KR20160117242A - 구리 합금판 및 그것을 구비하는 프레스 성형품 - Google Patents

Abstract

(과제) Cu-Sn 합금의 구리 합금판으로, 프레스 가공 후의 버의 발생을 유효하게 억제하여, 프레스 타발성을 개선할 수 있는 구리 합금판 및, 그것을 구비하는 프레스 성형품을 제공한다.
(해결 수단) 본 발명의 구리 합금판은, 0.01 ∼ 0.3 질량％ 의 Sn 을 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지고, 70 ％ IACS 이상의 도전율을 가지며, 또한 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 0.2 ≤ r ≤ 0.7 인 것이다.

Description

구리 합금판 및 그것을 구비하는 프레스 성형품{COPPER ALLOY SHEET AND PRESS-MOLDED PRODUCT WITH THE SAME}

본 발명은 소정의 형상으로 타발 (打拔) 하는 프레스 가공에 의해 제조되는 단자, 커넥터, 릴레이, 스위치, 소켓, 버스 바, 리드 프레임 그 밖의 전자 부품 등에 사용하기에 바람직한, 도전성이 우수한 구리 합금판 및 그것을 구비하는 프레스 성형품에 관한 것으로, 특히나 구리 합금판의 프레스 타발성을 개선할 수 있는 기술을 제안하는 것이다.

전기 (電機)·전자 기기 등에 장착되는 단자, 커넥터, 릴레이, 스위치, 소켓, 버스 바, 리드 프레임 등의 전자 부품은, 예를 들어 순송 (順送) 프레스 금형을 사용하여, 일 방향을 향해 간헐적으로 이송되는 장척 띠형상의 구리 합금판에 대하여 펀치 및 다이에 의한 프레스 가공을 순차적으로 실시함으로써, 소기의 형상으로 성형한 프레스 성형품으로서 제조되는 경우가 있다.

여기서, 상기한 바와 같은 프레스 가공에 의해 성형된 프레스 성형품에서는, 펀치에 의해 타발된 프레스 성형품의 프레스 파면 (破面) 이 프레스 성형품의 두께 방향에서 표면측에 위치하는 전단면과, 이면측에 위치하는 파단면의 2 개의 층으로 구성되는 것이 일반적으로 알려져 있다.

그리고, 이 중 전단면이 프레스 파면의 대부분을 차지하는 프레스 성형품은, 전단면이 이면측으로 돌출하여 형성되는 버가 발생하기 쉬워진다. 전자 부품으로서 사용되는 프레스 성형품에서 버가 발생한 경우, 전기·전자 기기에 장착된 프레스 성형품의 버가 단락을 초래할 가능성이 높아져서 고장의 원인이 될 수 있는 점에서, 특히, 전자 부품 용도의 프레스 성형품에서는 이러한 버의 발생을 억제하기 위해, 프레스 타발성을 개선한 구리 합금판이 희구되고 있다.

이러한 전자 부품용의 구리 합금판으로, 프레스 타발성의 개선이나 금형의 내마모성 등에 착안한 기술로는 특허문헌 1 ∼ 4 에 기재된 것 등이 있다.

특허문헌 1 에는, 전기·전자 기기에 사용되는 Cu-Ni-Si 계 구리 합금판재에 있어서, 구리 합금판재 중에 분산되는 화합물의 입경 및 그 분산밀도를 규정함으로써, 특히 도금성, 프레스성, 내열성 등의 특성의 개선을 꾀하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 2 에는, 프레스 타발성에 영향을 주는 표층에 프레스 타발성의 향상에 기여하는 입자경의 석출물을 존재시키고, 강도에 영향을 주는 중앙부에는 강도의 향상에 기여하는 입자경의 석출물을 존재시킴으로써, 강도 및 도전율을 유지하면서, 금형 마모를 경감할 수 있는 Cu-Co-Si 계 구리 합금이 개시되어 있다. 특허문헌 3 에는, 고강도, 고도전성 및 내열성 등의 우수한 특성을 유지하면서, 나아가 스탬핑에 의한 금형 마모를 억제하기 위해, Mg, Cr 을 소정의 양으로 첨가함과 함께, 특히, 스탬핑 금형 마모를 억제하는 작용이 있는 Pb 를 소정의 양으로 첨가하여 얻어진 구리 합금이 기재되어 있다.

