서는, 〔Mg〕＋20×〔P〕 의 값을 0.5 미만으로 설정하고 있다. 또, 정출물의 조대화 및 고밀도화를 확실히 억제하여, 냉간 가공시나 굽힘 가공시의 균열 발생을 억제하기 위해서는, 〔Mg〕＋20×〔P〕 의 값을 0.48 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.46 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(〔Mg〕/〔P〕≤400)
Mg 는, 구리 합금 용탕의 점도를 상승시켜, 주조성을 저하시키는 작용을 갖는 원소이므로, 주조성을 확실히 향상시키기 위해서는, Mg 와 P 의 함유량의 비율을 적정화시킬 필요가 있다.
여기서, 질량비로 Mg 의 함유량을 〔Mg〕 로 하고, P 의 함유량을 〔P〕 로 한 경우에, 〔Mg〕/〔P〕 의 값을 400 이하로 함으로써, Mg 와 P 의 함유량의 비율이 적정화되어, P 의 첨가에 의한 주조성 향상 효과를 확실히 발휘시킬 수 있게 된다.
이상과 같은 점에서 본 실시형태에서는, 〔Mg〕/〔P〕 의 값을 400 이하로 설정하고 있다. 주조성을 보다 향상시키기 위해서는, 〔Mg〕/〔P〕 의 값을 350 이하로 하는 것이 바람직하고, 300 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또, 〔Mg〕/〔P〕 의 값이 과잉으로 낮은 경우에는, Mg 가 정출물로서 소비되어, Mg 의 고용에 의한 효과를 얻을 수 없게 될 우려가 있다. Mg 와 P 를 함유하는 정출물의 생성을 억제하여, Mg 의 고용에 의한 내력, 내응력 완화 특성의 향상을 확실히 도모하기 위해서는, 〔Mg〕/〔P〕 값의 하한을 20 초과로 하는 것이 바람직하고, 25 초과인 것이 더욱 바람직하다.
(불가피적 불순물)
그 밖의 불가피적 불순물로는, Ag, B, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, 희토류 원소, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Se, Te, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Ge, Sn, As, Sb, Tl, Pb, Bi, Be, N, C, Si, Li, H, O, S 등을 들 수 있다. 이들 불가피적 불순물은, 도전율을 저하시키는 작용이 있으므로, 불가피 불순물의 양을 저감시키는 것이 바람직하다.
또한, Ag, Zn, Sn 은 구리 중에 용이하게 혼입되어 도전율을 저하시키기 때문에, Ag, Zn 및 Sn 의 총량을 500 massppm 미만으로 하는 것이 바람직하다.
또한 Si, Cr, Ti, Zr, Fe, Co 는, 특히 도전율을 크게 감소시킴과 함께, 개재물의 형성으로 인해 굽힘 가공성을 열화시키기 때문에, 이들 원소 (Si, Cr, Ti, Zr, Fe 및 Co) 의 총량을 500 massppm 미만으로 하는 것이 바람직하다.
(입계 3 중점의 비율)
프레스 가공시의 타발 가공성은, 파단시의 버 높이가 작을수록 우수해진다. 여기서, 프레스 가공을 실시하는 재료의 두께가 커질수록 상대적으로 버 높이가 높아지는 경향이 있다.
프레스 가공시의 버 높이를 저감시키기 위해서는, 프레스 가공시에 파단이 입계를 따라 신속하게 발생하면 된다. 랜덤 입계의 네트워크가 길어지면 입계를 따른 파단이 발생하기 쉬워진다. 랜덤 입계의 네트워크 길이를 길게 하기 위해서는, 입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계 중 전부가, Σ29 이하로 나타내어지는 특수 입계인 J3 의 비율, 혹은 3 개의 입계 중 2 개가 특수 입계인 J2 의 비율을 제어하는 것이 중요하다.
그래서, 본 실시형태에서는, 0.20＜(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.45 를 만족하는 것으로 하고 있다.
압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 면을 관찰면으로 하고, 모상을 EBSD 법에 의해 10000 ㎛2 이상의 측정 면적을 측정 간격 0.25 ㎛ 스텝으로 측정한다. 이어서, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고 해석하여, 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°를 초과하는 측정점 사이를 결정 입계로 한다. Σ29 이하의 대응 입계를 특수 입계로 하고, 그 이외를 랜덤 입계로 한다. OIM 으로부터 해석된 입계 3 중점에 있어서, 입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계 전부가 특수 입계인 J3 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ3 으로 하고, 입계 3 중점을 구성하는 2 개의 입계가 특수 입계이고, 1 개가 랜덤 입계인 J2 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ2 로 한다. 이들 NFJ3 과 NFJ2 는,
0.20＜(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.45 를 만족하는 것으로 되어 있다.
