KR20190018661A - 구리합금 판재 및 구리합금 판재의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

강도와 도전율 및 굽힘 가공성을 높은 수준으로 유지한 채로, 강도 이방성을 작게 하는 것이 가능한 구리합금 판재 및 그 제조 방법을 제공한다.
Ni：0.5~2.5질량%, Co：0.5~2.5질량%, Si：0.30~1.2질량%, 및 Cr：0.0~0.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되며, 판면에서의 {200｝결정면의 X선 회절 강도를 I{200}으로 하고, 순동 표준 분말의 {200｝결정면의 X선 회절 강도를 I0{200}으로 하면, 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0이며, 압연 평행 방향(RD)의 0.2% 내력이 800MPa 이상 950MPa 이하이고, 도전율이 43.5%IACS 이상 53.0%IACS 이하이며, 압연 평행 방향(GW) 및 압연 직각 방향(BW)의 180도 굽힘 가공성이 R/t=0이고, 또한 0.2% 내력의 압연 평행 방향(RD)과 압연 직각 방향(TD)의 차이가 40MPa 이하인 구리합금 판재이다.

Description

구리합금 판재 및 구리합금 판재의 제조 방법{COPPER ALLOY SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING COPPER ALLOY SHEET}
본 발명은 석출형 구리합금 판재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 커넥터, 리드 프레임, 핀, 계전기, 스위치 등 각종 전자 부품에 이용하는데 적합한 Cu-Ni-Si계 합금 판재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 스마트 폰 등 민생 전자기기의 경박단소화의 시장 요청에 따라서, 이들 전자기기에 내재되는 커넥터, 리드 프레임, 핀, 계전기, 스위치 등 각종 전자 부품에 이용되는 전자재료용 구리합금 판재의 소형화·박육화는 급격하게 진행되고 있다. 그 때문에, 전자재료용 구리합금 판재에 요구되는 재료 특성은 그 엄격함이 증가하고 있고, 전자 부품 조립시나 작동시에 부여되는 응력을 견디는 높은 강도, 통전시에 줄 열의 발생이 적은 높은 도전율, 가공시에 크랙이 발생하지 않는 양호한 굽힘 가공성 등의 재료 특성의 양립이 요구되고 있다. 구체적으로는 0.2% 내력(압연 평행 방향(RD))이 800MPa 이상, 도전율이 43.5%IACS((International Annealed Copper Standard) 이상, 압연 평행 방향(GW) 및 압연 직각 방향(BW)의 180도 굽힘 가공성이 R/t=0을 양립시킨 전자 재료용 구리합금 판재의 시장 요구가 크다.
이들 특성에 더하여, 최근에는 0.2% 내력의 압연 평행 방향(RD)과 압연 직각 방향(TD)의 차이(소위 강도 이방성)가 작은(40MPa 이하) 재료 특성이 요구되고 있다. 이것은, 전자재료용 구리합금 제조업체의 직접적 고객이 되는 프레스 가공 업체에서, 보류(步留) 향상을 위해서 핀이나 커넥터의 길이 방향이 구리합금 재료의 압연 방향에 직각이 되도록 프레스 가공하는 경우가 많고, 압연 직각 방향의 강도가 전자 부품의 접촉압력이나 피로 특성에 영향을 주기 때문이다.
그러나, 이들 강도·도전율·굽힘·강도 이방성 사이에는 일반적으로 트레이드 오프(trade off)의 관계가 인정되고 있다. 예를 들면, 강도와 도전율 사이에는 트레이드 오프 관계가 있고, 종래 인청동(燐靑銅)이나 황동, 양은 등으로 대표되는 고용(固溶) 경화형 구리합금 판재에서는 이들 요구 레벨을 동시에 만족시킬 수 없다. 근년에는 이 요구 레벨을 동시에 만족시킬 수 있는 Cu-Ni-Si계 합금(소위 콜슨 합금) 등의 석출형 구리합금 판재가 많이 이용되고 있으며, 이 구리합금은 용체화 처리된 과포화 고용체를 시효 처리함으로써, 미세한 석출물이 균일하게 분산되고, 합금의 강도 및 도전율을 동시에 향상시킬 수 있다.
높은 강도·높은 도전율을 달성할 수 있는 Cu-Ni-Si계 합금에서도 그것들의 특성을 유지한 채로 굽힘성·강도 이방성을 양호하게 하는 것은 용이하지 않다. 일반적으로 구리합금 판재는, 상술한 강도와 도전율 사이의 트레이드 오프 관계 외에, 강도와 굽힘 가공성 사이에도 트레이드 오프 관계가 있다. 그 때문에, 시효 처리 후의 압연 가공도를 높이는 방법이나, 용질 원소 Ni나 Si의 첨가량을 많게 하는 방법을 취하면 굽힘 가공성은 큰 폭으로 저하하는 경향이 있다. 또한, 강도와 강도 이방성 사이에도 트레이드 오프의 관계가 있으며, 강도를 상승시키기 위해서 마무리 압연 가공도를 높이는 방법을 취하면 강도 이방성이 커지는 경향이 있다. 그 때문에, 이들 4종의 특성을 겸비하는 것은 매우 곤란하고, 구리합금 재료의 큰 과제가 되고 있다.
