KR20120046052A - 구리 합금 및 이것을 사용한 신동품, 전자 부품 및 커넥터 및 구리 합금의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
(과제) 우수한 강도 및 굽힘 가공성을 갖는 티탄구리, 신동품, 전자 부품, 커넥터 및 그 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단) Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ? 0.2 질량％ 함유하며, 잔부 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금으로서, 압연면의 X 선 회절 강도를 측정하였을 때에, (311) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 : {I/I0(311)}/{I/I0(200)} ≤ 2.54 를 만족시키며, 또한 (220) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 : 15 ≤ {I/I0(220)}/{I/I0(200)} ≤ 95 를 만족시키는 구리 합금이다.
(해결 수단) Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ? 0.2 질량％ 함유하며, 잔부 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금으로서, 압연면의 X 선 회절 강도를 측정하였을 때에, (311) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 : {I/I0(311)}/{I/I0(200)} ≤ 2.54 를 만족시키며, 또한 (220) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 : 15 ≤ {I/I0(220)}/{I/I0(200)} ≤ 95 를 만족시키는 구리 합금이다.
Description
본 발명은, 예를 들어 커넥터 등의 전자 부품용 부재에 바람직한 티탄을 함유하는 구리 합금 및 이것을 사용한 신동품, 전자 부품 및 커넥터 및 구리 합금의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 휴대 단말 등으로 대표되는 전자 기기의 소형화가 점점 진행되어, 따라서 거기에 사용되는 커넥터는 협(狹)피치화 및 저배화(低背化)의 경향이 현저하다. 소형의 커넥터일수록 핀 폭이 좁고, 작게 접은 가공 형상이 되기 때문에, 사용하는 소재에는 필요한 스프링성을 얻기 위한 높은 강도와 가혹한 굽힘 가공에 견딜 수 있는 우수한 굽힘 가공성이 요구된다. 이러한 점에서, 티탄을 함유하는 구리 합금 (이하, 「티탄구리」라고 한다) 은, 비교적 강도가 높고, 응력 완화 특성에 있어서는 구리 합금 중에서 가장 우수하기 때문에, 소재 강도가 요구되는 신호계 단자용 소재로서 오래전부터 사용되어 왔다.
티탄구리는 시효 경화형의 구리 합금이다. 구체적으로는, 용체화 처리에 의해 용질 원자인 Ti 의 과포화 고용체를 형성시키고, 그 상태에서 저온에서 비교적 장시간의 열처리를 실시하면, 스피노달 분해에 의해 모상 중에 Ti 농도의 주기적 변동인 변조 구조가 발달하여, 강도가 향상된다. 이러한 강화 기구를 기본으로 하여 티탄구리의 추가적인 특성의 향상을 목표로 해서 다양한 수법이 연구되고 있다.
이 때, 문제가 되는 것은, 강도와 굽힘 가공성이 상반되는 특성이라는 점이다. 즉, 강도를 향상시키면 굽힘 가공성이 저해되고, 반대로 굽힘 가공성을 중시하면 원하는 강도가 얻어지지 않는다는 것이다.
그래서, Fe, Co, Ni, Si 등의 제 3 원소를 첨가하거나 (특허문헌 1), 모상 중에 고용되는 불순물 원소군의 농도를 규제하고, 이들을 제 2 상 입자 (Cu-Ti-X 계 입자) 로서 소정의 분포 형태로 석출시켜 변조 구조의 규칙성을 높이거나 (특허문헌 2), 결정립을 미세화시키기에 유효한 미량 첨가 원소와 제 2 상 입자의 밀도를 규정하거나 (특허문헌 3), 결정립을 미세화하거나 (특허문헌 4) 하는 등의 관점에서, 티탄구리의 강도와 굽힘 가공성의 양립을 도모하고자 하는 연구 개발이 종래 행해져 왔다.
또한, 특허문헌 5 에서는, 결정 방위에 주목하여, 굽힘 가공에 있어서의 균열을 방지하기 위하여 열간 압연 조건을 조정하여 I{420}/I0{420} ＞ 1.0 으로 하고, 또한 냉간 압연율을 조정하여 I{220}/I0{220} ≤ 3.0 을 만족시키도록 결정 배향을 제어함으로써, 강도, 굽힘 가공성 및 내응력 완화성을 개선시킨 기술도 제안되어 있다.
상기의 티탄구리는, 잉곳의 용해 주조 → 균질화 소둔 → 열간 압연 → (소둔 및 냉간 압연의 반복) → 최종 용체화 처리 → 냉간 압연 → 시효 처리의 순서에 의해 제조하는 것을 기본으로 하고 있고, 이 공정을 기본으로 하여 특성의 개선을 도모해 왔다. 그러나, 보다 우수한 특성을 갖는 티탄구리를 얻는 데에 있어서는 추가적인 개선의 여지가 남아 있다.