여기서, (NFJ2/(1－NFJ3))0.5 의 값이 0.45 를 초과하면, 랜덤 입계의 네트워크 길이가 상대적으로 짧아지고, 특수 입계의 네트워크 길이가 길어진다. 그래서, 프레스 가공시의 버 높이가 높아진다. 한편, (NFJ2/(1－NFJ3))0.5 의 값이 0.20 이하인 경우에는 실질적으로 가공 조직이 되기 때문에, 굽힘 가공성이 저하된다. 그래서, 본 실시형태에서는, (NFJ2/(1－NFJ3))0.5 의 값을, 0.20 초과 0.45 이하의 범위 내로 하였다.
또, (NFJ2/(1－NFJ3))0.5 값의 하한은, 0.21 이상인 것이 바람직하고, 0.22 이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.23 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 한편, (NFJ2/(1－NFJ3))0.5 값의 상한은, 0.40 이하인 것이 바람직하고, 0.35 이하인 것이 더욱 바람직하다.
(도전율 : 75 ％IACS 초과)
본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서, 도전율을 75 ％IACS 초과로 설정함으로써, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품으로서 양호하게 사용할 수 있다.
또, 도전율은 76 ％IACS 초과인 것이 바람직하고, 77 ％IACS 초과인 것이 더욱 바람직하고, 78 ％IACS 초과인 것이 보다 더 바람직하다.
(0.2 ％ 내력 : 200 MPa 이상 450 MPa 이하)
본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 0.2 ％ 내력을 200 MPa 이상으로 함으로써, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합한 것이 된다. 또, 본 실시형태에서는, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 인장 시험을 실시했을 때의 0.2 ％ 내력이 200 MPa 이상으로 되어 있다. 프레스에 의해 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등을 제조할 때에는, 생산성을 향상시키기 위해, 코일 감기된 스트립재가 사용되지만, 0.2 ％ 내력이 450 MPa 를 초과하면, 코일의 감기 자국이 생겨 생산성이 저하된다. 그래서, 0.2 ％ 내력은 450 MPa 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 서술한 0.2 ％ 내력의 하한은, 220 MPa 이상인 것이 바람직하고, 250 MPa 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 0.2 ％ 내력의 상한은, 420 MPa 이하인 것이 바람직하고, 400 MPa 이하인 것이 더욱 바람직하고, 380 MPa 이하인 것이 보다 더 바람직하고, 350 MPa 이하인 것이 가장 바람직하다.
(잔류 응력률 : 75 ％ 이상)
본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에 75 ％ 이상으로 되어 있다.
이 조건에서의 잔류 응력률이 높은 경우에는, 고온 환경하에서 사용한 경우여도 영구 변형을 작게 억제할 수 있어, 접압의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금은, 자동차의 엔진 룸 주위와 같은 고온 환경하에서 사용되는 단자로서 적용할 수 있게 된다. 본 실시형태에서는, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 응력 완화 시험을 실시한 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에 75 ％ 이상으로 되어 있다.
또, 잔류 응력률은 150 ℃, 1000 시간에 77 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 150 ℃, 1000 시간에 80 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
다음으로, 이와 같은 구성으로 된 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금의 제조 방법에 대해서, 도 1 에 나타내는 플로도를 참조하며 설명한다.
(용해·주조 공정 S01)
먼저, 구리 원료를 용해시켜 얻어진 구리 용탕에, 전술한 원소를 첨가하여 성분 조정을 실시하여, 구리 합금 용탕을 제조한다. 또, 각종 원소의 첨가에는, 원소 단체 (單體) 나 모 (母) 합금 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 서술한 원소를 함유하는 원료를 구리 원료와 함께 용해시켜도 된다. 또한, 본 합금 (본 실시형태의 구리 합금) 의 리사이클재 및 스크랩재를 사용해도 된다. 여기서, 구리 용탕은, 순도가 99.99 mass％ 이상으로 된 이른바 4NCu, 혹은 99.999 mass％ 이상으로 된 이른바 5NCu 로 하는 것이 바람직하다. 용해 공정에서는, Mg 의 산화를 억제하기 위해서, 또한 수소 농도 저감을 위해서, H2O 의 증기압이 낮은 불활성 가스 분위기 (예를 들어 Ar 가스) 에 의한 분위기에서 용해를 실시하고, 용해시의 유지 시간은 최소한으로 두는 것이 바람직하다.
그리고, 성분 조정된 구리 합금 용탕을 주형에 주입하여 주괴 (鑄塊) 를 제조한다. 또, 양산을 고려한 경우에는, 연속 주조법 또는 반연속 주조법을 사용하는 것이 바람직하다.