특허문헌 4 에는, Cu-Fe-P 계 구리 합금판으로, 인장 시험에 의해 구해지는 균일 연신과 전 (全) 연신과의 비, 균일 연신/전연신을 0.50 미만으로 하는 것이 기재되어 있다. 그리고, 이것에 의하면, 프레스 타발시의 재료의 연성 (延性) 변형량을 작게 하여 조기에 타발의 파단이 생겨, 프레스 타발성이 향상되는 것으로 되어 있다.

일본 공개특허공보 2008-95185호 일본 공개특허공보 2012-224922호 일본 공개특허공보 평8-13066호 일본 공개특허공보 2008-88499호

그런데, 상기 서술한 기술에서는, 석출물이나 개재물의 사이즈나 분포의 제어나, 첨가 원소에 의해서 프레스 타발성의 개선을 꾀하는 것으로 하고 있지만, Cu-Sn 합금으로 이루어지는 구리 합금판의 프레스 타발성에 대해서는 조금도 검토되어 있지 않다. Cu-Sn 합금은 고용형 합금인 점에서, 상기한 선행 기술에서 착안되어 있는 구리 합금과 같은 석출물이 존재하지 않고, 또한 특히 무산소동에 Sn 을 미량으로 첨가한 Cu-Sn 합금에서는 무산소동 베이스의 용해가 되기 때문에, 개재물도 적다.

그러므로, 상기한 기술에 의해서는 Cu-Sn 합금의 구리 합금판의 프레스 타발성을 유효하게 향상시킬 수 없었다.

또한, 특허문헌 4 와 같이 균일 연신, 전연신을 조정하는 수법에서는, 구리 합금판의 특성이 변화되어 버리기 때문에, 버 등의 표면 성상의 다른 요구 특성을 만족시키지 못하는 것이 되고, 그에 의해 소요되는 특성을 유지하면서도 프레스 타발성을 개선시키는 것은 불가능하다.

본 발명은 상기 서술한 종래 기술이 안고 있는 이러한 문제를 해결하는 것을 과제로 하는 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 고용형 합금인 Cu-Sn 합금의 구리 합금판으로, 프레스 가공 후의 버의 발생을 유효하게 억제하여 프레스 타발성을 개선할 수 있는 구리 합금판, 및 그것을 구비하는 프레스 성형품을 제공하는 것에 있다.

발명자는, 프레스 성형품의 프레스 파면에 있어서, 버의 발생을 가져오는 전단면의 비율을 줄이고 파단면의 비율을 증가시키기 위해, 프레스 가공시의 펀치 스트로크의 증가에 수반되는, 구리 합금판에 작용하는 하중의 변화에 대해서 예의 검토하였다.

그 결과, 프레스 가공시에 펀치와 다이 사이에 끼여 있을 때의 구리 합금판의 판두께 방향의 연신이 작아지도록, 구리 합금판을 제조할 때에 최종 어닐링시의 결정립경을 크게 하는 것, 및 최종 어닐링 후의 마무리 압연에서 워크 롤 직경과 판두께의 비를 제어하여, 가공도를 증가시키는 것이 유효하다는 새로운 지견을 얻었다.

그리고, 그것에 의해 제조된 Cu-Sn 합금에서는, 인장 특성이 크게 변화하는 일 없이, 전단 시험에서 얻어지는 변위-하중 곡선의 반가폭이 종래의 것과 비교하여 작아져, 프레스 가공시에 구리 합금판에 대한 프레스 파면의 형성이 조기에 이루어짐으로써, 버의 발생을 유효하게 억제할 수 있음을 알아내었다.

이러한 지견하에, 본 발명의 구리 합금판은, 0.01 ∼ 0.3 질량％ 의 Sn 을 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지고, 70 ％ IACS 이상의 도전율을 가지며, 또한 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 0.2 ≤ r ≤ 0.7 인 것이다.

여기서, 본 발명의 구리 합금판에서는, 도전율이 75 ％ IACS 이상이고, 압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력이 450 ㎫ 이상, 또한 압연 직각 방향의 0.2 ％ 내력/압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력이 1.0 이상인 것이 바람직하다.

또한 여기서, 본 발명의 구리 합금판에서는, 압연 평행 방향의 연신에 대한 압연 직각 방향의 연신의 비가 0.8 이상 또한 1.2 이하인 것이 바람직하다.