그래서, 본 발명은, 종래와는 상이한 관점에서 티탄구리의 특성의 개선을 시도함으로써, 우수한 강도 및 굽힘 가공성을 갖는 구리 합금 및 이것을 사용한 신동품, 전자 부품 및 커넥터 및 구리 합금의 제조 방법을 제공한다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위한 검토 과정에 있어서, 용체화 처리 후에, 티탄의 준안정상 또는 안정상이 생성되지 않거나 또는 일부 생성되는 정도의 적절한 열처리 (아시효 처리) 를 실시하여, 미리 일정 정도 스피노달 분해를 일으켜 두면, 그 후에 냉간 압연 및 시효 처리를 실시하여 최종적으로 얻어지는 티탄구리의 강도가 유의하게 향상되는 것을 알아냈다. 즉, 종래의 티탄구리가 스피노달 분해를 일으키는 열처리 공정을 시효 처리의 1 단계에서 실시하고 있었던 것에 반해, 본 발명의 티탄구리의 제조 방법에서는 냉간 압연을 사이에 넣어 스피노달 분해를 2 단계에서 일으키는 점에서 크게 상이하다.
또한, 제 3 원소의 첨가량을 더욱 최적인 범위로 조절함으로써, 종래에는 고용을 목적으로 한 제 2 용체화 처리와 재결정을 목적으로 한 제 2 용체화 처리의 2 단계로 처리하고 있었던 것을, 1 회의 용체화 처리로 고용과 재결정화를 동시에 실시할 수 있어, 생산 효율이 우수하며, 또한 강도 및 굽힘 가공성의 밸런스가 우수한 티탄구리가 얻어지는 것도 알 수 있었다.
상기 지견에 기초하여 완성한 본 발명은 일 측면에 있어서, Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ? 0.2 질량％ 함유하며, 잔부 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금으로서, 압연면의 X 선 회절 강도를 측정하였을 때에, (311) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (1) : {I/I0(311)}/{I/I0(200)} ≤ 2.54 … (1) 을 만족시키며, 또한 (220) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (2) : 15 ≤ {I/I0(220)}/{I/I0(200)} ≤ 95 … (2) 를 만족시키는 구리 합금이다.
본 발명은 다른 일 측면에 있어서, Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.01 ? 0.15 질량％ 함유하며, 잔부 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금으로서, 압연면의 X 선 회절 강도를 측정하였을 때에, (311) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (1) : {I/I0(311)}/{I/I0(200)} ≤ 2.54 … (1) 을 만족시키며, 또한 (220) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (3) : 30 ≤ {I/I0(220)}/{I/I0(200)} ≤ 95 … (3) 을 만족시키는 구리 합금이다.
본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 구리 합금으로 이루어지는 신동품이다.
본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 구리 합금으로 이루어지는 전자 부품이다.
본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 상기 구리 합금을 구비한 커넥터이다.
본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ? 0.2 질량％ 함유하며, 잔부 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금 소재에 대하여, 구리 합금 소재를, 730 ? 880 ℃ 에 있어서 Ti 의 고용한(固溶限)이 첨가량과 동일해지는 고용한 온도에 비해 0 ? 20 ℃ 높은 온도가 될 때까지 가열하고 급랭하는 용체화 처리를 실시하고, 용체화 처리에 이어서 열처리를 실시하고, 열처리에 이어서 가공률 5 ? 40 ％ 로 최종 냉간 압연을 실시하고, 최종 냉간 압연에 이어서 시효 처리를 실시하는 것을 포함하는 상기 구리 합금의 제조 방법이다.
본 발명에 관련된 구리 합금의 제조 방법은 일 실시 양태에 있어서, 상기 열처리가, 티탄 농도 (질량％) 를 [Ti] 로 한 경우에, 도전율의 상승값 (C) (％IACS) 이 이하의 관계식 (4) : 0.5 ≤ C ≤ (-0.50[Ti]2 － 0.50[Ti] ＋ 14) … (4) 를 만족시키도록, 도전율을 상승시키는 열처리를 실시하는 것을 포함한다.
＜Ti 함유량＞
Ti 가 2.0 질량％ 미만에서는 티탄구리 본래의 변조 구조의 형성에 의한 강화 기구를 충분히 얻을 수 없는 점에서 충분한 강도가 얻어지지 않고, 반대로 4.0 질량％ 를 초과하면 조대한 TiCu3 가 석출되기 쉬워져, 강도 및 굽힘 가공성이 열화되는 경향이 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 구리 합금 중의 Ti 의 함유량은 2.0 ? 4.0 질량％ 이고, 바람직하게는 2.7 ? 3.5 질량％, 더욱 바람직하게는 2.9 ? 3.3 질량％ 이다. Ti 의 함유량을 적정화함으로써, 전자 부품용에 적합한 강도 및 굽힘 가공성을 함께 실현할 수 있다.