이 때, 용탕의 응고시에, Mg 와 P 를 함유하는 정출물이 형성되기 때문에, 응고 속도를 빠르게 함으로써 정출물 사이즈를 보다 미세하게 할 수 있게 된다. 그래서, 용탕의 냉각 속도는 0.1 ℃/sec 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.5 ℃/sec 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(균질화 공정 S02)
다음으로, 얻어진 주괴의 균질화를 위해서 가열 처리를 실시한다. 주괴의 내부에는, 응고 과정에 있어서 Mg 가 편석되어 농축됨으로써 발생한 Cu 와 Mg 를 주성분으로 하는 금속간 화합물 등이 존재하는 경우가 있다.
그래서, 이것들의 편석 및 금속간 화합물 등을 소실 또는 저감시키기 위해서, 주괴를 300 ℃ 이상 900 ℃ 이하로까지 가열하는 가열 처리를 실시한다. 이로써, 주괴 내에 있어서, Mg 를 균질하게 확산시키거나, Mg 를 모상 중에 고용시키거나 한다. 또, 이 균질화 공정 S02 는, 비산화성 또는 환원성 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다.
(열간 가공 공정 S03)
Mg 의 편석은 입계에 발생하기 쉽기 때문에, Mg 편석이 존재하면 입계 3 중점의 제어가 어려워진다.
그래서, 조직 균일화를 철저히 하기 위해서, 전술한 균질화 공정 S02 후에 열간 가공을 실시한다. 열간 가공의 총 가공률은 50 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 60 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 70 ％ 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 이 열간 가공 공정 S03 에 있어서의 가공 방법에 특별히 한정은 없고, 예를 들어 압연, 와이어 드로잉, 압출, 홈 압연, 단조 (鍛造), 프레스 등을 채용할 수 있다. 또한, 열간 가공 온도는, 400 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
(용체화 공정 S04)
입계에 있어서의 Mg 편석의 해소를 철저히 하기 위해서, 전술한 열간 가공 공정 S03 후에 용체화 열처리를 실시한다. 용체화 공정 S04 의 조건은, 가열 온도를 500 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 범위 내로 하고, 가열 온도에서의 유지 시간을 1 초 이상 10 시간 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이 용체화 공정 S04 는, 전술한 열간 가공 공정 S03 과 겸해도 된다. 그 경우에는 열간 가공의 종료 온도를 500 ℃ 초과로 하고, 열간 가공 종료 후에 500 ℃ 이상의 온도에서 10 초 이상 유지하면 된다.
여기서, 가열 온도가 500 ℃ 미만에서는, 용체화가 불완전해지고, 모상 중에 Cu 와 Mg 를 주성분으로 하는 금속간 화합물이 많이 잔존할 우려가 있다. 한편, 가열 온도가 900 ℃ 를 초과하면, 구리 소재의 일부가 액상이 되어, 조직이나 표면 상태가 불균일해질 우려가 있다. 따라서, 가열 온도를 500 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 범위로 설정하고 있다.
(조(粗)가공 공정 S05)
소정 형상으로 가공하기 위해서, 조가공을 실시한다. 또, 이 조가공 공정 S05 에서는, 100 ℃ 이상 350 ℃ 이하의 온간 가공을 1 회 이상 실시한다. 100 ℃ 이상 350 ℃ 이하의 온간 가공을 실시함으로써, 가공 중에 극미소한 재결정 영역을 증가시킬 수 있고, 이후의 공정인 중간 열처리 공정 S06 의 재결정시에 조직이 랜덤화됨과 함께, 랜덤 입계의 총수를 증가시킬 수 있다. 온간 가공을 1 회로 하는 경우에는, 조가공 공정 S05 의 최종 공정에서 실시한다. 또한, 온간 가공 대신에 1 가공 공정당의 가공률을 높이는 것에 의한 가공 발열을 이용해도 된다. 그 경우에는, 예를 들어 압연에서는 1 패스당의 가공률을 15 ％ 이상, 바람직하게는 20 ％ 이상, 보다 바람직하게는 30 ％ 이상으로 실시하는 것이 바람직하다. 온간 가공의 횟수는 바람직하게는 2 회 이상 실시하는 것이 바람직하다. 온간 가공의 온도에 대해서는, 바람직하게는 150 ℃ 이상 350 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 200 ℃ 초과 350 ℃ 이하로 하면 된다.