근년, Cu-Ni-Si계 합금에서 이들 각종 재료 특성을 겸비하는 방법으로서, 결정 방위나 석출물, 전위밀도 등을 제어하는 방법이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1은 중간 소둔 조건과 용체화 처리 조건을 적절하게 제어하고, {200｝결정면(소위 Cube 방위)의 비율 및 소둔 쌍정(雙晶)의 밀도를 높임으로써, 높은 강도, 높은 도전율, 양호한 굽힘 가공성의 양립을 달성하는 방법을 제안하고 있다. 또한, 특허문헌 2는 용체화 처리 조건과 시효 처리 조건을 적절히 제어하고, 마무리 압연 가공도를 낮게 억제하여, 석출물 밀도와 결정 입경을 최적화함으로써, 양호한 굽힘 가공성 및 작은 강도 이방성을 겸비하는 방법을 제안하고 있다. 또한, 특허문헌 3은 압연 가공도와 용체화 처리의 승온 속도를 제어함으로써, {200｝결정면과 전위밀도를 제어하고, 마무리 압연 가공도를 높게 해도 {200｝결정면을 잔존시켜서, 높은 강도·높은 도전율·양호한 굽힘성·강도 이방성을 양립시키는 방법을 제안하고 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2010-275622호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2008-24999호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2011-162848호
그러나, 특허문헌 1의 제조 방법에서는, 강도 이방성에 대해서 일절 고려하고 있지 않기 때문에, 강도 이방성이 작은 재료를 제조할 수가 없다.
또한, 특허문헌 2의 방법에서는, 강도 이방성을 작게 하기 위해서 마무리 압연시의 가공도를 30% 이하로 억제하고 있기 때문에 강도 수준이 낮고, 0.2% 내력(압연 평행 방향)이 800MPa 이상의 시장 요구를 만족시킬 수가 없다. 특허문헌 3의 방법에서도 0.2% 내력(압연 평행 방향)이 800MPa 이하이고, 도전율도 43.5%IACS를 밑돌고 있기 때문에, 시장 요구를 만족시킬 수가 없다.
본 발명은 이러한 현상에 입각하여, 강도와 도전율 및 굽힘 가공성을 높은 수준으로 유지한 채로 강도 이방성을 작게 하는 것이 가능한 구리합금 판재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해서 상세한 연구를 실시한 결과, Co 및 Cr을 함유하는 Cu-Ni-Si계 합금에 의해 달성할 수 있다는 것을 알았다. 그 후, Co 및 Cr을 함유하는 Cu-Ni-Si계 합금에 대해서 검토를 거듭한 결과, 마무리 냉간압연 공정과 그 후의 저온 소둔 공정을 적절한 조건에서 실시함으로써, 강도와 도전율 및 굽힘 가공성을 높은 수준으로 유지한 채로 압연 직각 방향의 강도가 급격하게 상승하고, 강도 이방성을 작게 하는 것이 가능한 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 상기 지견에 근거하여 이루어진 것으로, 일 측면에서 Ni：0.5~2.5질량%, Co：0.5~2.5질량%, Si：0.30~1.2질량%, 및 Cr：0.0~0.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되며, 판면에서의 {200｝결정면의 X선 회절 강도를 I{200}으로 하고, 순동(純銅) 표준 분말의 {200｝결정면의 X선 회절 강도를 I0{200}으로 하면, 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0이며, 압연 평행 방향(RD)의 0.2% 내력이 800MPa 이상 950MPa 이하이고, 도전율이 43.5%IACS 이상 53.0%IACS 이하이며, 압연 평행 방향(GW) 및 압연 직각 방향(BW)의 180도 굽힘 가공성이 R/t=0이고, 추가로 0.2% 내력의 압연 평행 방향(RD)과 압연 직각 방향(TD)의 차이가 40MPa 이하인 것을 특징으로 하는 구리합금 판재이다.
본 발명과 관련되는 구리합금 판재는 일 실시형태에서, Mg, Sn, Ti, Fe, Zn 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 최대 0.5질량%까지 추가로 함유한다.