＜제 3 원소＞
제 3 원소는 결정립의 미세화에 기여하기 때문에, 소정의 제 3 원소를 첨가할 수 있다. 구체적으로는, Ti 가 충분히 고용되는 높은 온도에서 용체화 처리를 해도 결정립이 용이하게 미세화되어, 강도가 향상되기 쉽다. 또한, 제 3 원소는 변조 구조의 형성을 촉진시킨다. 또한, TiCu3 의 석출을 억제하는 효과도 있다. 그 때문에, 티탄구리 본래의 시효 경화능이 얻어지게 된다.
티탄구리에 있어서 상기 효과가 가장 높은 것이 Fe 이다. 그리고, Mn, Mg, Co, Ni, Si, Cr, V, Nb, Mo, Zr, B 및 P 에 있어서도 Fe 에 준한 효과를 기대할 수 있고, 단독 첨가에 의해서도 효과가 나타나지만, 2 종 이상을 복합 첨가해도 된다.
이들 원소는 합계로 0.01 질량％ 이상 함유하면 그 효과가 나타나기 시작하는데, 합계로 0.5 질량％ 를 초과하면 Ti 의 고용한을 좁게 하여 조대한 제 2 상 입자를 석출시키기 쉬워져, 강도는 약간 향상되지만 굽힘 가공성이 열화된다. 동시에, 조대한 제 2 상 입자는, 굽힘부의 표면 거칠어짐을 조장하여, 프레스 가공에서의 금형 마모를 촉진시킨다. 따라서, 제 3 원소군으로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ? 0.5 질량％, 보다 바람직하게는 0 ? 0.2 질량％, 더욱 바람직하게는 0.01 ? 0.15 질량％ 함유하는 것이 바람직하다.
제 3 원소의 첨가는, 티탄구리의 결정립의 미세화에는 유효한 반면, 고용한 온도를 상승시키는 경우가 있기 때문에, 제 3 원소를 첨가하지 않는 경우에 비해 고용 온도를 높게 할 필요가 있다. 종래에는, 제 3 원소를 충분히 고용시키기 위하여, 1 회째의 용체화 처리를 고온에서 비교적 장시간 실시한 후, 최종의 용체화 처리를 실시하였다. 그러나, 2 회의 용체화 처리를 실시함으로써, 제조 공정에 부하가 걸려 생산 효율이 낮아지는 경우가 있다. 본 실시형태에서는, 티탄구리 중의 제 3 원소의 농도를 0 ? 0.2 질량％, 더욱 바람직하게는 0.01 ? 0.15 질량％ 로 조정함으로써, 처리 온도를 종래보다 낮게 한 상태에서, 제 3 원소의 고용과 재결정화를 1 회의 용체화 처리로 동시에 실시할 수 있다. 이로 인해, 티탄구리의 제조에 필요한 열량이 종래에 비해 소량이면 되고, 처리 시간도 단시간이면 되어서, 생산 효율이 향상되어 대량 생산에 바람직한 프로세스를 실현할 수 있다.
＜X 선 회절에 의한 적분 강도＞
용체화 처리 후의 압연면의 집합 조직은 (200) 면의 구성 비율이 높고, 압연이 진행됨에 따라 회전이 일어나, 최종적으로는 (220) 면의 구성 비율이 높아지는 것이 일반적이다. 본 발명자들의 검토 결과, 본 실시형태에 관련된 제조 공정, 즉 최종의 용체화 처리 후, 냉간 압연을 실시하기 전에 열처리를 실시한 경우에는, 종래의 공정, 즉 용체화 처리 → 냉간 압연 → 시효 처리의 제조 공정에 비해, 모재 중에 변조 구조가 발달하기 때문에, (200) 면으로부터 (311) 면으로의 회전이 잘 일어나기 않게 되는 것을 알아냈다. 따라서, 본 실시형태에 관련된 구리 합금은, 압연면의 X 선 회절 강도 (적분 강도) 를 측정하였을 때에, (311) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (1) :
{I/I0(311)}/{I/I0(200)} ≤ 2.54 … (1)
을 만족시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 순구리 표준 분말은 325 메시 (JIS Z 8801) 의 순도 99.5 ％ 인 구리 분말로 정의된다.
{I/I0(311)}/{I/I0(200)} 은 0.50 ? 2.00 인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 {I/I0(311)}/{I/I0(200)} 이 0.80 ? 1.75 이다. {I/I0(311)}/{I/I0(200)} 이 2.54 보다 큰 경우, 강도 (0.2 ％ 내력(耐力)) 가 약해져, 굽힘 가공성도 악화되는 경우가 있다.
티탄구리의 집합 조직은 최종의 압연 공정의 가공률에도 영향을 받는다. 즉, 압연의 가공률이 지나치게 크면 (220) 면이 지나치게 발달하여 굽힘성이 열화되고, 가공률이 지나치게 낮으면 (220) 면의 발달이 불충분하여 강도가 저하되게 되는 경우가 있다. 본 실시형태에 관련된 티탄구리는 가공률을 5 ? 40 ％ 로 실시하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ? 30 ％ 이다. 이 경우의 압연면의 집합 조직은, (220) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (2) :
15 ≤ {I/I0(220)}/{I/I0(200)} ≤ 95 … (2)
를 만족시키는 것이 바람직하다. {I/I0(220)}/{I/I0(200)} 이 15 보다 작은 경우에는 가공률이 낮아 압연 공정에 의한 가공 경화가 불충분해지는 경우가 있다.