(중간 열처리 공정 S06)
조가공 공정 S05 후에, 랜덤 입계의 수 비율의 증가를 위한 재결정 조직화 및 가공성 향상을 위한 연화를 목적으로 하여 열처리를 실시한다. 열처리의 방법은 특별히 한정은 없지만, 바람직하게는 400 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 유지 온도, 10 초 이상 10 시간 이하의 유지 시간에 비산화 분위기 또는 환원성 분위기 중에서 열처리를 실시한다. 또한, 가열 후의 냉각 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 물 ??칭 등 냉각 속도가 200 ℃/min 이상이 되는 방법을 채용하는 것이 바람직하다.
또, 조가공 공정 S05 및 중간 열처리 공정 S06 은 반복적으로 실시해도 된다.
(마무리 가공 공정 S07)
중간 열처리 공정 S06 후의 구리 소재를 소정 형상으로 가공하기 위해서, 마무리 가공을 실시한다. 또, 이 마무리 가공 공정 S07 에 있어서는, 내응력 완화 특성의 향상을 위해서 50 ℃ 이상 300 ℃ 미만의 온간 가공을 적어도 1 회는 실시한다. 50 ℃ 이상 300 ℃ 미만의 온간 가공을 실시함으로써, 가공 중에 도입된 전위가 재배열되기 때문에, 내응력 완화 특성이 향상된다. 마무리 가공 공정 S07 은, 최종적인 형상에 따라 가공 방법 및 가공률이 다르지만, 스트립이나 판으로 하는 경우에는 압연을 실시하면 된다. 또한 1 회 이상의 온간 가공 이외의 공정에 대해서는, 통상적인 냉간 가공으로 하면 된다. 50 ℃ 이상 300 ℃ 미만의 온간 가공에 대체하여(대신하여), 1 가공 공정당의 가공률을 높여, 그 가공 발열을 이용해도 된다. 그 경우에는, 예를 들어 압연에서는 1 패스당의 가공률을 10 ％ 이상으로 하면 된다.
또한, 가공률은, 최종 형상에 근사해지도록 적절히 선택되게 되지만, 마무리 가공 공정 S07 에 있어서 가공 경화에 의해 인장 강도를 200 MPa 내지 450 MPa 의 사이로 하기 위해서는, 가공률의 상한을 75 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 65 ％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 60 ％ 이하로 하는 것이 보다 더 바람직하고, 40 ％ 미만으로 하는 것이 가장 바람직하다.
(마무리 열처리 공정 S08)
다음으로, 마무리 가공 공정 S07 에 의해 얻어진 소성 가공재에 대하여, 내응력 완화 특성의 향상 및 저온 어닐링에 의한 경화를 위해서, 또는 잔류 변형의 제거를 위해서, 마무리 열처리를 실시한다. 열처리 온도는, 100 ℃ 이상 800 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또, 이 마무리 열처리 공정 S08 에 있어서는, 재결정에 의한 입계 3 중점에 있어서의 특수 입계의 수 비율을 억제하기 위해서, 열처리 조건 (온도, 시간, 냉각 속도) 을 설정할 필요가 있다.
예를 들어 200 ℃ 내지 300 ℃ 의 범위에서는 10 초 이상 10 시간 이하의 유지 시간으로 하는 것이 바람직하다. 이 열처리는, 비산화 분위기 또는 환원성 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다. 열처리의 방법은 특별히 한정은 없지만, 제조 비용 저감의 효과 면에서, 연속 어닐링로에 의한 고온 단시간의 열처리가 바람직하다.
또한, 상기 서술한 마무리 가공 공정 S07 과 마무리 열처리 공정 S08 을, 반복적으로 실시해도 된다.
이와 같이 하여 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금 (전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재) 이 제조되게 된다. 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재의 두께의 상한은 특별히 없지만, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재를 프레스 가공에 의해 커넥터나 단자, 버스바로 할 때에, 두께가 5.0 mm 를 초과하면 프레스기의 하중이 현저하게 증대하는 것, 및 단위 시간당의 생산성이 떨어지게 되며, 비용이 비싸진다. 그래서, 본 실시형태에서는, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재의 두께를 0.5 mm 초과 5.0 mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재의 두께의 하한은, 1.0 mm 초과로 하는 것이 바람직하고, 3.0 mm 초과로 하는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재는, 그대로 전자·전기 기기용 부품에 사용해도 되지만, 판면의 일방 혹은 양면에, 막두께 0.1 ∼ 100 ㎛ 정도의 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 형성해도 된다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금 (전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재) 을 소재로 하고, 타발 가공이나 굽힘 가공 등을 실시함으로써, 예를 들어 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바와 같은 전자·전기 기기용 부품이 성형된다.
