KR20180032691A

KR20180032691A - 도전성 및 굽힘 변형 계수가 우수한 구리 합금판

Info

Publication number: KR20180032691A
Application number: KR1020187008188A
Authority: KR
Inventors: 다카아키 하타노
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2018-03-30
Also published as: TWI532859B; TW201506176A; KR20160035046A; CN105518166B; US20160186296A1; JP6223057B2; CN105518166A; JP2015036438A; US11021774B2; WO2015022789A1

Abstract

고강도, 고도전성, 높은 굽힘 변형 계수 및 우수한 응력 완화 특성을 겸비한 구리 합금판 및 대전류 용도 또는 방열 용도에 바람직한 전자 부품을 제공한다. Ni 및 Co 중 1 종 이상을 0.8 ∼ 5.0 질량％, Si 를 0.2 ∼ 1.5 질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 500 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 다음 식으로 부여되는 A 값이 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금판.
A = 2X₍₁₁₁₎ ＋ X₍₂₂₀₎ - X₍₂₀₀₎
X₍ _hkl ₎ = I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎
(단, I₍ _hkl ₎ 및 I₀₍ _hkl ₎ 은 각각 X 선 회절법을 사용하여 압연면 및 구리 분말에 대해 구한 (hkl) 면의 회절 적분 강도이다.)

Description

도전성 및 굽힘 변형 계수가 우수한 구리 합금판{COPPER ALLOY SHEET HAVING EXCELLENT CONDUCTIVITY AND BENDING DEFLECTION FACTOR}

본 발명은 구리 합금판 및 통전용 또는 방열용 전자 부품에 관한 것으로, 특히, 전기·전자 기기, 자동차 등에 탑재되는 단자, 커넥터, 릴레이, 스위치, 소켓, 버스 바, 리드 프레임, 방열판 등의 전자 부품의 소재로서 사용되는 구리 합금판, 및 그 구리 합금판을 사용한 전자 부품에 관한 것이다. 그 중에서도, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등에서 사용되는 대전류용 커넥터나 단자 등의 대전류용 전자 부품의 용도, 또는 스마트 폰이나 태블릿 PC 에서 사용되는 액정 프레임 등의 방열용 전자 부품의 용도에 바람직한 구리 합금판 및 그 구리 합금판을 사용한 전자 부품에 관한 것이다.

전기·전자 기기, 자동차 등에는, 단자, 커넥터, 스위치, 소켓, 릴레이, 버스 바, 리드 프레임, 방열판 등의 전기 또는 열을 전달하기 위한 부품이 장착되어 있고, 이들 부품에는 구리 합금이 사용되고 있다. 여기서, 전기 전도성과 열 전도성은 비례 관계에 있다.

최근, 전자 부품의 소형화에 수반하여, 굽힘 변형 계수를 높이는 것이 요구되고 있다. 커넥터 등이 소형화되면, 판 스프링의 변위를 크게 취하는 것이 어려워진다. 이 때문에, 작은 변위로 높은 접촉력을 얻는 것이 필요해져, 보다 높은 굽힘 변형 계수가 요구되는 것이다.

또, 굽힘 변형 계수가 높으면 굽힘 가공시의 스프링 백이 작아져, 프레스 성형 가공이 용이해진다. 후육재 (厚肉材) 가 사용되는 대전류 커넥터 등에서는, 특히 이 장점은 크다.

또한, 스마트폰이나 태블릿 PC 의 액정에는, 액정 프레임으로 불리는 방열 부품이 사용되고 있지만, 이와 같은 방열 용도의 구리 합금판에 있어서도, 보다 높은 굽힘 변형 계수가 요구된다. 굽힘 변형 계수를 높이면 외력이 가해졌을 때의 방열판의 변형 (變形) 이 경감되어, 방열판 주위에 배치되는 액정 부품, IC 칩 등에 대한 보호성이 개선되기 때문이다.

여기서, 커넥터 등의 판 스프링부는, 통상적으로 그 길이 방향이 압연 방향과 직교하는 방향 (굽힘 변형 (變形) 시의 굽힘축이 압연 방향과 평행) 으로 채취된다. 이하, 이 방향을 판폭 방향 (TD) 으로 칭한다. 따라서, 굽힘 변형 계수의 상승은, TD 에 있어서 특히 중요하다.

한편, 전자 부품의 소형화에 수반하여, 통전부에 있어서의 구리 합금의 단면적이 작아지는 경향이 있다. 단면적이 작아지면, 통전했을 때의 구리 합금으로부터의 발열이 증대된다. 또, 성장이 현저한 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차에서 사용되는 전자 부품에는, 배터리부의 커넥터 등의 현저하게 높은 전류가 흐르게 되는 부품이 있어, 통전시의 구리 합금의 발열이 문제가 되고 있다. 발열이 과대해지면, 구리 합금은 고온 환경에 노출되게 된다.