본 발명은 다른 일 측면에서, Ni：0.5~2.5질량%, Co：0.5~2.5질량%, Si：0.30~1.2질량%, 및 Cr：0.0~0.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성을 가지는 구리합금의 원료를 용해해서 주조(鑄造)하는 용해·주조 공정과, 이 용해·주조 공정 후에 950℃~400℃에서 온도를 낮추면서 열간압연을 실시하는 열간압연 공정과, 이 열간압연 공정 후에 30% 이상의 가공도로 냉간압연을 실시하는 냉간압연 공정과, 이 냉간압연 공정 후에 가열 온도 700~980℃에서 10초~10분간 용체화 처리를 실시하는 용체화 처리 공정과, 이 용체화 처리 공정 후에 400~600℃에서 5~20시간 시효 처리를 실시하는 시효 처리 공정과, 이 시효 처리 공정 후에 30~50%의 가공도로 냉간압연을 실시하는 마무리 냉간압연 공정을 포함하고, 이 마무리 냉간압연 공정에 의해 도전율이 43.5~49.5%IACS를 나타내며, 또한 마무리 냉간압연 공정 후의 {200｝결정면이 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0을 만족시키는 구리합금판을 얻어서, 이 구리합금판에 250~600℃의 온도에서 10~1000sec 시간 저온 소둔 공정을 실시하는 공정을 포함하고, 마무리 냉간압연 공정의 가공도 a(%)와 마무리 압연 공정 후의 도전율 EC(%IACS)와 저온 소둔 공정의 온도 K(℃) 사이에 K=(a/30)×{3.333×EC2-291.67EC＋6631｝의 계산식이 성립하도록 제조 조건을 조정하는 것을 포함하는 구리합금 판재의 제조 방법이다.
본 발명과 관련되는 구리합금 판재의 제조 방법은 다른 일 실시형태에서, 상기 구리합금 판재가 추가로 Mg, Sn, Ti, Fe, Zn 및 Ag으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 최대 0.5질량%까지 함유한다.
본 발명에 의하면, 강도와 도전율 및 굽힘 가공성을 높은 수준으로 유지한 채로 강도 이방성을 작게 하는 것이 가능한 구리합금 판재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태와 관련되는 구리합금 판재의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태와 관련되는 구리합금 판재의 마무리 압연 후의 도전율과 저온 소둔 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태와 관련되는 구리합금 판재에 대해서 설명한다.
본 발명의 실시형태와 관련되는 구리합금 판재는 Ni：0.5~2.5질량%, Co：0.5~2.5질량%, Si：0.30~1.2질량%, 및 Cr：0.0~0.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되며, 판면에서의 {200｝결정면의 X선 회절 강도를 I{200}으로 하고, 순동 표준 분말의 {200｝결정면의 X선 회절 강도를 I0{200}으로 하면, 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0 또는 SEM(Scanning Electron Microscope)-EBSP(Electron Backscatter Diffraction Pattern)법에 따른 측정 결과로 Cube 방위의 면적율이 4.0~20.0%를 가지며, 0.2% 내력(압연 평행 방향)이 800MPa 이상 950MPa 이하이고, 도전율이 43.5%IACS 이상 53.0%IACS 이하이며, 압연 평행 방향(GW) 및 압연 직각 방향(BW)의 180도 굽힘 가공성이 R/t=0이고, 추가로 0.2% 내력의 압연 평행 방향(RD)과 압연 직각 방향(TD)의 차이가 40MPa 이하인 것을 특징으로 하는 구리합금 판재이다. 이하, 이 구리합금 판재 및 그 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
[합금 조성]
본 발명에 의한 구리합금 판재의 실시형태는 Cu와 Ni과 Co와 Si를 포함하는 Cu-Ni-Co-Si계 합금으로 이루어지고, 주조에 불가피한 불순물을 포함한다. Ni, Co 및 Si는 적당히 열처리를 함에 따라 Ni-Co-Si계 금속간 화합물을 형성하고, 도전율을 열화 시키지 않으면서 고강도화를 도모할 수 있다.
Ni 및 Co에 대해서는 Ni：약 0.5~약 2.5질량%, Co：약 0.5~약 2.5질량%로 하는 것이 목표로 하는 강도와 도전율을 만족시키기 위해서 필요하고, 바람직하게는 Ni：약 1.0~약 2.0질량%, Co：약 1.0~약 2.0질량%, 보다 바람직하게는 Ni：약 1.2~약 1.8질량%, Co：약 1.2~약 1.8질량%이다. 그러나 각각 Ni：약 0.5질량%, Co：약 0.5질량% 미만이면 원하는 강도를 얻을 수 없고, 반대로 Ni：약 2.5질량%, Co：약 2.5질량%를 넘으면 고강도화는 도모할 수 있지만 도전율이 현저하게 저하되며, 나아가서는 열간 가공성이 저하하므로 바람직하지 않다. Si에 대해서는 약 0.30~약 1.2질량%로 하는 것이 목표로 하는 강도와 도전율을 만족시키기 위해서 필요하고, 바람직하게는 약 0.5~약 0.8질량%이다. 그러나 약 0.3질량% 미만에서는 원하는 강도를 얻을 수 없고, 약 1.2질량%를 넘으면 고강도화는 도모할 수 있지만 도전율이 현저하게 저하되며, 나아가서는 열간 가공성이 저하하므로 바람직하지 않다.