이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 의하면, Mg 의 함유량이 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내로 되어 있으므로, 구리의 모상 중에 Mg 가 고용됨으로써, 도전율을 크게 저하시키지 않고, 강도, 내응력 완화 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내로 함유하고 있으므로, 주조성을 향상시킬 수 있다.
또한, Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로 〔Mg〕＋20×〔P〕＜0.5 의 관계를 만족하고 있으므로, Mg 와 P 의 조대한 정출물의 생성을 억제할 수 있어, 냉간 가공성 및 굽힘 가공성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로 〔Mg〕/〔P〕≤400 의 관계를 만족시키고 있으므로, 주조성을 저하시키는 Mg 의 함유량과 주조성을 향상시키는 P 의 함유량의 비율이 적정화되어, P 첨가의 효과에 의해 주조성을 확실히 향상시킬 수 있다.
그리고, 압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 면을 관찰면으로 하고, 모상을 EBSD 법에 의해 10000 ㎛2 이상의 측정 면적을 측정 간격 0.25 ㎛ 스텝으로 측정한다. 이어서, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고 해석하여, 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°를 초과하는 측정점 사이를 결정 입계로 한다. Σ29 이하의 대응 입계를 특수 입계로 하고, 그 이외를 랜덤 입계로 한다. OIM 으로부터 해석된 입계 3 중점에 있어서, 입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계 전부가 특수 입계인 J3 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ3 으로 하고, 입계 3 중점을 구성하는 2 개의 입계가 특수 입계이고, 1 개가 랜덤 입계인 J2 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ2 로 한다. 이들 NFJ3 과 NFJ2 에는,
0.20＜(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.45 가 성립되므로, 랜덤 입계 네트워크의 길이가 길어, 프레스 가공시에 신속하게 입계를 따른 파괴가 발생하기 때문에, 프레스 타발 가공성도 우수하다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 인장 시험을 실시했을 때의 0.2 ％ 내력이 200 MPa 이상 450 MPa 이하의 범위 내로 되어 있고, 도전율이 75 ％IACS 초과로 되어 있다. 그래서, 본 실시형태의 전자·전기 기기용 구리 합금은, 고전압, 대전류의 용도에 따라 후육화된 전자·전기 기기용 부품에 적합하고, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에 75 ％ 이상으로 되어 있다. 그래서, 고온 환경하에서 사용한 경우에도 영구 변형을 작게 억제할 수 있어, 예를 들어 커넥터 단자 등의 접압의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 전자·전기 기기용 구리 합금은, 엔진 룸 등의 고온 환경하에서 사용되는 전자 기기용 부품의 소재로서 적용할 수 있게 된다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금으로 구성되어 있다. 그래서, 이 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재에 굽힘 가공 등을 실시함으로써, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품을 제조할 수 있다.
또, 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 형성한 경우에는, 본 실시형태의 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재는, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 부품 (커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등) 은, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금으로 구성되어 있으므로, 대형화 및 후육화하여도 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재, 전자·전기 기기용 부품 (단자, 버스바 등) 에 대해서 설명했는데, 본 발명은 이것에 한정되지는 않고, 그 발명의 기술적 요건을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 전자·전기 기기용 구리 합금의 제조 방법의 일례에 대해서 설명했는데, 전자·전기 기기용 구리 합금의 제조 방법은, 실시형태에 기재된 것에 한정되지는 않고, 기존의 제조 방법을 적절히 선택하여 제조해도 된다.
실시예
이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 실시한 확인 실험의 결과에 대해서 설명한다.
순도 99.99 mass％ 이상의 무산소 구리 (ASTM B152 C10100) 로 이루어지는 구리 원료를 준비하고, 이것을 고순도 그래파이트 도가니 내에 장입 (裝入) 하여, Ar 가스 분위기로 된 분위기로 내에서 고주파 용해시켰다. 얻어진 구리 용탕 내에, 각종 첨가 원소를 첨가하여 표 1 에 나타내는 성분 조성으로 조제하고, 주형에 주탕 (注湯) 하여 주괴를 제조하였다. 또, 본 발명예 1, 11 및 비교예 5 에서는 단열재 (이소울(ISOWOOL)) 주형을 사용하고, 그 이외의 본 발명예, 비교예에서는 카본 주형을 사용하였다. 또, 주괴의 크기는, 두께 약 25 mm × 폭 약 150 mm × 길이 약 100 mm 로 하였다. 주조시의 냉각 속도를 표 2 에 나타낸다.
얻어진 주괴의 주물 표면 근방을 면삭 (面削) 하였다. 그 후, Ar 가스 분위기 중에서, 전기로를 사용하여 표 2 에 기재된 온도 조건에서 4 시간의 가열을 실시하고, 균질화 처리를 실시하였다.