커넥터 등의 전자 부품의 전기 접점에서는, 구리 합금판에 변형이 부여되고, 이 변형에 의해 발생하는 응력에 의해 접점에서의 접촉력을 얻고 있다. 변형을 부여한 구리 합금판을 고온하에 장시간 유지하면, 응력 완화 현상에 의해, 응력, 즉 접촉력이 저하되어, 접촉 전기 저항의 증대를 초래한다. 이 문제에 대처하기 위해, 구리 합금에는, 발열량이 줄도록 도전성이 보다 우수할 것이 요구되고, 또 발열하더라도 접촉력이 저하되지 않도록 응력 완화 특성이 보다 우수할 것도 요구되고 있다. 동일하게, 방열 용도의 구리 합금판에 있어서도, 외력에 의한 방열판의 크리프 변형 (變形) 을 억제하는 점에서, 응력 완화 특성이 우수할 것이 요망되고 있다.

높은 도전율, 높은 강도 및 비교적 양호한 응력 완화 특성을 갖는 구리 합금으로서 코르손 합금이 알려져 있다. 코르손 합금은 Cu 매트릭스 중에 Ni-Si, Co-Si, Ni-Co-Si 등의 금속간 화합물을 석출시킨 합금이다.

최근의 코르손 합금에 관한 연구는, 굽힘 가공성 개선을 목적으로 하는 것이 중심이고, 그를 위한 방책으로서 {001}＜100＞ 방위 (Cube 방위) 를 발달시키는 기술이 여러 가지 제창되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 2006-283059호) 에서는, Cube 방위의 면적률을 50 ％ 이상으로 제어하여, 굽힘 가공성을 개선시키고 있다. 특허문헌 2 (일본 공개특허공보 2010-275622호) 에서는, (200) ({001} 과 동일한 의미) 의 X 선 회절 강도를 구리 분말 표준 시료의 X 선 회절 강도 이상으로 제어하여 굽힘 가공성을 개선시키고 있다. 특허문헌 3 (일본 공개특허공보 2011-17072호) 에서는, Cube 방위의 면적률을 5 ∼ 60 ％ 로 제어함과 동시에, Brass 방위 및 Copper 방위의 면적률을 모두 20 ％ 이하로 제어하여, 굽힘 가공성을 개선시키고 있다. 특허문헌 4 (일본 특허공보 제4857395호) 에서는, 판두께 방향의 중앙부에 있어서, Cube 방위의 면적률을 10 ∼ 80 ％ 로 제어함과 동시에, Brass 방위 및 Copper 방위의 면적률을 모두 20 ％ 이하로 제어하여, 노치 굽힘성을 개선시키고 있다. 특허문헌 5 (WO2011/068121호) 에서는, 재료의 표층 및 깊이 위치에서 전체의 1/4 의 위치에서의 Cube 방위 면적률을 각각 W0 및 W4 로 하고, W0/W4 를 0.8 ∼ 1.5, W0 를 5 ∼ 48 ％ 로 제어하고, 또한 평균 결정립 직경을 12 ∼ 100 ㎛ 로 조정함으로써, 180 도 밀착 굽힘성을 개선시키고 있다.

이상과 같이 {001} ＜100＞ 방위를 발달시키는 방법은, 굽힘 가공성의 개선에 대해 매우 유효하지만, 굽힘 변형 계수의 저하를 초래한다. 예를 들어, 특허문헌 6 (WO2011/068134호) 에서는, 압연 방향을 향하는 (100) 면의 면적률을 30 ％ 이상으로 제어한 결과, 영률이 110 ㎬ 이하로, 굽힘 변형 계수는 105 ㎬ 이하로 저하되어 있다.

일본 공개특허공보 2006-283059호 일본 공개특허공보 2010-275622호 일본 공개특허공보 2011-17072호 일본 특허공보 제4857395호 국제 공개 WO2011/068121호 국제 공개 WO2011/068134호

상기에 예시한 바와 같이, 종래의 코르손 합금은 높은 도전율과 강도를 갖지만, 그 TD 의 굽힘 변형 계수는 대전류를 흘리는 부품의 용도 또는 대열량을 방산하는 부품의 용도로서 만족할 수 있는 레벨은 아니었다. 또, 종래의 코르손 합금은 비교적 양호한 응력 완화 특성을 갖지만, 그 응력 완화 특성의 레벨은 대전류를 흘리는 부품의 용도 또는 대열량을 방산하는 부품의 용도로서 반드시 충분하다고는 말할 수 없었다. 특히, 높은 굽힘 변형 계수와 우수한 응력 완화 특성을 겸비한 코르손 합금은 지금까지 보고되어 있지 않았다.