([Ni＋Co]/Si질량비)
Ni과 Co와 Si에 의해 형성되는 Ni-Co-Si계 석출물은 (Co＋Ni)Si를 주체로 하는 금속간 화합물이라고 생각된다. 단, 합금 중의 Ni 및 Co 및 Si는 시효 처리에 의해 모두 석출물이 된다고는 할 수 없고, 어느 정도는 Cu 매트릭스 중에 고용한 상태로 존재한다. 고용 상태의 Ni 및 Si는 구리합금 판재의 강도를 약간 향상시키지만, 석출 상태와 비교해서 그 효과는 작고, 또한 도전율을 저하시키는 요인이 된다. 그 때문에, Ni과 Co와 Si의 함유량의 비는 가능한 한 석출물 (Ni＋Co)Si의 조성비에 가깝게 하는 것이 바람직하다. 따라서,[Ni＋Co]/Si질량비를 3.5~6.0으로 조정하는 것이 바람직하고, 4.2~4.7로 조정하는 것이 더욱 바람직하다.
(Cr의 첨가량)
본 발명에서는, 상기 Co를 포함하는 Cu-Ni-Si계 합금에 Cr을 최대 약 0.5질량%, 바람직하게는 약 0.09~약 0.5질량%, 보다 바람직하게는 약 0.1~약 0.3질량% 첨가시키는 것이 바람직하다. Cr은 적당히 열처리를 함으로써 구리 모상(母相) 중에서 Cr 단독 또는 Si와의 화합물로서 석출하고, 강도를 해치지 않으면서 도전율의 상승을 도모할 수 있다. 다만, 약 0.5질량%를 넘으면 강화에 기여하지 않는 조잡한 개재물이 되어, 가공성 및 도금성이 손상되기 때문에 바람직하지 않다.
(그 외의 첨가 원소)
Mg, Sn, Ti, Fe, Zn 및 Ag는 소정량을 첨가함으로써, 도금성이나 주괴 조직의 미세화에 따른 열간 가공성의 개선과 같이 제조성을 개선하는 효과도 있으므로, 상기 Co를 포함하는 Cu-Ni-Si계 합금에 이들 중 1종 또는 2종 이상이 요구되는 특성에 따라서 적당히 첨가할 수 있다. 그러한 경우, 그 총량은 최대 약 0.5질량%, 바람직하게는 약 0.01~0.1질량%이다. 이들 원소의 총량이 약 0.5질량%를 넘으면 도전율 저하나 제조성 열화가 현저하게 되어 바람직하지 않다.
첨가하는 첨가 원소의 조합에 따라서 개개의 첨가량이 변경되는 것은 당업자에게 이해 가능한 것이고, 개개의 함유량은 이하로 한정되는 것은 아니지만, 일 실시형태에서는 예를 들면, Mg는 0.5% 이하, Sn은 0.5% 이하, Ti는 0.5% 이하, Fe는 0.5% 이하, Zn은 0.5% 이하, Ag는 0.5% 이하로 첨가할 수 있다. 또한, 최종적으로 얻어지는 구리합금판이 0.2% 내력 800MPa 이상 950MPa 이하를 유지하고, 도전율이 43.5% 이상 53.0%IACS 이하를 나타내는 것과 같은 첨가 원소의 조합 및 첨가량이라면, 본 발명과 관련되는 구리합금 판재는 반드시 이들 상한값으로 한정되는 것은 아니다.
도 1의 흐름도에 나타내는 방법에 의해서 달성할 수 있다. 자세하게는, 상술한 조성을 가지는 구리합금의 원료를 용해해서 주조하는 용해·주조 공정과, 이 용해·주조 공정 후에 950℃~400℃에서 온도를 낮추면서 열간압연을 실시하는 열간압연 공정과, 이 열간압연 공정 후에 가공도 30% 이상에서 냉간압연을 실시하는 냉간압연 공정과, 이 냉간압연 공정 후에 가열 온도 700~980℃에서 10초~10분간 용체화 처리를 실시하는 용체화 처리 공정과, 이 용체화 처리 공정 후에 400~600℃에서 5~20시간 시효 처리를 실시하는 시효 처리 공정과, 이 시효 처리 공정 후에 가공도 30% 이상 50% 이하에서 냉간압연을 실시하는 마무리 냉간압연 공정과, 이 마무리 냉간압연 공정 후에 250~600℃, 10~1000sec로 저온 소둔 공정을 실시하는 공정을 포함한다. 또한, 열간압연 후에는 필요에 따라서 면삭을 실시하고, 열처리 후에는 필요에 따라서 산세, 연마, 탈지를 실시해도 좋다. 이하, 이들 공정에 대해서 상세하게 설명한다.