균질화 열처리 후의 주괴를 열간 압연하여, 두께 약 12 mm 까지 열간 압연을 실시하였다. 그 후, 절단하고, 전기로를 사용하여, 표 2 에 기재된 조건에서 1 시간의 가열을 실시하고, 용체화 처리를 실시하였다.
용체화 처리 후, 압연 롤을 300 ℃ 까지 가열하고, 표 2 에 나타내는 압연율로 조(粗)압연을 실시하였다.
조압연 후에는, 전기로와 솔트 배스로를 사용하여 표 2 에 기재된 온도 조건에서, 평균 결정립경이 대략 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 의 사이가 되도록 중간 열처리를 실시하였다. 전기로를 사용한 열처리에서는 Ar 분위기에서 실시하였다.
또, 중간 열처리 후의 평균 결정립경은, 다음과 같이 하여 조사하였다. 압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 면, 즉 TD (Transverse Direction) 면을 관찰면으로 하고, 경면 연마, 에칭을 실시하였다. 이어서, 광학 현미경으로 압연 방향이 사진의 가로가 되도록 촬영하고, 1000 배의 시야 (약 300×200 ㎛2) 로 관찰을 실시하였다. 그리고, 결정립경을 JIS H 0501 의 절단법에 따라, 사진의 세로, 가로 방향으로 소정 길이의 선분을 소정 간격으로 5 개씩 그었다. 완전히 잘라지는 결정립 수를 세어, 그 절단 길이의 평균값을 평균 결정립경으로 산출하였다.
중간 열처리를 실시한 구리 소재를, 적절히 최종 형상에 적합한 형태로 하기 위해서, 절단함과 함께, 산화 피막을 제거하기 위해서 표면 연삭을 실시하였다. 그 후, 압연 롤을 200 ℃ 로 가열하고, 표 2 에 기재된 압연율로 마무리 압연 (마무리 가공) 을 실시하였다. 이상에 의해, 본 발명예 1 ∼ 10 및 비교예 1, 4 에서는, 두께 3.5 mm, 폭 약 150 mm 의 박판을 제조하였다. 또한, 본 발명예 11 ∼ 20 및 비교예 2, 3 에서는, 두께 1.2 mm, 폭 약 150 mm 의 박판을 제조하였다.
그리고, 마무리 압연 (마무리 가공) 후에, 전기로 혹은 솔트 배스로를 사용하여 표 2 에 기재된 조건에서, 마무리 열처리를 실시하고, 그 후, 물 ??칭을 실시하고, 특성 평가용 박판을 제작하였다.
그리고, 이하의 항목에 대해서 평가를 실시하였다. 평가 결과를 표 3 에 나타낸다.
(주조성)
주조성의 평가로서 전술한 주조시의 표면 거칠음의 유무를 관찰하였다. 육안으로 표면 거칠음이 거의 확인되지 않은 것을 "A" (excellent) 로 하고, 깊이 1 mm 미만의 표면 거칠음이 발생한 것을 "B" (good) 로 하고, 깊이 1 mm 이상 2 mm 미만의 표면 거칠음이 발생한 것을 "C" (fair) 로 하였다. 또한 깊이 2 mm 이상의 큰 표면 거칠음이 발생한 것은 "D" (bad) 로 하고, 도중에 평가를 중지하였다.
또, 표면 거칠음의 깊이란, 주괴의 단부 (端部) 로부터 중앙부를 향하는 표면 거칠음의 깊이를 말한다.
(입계 3 중점 비율)
압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 단면, 즉 TD 면 (Transverse direction) 을 관찰면으로 하고, EBSD 측정 장치 및 OIM 해석 소프트에 의해 다음과 같이 결정 입계 (특수 입계와 랜덤 입계) 및 입계 3 중점을 측정하였다. 내수 연마지, 다이아몬드 지립을 사용하여 기계 연마를 실시하였다. 이어서, 콜로이달 실리카 용액을 사용하여 마무리 연마를 실시하였다. 그리고, EBSD 측정 장치 (FEI 사 제조 Quanta FEG 450, EDAX/TSL 사 제조 (현 AMETEK 사) OIM Data Collection) 와, 해석 소프트 (EDAX/TSL 사 제조 (현 AMETEK 사) OIM Data Analysis ver.7.2) 에 의해, 전자선의 가속 전압 20 ㎸, 측정 간격 0.25 ㎛ 스텝으로 10000 ㎛2 이상의 측정 면적으로 모상을 측정하였다. CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 각 결정립의 방위차의 해석을 실시하였다. 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°이상이 되는 측정점 사이를 결정 입계로 하였다. 또한, 각 입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계에 대해서는, Neighboring grid point 에서의 산출된 CSL sigma value 의 값을 사용하여, 특수 입계 및 랜덤 입계를 식별하였다. Σ29 를 초과하는 대응 입계에 대해서는 랜덤 입계로 간주하였다.