그리고 또한, 본 발명의 구리 합금판은, P, Ag, Ni, Mn, Mg, Zn, B 및 Ca 로 이루어지는 군에서 선택되는 원소의 적어도 1 종을 합계 0.1 질량％ 이하에서 추가로 함유하는 것으로 할 수 있다.

본 발명의 프레스 성형품은, 상기 서술한 것 중 어느 구리 합금판을 구비하는 것이다.

본 발명에 의하면, 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 0.2 ≤ r ≤ 0.7 인 구리 합금판으로 함으로써, 프레스 가공시에, 펀치와 다이 사이에 끼인 구리 합금판에 프레스 파면이 조기에 형성되기 때문에, 파단면의 비율이 큰 프레스 파면이 되어, 버의 발생을 유효하게 억제할 수 있다. 그로 인해 프레스 타발성을 크게 개선할 수 있다.

그 결과, 이 구리 합금판은, 단자, 커넥터, 릴레이, 스위치, 소켓, 버스 바, 리드 프레임 그 밖의 전자 부품 등에 바람직하게 사용할 수 있다.

도 1 은 구리 합금판의 프레스 가공시에 있어서의 펀치 스트로크의 증대에 수반되는, 구리 합금판에 작용하는 하중의 변화를, 각 단계의 구리 합금판의 상태와 함께 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 구리 합금판의 변위-하중 곡선의 일례를, 종래의 구리 합금판의 변위-하중 곡선의 일례와 비교하여 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 3 은 변위-하중 곡선을 구하기 위한 전단 시험을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4 는 발명예 1 의 파단면의 일부를 100 배 및 200 배의 각 배율로 나타내는 현미경 사진이다.
도 5 는 비교예 2 의 파단면의 일부를 100 배 및 200 배의 각 배율로 나타내는 현미경 사진이다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 구리 합금판은, 0.01 ∼ 0.3 질량％ 의 Sn 을 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지는 Cu-Sn 합금으로 구성된 것으로서, 70 ％ IACS 이상의 도전율을 가지며, 또한 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 0.2 ≤ r ≤ 0.7 인 것이다. 이러한 구리 합금판은, 프레스 가공에 의해 제조되는 전자 부품의 용도에 적합하다.

(합금 성분 농도)

Sn 농도는 0.01 ∼ 0.3 질량％ 로 한다. Sn 농도가 0.3 질량％ 를 초과하면, 70 ％ IACS 이상의 도전율을 얻기가 어렵게 된다. Sn 농도가 0.01 질량％ 미만이 되면, 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 0.7 이상이 되어 버의 저감 효과가 인정되지 않는다. 또한, Sn 농도가 0.01 질량％ 미만이 되면, 0.2 ％ 내력이 저하되기 때문에, 소요되는 특성을 만족시키는 관점에서 그다지 바람직하지 않다. 이러한 관점에서, Sn 농도는 0.03 ∼ 0.25 질량％ 로 하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 0.08 ∼ 0.25 질량％ 로 하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 Cu-Sn 계 합금에서는, Sn 외에 추가로 P, Ag, Ni, Mn, Mg, Zn, B 및 Ca 로 이루어지는 군에서 선택되는 원소의 적어도 1 종 이상을 첨가할 수 있는데, 이러한 원소를 첨가하는 경우에는 그 첨가량은 합계로 0.1 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이들의 합계가 0.1 질량％ 를 초과하면, 도전율이 저하되거나, 원료 비용이 증가하거나, 제조성이 악화되거나 한다.

(도전율)

본 발명의 구리 합금판에서는, JIS H 0505 에 준거하여 측정한 도전율을 70 ％ IACS 이상으로 한다. 도전율이 70 ％ IACS 이상이면, 소정의 전자 부품에 사용했을 때에 소요되는 도전성을 발휘할 수 있다. 도전율은, 바람직하게는 75 ％ IACS 이상, 보다 바람직하게는 80 ％ IACS 이상으로 한다.