(용해·주조 공정)
일반적인 구리합금의 용제 방법과 동일한 방법에 따라서 구리합금의 원료를 용해한 후, 연속 주조나 반 연속 주조 등으로 주편을 제조한다. 예를 들면, 우선 대기 용해로를 이용하여, 전기 구리, Ni, Si, Co, Cr 등의 원료를 용해하고, 목적하는 조성의 용탕을 얻는다. 그리고, 이 용탕을 잉곳으로 주조하는 방법 등을 들 수 있다. 본 발명과 관련되는 제조 방법의 일 실시형태에서는, 추가로 Mg, Sn, Ti, Fe, Zn 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계로 최대 약 0.5질량%까지 함유할 수 있다.
(열간압연 공정)
일반적인 구리합금의 제조 방법과 동일한 방법에 따라서 열간압연을 실시한다. 주편의 열간압연은 950℃~400℃에서 온도를 낮추면서 수 개의 패스로 나누어 실시한다. 또한, 600℃보다 낮은 온도에서 1패스 이상의 열간압연을 실시하는 것이 바람직하다. 토탈 가공도는 대체로 80% 이상으로 하면 바람직하다. 열간압연 종료 후에는 수냉 등에 의해 급냉하는 것이 바람직하다. 또한, 열간 가공 후에는 필요에 따라서 면삭이나 산세를 실시해도 좋다.
(냉간압연 공정)
앞 공정에서 얻어진 구리합금판에 대해서, 「중간 담금질」이라고 불리는 냉간압연을 실시한다. 냉간압연은 일반적인 구리합금의 압연 방법과 동일하고, 가공도는 30% 이상이면 충분하다. 가공도는 목적으로 하는 제품의 판두께와 마무리 냉간압연의 가공도에 따라서 적당히 조정하면 좋다.
(예비 소둔 공정(임의))
본 발명은, 후공정의 마무리 냉간압연 후에 {200｝결정면이 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0을 만족시키지 않으면, 최종 공정의 예비 소둔 공정에서 저온 소둔 경화에 의한 압연 직각 방향의 강도 상승이 발생하지 않으므로, 본 발명의 과제를 달성할 수가 없다. 그 때문에, 냉간압연 공정 직후에, 특허문헌 1의 방법에 기재되는 바와 같은 {200｝결정면을 발달시키는 예비 소둔을 실시해도 좋다. 본 공정에서의 {200｝결정면의 발달 방법은, 특허문헌 1의 방법에 한정되지 않고, 예를 들면 특허문헌 3 방법의 용체화 처리의 승온 속도 제어에 의한 방법이어도 좋다. 따라서, 본 발명에서 예비 소둔 공정의 실시는 임의이다.
(용체화 처리 공정)
용체화 처리에서는, 약 700~약 980℃의 고온에서 10초~10분간 가열하여 Co-Ni-Si계 화합물을 Cu 모지(母地) 중에 고용시키고, 동시에 Cu 모지를 재결정시킨다. 본 공정에서는 앞 공정의 냉간압연에서 발생한 압연 조직의 재결정 및 {200｝결정면이 형성되지만, 상술한 바와 같이, {200｝결정의 발달 방법은 특허문헌 1의 방법이어도 좋고, 특허문헌 3의 방법이어도 좋다. 본 발명에서는, 마무리 냉간압연 공정 후에 {200｝결정면을 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0의 범위에서 잔존시킬 수 있으면, {200｝결정면을 발달시키는 방법은 불문한다.
본 발명에서 0.2% 내력(압연 평행 방향)을 800MPa 이상, 도전율을 43.5%IACS 이상으로 달성하기 위한 용체화 처리 조건 조정으로는, 일반적으로 이루어지는 방법과 동일하여, 당업자라면 용이하게 달성할 수 있다. 구체적으로는, 냉각 속도를 1초당 약 10℃ 이상, 바람직하게는 약 15℃ 이상, 보다 바람직하게는 1초당 약 20℃ 이상으로 하여 약 400℃~실온까지 냉각하는 것이 효과적이다. 단, 냉각 속도를 너무 높이면, 반대로 강도 상승의 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문에, 바람직하게는 1초당 약 30℃ 이하, 보다 바람직하게는 1초당 약 25℃ 이하이다. 냉각 속도의 조정은 당업자에게 알려진 공지의 방법으로 실시할 수 있다. 일반적으로 단위시간 당 수량(水量)이 감소하면 냉각 속도의 저하를 초래하므로, 예를 들면, 수냉 노즐의 증설 또는 단위시간 당 수량을 증가시킴으로써 냉각 속도 상승을 달성할 수 있다. 여기서, 「냉각속도」란 용체화 온도(700℃~980℃)로부터 400℃까지의 냉각 시간을 계측하고, 「(용체화 온도-400)(℃)/냉각 시간(초)」의해 산출한 값(℃／초)을 말한다.