(기계적 특성)
특성 평가용 스트립재로부터 JIS Z 2241 에 규정된 13B 호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241 의 오프셋법에 의해 0.2 ％ 내력을 측정하였다. 또, 시험편은, 압연 방향에 평행한 방향에서 채취하였다.
(도전율)
특성 평가용 스트립재로부터 폭 10 mm ×길이 150 mm 의 시험편을 채취하고, 4 단자법에 의해 전기 저항을 구하였다. 또한, 마이크로 미터를 사용하여 시험편의 치수 측정을 실시하고, 시험편의 체적을 산출하였다. 그리고, 측정된 전기 저항값과 체적으로부터 도전율을 산출하였다. 또, 시험편은, 그 길이 방향이 특성 평가용 스트립재의 압연 방향에 대하여 평행해지도록 채취하였다.
(내응력 완화 특성)
내응력 완화 특성 시험은, 일본 신동 협회 기술 표준 JCBA-T309:2004 의 외팔보 비틀림식에 준한 방법에 의해 응력을 부하하고, 150 ℃ 의 온도에서 1000 시간 유지 후의 잔류 응력률을 측정하였다.
시험 방법으로는, 각 특성 평가용 스트립재로부터 압연 방향에 대하여 평행한 방향으로 시험편 (폭 10 mm) 을 채취하고, 시험편의 표면 최대 응력이 내력의 80 ％ 가 되도록 초기 휨 변위를 2 mm 로 설정하고, 스팬 길이를 조정하였다. 상기 표면 최대 응력은 다음 식으로 정해진다.
표면 최대 응력 (MPa)＝1.5Etδ0/Ls 2
단, 식 중의 각 기호는, 이하의 사항을 나타낸다.
E : 영률 (MPa)
t : 시료의 두께 (t＝1.2 mm 또는 3.5 mm)
δ0 : 초기 휨 변위 (2 mm)
Ls : 스팬 길이 (mm)
150 ℃ 의 온도에서 1000 시간 유지 후의 굽힘 자국으로부터 잔류 응력률을 측정하고, 내응력 완화 특성을 평가하였다. 또 잔류 응력률은 다음 식을 사용하여 산출하였다.
잔류 응력률 (％)＝(1－δt/δ0)×100
단, 식 중의 각 기호는, 이하의 사항을 나타낸다.
δt : (150 ℃ 에서 1000 시간 유지 후의 영구 휨 변위 (mm))－(상온에서 24 시간 유지 후의 영구 휨 변위 (mm))
δ0 : 초기 휨 변위 (mm)
(굽힘 가공성)
일본 신동 협회 기술 표준 JCBA-T307:2007 의 4 시험 방법에 준거하여 굽힘 가공을 실시하였다. 본 발명예 1 ∼ 10 에 대해서는, 특성 평가용 박판으로부터 폭 3.5 mm × 길이 30 mm 인 시험편을 절단, 복수 채취하고, 절단면을 연마하였다. 이어서, 압연 방향에 대하여 굽힘의 축이 직교 방향이 되도록, 굽힘 각도가 90 도, 굽힘 반경이 2 mm (R/t＝0.6) 인 W 형 지그를 사용하여, W 굽힘 시험을 실시하였다. 한편, 본 발명예 11 ∼ 20 및 비교예 2, 3 에 대해서는, 특성 평가용 박판으로부터 폭 10 mm ×길이 30 mm 인 시험편을 절단, 복수 채취하고, 절단면을 연마하였다. 이어서, 압연 방향에 대하여 굽힘의 축이 직교 방향이 되도록, 굽힘 각도가 90 도, 굽힘 반경이 0.75 mm (R/t＝0.6) 인 W 형 지그를 사용하여, W 굽힘 시험을 실시하였다.
굽힘부의 외주부를 육안으로 관찰하여 균열이 관찰된 경우에는 "D" (bad) 로 하고, 큰 주름이 관찰된 경우에는 "B" (good) 로 하고, 파단이나 미세한 균열, 큰 주름을 확인할 수 없는 경우를 "A" (excellent) 로 하여 판정을 실시하였다. 또, 평가 "A", "B" 는 허용할 수 있는 굽힘 가공성으로 판단하였다.
(타발 가공성)
특성 평가용 스트립재로부터 금형으로 원구멍 (φ8 mm) 을 다수 타발하여, 버 높이를 측정하고, 타발 가공성의 평가를 실시하였다.