(0.2 ％ 내력)

본 발명에서는, 구리 합금판의 압연 평행 방향 (GW 방향) 의 0.2 ％ 내력을 450 ㎫ 이상으로 하는 것이 바람직하며, 이 경우에는, 구리 합금판이 구조재의 소재로서 필요한 강도를 충분히 가지고 있다고 말할 수 있다. 압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력은 500 ㎫ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 특히 520 ㎫ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 구리 합금판의 압연 직각 방향 (BW 방향) 의 0.2 ％ 내력은, 상기 서술한 압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력에 대한 압연 직각 방향의 0.2 ％ 내력의 비를 1.0 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이는, 프레스 가공 후의 버의 길이가 짧아져, 프레스성이 양호해지기 때문이다. 압연 직각 방향의 0.2 ％ 내력/압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력의 비는, 보다 바람직하게는 1.03 이상, 더욱 바람직하게는 1.05 이상으로 한다. 한편으론, 압연 직각 방향의 0.2 ％ 내력/압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력의 비가 지나치게 크면, 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 프레스 후의 파면에 이방성이 생기기 때문에, 결과적으로 프레스 후의 버 길이가 길어지는 점에서, 이 비는 1.2 이하로 할 수 있고, 바람직하게는 1.15 이하, 보다 바람직하게는1.1 이하로 한다.

또, 0.2 ％ 내력은, JIS Z 2241 에 기초하여 측정한다.

(변위-하중 곡선의 반가폭)

발명자는, 구리 합금판의 프레스 가공시, 펀치가 구리 합금판의 표면에 접했을 때부터 구리 합금판을 타발하기까지의 사이의 펀치 스트로크와, 구리 합금판에 작용하는 하중과의 관계에 대해서 예의 검토한 결과, 프레스 가공에 의해 얻어지는 프레스 성형품의 프레스 파면에 있어서, 버의 발생을 초래하는 전단면의 비율을 줄이는 것과 함께 파단면의 비율을 증가시키기 위해서는, 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭을 작게 하는 것이 유효함을 알아내었다.

이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 프레스 가공시에는, 도 1 에 그래프로 모식적으로 예시하는 바와 같이, 펀치 스트로크가 아직 작은 가공 초기의 단계에서는, 펀치와 다이 사이에 끼인 구리 합금판에, 펀치 및 다이의 각각이 접촉한 지점에서 처짐이 생긴다. 이어서, 펀치 스트로크의 증대에 수반하여, 펀치와 다이 사이의 구리 합금판에 전단면이 형성되기 시작하고, 펀치 및 다이의 각각이 좀더 구리 합금판으로 파고 들어가, 상기한 각 처짐이 크랙이 되었을 때에 하중의 피크를 맞이하고, 그 후, 하중의 감소와 함께 크랙이 전파되어 파단면이 형성된다.

여기서, 프레스 성형품의 프레스 파면에서 전단면이 차지하는 비율이 증가하는 것은, 구리 합금판의 표면 및 이면에 처짐이 형성되고 나서, 프레스 파면이 형성되기까지의 사이에 구리 합금판이 잡아당겨져 끊어지지 않고 판두께 방향으로 크게 연신되고, 그 사이에 걸쳐서 펀치가 구리 합금판을 깎는 것에서 기인하는 것으로 생각된다.

따라서, 프레스 가공시의 구리 합금판의 판두께 방향의 연신을 작게 하여, 구리 합금판에 처짐이 형성된 후, 빠르게 프레스 파면이 형성되도록, 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭이 작은 구리 합금판으로 함으로써, 프레스 성형품의 프레스 파면에서 전단면이 차지하는 비율이 감소하고, 파단면이 차지하는 비율이 증가하는 것으로 생각하였다.

이러한 지견에 기초하여, 본 발명의 실시형태의 구리 합금판에서는, 판두께에 대하여, 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의 비 (r) 를 0.2 ≤ r ≤ 0.7 로 한다.

전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선은, 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 변위의 증대에 수반하여 하중은 초기 단계에서는 증가하지만 피크를 거친 후에 저하되는 산형 (山型) 의 곡선으로 되는 바, 본 발명의 실시형태의 구리 합금판에서는, 피크 하중의 1/2 의 하중의 변위폭인 반가폭이, 동일한 판두께의 종래의 구리 합금판에 비하여 작아진다.