(시효 처리 공정)
시효 처리 공정에서는, 다음 공정의 마무리 냉간압연 공정 후의 도전율이 43.5~49.5%IACS가 되도록 조건을 조정할 필요가 있다. 43.5~49.5%IACS의 범위에서 벗어나면, 최종 공정의 저온 소둔 공정에서 압연 직각 방향의 강도가 상승하지 않아서, 본 발명의 과제를 달성할 수가 없다. 또한, 시효 처리 공정 직후의 마무리 냉간압연에서, 전위 도입 등의 일반적인 이유 때문에 도전율이 0.0~1.0%IACS 저하하기 때문에, 이 시효 처리 공정에서는 44.5~50.5%IACS 정도의 도전율을 목표로 하면 좋다. 시효 처리 조건의 조정 방법은 일반적인 구리합금의 제조 방법과 동일한 방법으로써, 당업자라면 용이하게 달성할 수 있다. 예를 들면, 약 400~600℃의 온도 범위에서 5~20h정도 가열하고, 용체화 처리로 고용시킨 Ni-Co-Si의 화합물을 미세 입자로서 석출시킨다. 이 조건에 의해 도전율이 44.5~50.5%IACS 정도인 도전율을 달성할 수 있다.
(마무리 냉간압연 공정)
통상은 시효 처리 후의 강도를 높게 하기 위해서 높은 가공도로 마무리 냉간압연을 실시하면 강도의 이방성은 악화하는 경우가 많다. 그러나 본 발명에서는, 마무리 냉간압연 공정의 가공도를 30% 이상으로 설계하고, 또한 최종 공정의 저온 소둔 공정을 적절한 온도 조건에서 실시함으로써, 압연 직각 방향의 강도를 급격하게 높이고, 강도 이방성을 개선 시킬 수 있다. 그러나 가공도를 50% 이상으로 하면, 강도가 너무 높아져서 굽힘 가공성이 악화하므로, 30~50%의 범위에서 실시하는 것이 바람직하다.
이 마무리 냉간압연에서는 일반적으로 {220｝결정면을 주 방위성분으로 하는 압연 집합 조직이 발달하여 {200｝결정면이 감소한다. 그 때문에, 본 발명에서 마무리 냉간압연 후에 {200｝결정면이 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0이 되도록 가공도를 조정해야 한다(또한, SEM-EBSP법에 따라, 마무리 냉간압연 후의 Cube 방위의 면적율이 4~20%의 범위 내가 되도록 가공도를 조정해도 좋다. ).
따라서, 가공도가 30~50%의 범위 내여도, 마무리 냉간압연 후의 {200｝결정면이 1.0 미만 또는 5.0을 상회하는 경우는 저온 소둔 경화가 일어나지 않도록 충분한 주의가 필요하다. 마무리 냉간압연의 가공도는 용체화 처리 후의 {200｝결정면의 대소에 따라서 가공도를 30~50%의 범위 내에서 결정하면 좋다. 또한,{200｝결정면은 후술하는 저온 소둔 경화가 일어나는 조건의 하나이지만, 최종 제품의 굽힘 가공성을 향상시키는 효과도 있다.
(저온 소둔 공정)
통상은, 마무리 냉간압연 공정 후에, 구리합금 판재의 잔류 응력 저감, 용수철 한계치, 내응력 완화 특성의 향상을 목적으로 하여, 임의로 저온 소둔을 실시하는 경우가 많다. 그러나, 본 실시형태에서는 마무리 냉간압연 후의 가공도가 30~50%이고, 또한 마무리 냉간압연 후의 {200｝결정면이 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0의 범위이며, 또한 마무리 냉간압연 공정 후의 도전율이 43.5~49.5%IACS이고, 마무리 냉간압연의 가공도 a(%)와 마무리 냉간압연 공정 후의 도전율 EC(%IACS)와 저온 소둔 온도 K(℃) 사이에 K=(a/30)×{3.333×EC2-291.67EC＋6631｝…(식 1)의 계산식이 성립하며, 10~1000sec의 시간에 저온 소둔을 실시하는 때에 한하여, 압연 직각 방향의 강도가 50MPa 정도 상승하고, 강도 이방성이 작은 재료를 얻을 수 있다(도 2 참조. 식 1에 가공도와 도전율로 대입해서 얻어진 온도의 ±0.5 범위의 정수 값으로 저온 소둔을 실시하면 좋다).