그래서, 본 발명은, 고강도, 고도전성, 높은 굽힘 변형 계수 및 우수한 응력 완화 특성을 겸비한 구리 합금판 및 대전류 용도 또는 방열 용도에 바람직한 전자 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 예의 검토를 거듭한 결과, 코르손 합금판에 대하여, 압연면으로 배향되는 결정립의 방위가 TD 의 굽힘 변형 계수에 영향을 미치는 것을 알아냈다. 구체적으로는, 그 굽힘 변형 계수를 높이기 위해서는, 압연면에 있어서 (111) 면 및 (220) 면을 늘리는 것이 유효하고, 반대로 (200) 면의 증가는 유해하였다.

이상의 지견을 기초로 하여 완성한 본 발명은, 일 측면에 있어서, Ni 및 Co 중 1 종 이상을 0.8 ∼ 5.0 질량％, Si 를 0.2 ∼ 1.5 질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 500 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 다음 식으로 부여되는 A 값이 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금판이다.

A = 2X₍₁₁₁₎ ＋ X₍₂₂₀₎ - X₍₂₀₀₎

X₍ _hkl ₎ = I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎

(단, I₍ _hkl ₎ 및 I₀₍ _hkl ₎ 은 각각 X 선 회절법을 사용하여 압연면 및 구리 분말에 대해 구한 (hkl) 면의 회절 적분 강도이다)

본 발명은, 다른 일 측면에 있어서, Ni 및 Co 중 1 종 이상을 0.8 ∼ 5.0 질량％, Si 를 0.2 ∼ 1.5 질량％ 함유하고, 또한 Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, B 및 Ag 중 1 종 이상을 총량으로 3.0 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 500 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 다음 식으로 부여되는 A 값이 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금판이다.

A = 2X₍₁₁₁₎ ＋ X₍₂₂₀₎ - X₍₂₀₀₎

X₍ _hkl ₎ = I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎

본 발명에 관련된 구리 합금판은 일 실시양태에 있어서, 250 ℃ 에서 30 분 가열했을 때의 압연 방향의 열 신축률이 80 ppm 이하로 조정되어 있다.

본 발명에 관련된 구리 합금판은 다른 일 실시양태에 있어서, 도전율이 30 ％IACS 이상이며, 판폭 방향의 굽힘 변형 계수가 115 ㎬ 이상이다.

본 발명에 관련된 구리 합금판은 또 다른 일 실시양태에 있어서, 도전율이 30 ％IACS 이상, 판폭 방향의 굽힘 변형 계수가 115 ㎬ 이상, 150 ℃ 에서 1000 시간 유지 후의 판폭 방향의 응력 완화율이 30 ％ 이하이다.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 상기 구리 합금판을 사용한 대전류용 전자 부품이다.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 상기 구리 합금판을 사용한 방열용 전자 부품이다.

본 발명에 의하면, 고강도, 고도전성, 높은 굽힘 변형 계수 및 우수한 응력 완화 특성을 겸비한 구리 합금판 및 대전류 용도 또는 방열 용도에 바람직한 전자 부품을 제공하는 것이 가능하다. 이 구리 합금판은 단자, 커넥터, 스위치, 소켓, 릴레이, 버스 바, 리드 프레임, 방열판 등의 전자 부품의 소재로서 바람직하게 사용할 수 있고, 특히 대전류를 통전하는 전자 부품의 소재 또는 대열량을 방산하는 전자 부품의 소재로서 유용하다.

도 1 은 열 신축률 측정용 시험편을 설명하는 도면이다.
도 2 는 응력 완화율의 측정 원리를 설명하는 도면이다.
도 3 은 응력 완화율의 측정 원리를 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명에 대해 설명한다.

(목표 특성)

본 발명의 실시형태에 관련된 코르손 합금판은, 30 ％IACS 이상의 도전율을 갖고, 또한 500 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖는다. 도전율이 30 ％IACS 이상이면, 통전시의 발열량이 순구리와 동등하다고 할 수 있다. 또, 인장 강도가 500 ㎫ 이상이면, 대전류를 통전하는 부품의 소재 또는 대열량을 방산하는 부품의 소재로서 필요한 강도를 갖고 있다고 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 관련된 코르손 합금판의 TD 의 굽힘 변형 계수는 115 ㎬ 이상, 보다 바람직하게는 120 ㎬ 이상이다. 스프링 변형 계수란, 캔틸레버에 탄성 한계를 초과하지 않는 범위에서 하중을 가하고, 그 때의 변형량으로부터 산출되는 값이다. 탄성 계수의 지표로는 인장 시험에 의해 구하는 영률도 있지만, 스프링 변형 계수쪽이 커넥터 등의 판 스프링 접점에 있어서의 접촉력과 보다 양호한 상관을 나타낸다. 종래의 코르손 합금판의 굽힘 변형 계수는 110 ㎬ 정도이고, 이것을 115 ㎬ 이상으로 조정함으로써, 커넥터 등으로 가공한 후에 명확하게 접촉력이 향상되고, 또, 방열판 등으로 가공한 후에 외력에 대해 명확하게 탄성 변형 (變形) 되기 어려워진다.