용체화 처리를 2 회 실시한 경우와 용체화 처리를 1 회만으로 한 경우의 집합 조직을 비교하면, 용체화 처리를 1 회만으로 한 경우가 용체화 처리를 2 회 한 경우에 비해 재결정 집합 조직이 약하고, (220)/(200) 비의 값이 커지는 것을 알 수 있었다. 강도와 굽힘성의 양호한 밸런스를 얻는 데에 있어서는, 관계식 (1)에 더하여, 관계식 (2) 대신에 이하의 관계식 (3) :
30 ≤ {I/I0(220)}/{I/I0(200)} ≤ 95 … (3)
을 만족시키는 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 {I/I0(220)}/{I/I0(200)} 은 40 ? 70 이며, 더욱 바람직하게는 {I/I0(220)}/{I/I0(200)} 이 40 ? 55 이다.
＜용도＞
본 실시형태에 관련된 구리 합금은 여러 가지 신동품, 예를 들어 판, 스트립, 관, 막대, 박 및 선으로서 제공될 수 있다. 본 실시형태에 관련된 구리 합금을 가공함으로써, 예를 들어 스위치, 커넥터, 잭, 단자, 릴레이 등의 전자 부품이 얻어진다.
＜제조 방법＞
본 실시형태에 관련된 구리 합금의 한 가지 특징은, 최종 용체화 처리 후, 냉간 압연 전에 소정의 재료 온도 조건에서 단시간의 열처리를 실시하는 것이다. 열처리시, 재료의 온도가 지나치게 높고 길어지면, 그 후의 시효 처리에 있어서 강도에 그다지 기여하지 않는 β' 상이나 굽힘 가공성을 악화시키는 β 상이 석출되기 쉬워진다. 또한, 열처리시의 재료의 온도가 지나치게 낮고 짧아지면, 시효 처리에 있어서 스피노달 분해에 의해 생성되는 변조 구조의 발달이 불충분해지기 쉽다.
용체화 처리 후의 티탄구리를 열처리하면, 변조 구조의 발달에 수반하여 도전율이 상승하기 때문에, 소둔의 정도는 소둔 전후에서의 도전율의 변화를 지표로 할 수 있다. 본 발명자의 연구에 의하면, 열처리는 도전율을 0.5 ? 8 ％IACS, 바람직하게는 1 ? 4 ％IACS 상승시키는 것과 같은 조건에서 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 여기서는 피크 경도에 대하여 90 ％ 보다 작아지는 것과 같은 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같은 도전율의 상승에 대응하는 구체적인 열처리 조건은, 재료 온도 300 ℃ 이상 700 ℃ 미만으로 하여 0.001 ? 12 시간 가열하는 조건이다.
보다 구체적으로는, 본 실시형태에 관련된 열처리는, 티탄 농도 (질량％) 를 [Ti] 로 한 경우에, 도전율의 상승값 (C) (％IACS) 이 이하의 관계식 (4) 를 만족시킬 수 있다.
0.5 ≤ C ≤ (-0.50[Ti]2 － 0.50[Ti] ＋ 14) … (4)
상기 (4) 식에 따르면, 예를 들어 Ti 농도 2.0 질량％ 인 경우에는, 도전율을 0.5 ? 11 ％IACS 상승시키는 것과 같은 조건에서 실시하는 것이 바람직하고, Ti 농도 3.0 질량％ 인 경우에는, 도전율을 0.5 ? 8 ％IACS 상승시키는 것과 같은 조건에서 실시하는 것이 바람직하며, Ti 농도 4.0 질량％ 인 경우에는, 도전율을 0.5 ? 4 ％IACS 상승시키는 것과 같은 조건에서 실시하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 본 실시형태에 관련된 열처리는, 티탄 농도 (질량％) 를 [Ti] 로 한 경우에, 도전율의 상승값 (C) (％IACS) 이 이하의 관계식 (5) 를 만족시키는 것이다.
1.0 ≤ C ≤ (0.25[Ti]2 － 3.75[Ti] ＋ 13) … (5)
상기 (5) 식에 따르면, 예를 들어 Ti 농도 2.0 질량％ 인 경우에는, 도전율을 1.0 ? 6.5 ％IACS 상승시키는 것과 같은 조건에서 실시하는 것이 바람직하고, Ti 농도 3.0 질량％ 인 경우에는, 도전율을 1.0 ? 4 ％IACS 상승시키는 것과 같은 조건에서 실시하는 것이 바람직하고, Ti 농도 4.0 질량％ 인 경우에는, 도전율을 1.0 ? 2 ％IACS 상승시키는 것과 같은 조건에서 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 최종의 용체화 처리 후의 열처리에 구리 합금의 경도가 피크가 되는 시효를 실시한 경우, 도전율의 차는, 예를 들어 Ti 농도 2.0 질량％ 에서 13 ％IACS, Ti 농도 3.0 ％ 에서 10 ％IACS, Ti 농도 4.0 ％ 에서 5 ％IACS 정도 상승하게 된다. 즉, 본 실시형태에 관련된 최종 용체화 처리 후의 열처리는, 경도가 피크가 되는 시효보다 구리 합금에 부여하는 열량이 매우 작다.