이 저온 소둔 공정은 굽힘 가공성은 거의 저하하지 않고, 도전율을 0~4.0%IACS 정도 향상시키는 효과가 있다(이에 따라, 최종적으로 얻어지는 제품(구리합금판)의 도전율은 43.5~53.0%IACS가 된다). 압연 평행 방향의 0.2% 내력은 약간 증감하지만, 마무리 냉간압연 후와 비교해서 ±10MPa 범위이고, 거의 동등하다.
상술한 마무리 압연 가공도와 마무리 압연 후의 {200｝결정면과 도전율의 범위, 또 마무리 압연 가공도와 마무리 압연 후의 도전율과 저온 소둔의 온도 관계(식 1)는 본 발명자들이 경험적으로 발견한 것으로, 상세한 메커니즘은 현재 조사중이다. 그러나, 이 현상은 코트렐 고착에 유래하는 것으로 추측된다. 마무리 압연 후의 도전율이 낮을수록, 모상에 고용하는 Co, Ni, Si 등의 원소량이 많고, 이들 원소가 압연 가공 유래의 전위에 고착하는 점으로부터, 이들 계산식이 성립하는 것이라고 생각된다.
저온 소둔에서는 가열 온도가 가열 시간에 비해 압도적으로 지배적이기 때문에, 가열 시간은 10~1000sec의 범위 내이면 좋다.
또한, 당업자라면 상기 각 공정 사이에 적당히, 표면의 산화 스케일 제거를 위한 연삭, 연마, 쇼트 블라스팅 산세 등의 공정을 실시할 수 있는 점은 이해할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명에 의한 구리합금 판재 및 그 제조 방법의 실시예에 대해서 상세하게 설명하지만, 이들 실시예는 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위해서 제공하는 것으로, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 이용하는 구리합금은 표 1에 나타내듯이 Ni, Co, Cr 및 Si의 함유량을 몇 가지로 변화시킨 구리합금에 적당히 Mg, Sn, Ti, Fe 및 Ag를 첨가한 조성을 가진다. 또한, 비교예에 이용하는 구리합금은 각각 본 발명의 범위 외의 파라미터를 가지는 Cu-Ni-Si계 합금이다.
표 1 및 표 2에 기재한 각종 성분 조성의 구리합금을 고주파 용해로에서 1100℃ 이상으로 용제(溶製)하여, 두께 25㎜의 잉곳으로 주조했다. 그 다음, 이 잉곳을 950~400℃에서 가열 후, 판 두께 10㎜까지 열간압연하고, 신속하게 냉각을 실시했다. 표면의 스케일 제거를 위해서 두께 9㎜까지 면삭한 후, 냉간압연에 의해 두께 1.8㎜의 판으로 했다. 계속해서 가공도 60%로 냉간압연을 실시하고, 700~980℃에서 용체화 처리를 10초~10분, 승온 속도 0.1℃／s 이하로 실시하며, 이것을 즉시 냉각 속도：약 10℃／초로 하고 100℃ 이하로 해서 {200｝결정면을 발달시켰다. 그 후, 400~600℃에서 5~20시간에 걸쳐서 불활성 분위기 중에서 시효 처리를 하고, 30~50%의 가공도로 마무리 냉간압연을 실시하며, 마무리 압연 후의 {200｝결정면이 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0이고, 마무리 압연 후의 도전율이 43.5~49.5%의 구리합금 판재를 제조하여, 식 1을 만족하는 온도에서 10초간 저온 소둔 공정을 실시했다.
이와 같이 하여 얻어진 각 판재에 대해서 강도 및 도전율의 특성 평가를 실시했다. 강도에 대해서는, 인장 시험기에 의해 JIS　Z2241에 따라서 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 인장 강도(TS) 및 0.2% 내력(YS)을 측정했다. 도전율에 대해서는 JIS H0505에 따라서, 시험편의 길이방향이 압연 방향과 평행이 되도록 시험편을 채취하고, 더블 브리지법에 따른 부피 저항율 측정으로 구했다. 굽힘 가공성의 평가는 JIS Z2248에 따라서 압연 평행 방향(GW) 및 압연 직각 방향(BW)의 180도 굽힘을 평가했다. R/t=0인 것을 ○으로 하고, 0보다 큰 것을 ×로 했다.
적분 강도비에 대해서는, 주식회사 리가쿠사제 RINT2500을 이용하여, 구리합금 판재 표면의 두께 방향의 X선 회절로 {200｝회절 피크의 적분 강도：I{200}을 평가하고, 또 미분말 구리의 X선 회절로 {200｝회절 피크의 적분 강도：I0{200}을 평가했다. 계속해서, 이들의 비：I{200}/I0{200}을 산출했다. 결정 입경에 대해서는, 시험편의 압연 직각 방향의 단면에 대해서 JIS H0501의 절단법에 의해 구한 평균 결정 입경을 GS(㎛)로 평가했다. Cube 방위에 대해서는, EBSP(주식회사 TSL 솔루션즈제(OIM Analysis))를 이용하여 면적율을 구했다.