본 발명의 실시형태에 관련된 코르손 합금판의 응력 완화 특성에 대해서는, TD 에 0.2 ％ 내력의 80 ％ 의 응력을 부가하고, 150 ℃ 에서 1000 시간 유지했을 때의 응력 완화율 (이하, 간단히 응력 완화율로 기재한다) 이 30 ％ 이하이며, 보다 바람직하게는 20 ％ 이하이다. 종래의 코르손 합금판의 응력 완화율은 40 ∼ 50 ％ 정도이고, 이것을 30 ％ 이하로 함으로써, 커넥터로 가공한 후에 대전류를 통전하더라도 접촉력 저하에 수반되는 접촉 전기 저항의 증가가 발생하기 어려워지고, 또, 방열판으로 가공한 후에 열과 외력이 동시에 가해져도 크리프 변형 (變形) 이 발생하기 어려워진다.

(Ni, Co 및 Si 의 첨가량)

Ni, Co 및 Si 는 적당한 시효 처리를 실시함으로써, Ni-Si, Co-Si, Ni-Co-Si 등의 금속간 화합물로서 석출된다. 이 석출물의 작용에 의해 강도가 향상되고, 석출에 의해 Cu 매트릭스 중에 고용된 Ni, Co 및 Si 가 감소하기 때문에 도전율이 향상된다. 그러나, Ni 와 Co 의 합계량이 0.8 질량％ 미만 또는 Si 가 0.2 질량％ 미만이 되면 500 ㎫ 이상의 인장 강도 및 15 ％ 이하의 응력 완화율을 얻는 것이 어려워진다. Ni 와 Co 의 합계량이 5.0 질량％ 를 초과하거나 또는 Si 가 1.5 질량％ 를 초과하면, 열간 압연 균열 등에 의해 합금의 제조가 곤란해진다. 이 때문에, 본 발명에 관련된 코르손 합금에서는, Ni 와 Co 중 1 종 이상의 첨가량은 0.8 ∼ 5.0 질량％ 로 하고, Si 의 첨가량은 0.2 ∼ 1.5 질량％ 로 하고 있다. Ni 와 Co 중 1 종 이상의 첨가량은 1.0 ∼ 4.0 질량％ 가 보다 바람직하고, Si 의 첨가량은 0.25 ∼ 0.90 질량％ 가 보다 바람직하다.

(그 밖의 첨가 원소)

코르손 합금에는 강도나 내열성을 개선시키기 위해서, Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, B 및 Ag 중 1 종 이상을 함유시킬 수 있다. 단, 첨가량이 지나치게 많으면, 도전율이 저하되어, 30 ％IACS 를 하회하거나 합금의 제조성이 악화되거나 하는 경우가 있으므로, 첨가량은 총량으로 3.0 질량％ 이하, 보다 바람직하게는 2.5 질량％ 이하로 한다. 또, 첨가에 의한 효과를 얻기 위해서는, 첨가량을 총량으로 0.001 질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(압연면의 결정 방위)

다음 식으로 부여되는 결정 방위 지수 A (이하, 간단히 A 값이라고 기재한다) 를 0.5 이상, 보다 바람직하게는 1.0 이상으로 조정한다. 여기서, I₍ _hkl ₎ 및 I_0(hkl) 은 각각 X 선 회절법을 사용하여 압연면 및 구리 분말에 대해 구한 (hkl) 면의 회절 적분 강도이다.

A = 2X₍₁₁₁₎ ＋ X₍₂₂₀₎ - X₍₂₀₀₎

X₍ _hkl ₎ = I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎

A 값을 0.5 이상으로 조정하면, 굽힘 변형 계수가 115 ㎬ 이상이 되고, 동시에 응력 완화 특성도 향상된다. A 값의 상한값에 대해서는, 굽힘 변형 계수 및 응력 완화 특성 개선의 점에서는 제한되지 않지만, A 값은 전형적으로는 10.0 이하의 값을 취한다.

(열 신축률)

구리 합금판에 열을 가하면, 극미소한 치수 변화가 발생한다. 본 발명에서는 이 치수 변화의 비율을 「열 신축률」이라고 칭한다. 본 발명자는, A 값을 제어한 코르손 구리 합금판에 대하여, 열 신축률을 조정함으로써, 응력 완화율을 현저하게 개선시킬 수 있는 것을 알아냈다.

본 발명에서는, 열 신축률로서 250 ℃ 에서 30 분 가열했을 때의 압연 방향의 치수 변화율을 사용한다. 이 열 신축률의 절대값 (이하, 간단히 열 신축률로 기재한다) 을 80 ppm 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 50 ppm 이하로 조정하는 것이 더욱 바람직하다. 열 신축률의 하한값에 대해서는, 구리 합금판의 특성의 점에서는 제한되지 않지만, 열 신축률이 1 ppm 이하가 되는 경우는 적다. A 값을 0.5 이상으로 조정하는 것에 더하여, 열 신축률을 80 ppm 이하로 조정함으로써, 응력 완화율이 30 ％ 이하가 된다.