열처리는 이하의 어느 조건에서 실시하는 것이 바람직하다.
?재료 온도 300 ℃ 이상 400 ℃ 미만으로 하여 0.5 ? 3 시간 가열
?재료 온도 400 ℃ 이상 500 ℃ 미만으로 하여 0.01 ? 0.5 시간 가열
?재료 온도 500 ℃ 이상 600 ℃ 미만으로 하여 0.001 ? 0.01 시간 가열
?재료 온도 600 ℃ 이상 700 ℃ 미만으로 하여 0.001 ? 0.005 시간 가열
또한, 열처리는 이하의 어느 조건에서 실시하는 것이 보다 바람직하다.
?재료 온도 350 ℃ 이상 400 ℃ 미만으로 하여 1 ? 3 시간 가열
?재료 온도 400 ℃ 이상 450 ℃ 미만으로 하여 0.2 ? 0.5 시간 가열
?재료 온도 500 ℃ 이상 550 ℃ 미만으로 하여 0.005 ? 0.01 시간 가열
?재료 온도 550 ℃ 이상 600 ℃ 미만으로 하여 0.001 ? 0.005 시간 가열
?재료 온도 600 ℃ 이상 650 ℃ 미만으로 하여 0.0025 ? 0.005 시간 가열
이하, 공정마다 바람직한 실시형태를 설명한다.
1) 잉곳 제조 공정
용해 및 주조에 의한 잉곳의 제조는, 기본적으로 진공 중 또는 불활성 가스 분위기 중에서 실시한다. 용해에 있어서 첨가 원소의 용해 잔여물이 있으면, 강도의 향상에 대하여 유효하게 작용하지 않는다. 따라서, 용해 잔여물을 없애기 위하여, Fe 나 Cr 등의 고융점의 첨가 원소는, 첨가하고 나서 충분히 교반한 후에 일정 시간 유지할 필요가 있다. 한편, Ti 는 Cu 중에 비교적 잘 녹기 때문에 제 3 원소군의 용해 후에 첨가하면 된다. 따라서, Cu 에 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ? 0.2 질량％ 함유하도록 첨가하고, 이어서 Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하도록 첨가하여 잉곳을 제조한다.
2) 균질화 소둔 및 열간 압연
여기서는 응고 편석이나 주조 중에 발생한 창출물을 가능한 한 없애는 것이 바람직하다. 이후의 용체화 처리에 있어서, 제 2 상 입자의 석출을 미세하고 또한 균일하게 분산시키기 위해서이고, 혼립(混粒)의 방지에도 효과가 있기 때문이다. 잉곳 제조 공정 후에는, 900 ? 970 ℃ 로 가열하여 3 ? 24 시간 균질화 소둔을 실시한 후에, 열간 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 액체 금속 취성을 방지하기 위하여, 열연 전 및 열연 중에는 960 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
3) 제 1 용체화 처리
그 후, 냉연과 소둔을 적절히 반복하고 나서 용체화 처리를 실시한다. 구체적으로는, 제 1 용체화 처리는 가열 온도를 850 ? 900 ℃ 로 하고, 2 ? 10 분간 실시하면 된다. 그 때의 승온 속도 및 냉각 속도에 있어서도 최대한 빠르게 하여, 제 2 상 입자가 석출되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 단, 제 3 원소의 첨가량을 0.01 ? 0.15 질량％ 로 한 경우에는, 제 1 용체화 처리를 거치지 않고 최종의 용체화 처리만으로 고용과 재결정을 실시할 수 있기 때문에, 제 1 용체화 처리 공정은 생략하는 것이 바람직하다.
4) 중간 압연
최종의 용체화 처리 전의 중간 압연에 있어서의 가공도를 높게 할수록, 최종의 용체화 처리에 있어서의 제 2 상 입자가 균일하고 또한 미세하게 석출된다. 단, 가공도를 지나치게 높게 하여 최종의 용체화 처리를 실시하면, 재결정 집합 조직이 발달하여 소성 이방성이 발생하여 프레스 성형성을 저해하는 경우가 있다. 따라서, 중간 압연의 가공도는 바람직하게는 70 ? 99 ％ 이다. 가공도는 {(압연 전의 두께 － 압연 후의 두께)/압연 전의 두께) × 100 ％} 로 정의된다.