금형의 클리어런스는 판 두께에 대하여 약 3 ％ 로 하고, 50 spm (stroke per minute) 의 타발 속도에 의해 타발을 실시하였다. 구멍 펀칭측의 절단면을 관찰하여, 버 높이를 10 점 계측하고, 판 두께에 대한 버 높이의 비율을 구하였다.
버 높이의 가장 높은 값이 판 두께에 대하여 2.5 ％ 이하인 것을 "A" (excellent) 로 평가하였다. 버 높이의 가장 높은 값이 판 두께에 대하여 2.5 ％ 초과 3.0 ％ 이하인 것을 "B" (good) 로 평가하였다. 버 높이의 가장 높은 값이 판 두께에 대하여 3.0 ％ 를 초과하는 것을 "D" (bad) 로 평가하였다.
비교예 1 은, Mg 의 함유량이 본 실시형태의 범위보다 적어서, 0.2 ％ 내력이 낮고, 강도 부족하고, 또한 내응력 완화 특성이 부족하였다.
비교예 2 는, 〔Mg〕＋20×〔P〕 가 본 실시형태의 범위 외였기 때문에, 굽힘 가공성이 "D" 평가였다.
비교예 3 은, Mg 의 함유량이 본 실시형태의 범위보다 많아서, 〔Mg〕＋20×〔P〕 가 본 실시형태의 범위 외였기 때문에, 굽힘 가공성이 "D" 평가였다. 또한 도전율이 낮았다. 그래서 다른 평가는 실시하지 않았다.
비교예 4 는, (NFJ2/(1－NFJ3))0.5 가 본 실시형태의 범위 외였기 때문에, 랜덤 입계의 네트워크 길이가 짧아져, 타발 가공성이 저하되었다. 그래서 굽힘 가공성 및 내응력 완화 특성의 평가는 실시하지 않았다.
비교예 5 는, Mg 의 함유량이 본 실시형태의 범위보다 많고, 또한, 〔Mg〕/〔P〕 도 400 을 초과하여, 매우 깊은 표면 거칠음이 발생하였기 때문에, 그 후의 평가를 중지하였다.
이에 비해, 본 발명예에서는, 0.2 ％ 내력, 도전율, 내응력 완화 특성, 굽힘 가공성, 주조성, 타발 가공성이 우수한 것이 확인된다.
이상과 같은 점에서 본 발명예에 의하면, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성, 주조성, 타발 가공성이 우수한 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재를 제공할 수 있는 것이 확인되었다.
본 실시형태의 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재는, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품에 바람직하게 적용할 수 있다.
Claims (10)
- 구리 합금으로 이루어지고, 두께가 3.0 mm 초과가 되고,
상기 구리 합금은, Mg 를 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내로 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로
〔Mg〕＋20×〔P〕＜0.5
의 관계를 만족시킴과 함께,
압연의 폭 방향에 대하여 직교하는 면을 관찰면으로 하고, 모상을 EBSD 법에 의해 10000 ㎛2 이상의 측정 면적을 측정 간격 0.25 ㎛ 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고 해석하여, 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°를 초과하는 측정점 사이를 결정 입계로 하고, Σ29 이하의 대응 입계를 특수 입계로 하고, 그 이외를 랜덤 입계로 했을 때, OIM 으로부터 해석된 입계 3 중점에 있어서,
입계 3 중점을 구성하는 3 개의 입계 전부가 특수 입계인 J3 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ3 으로 하고, 입계 3 중점을 구성하는 2 개의 입계가 특수 입계이고, 1 개가 랜덤 입계인 J2 의 전체 입계 3 중점에 대한 비율을 NFJ2 로 했을 때,
0.24≤(NFJ2/(1－NFJ3))0.5≤0.41 이 성립되고,
금형의 클리어런스가 판 두께의 3 ％ 이고, 타발 속도가 50 spm 인 조건에서, 상기 금형으로 φ8 mm 의 원구멍을 타발하고, 구멍 펀칭측의 절단면을 관찰하여, 버 높이를 10 점 계측했을 때, 상기 버 높이의 가장 높은 값이 상기 판 두께의 3.0 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재. - 제 1 항에 있어서,
상기 구리 합금의 도전율이 75 ％IACS 초과인 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구리 합금의 Mg 의 함유량 〔Mg〕 와 P 의 함유량 〔P〕 가 질량비로
〔Mg〕/〔P〕≤400
의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구리 합금의 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 인장 시험을 실시했을 때의 0.2 ％ 내력이 200 MPa 이상 450 MPa 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구리 합금의 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에 75 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재. - 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 부품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전자·전기 기기용 구리 합금판 스트립재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버스바.
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