(두께)

제품의 두께는 0.1 ∼ 2.0 ㎜ 인 것이 바람직하다. 두께가 지나치게 얇으면, 통전부 단면적이 작아져 통전시의 발열이 증가하기 때문에 대전류를 흘리는 커넥터 등의 소재로서 부적합하고, 또, 약간의 외력으로 변형 (變形) 되게 되기 때문에 방열판 등의 소재로서도 부적합하다. 한편으로, 두께가 지나치게 두꺼우면, 굽힘 가공이 곤란해진다. 이와 같은 관점에서, 보다 바람직한 두께는 0.2 ∼ 1.5 ㎜ 이다. 두께가 상기 범위가 됨으로써, 통전시의 발열을 억제하면서, 굽힘 가공성을 양호한 것으로 할 수 있다.

(용도)

본 발명의 실시형태에 관련된 구리 합금판은, 전기·전자 기기, 자동차 등에서 사용되는 단자, 커넥터, 릴레이, 스위치, 소켓, 버스 바, 리드 프레임, 방열판 등의 전자 부품의 용도에 바람직하게 사용할 수 있고, 특히, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등에서 사용되는 대전류용 커넥터나 단자 등의 대전류용 전자 부품의 용도, 또는 스마트 폰이나 태블릿 PC 에서 사용되는 액정 프레임 등의 방열용 전자 부품의 용도에 유용하다.

(제조 방법)

순구리 원료로서 전기 구리 등을 용해하고, Ni, Co, Si 및 필요에 따라 다른 합금 원소를 첨가하여, 두께 30 ∼ 300 ㎜ 정도의 잉곳에 주조한다. 이 잉곳을 열간 압연에 의해 두께 3 ∼ 30 ㎜ 정도의 판으로 한 후, 냉간 압연, 용체화 처리, 시효 처리, 최종 냉간 압연, 변형 제거 어닐링의 순서로, 원하는 두께 및 특성을 갖는 조나 박으로 마무리한다. 열 처리 후에는, 열 처리시에 생성된 표면 산화막을 제거하기 위해서, 표면의 산세나 연마 등을 실시해도 된다.

A 값을 0.5 이상으로 조정하는 방법은 특정의 방법에 한정되지 않지만, 예를 들어 열간 압연 조건의 제어에 의해 가능해진다.

본 발명의 열간 압연에서는 850 ∼ 1000 ℃ 로 가열한 잉곳을 1 쌍의 압연 롤 사이에 반복하여 통과시켜, 목표로 하는 판두께로 마무리해 간다. A 값에는 1 패스당의 가공도가 영향을 미친다. 여기서, 1 패스당의 가공도 R (％) 이란, 압연 롤을 1 회 통과시켰을 때의 판두께 감소율이며, R = (T₀ - T)/T₀ × 100 (T₀：압연 롤 통과 전의 두께, T：압연 롤 통과 후의 두께) 로 부여된다.

이 R 에 대하여, 전체 패스 중의 최대값 (Rmax) 을 25 ％ 이하로 하고, 전체 패스의 평균값 (Rave) 을 20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이들 양 조건을 만족시킴으로써, A 값이 0.5 이상이 된다. 보다 바람직하게는 Rave 를 19 ％ 이하로 한다.

용체화 처리에서는, 압연 조직의 일부 또는 전부를 재결정화시키고, 구리 합금판의 평균 결정립 직경을 50 ㎛ 이하로 조정한다. 평균 결정립 직경이 지나치게 크면, 제품의 인장 강도를 500 ㎫ 이상으로 조정하는 것이 어려워진다. 연속 어닐링로를 사용하여, 750 ∼ 1000 ℃ 의 노 내 온도에 있어서, 목표로 하는 결정립 직경이 얻어지도록, 5 초 내지 10 분의 범위에서 가열 시간을 적절히 조정하면 된다.

시효 처리에서는 Ni-Si, Co-Si, Ni-Co-Si 등의 금속간 화합물을 석출시키고, 합금의 도전율 및 인장 강도를 상승시킨다. 배치로를 사용하여, 350 ∼ 600 ℃ 의 노 내 온도에 있어서, 최대의 인장 강도가 얻어지도록, 30 분 ∼ 30 시간의 범위에서 가열 시간을 적절히 조정하면 된다.