5) 최종의 용체화 처리
최종 용체화 처리 전의 구리 합금 소재 중에는 주조 또 중간 압연 과정에서 생성된 석출물이 존재한다. 이 석출물은, 굽힘성 및 시효 후의 기계적 특성의 증가를 방해하는 경우가 있기 때문에, 최종의 용체화 처리에서는, 구리 합금 소재 중의 석출물을 완전히 고용시키는 온도로 구리 합금 소재를 가열하는 것이 바람직하다. 그러나, 석출물을 완전히 없앨 때까지 고온으로 가열하면, 석출물에 의한 입계의 피닝 효과가 없어져, 결정립이 급격히 조대화된다. 결정립이 급격히 조대화되면 강도가 저하되는 경향이 있다.
이 때문에, 가열 온도로는, 용체화 전의 구리 합금 소재가, 제 2 상 입자 조성의 고용한 부근의 온도가 될 때까지 가열한다. Ti 의 첨가량이 2.0 ? 4.0 질량％ 의 범위에서 Ti 의 고용한이 첨가량과 동등해지는 온도 (본 발명에서는 「고용한 온도」라고 한다) 는 730 ? 840 ℃ 정도이며, 예를 들어 Ti 의 첨가량이 3.0 질량％ 에서는 800 ℃ 정도이다. 그리고 이 온도까지 급속히 가열하고, 냉각 속도도 빠르게 하면 조대한 제 2 상 입자의 발생이 억제된다. 따라서, 전형적으로는, 730 ? 880 ℃ 인 Ti 의 고용한이 첨가량과 동일해지는 온도 이상으로 가열하고, 보다 전형적으로는 730 ? 880 ℃ 인 Ti 의 고용한이 첨가량과 동일해지는 온도에 비해 0 ? 20 ℃ 높은 온도, 바람직하게는 0 ? 10 ℃ 높은 온도로 가열한다.
최종 용체화 처리에 있어서의 조대한 제 2 상 입자의 발생을 억제하기 위하여, 구리 합금 소재의 가열 및 냉각은 가능한 한 급속으로 실시하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제 2 상 입자 조성의 고용한 부근의 온도보다 50 ? 500 ℃ 정도, 바람직하게는 150 ? 500 ℃ 정도 높게 한 분위기 중에 구리 합금 소재를 배치함으로써 급속 가열을 실시할 수 있다. 냉각은 수랭 등에 의해 이루어진다.
6) 열처리
최종의 용체화 처리 후, 열처리를 실시한다. 열처리의 조건은 상기 기재한 바와 같다.
7) 최종의 냉간 압연
상기 소둔 후, 최종의 냉간 압연을 실시한다. 최종의 냉간 가공에 의해 티탄구리의 강도를 높일 수 있다. 이 때, 가공도가 5 ％ 미만에서는 충분한 효과가 얻어지지 않기 때문에 가공도를 5 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 가공도가 지나치게 높으면 입자 내 석출에 의한 격자 변형보다 결정립의 편평에 의한 가공 변형이 커져, 굽힘 가공성이 열화된다. 또한 필요에 따라 실시하는 시효 처리나 변형 제거 소둔에 의해 입계 석출이 일어나기 쉽기 때문에, 가공도를 40 ％ 이하, 바람직하게는 5 ? 40 ％, 보다 바람직하게는 10 ? 30 ％, 더욱 바람직하게는 15 ? 25 ％ 로 한다.
8) 시효 처리
최종의 냉간 압연 후, 시효 처리를 실시한다. 시효 처리의 조건은 관용의 조건이면 되는데, 시효 처리를 종래에 비해 가볍게 실시하면, 강도와 굽힘 가공성의 밸런스가 더욱 향상된다. 구체적으로는, 시효 처리는 재료 온도 300 ? 400 ℃ 에서 3 ? 12 시간 가열의 조건에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 시효 처리를 실시하지 않는 경우나, 시효 처리 시간이 짧은 (2 시간 미만) 경우, 시효 처리 온도가 낮은 (290 ℃ 미만) 경우에는, 강도 및 도전율이 저하되는 경우가 있다. 또한, 시효 시간이 긴 경우 (13 시간 이상) 또는, 시효 온도가 높은 경우 (450 ℃ 이상) 에 도전율은 높아지지만, 강도가 저하되는 경우가 있다.
시효 처리는 이하의 어느 조건에서 실시하는 것이 보다 바람직하다.
?재료 온도 340 ℃ 이상 360 ℃ 미만으로 하여 5 ? 8 시간 가열
?재료 온도 360 ℃ 이상 380 ℃ 미만으로 하여 4 ? 7 시간 가열
?재료 온도 380 ℃ 이상 400 ℃ 미만으로 하여 3 ? 6 시간 가열
시효 처리는 이하의 어느 조건에서 실시하는 것이 보다 더 바람직하다.