그 결과, 이 실시형태의 구리 합금판에 대하여 프레스 가공을 실시했을 때에, 도 1 에 나타내는 펀치 스트로크량에 대한 하중의 곡선에서, 구리 합금판의 표면 및 이면에 처짐이 형성되고 피크를 거친 후, 하중이 급속히 저하되어 조기에 프레스 파면이 형성되게 되므로, 프레스 파면이 형성되기까지의 사이에 펀치가 구리 합금판을 깎는 것에서 기인하는, 전단면의 비율의 증대를 효과적으로 억제할 수 있다. 이로써, 프레스 파면에서 전단면이 작아지는 것과 함께 파단면이 커지기 때문에, 프레스 파면으로부터 표리면측으로 돌출되는 버의 발생을 유효하게 억제하는 것이 가능해진다.

여기서, 변위-하중 곡선을 구하기 위한 전단 시험은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 두께 0.1 ㎜ 의 구리 합금판의 샘플을, 직경 9.98 ㎜ 의 원주형 펀치와, 클리어런스를 0.01 ㎜ 형성한 다이스 사이에 끼우고, 속도 0.1 ㎜/min 으로 펀치를 다이를 향해 변위시키고, 변위의 증가에 수반하여 펀치측에 형성한 로드 셀로 하중을 적절히 측정함으로써 실시할 수 있다.

판두께에 대한 반가폭의 비 (r) 의 하한을 특별히 설정하지 않지만, 통상 처짐 및 전단면이 형성되는 경우에는 0.2 이상이 된다. 한편으론, 판두께에 대한 반가폭의 비 (r) 가 0.7 을 초과하는 경우에는, 프레스 가공시의 판두께 방향의 연신이 충분히 작아지지 않는 점에서, 버의 발생을 억제하는 효과를 소기한 정도로 발휘할 수가 없다.

따라서, 판두께에 대한 반가폭의 비 (r) 의 보다 바람직한 범위는 0.25 ≤ r ＜ 0.7 이고, 더욱 바람직한 범위는 0.3 ≤ r ＜ 0.7 이다.

(판두께)

구리 합금판의 두께, 요컨대 판두께는 구체적으로는 0.05 ㎜ ∼ 2.0 ㎜ 로 할 수 있다. 상기 범위 밖에서는 프레스의 전단면이나 버의 관리의 난이도가 높아지기 때문에, 보다 바람직한 판두께는 0.06 ㎜ ∼ 1.5 ㎜ 이다. 단, 판두께는 구리 합금판의 용도 등에 따라서 적절히 결정되는 것이고, 여기서 예시한 수치 범위에 한정되는 것은 아니다.

(연신)

압연 평행 방향의 연신과 압연 직각 방향의 연신의 이방성은 작은 쪽이, 어느 쪽 방향의 프레스 가공을 실시한 경우라도 버의 발생을 억제할 수 있는 점에서 바람직하다. 그 때문에, 압연 평행 방향의 연신에 대한 압연 직각 방향의 연신의 비는 0.8 이상 또한 1.2 이하로 하는 것이 바람직하다. 압연 평행 방향의 연신에 대한 압연 직각 방향의 연신의 비는, 보다 바람직하게는 0.8 이상 또한 1.15 이하, 더욱 바람직하게는 0.8 이상 또한 1.1 이하로 한다. 이 연신은 JIS Z 2241 에 준거하여 측정한다.

(버 높이)

상기한 전단 시험 후에 얻어지는 원주상의 시험편에 대해서, 광학 현미경 (배율 1000 배) 및 실체 현미경을 사용하여, 그 시험편의 프레스 파면의 전체를 360°에 걸쳐 관찰하고, 관찰한 것 중에서 가장 긴 버의 판두께 방향을 따른 길이를 버 높이로 하였다. 버 높이는 1 ㎛ 단위로 측정하여, 5 ㎛ 미만이면 기능상 문제가 없다. 바람직하게는 3 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 버가 없는 것이 바람직하다.

(제조 방법)

이상에서 서술한 구리 합금판은, 이하에 일례로서 나타내는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

순동 원료로서 무산소동 등을 용해하고, Sn 및 필요에 따라서 다른 합금 원소를 첨가하여, 두께 30 ∼ 300 ㎜ 정도의 잉곳으로 주조한다. 이 잉곳을 예를 들어 800 ∼ 1000 ℃ 의 열간 압연에 의해 두께 3 ∼ 30 ㎜ 정도의 판으로 한 후, 냉간 압연과 재결정 어닐링을 필요에 따라서 소정의 회수로 반복하여, 최종 냉간 압연에서 소정의 제품 두께로 마무리하고, 마지막으로 변형 제거 어닐링을 실시한다. 변형 제거 어닐링은 특별히 실시하지 않아도 프레스성에 대한 영향은 없다.