최종 냉간 압연에서는, 1 쌍의 압연 롤 사이에 재료를 반복 통과시켜, 목표로 하는 판두께로 마무리해 간다. 최종 냉간 압연의 가공도는 3 ∼ 99 ％ 로 하는 것이 바람직하다. 여기서 가공도 r (％) 은, r = (t₀ - t)/t₀ × 100 (t₀：압연 전의 판두께, t：압연 후의 판두께) 으로 부여된다. r 이 지나치게 작으면, 인장 강도를 500 ㎫ 이상으로 조정하는 것이 어려워진다. r 이 지나치게 크면, 압연재의 에지가 균열되는 경우가 있다. 그 가공도는 5 ∼ 90 ％ 로 하는 것이 보다 바람직하고, 8 ∼ 60 ％ 로 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 열간 압연 조건 제어에 의한 A 값의 조정에 더하여, 제품의 열 신축률을 80 ppm 이하로 조정함으로써, 응력 완화율이 30 ％ 이하가 된다. 열 신축률을 80 ppm 이하로 조정하는 방법은, 특정의 방법에 한정되지 않지만, 예를 들어 최종 냉간 압연 후에 적절한 조건으로 변형 제거 어닐링을 실시함으로써 가능해진다.

즉, 변형 제거 어닐링 후의 인장 강도를 변형 제거 어닐링 전 (최종 냉간 압연 종료) 의 인장 강도에 대하여, 10 ∼ 100 ㎫ 낮은 값, 바람직하게는 20 ∼ 80 ㎫ 낮은 값으로 조정함으로써, 열 신축률이 80 ppm 이하가 된다. 인장 강도의 저하량이 지나치게 작으면, 열 신축률을 80 ppm 이하로 조정하는 것이 어려워진다. 인장 강도의 저하량이 지나치게 크면, 제품의 인장 강도가 500 ㎫ 미만이 되는 경우가 있다.

구체적으로는, 배치로를 사용하는 경우에는 100 ∼ 500 ℃ 의 노 내 온도에 있어서 30 분 내지 30 시간의 범위에서 가열 시간을 적절히 조정함으로써, 또 연속어닐링로를 사용하는 경우에는 300 ∼ 700 ℃ 의 노 내 온도에 있어서 5 초 내지 10 분의 범위에서 가열 시간을 적절히 조정함으로써, 인장 강도의 저하량을 상기 범위로 조정하면 된다.

또한, 고강도화를 위해, 용체화 처리와 시효 처리 사이에 냉간 압연을 실시하는 것도 가능하다. 이 경우, 냉간 압연의 가공도는 3 ∼ 99 ％ 로 하는 것이 바람직하다. 가공도가 지나치게 낮으면, 고강도화의 효과가 얻어지지 않고, 가공도가 지나치게 높으면, 압연재의 에지가 균열되는 경우가 있다.

또, 보다 충분히 용체화시키기 위해서, 복수회의 용체화 처리를 실시하는 것도 가능하다. 개개의 용체화 처리 사이에는, 가공도 99 ％ 이하의 냉간 압연을 사이에 둘 수 있다. 또한, 보다 충분히 석출시키기 위해서, 복수회의 시효 처리를 실시하는 것도 가능하다. 개개의 시효 처리 사이에는, 가공도 99 ％ 이하의 냉간 압연을 사이에 둘 수 있다.

실시예

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

용동에 합금 원소를 첨가한 후, 두께가 200 ㎜ 인 잉곳으로 주조하였다. 잉곳을 950 ℃ 에서 3 시간 가열하고, 열간 압연에 의해 두께 15 ㎜ 의 판으로 하였다. 열간 압연 후의 판 표면의 산화 스케일을 연삭, 제거한 후, 냉간 압연, 용체화 처리, 시효 처리, 최종 냉간 압연의 순서로 제품 두께를 마무리하였다. 마지막에 변형 제거 어닐링을 실시하였다.

열간 압연에서는, 1 패스당의 가공도의 최대값 (Rmax) 및 평균값 (Rave) 을 다양하게 변화시켰다.

용체화 처리는, 연속 어닐링로를 사용하여, 노 내 온도를 800 ℃ 로 하고, 가열 시간을 1 초 내지 10 분 사이로 조정하고, 용체화 처리 후의 결정립 직경을 변화시켰다.

시효 처리는, 배치로를 사용하여, 가열 시간을 5 시간으로 하고, 350 ∼ 600 ℃ 의 범위에서, 인장 강도가 최대가 되도록 노 내 온도를 조정하였다.

최종 냉간 압연에서는, 가공도 (r) 을 다양하게 변화시켰다. 변형 제거 어닐링에서는, 연속 어닐링로를 사용하여, 노 내 온도를 500 ℃ 로 하고 가열 시간을 1 초 내지 10 분 사이로 조정하고, 인장 강도의 저하량을 다양하게 변화시켰다. 또한, 일부의 실시예에서는 변형 제거 어닐링을 실시하지 않았다.

제조 도중의 재료 및 변형 제거 어닐링 후 (변형 제거 어닐링을 실시하지 않은 실시예에서는 최종 냉간 압연 후) 의 재료 (제품) 에 대하여, 다음의 측정을 실시하였다.

(성분)

변형 제거 어닐링 후의 재료의 합금 원소 농도를 ICP-질량 분석법으로 분석하였다.