?재료 온도 340 ℃ 이상 360 ℃ 미만으로 하여 6 ? 7 시간 가열
?재료 온도 360 ℃ 이상 380 ℃ 미만으로 하여 5 ? 6 시간 가열
?재료 온도 380 ℃ 이상 400 ℃ 미만으로 하여 4 ? 6 시간 가열
또한, 당업자이면 상기 각 공정 사이에 적절히 표면의 산화 스케일 제거를 위한 연삭, 연마, 숏 블라스트 산세 등의 공정을 실시할 수 있다는 것은 이해할 수 있을 것이다.
실시예
이하에 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 나타내지만, 이들 실시예는 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위하여 제공하는 것으로서, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.
본 발명예의 구리 합금을 제조할 때에는, 활성 금속인 Ti 가 제 2 성분으로서 첨가되기 때문에, 용제(溶製)에는 진공 용해로를 사용하였다. 또한, 본 발명에서 규정한 원소 이외의 불순물 원소의 혼입에 의한 예상 외의 부작용이 발생하는 것을 미연에 방지하기 위하여, 원료는 비교적 순도가 높은 것을 엄선하여 사용하였다.
Cu 에 필요에 따라 표 1 의 제 3 원소를 첨가한 후, 표 1 의 농도의 Ti 를 첨가하고, 잔부 구리 및 불가피적 불순물의 조성을 갖는 잉곳에 대하여 950 ℃ 에서 3 시간 가열하는 균질화 소둔 후, 900 ? 950 ℃ 에서 열간 압연을 실시하여, 판두께 10 ㎜ 의 열연판을 얻었다. 면삭에 의한 탈스케일 후, 냉간 압연하여 베어 스트립의 판두께 (1.5 ㎜) 로 하고, 필요에 따라 (제 3 원소의 첨가량에 따라) 베어 스트립에서의 제 1 차 용체화 처리를 실시하였다. 제 1 차 용체화 처리의 조건은 850 ℃ 에서 7.5 분간 가열로 하였다. 이어서, 중간의 냉간 압연에서는 최종 판두께가 0.25 ㎜ 가 되도록 중간의 판두께를 조정하여 냉간 압연한 후, 급속 가열할 수 있는 소둔로에 삽입하여 최종의 용체화 처리를 실시하고, 그 후 수랭하였다. 이 때의 가열 조건은 재료 온도가 Ti 의 고용한이 첨가량과 동일해지는 온도 (Ti 농도 3.2 질량％ 에서 약 800 ℃, Ti 농도 2.0 질량％ 에서 약 730 ℃, Ti 농도 4.0 질량％ 에서 약 840 ℃) 를 기준으로 하여 Ti 의 고용한이 첨가량과 동일해지는 온도보다 0 ? 20 ℃ 높은 조건이 되도록, 표 1 에 기재된 가열 조건에서 각각 1 분간 유지하였다.
이어서, 시험편에 따라서는 냉간 압연을 표 1 에 기재된 조건에서 실시한 후에, Ar 분위기 중에서 표 1 에 기재된 조건에서 열처리를 실시하였다. 산세에 의한 탈스케일 후, 표 1 에 기재된 조건에서 최종의 냉간 압연하고, 마지막으로 표 1 에 기재된 각 가열 조건에서 시효 처리를 실시하여, 실시예 및 비교예의 시험편으로 하였다.
얻어진 각 시험편에 대하여, 이하의 조건에서 특성 평가를 실시하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.
＜강도＞
인장 방향이 압연 방향과 평행해지도록, 프레스기를 사용하여 JIS 13 B 호 시험편을 제작하였다. JIS-Z 2241 에 따라 이 시험편의 인장 시험을 실시하고, 압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력 (YS) 을 측정하였다.
＜굽힘 가공성＞
JIS H 3130 에 따라, Badway (굽힘축이 압연 방향과 동일 방향) 의 W 굽힘 시험을 실시하여 균열이 발생하지 않는 최소 반경 (MBR) 의 판두께 (t) 에 대한 비인 MBR/t 값을 측정하였다.
＜도전율＞
JIS H 0505 에 준거하여, 4 단자법으로 도전율 (EC : ％IACS) 을 측정하였다.
＜결정 방위＞
각 시험편에 대하여, 리가쿠 전기사 제조 형식 rint Ultima2000 의 X 선 회절 장치를 사용하여, 이하의 측정 조건에서 압연면의 회절 강도 곡선을 취득하고, (111) 결정면, (200) 결정면, (220) 결정면, (311) 결정면의 X 선 회절 강도 (적분값) (I) 를 측정하였다. 동일한 측정 조건에서, 순구리 분말 표준 시료에 대해서도 (111) 결정면, (200) 결정면, (220) 결정면, (311) 결정면에 대하여 X 선 회절 강도 (적분값) (I0) 를 구하고, I/I0(111), I/I0(200), I/I0(220), I/I0(311) 을 각각 계산하여, {I/I0(311)}/{I/I0(200)} 및 I/I0(220)}/{I/I0(200)} 을 구하였다.