재결정 어닐링에서는, 압연 조직을 재결정화시킨다.

특히 여기서는, 최종 냉간 압연 전의 재결정 어닐링 (최종 어닐링) 에서는, 재료의 평균 결정립경을 50 ㎛ 이상으로 조정한다. 이 때의 평균 결정립경이 지나치게 작으면, 제조되는 구리 합금판의, 프레스 가공시의 판두께 방향의 연신을 충분히 작게 할 수 없다. 바꿔 말하면, 구리 합금판의 변위-하중 곡선의 반가폭의 비 (r) 를 0.2 ≤ r ≤ 0.7 로 하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 최종 어닐링시의 평균 결정립경은 50 ㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 특히 60 ㎛ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

한편으론, 최종 어닐링시의 평균 결정립경이 지나치게 큰 경우에는, 제조되는 구리 합금판의 0.2 ％ 내력이 저하된다. 그 때문에, 최종 어닐링시의 평균 결정립경은 100 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 특히 95 ㎛ 이하, 나아가서는 85 ㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

최종 냉간 압연 전의 재결정 어닐링의 조건은, 목표로 하는 어닐링 후의 결정립경 및 목표로 하는 제품의 도전율에 기초하여 결정한다. 구체적으로는, 배치로 (爐) 또는 연속 어닐링로를 사용하고, 노내 온도를 550 ∼ 850 ℃ 로 하여 어닐링을 실시하면 된다. 배치로에서는 550 ∼ 850 ℃ 의 노내 온도에 있어서 30 분 내지 30 시간의 범위에서 가열 시간을 적절히 조정하면 된다. 연속 어닐링로에서는 550 ∼ 850 ℃ 의 노내 온도에 있어서 5 초 내지 10 분의 범위에서 가열 시간을 적절히 조정하면 된다.

최종 냉간 압연 (마무리 압연) 에서는, 한 쌍의 압연 롤 사이에 재료를 반복해서 통과시켜, 목표의 판두께로 마무리해 간다.

여기에 있어서, 압연 롤 사이에 통과시키는 회수를 n 패스로 하면, 각 패스의 가공도를 동일 크기로 설정하여, 최초의 패스로부터 n/3 패스 이상은, 재료의 판두께에 대한 워크 롤의 직경의 비를 40 이상으로 하는 것이 중요하다. 이러한 대직경의 워크 롤로 압연함으로써, 재료에 대한 워크 롤의 접촉 면적이 큰 점에서 기인하여 재료가 크게 압축되게 되어, 제조되는 구리 합금판의 변위-하중 곡선의 반가폭을 유효하게 작게 할 수 있다. 여기서, 최종 냉간 압연의 총 패스수는 3 패스 ∼ 25 패스로 하고, 바람직하게는 5 패스 ∼ 15 패스로 한다.

이와 같이 복수 패스에 걸쳐서 실시하는 최종 냉간 압연의 가공도 (Rf (％))는, Rf = (t₀－t)/t₀ × 100 (t₀ : 최종 냉간 압연 전의 판두께, t : 최종 냉간 압연 후의 판두께) 에 의해 주어진다. 이 최종 냉간 압연의 가공도 (Rf) 는, 60 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 최종 냉간 압연의 가공도 (Rf) 가 60 ％ 미만인 경우에는, 구리 합금의 0.2 ％ 내력을 450 ㎫ 이상으로 하는 것이 곤란해져, 요구 특성을 충분히 만족시킬 수 없을 가능성이 있다.

또한, 재결정 어닐링과 번갈아 반복해서 실시하는 냉간 압연 전체의 총 가공도 (R (％)) 는, R = (T₀－T)/T₀ × 100 (T₀ :냉간 압연 전의 판두께, T : 냉간 압연 후의 판두께) 에 의해 주어진다. 이 총 가공도 (R) 는 90 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 92 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 총 가공도 (R) 가 낮은 경우에는, 구리 합금판의 압연 직각 방향의 연신/압연 평행 방향의 연신의 비가 0.8 미만이 된다. 한편으론, 냉간 압연의 총 가공도 (R) 의 상한은 99.5 ％ 이하로 할 수 있다. 99.5 ％ 보다 큰 경우에는 구리 합금판의 압연 직각 방향의 연신/압연 평행 방향의 연신이 1.2 이상이 된다. 총 가공도 (R) 는 99.5 ％ 이하로 할 수 있다.