(용체화 처리 후의 평균 결정립 직경)

압연 방향과 직교하는 단면을 기계 연마에 의해 경면으로 마무리한 후, 에칭에 의해 결정립계를 현출시켰다. 이 금속 조직 상에 있어서, JIS H 0501 (1999년) 의 절단법에 따라 측정하여, 평균 결정립 직경을 구하였다.

(제품의 결정 방위)

변형 제거 어닐링 후의 재료의 압연면에 대하여, 두께 방향으로 (hkl) 면의 X 선 회절 적분 강도 (I₍ _hkl ₎) 를 측정하였다. 또, 구리 분말 (칸토 화학 주식회사 제조, 구리 (분말), 2N5, ＞ 99.5 ％, 325 mesh) 에 대해서도, (hkl) 면의 X 선 회절 적분 강도 (I₀₍ _hkl ₎) 를 측정하였다. X 선 회절 장치에는 (주) 리가쿠 제조 RINT2500 을 사용하고, Cu 관구로, 관 전압 25 ㎸, 관 전류 20 ㎃ 로 측정을 실시하였다. 측정면 ((hkl)) 은 (111), (220) 및 (100) 의 삼면으로 하고, 다음 식에 의해 A 값을 산출하였다.

A = 2X₍₁₁₁₎ ＋ X₍₂₂₀₎ - X₍₂₀₀₎

X₍ _hkl ₎ = I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎

(인장 강도)

최종 냉간 압연 후 및 변형 제거 어닐링 후의 재료에 대하여, JIS Z 2241 에 규정하는 13B 호 시험편을 인장 방향이 압연 방향과 평행이 되도록 채취하고, JIS Z 2241 에 준거하여 압연 방향과 평행하게 인장 시험을 실시하여, 인장 강도를 구하였다.

(열 신축률)

변형 제거 어닐링 후의 재료로부터, 폭 20 ㎜, 길이 210 ㎜ 의 단책형상의 시험편을, 시험편의 길이 방향이 압연 방향과 평행이 되도록 채취하고, 도 1 과 같이 L₀ (= 200 ㎜) 의 간격을 두고 2 점의 타흔 (打痕) 을 각인하였다. 그 후, 250 ℃ 에서 30 분 가열하고, 가열 후의 타흔 간격 (L) 을 측정하였다. 그리고, 열 신축률 (ppm) 로서, (L - L₀)/L₀ × 10⁶ 의 식에서 산출되는 값의 절대값을 구하였다.

(도전율)

변형 제거 어닐링 후의 재료로부터, 시험편의 길이 방향이 압연 방향과 평행이 되도록 시험편을 채취하고, JIS H 0505 에 준거하여 4 단자법에 의해 20 ℃ 에서의 도전율을 측정하였다.

(굽힘 변형 계수)

변형 제거 어닐링 후의 재료에 대하여, TD 의 굽힘 변형 계수를 일본 신동 협회 (JACBA) 기술 표준 「구리 및 구리 합금판조의 캔틸레버에 의한 굽힘 변형 계수 측정 방법」에 준해 측정하였다.

판두께 t, 폭 w (= 10 ㎜) 의 단책형상의 시험편을, 시험편의 길이 방향이 압연 방향과 직교하도록 채취하였다. 이 시료의 편단을 고정시키고, 고정단으로부터 L (= 100 t) 의 위치에 P (= 0.15 N) 의 하중을 가하고, 이 때의 변형 d 로부터, 다음 식을 사용하여 굽힘 변형 계수 B 를 구하였다.

B = 4·P·(L/t)³/(w·d)

(응력 완화율)

변형 제거 어닐링 후의 재료로부터, 폭 10 ㎜, 길이 100 ㎜ 의 단책형상의 시험편을, 시험편의 길이 방향이 압연 방향과 직교하도록 채취하였다. 도 2 와 같이, l = 50 ㎜ 의 위치를 작용점으로 하여, 시험편에 y₀ 의 변형을 부여하고, TD 의 0.2 ％ 내력 (JIS Z 2241 에 준거하여 측정) 의 80 ％ 에 상당하는 응력 (s) 을 부하하였다. y₀ 는 다음 식에 의해 구하였다.

y₀ = (2/3)·l²·s/(E·t)

여기서, E 는 TD 가 굽힘 변형 계수이며, t 는 시료의 두께이다. 150 ℃ 에서 1000 시간 가열 후에 하중을 제거하고, 도 3 과 같이 영구 변형(變形)량 (높이) y 를 측정하고, 응력 완화율 {[y (㎜)/y₀ (㎜)] × 100 (％)} 을 산출하였다.

각 시료의 합금 조성을 표 1 에, 제조 조건 및 평가 결과를 표 2 에 나타낸다. 표 2 의 용체화 처리 후의 결정립 직경에 있어서의 「＜ 10」의 표기는, 압연 조직의 전부가 재결정화되고, 그 평균 결정립 직경이 10 ㎛ 미만인 경우, 및 압연 조직의 일부만이 재결정화된 경우의 쌍방을 포함하고 있다.