?타깃 : Cu 관구
?관 전압 : 40 ㎸
?관 전류 : 40 ㎃
?주사 속도 : 5°/min
?샘플링폭 : 0.02°
＜고찰＞
비교예 1 ? 5 는, 제 3 원소의 첨가 원소를 0 ? 0.17 질량％ 로 하고, 제 1 용체화 처리를 실시하지 않고 최종의 용체화 처리 1 회만 실시하여, 최종의 용체화 처리 → 냉간 압연 → 시효 처리의 종래의 순서로 제조한 경우의 예를 나타낸다. 비교예 1 ? 5 에서는, 충분한 강도가 얻어지지 않고 있다.
비교예 6 ? 10 은, 제 3 원소의 첨가 원소를 0 ? 0.17 질량％ 로 하고, 2 단계의 용체화 처리 (제 1 용체화 처리 및 최종의 용체화 처리) 를 실시하여, 최종의 용체화 처리 → 냉간 압연 → 시효 처리의 종래의 순서로 제조한 경우의 예를 나타낸다. 비교예 5 ? 10 에서는 굽힘성은 향상되지만, 충분한 강도가 얻어지지 않고 있다.
비교예 11 은, 최종의 용체화 처리 → 열처리 → 냉간 압연 → 시효 처리의 순서로 제조한 경우에 있어서, 냉간 압연시의 가공도를 지나치게 낮게 한 경우의 예를 나타낸다. 비교예 11 에서는, 가공도가 지나치게 낮기 때문에 충분한 강도가 얻어지지 않고 있다.
비교예 12 는, 최종의 용체화 처리 → 열처리 → 냉간 압연 → 시효 처리의 순서로 제조한 경우에 있어서, 냉간 압연시의 가공도를 지나치게 높게 한 경우의 예를 나타낸다. 비교예 12 에서는, 충분한 강도는 얻어지고 있지만, 가공도가 지나치게 높기 때문에 굽힘성이 열화되었다.
비교예 13 은, 최종의 용체화 처리 → 열처리 → 냉간 압연 → 시효 처리의 순서로 제조한 경우에 있어서, 최종의 용체화 처리를 티탄구리의 경도가 피크에 가까워지는 것과 같은 조건 (피크 시효 조건) 에서 실시하고, 또한 최종의 시효 처리를 매우 단시간에 실시한 경우의 예를 나타낸다. 비교예 13 에서는, 용체화 후의 열처리를 피크 부근으로 하였기 때문에, 조대한 안정상이 석출되어 굽힘성이 열화되었다.
비교예 1 ? 13 과 비교하면, 실시예 1 ? 11 은 강도와 굽힘 가공성이 양호한 밸런스로 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
Claims (7)
- Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ? 0.2 질량％ 함유하며, 잔부 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금으로서, 압연면의 X 선 회절 강도를 측정하였을 때에,
(311) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (1) :
{I/I0(311)}/{I/I0(200)} ≤ 2.54 … (1)
을 만족시키며, 또한
(220) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (2) :
15 ≤ {I/I0(220)}/{I/I0(200)} ≤ 95 … (2)
를 만족시키는 구리 합금. - Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.01 ? 0.15 질량％ 함유하며, 잔부 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금으로서, 압연면의 X 선 회절 강도를 측정하였을 때에,
(311) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (1) :
{I/I0(311)}/{I/I0(200)} ≤ 2.54 … (1)
을 만족시키며, 또한
(220) 면 및 (200) 면에 있어서의 순구리 분말의 X 선 회절 강도 (I0) 에 대한 압연면의 X 선 회절 강도 (I) 의 비 (I/I0) 가 이하의 관계식 (3) :
30 ≤ {I/I0(220)}/{I/I0(200)} ≤ 95 … (3)
을 만족시키는 구리 합금. - 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금으로 이루어지는 신동품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금으로 이루어지는 전자 부품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금을 구비한 커넥터.
- Ti 를 2.0 ? 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Mn, Fe, Mg, Co, Ni, Cr, V, Nb, Mo, Zr, Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ? 0.2 질량％ 함유하며, 잔부 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금 소재에 대하여,
상기 구리 합금 소재를, 730 ? 880 ℃ 에 있어서 Ti 의 고용한이 첨가량과 동일해지는 고용한 온도에 비해 0 ? 20 ℃ 높은 온도가 될 때까지 가열하고 급랭하는 용체화 처리를 실시하고,
용체화 처리에 이어서 열처리를 실시하고,
열처리에 이어서 가공률 5 ? 40 ％ 로 최종 냉간 압연을 실시하고,
최종 냉간 압연에 이어서 시효 처리를 실시하는 것을 포함하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금의 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 열처리가, 티탄 농도 (질량％) 를 [Ti] 로 한 경우에, 도전율의 상승값 (C) (％IACS) 이 이하의 관계식 (4) :
0.5 ≤ C ≤ (-0.50[Ti]2 － 0.50[Ti] ＋ 14) … (4)
를 만족시키도록, 도전율을 상승시키는 열처리를 실시하는 것을 포함하는 구리 합금의 제조 방법.
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