본 발명의 변형 제거 어닐링은, 연속 어닐링로 또는 배치로를 사용하여 실시한다. 어느 것이나 노내 온도를 300 ∼ 600 ℃ 의 범위에서, 5 초 ∼ 10 분의 범위에서 가열 조건을 조정한다. 변형 제거 어닐링은 특별히 실시하지 않아도 된다.

본 발명에서는, 프레스 가공시에 구리 합금판의 판두께 방향의 연신이 작아져, 프레스 파면의 형성이 조기에 이루어지도록, 구리 합금판의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 를 소정의 범위 내로 하는 것을 하나의 특징으로 하고 있다. 이를 위한 구리 합금판의 제조 조건은 하기와 같다.

a. 최종 어닐링시의 평균 결정립경을 50 ㎛ 이상으로 조정한다.

b. 최종 냉간 압연의 초기의 패스에서, 워크 롤 직경/재료의 판두께를 40 이상으로 한다.

이상과 같이 하여 제조된 구리 합금판은, 다양한 판두께의 신동품 (伸銅品) 으로 가공되어, 예를 들어, 프레스 가공에 의해 성형되는 단자, 커넥터, 릴레이, 스위치, 소켓, 버스 바, 리드 프레임 등의 전자 부품 그 밖의 프레스 성형품에 사용하기에 적합하다.

[실시예]

다음으로, 본 발명의 구리 합금판을 시험 제작하여 그 성능을 평가하였기 때문에 이하에 설명한다. 단, 여기서의 설명은 단순한 예시를 목적으로 한 것으로, 이것에 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

용융 구리에 합금 원소를 첨가한 후, 두께가 200 ㎜ 인 잉곳으로 주조하였다. 이 잉곳을 800 ℃ 에서 3 시간 가열하여, 800 ℃ 에서 열간 압연에 의해 두께 16 ㎜ 의 판상으로 하였다. 열간 압연판 표면의 산화 스케일을 그라인더로 연삭, 제거한 후, 어닐링과 냉간 압연을 반복히고, 최종 냉간 압연에서 소정의 제품 두께로 마무리하였다. 마지막으로 연속 어닐링로를 이용하여 변형 제거 어닐링을 실시하였다.

최종 냉간 압연 전의 어닐링 (최종 재결정 어닐링) 은 배치로를 이용하여, 가열 시간을 5 시간으로 하고 노내 온도를 300 ∼ 700 ℃ 의 범위에서 조정하여, 어닐링 후의 결정립경과 도전율을 변화시켰다. 어닐링 후의 결정립경의 측정에 있어서는, 압연 방향에 직각인 단면을 경면 연마 후에 화학 부식시키고, 절단법 (JIS H 0501 (1999년)) 에 의해 평균 결정립경을 구하였다.

냉간 압연의 총 가공도 및 최종 냉간 압연 (마무리 압연) 의 가공도, 패스수 및 워크 롤 직경을, 표 1 에 나타내는 바와 같이 각 발명예 및 비교예에서 변화시켜 제어하였다.

각 조건하에서 제조된 구리 합금판에 대하여, 다음 측정을 실시하였다.

(성분)

합금 원소 농도는 ICP-질량 분석법으로 분석하였다.

(전단 시험)

두께 0.1 ㎜ 의 샘플을 채취하여, 이것을 직경 9.98 ㎜ 의 원주형 펀치와 클리어런스를 0.01 ㎜ 형성한 다이스 사이에 배치한 상태에서, 속도 0.1 ㎜/min 으로 펀치를 다이를 향해 변위시키고, 변위의 증가에 수반하여 펀치측에 형성한 로드 셀에 의해 하중을 잼으로써 구한 변위-하중 곡선으로부터 반가폭을 산출하였다.

(버 높이)

전단 시험 후의 원주상 시험편의 주위에 형성된 프레스 파면을 전체 둘레에 걸쳐서 광학 현미경 (배율 1000 배) 및 실체 현미경을 사용해서 관찰하여, 버의 높이를 측정하였다. 버의 높이는 1 ㎛ 단위로 측정하였다.