또, 표 3 에는, 열간 압연의 각 패스에 있어서의 재료의 마무리 두께 및 1 패스당의 가공도로서, 표 1 의 발명예 1, 발명예 4, 비교예 1 및 비교예 4 의 것을 예시하였다.

발명예 1 ∼ 27 의 구리 합금판에서는, Ni 및 Co 중 1 종 이상을 0.8 ∼ 5.0 질량％ 로, Si 를 0.2 ∼ 1.5 질량％ 로 조정하고, 열간 압연에 있어서 Rmax 를 25 ％ 이하, Rave 를 20 ％ 이하로 하고, 용체화 처리에 있어서 결정립 직경을 50 ㎛ 이하로 조정하고, 최종 냉간 압연에 있어서 가공도를 3 ∼ 99 ％ 로 하였다. 그 결과, A 값이 0.5 이상이 되고, 30 ％IACS 이상의 도전율, 500 ㎫ 이상의 인장 강도, 115 ㎬ 이상이 굽힘 변형 계수가 얻어졌다.

또한, 발명예 1 ∼ 24 에서는, 최종 압연 후의 변형 제거 어닐링에 있어서 인장 강도를 10 ∼ 100 ㎫ 저하시켰기 때문에, 열 신축률이 80 ppm 이하가 되고, 그 결과 30 ％ 이하의 응력 완화율도 얻어졌다. 한편, 발명예 25 ∼ 26 은 변형 제거 어닐링에서의 인장 강도 저하량이 10 ㎫ 에 미치지 않았기 때문에, 또 발명예 27 은 변형 제거 어닐링을 실시하지 않았기 때문에, 열 신축률이 80 ppm 을 초과하고, 그 결과 응력 완화율이 30 ％ 를 초과하였다.

비교예 1 ∼ 7 에서는, Rmax 또는 Rave 가 본 발명의 규정으로부터 벗어났기 때문에, A 값이 0.5 미만이 되었다. 그 결과, 굽힘 변형 계수가 115 ㎬ 에 미치지 않았다. 또한, 인장 강도를 10 ∼ 100 ㎫ 저하시키는 조건에서 변형 제거 어닐링을 실시함으로써 열 신축률을 80 ppm 이하로 조정했음에도 불구하고, 응력 완화율이 30 ％ 를 초과하였다.

비교예 8 에서는, 최종 냉간 압연에 있어서의 가공도가 3 ％ 에 미치지 않았기 때문에, 또 비교예 9 에서는 용체화 처리 종료 후의 결정립 직경이 50 ㎛ 를 초과했기 때문에, 변형 제거 어닐링 후의 인장 강도가 500 ㎫ 에 미치지 않았다.

Claims

Ni 및 Co 중 1 종 이상을 0.8 ∼ 5.0 질량％, Si 를 0.2 ∼ 1.5 질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 500 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 다음 식으로 부여되는 A 값이 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금판:
A = 2X₍₁₁₁₎ ＋ X₍₂₂₀₎ - X₍₂₀₀₎
X₍ _hkl ₎ = I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎
(단, I₍ _hkl ₎ 및 I₀₍ _hkl ₎ 은 각각 X 선 회절법을 사용하여 압연면 및 구리 분말에 대해 구한 (hkl) 면의 회절 적분 강도이다.).
Ni 및 Co 중 1 종 이상을 0.8 ∼ 5.0 질량％, Si 를 0.2 ∼ 1.5 질량％ 함유하고, 또한 Sn, Zn, Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, B 및 Ag 중 1 종 이상을 총량으로 3.0 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 500 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 다음 식으로 부여되는 A 값이 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금판:
A = 2X₍₁₁₁₎ ＋ X₍₂₂₀₎ - X₍₂₀₀₎
X₍ _hkl ₎ = I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎
(단, I₍ _hkl ₎ 및 I₀₍ _hkl ₎ 은 각각 X 선 회절법을 사용하여 압연면 및 구리 분말에 대해 구한 (hkl) 면의 회절 적분 강도이다.).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
250 ℃ 에서 30 분 가열했을 때의 압연 방향의 열 신축률이 80 ppm 이하로 조정된 것을 특징으로 하는 구리 합금판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
도전율이 30 ％IACS 이상이며, 판폭 방향의 굽힘 변형 계수가 115 ㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금판.
제 3 항에 있어서,
도전율이 30 ％IACS 이상, 판폭 방향의 굽힘 변형 계수가 115 ㎬ 이상, 150 ℃ 에서 1000 시간 유지 후의 판폭 방향의 응력 완화율이 30 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금판.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금판을 사용한 대전류용 전자 부품.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 합금판을 사용한 방열용 전자 부품.