(인장 강도 및 0.2 ％ 내력)

JIS Z 2241 에 준거하여, 압연 방향과 평행한 방향 및 압연 방향과 직각인 방향의 각각에 따르는 쪽으로 각 시험편을 채취하고, 각각의 방향의 인장 시험을 실시함으로써 인장 강도 및 0.2 ％ 내력을 구하였다.

(연신)

JIS Z 2241 에 준거하여, 압연 방향과 평행한 방향 및 압연 방향과 직각인 방향의 각각에 따르는 쪽으로 각 시험편을 채취하고, 표점간 거리 50 ㎜ 로 하여, 각각의 방향의 연신을 측정하였다.

(도전율)

도전율은, 시험편의 길이 방향이 압연 방향과 평행해지도록 구리 합금판으로부터 시험편을 채취하고, JIS H 0505 에 준거하여 4 단자법에 의해 20 ℃ 를 잼으로써 측정하였다.

발명예 및 비교예의 각 조건을 표 1 에, 또한 측정에 의해 얻어진 결과를 표 2 에 나타낸다.

표 1 및 2 에 나타내는 바로부터, 발명예 1 ∼ 23 에서는 모두, 최종 어닐링시의 평균 결정립경을 50 ㎛ 이상으로 하고, 또한 워크 롤 직경/재료의 판두께를 40 이상으로 함으로써, 제조한 구리 합금판의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 0.2 ≤ r ≤ 0.7 로 됨과 함께, 버 높이가 5 이하로 프레스 타발성이 양호한 것이 되었다. 또한, 발명예 1 ∼ 23 에서는, 구리 합금판의 도전율이 70 ％ IACS 이상이었기 때문에, 전자 부품에 사용하는 경우 등에 요구되는 도전성을 만족하는 것이었다.

이에 대하여, 비교예 1 에는, Sn 의 첨가량이 0.007 질량％ 로 적었던 것으로 인해, 구리 합금판의 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 커져, 버 높이도 높아졌다.

비교예 2, 5 에서는, 최종 어닐링의 온도가 낮고, 또한 최종 어닐링시의 평균 결정립경이 작었던 결과로, 구리 합금판의 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 커져, 비교예 1 만큼은 아니지만 버 높이가 높아졌다.

비교예 3, 6 에서는, 최종 냉간 압연의 초기 패스에서 워크 롤 직경/재료의 판두께가 작았기 때문에, 구리 합금판의 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 커져, 버 높이가 높아졌다.

비교예 4 에서는, 마무리 압연에서 워크 롤 직경을 크게 한 초기의 패스수가 적었던 것으로 인해, 재료가 대직경의 워크 롤에 의한 압연을 충분히 받지 못했기 때문에, 구리 합금판의 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 커져, 버 높이가 높아졌다.

또, 비교예 7 에서는, 구리 합금판의 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 는 소정의 범위 내로 되었지만, P 의 첨가량이 많았던 것에서 기인하여 도전율이 작아졌다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 구리 합금판에 의하면, 버의 발생을 유효하게 억제할 수 있고, 프레스 타발성을 개선할 수 있음을 알 수 있었다.

Claims (5)

1. 0.01 ∼ 0.3 질량％ 의 Sn 을 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지고,
   70 ％ IACS 이상의 도전율을 가지며, 또한 전단 시험에 있어서의 변위-하중 곡선으로부터 구해지는 반가폭의, 판두께에 대한 비 (r) 가 0.2 ≤ r ≤ 0.7 인 구리 합금판.
2. 제 1 항에 있어서,
   도전율이 75 ％ IACS 이상이고, 압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력이 450 ㎫ 이상이고, 또한 압연 직각 방향의 0.2 ％ 내력/압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력이 1.0 이상인 구리 합금판.
3. 제 1 항에 있어서,
   압연 평행 방향의 연신에 대한 압연 직각 방향의 연신의 비가 0.8 이상 또한 1.2 이하인 구리 합금판.
4. 제 1 항에 있어서,
   P, Ag, Ni, Mn, Mg, Zn, B 및 Ca 로 이루어지는 군에서 선택되는 원소의 적어도 1 종을 합계 0.1 질량％ 이하에서 추가로 함유하는 구리 합금판.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금판을 구비하는 프레스 성형품.

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