도금 밀착성에 대해서는, JIS H8504에 따라, 폭 10㎜의 시료를 90°로 굽혀서 원래대로 되돌린 후 (굽힘 반경 0.4㎜, 압연 평행 방향), 광학 현미경(배율 10배)을 이용하여 굽힘부를 관찰하고, 도금 박리의 유무를 판정했다. 도금 박리가 인정되지 않는 경우를 ○, 도금 박리가 생긴 경우를 ×로 평가했다. 표 5~8에 각 특성 평가 결과를 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
[표 3]
Figure pat00003
[표 4]
Figure pat00004
[표 5]
Figure pat00005
[표 6]
Figure pat00006
[표 7]
Figure pat00007
[표 8]
Figure pat00008
실시예 1~3은 마무리 압연 가공도가 각각 30%, 40%, 50%이고, 또 마무리 압연 후의 {200｝결정면, 도전율 및 저온 소둔 온도가 소정의 조건을 만족시키기 때문에, 저온 소둔 공정에 의해 압연 직각 방향(TD)의 0.2% 내력이 저온 소둔 전(마무리 압연 후)에 비해 50~60MPa 증가하고, 40MPa 이하의 강도 이방성을 달성하고 있다. 한편, 비교예 1 및 2는 마무리 압연 가공도가 30~50%의 범위 외이기 때문에, 저온 소둔을 실시해도 압연 직각 방향의 강도는 증가하지 않고, 반대로 저온 소둔 전에 비해 10MPa 정도 저하하고 있다.
실시예 4 및 5는 마무리 압연 후의 도전율이 43.5~49.5%IACS의 범위 내이고, 마무리 압연 가공도, 마무리 압연 후의 {200｝결정면, 저온 소둔 온도도 소정의 조건을 만족시키기 때문에, 저온 소둔 공정에 의해 압연 직각 방향의 0.2% 내력이 저온 소둔 전에 비해서 50MPa 정도 증가하며, 40MPa 이하의 강도 이방성을 달성하고 있다. 한편, 비교예 3, 4는 마무리 압연 후의 도전율이 43.5~49.5%IACS의 범위 외이기 때문에, 저온 소둔을 실시해도 압연 직각 방향의 강도는 증가하지 않고, 반대로 저온 소둔 전에 비해서 10MPa 정도 저하하고 있다.
실시예 6~9는 마무리 압연 후의 {200｝결정면이 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0의 범위 내이고, 마무리 압연 가공도, 마무리 압연 후의 도전율, 저온 소둔 온도도 소정의 조건을 만족시키기 때문에, 압연 직각 방향의 강도가 저온 소둔 전에 비해서 50MPa 정도 증가하며, 40MPa 이하의 강도 이방성을 달성하고 있다. 한편, 비교예 5, 6은 {200｝결정면이 1≤I{200}/I0{200}≤5의 범위 외이기 때문에, 저온 소둔을 실시해도 압연 직각 방향의 강도는 증가하지 않고, 반대로 저온 소둔 전에 비해 10MPa 정도 저하했다.
실시예 10~13은 마무리 압연 가공도, 마무리 압연 후의 도전율, {200｝결정면, 저온 소둔 온도도 소정의 조건을 만족시키기 때문에, 압연 직각 방향의 강도가 저온 소둔 전에 비해 50MPa 정도 증가하고, 40MPa 이하의 강도 이방성을 달성하고 있다. 한편, 비교예 7~11은 저온 소둔 온도가 식 1의 범위를 벗어나기 때문에, 저온 소둔을 실시해도 압연 직각 방향의 강도는 증가하지 않고, 반대로 저온 소둔 전에 비해 10MPa 저하했다.
실시예 14~22에 대해서는 본 발명의 주요 원소인 Ni, Co, Si, Cr의 조성 첨가량이 적정한 반면, 비교예 12~18은 주요 원소의 조성이 너무 높든지 또는 너무 낮기 때문에, 강도나 도전율이 현저하게 나쁘다.
실시예 23~28에 대해서는 본 발명에 첨가 가능한 원소인 Mg, Sn, Zn, Ag, Ti, Fe의 첨가량이 적정하고, 도금 밀착성이나 열간 가공성의 개선 효과가 얻어지고 있다. 한편, 비교예 19~24는 0.5질량%를 초과하는 경우로, 도금 밀착성이나 열간 가공성의 개선효과를 얻지 못하고 있다. 또한, 도전율이 현저하게 나쁘다.
비교예 25는 저온 소둔을 실시하지 않는 제조예이다. 압연 평행 방향의 0.2% 내력 및 도전율, 굽힘 가공성은 양호하지만, 실시예 1~28에 나타내는 바와 같은 40MPa 이하의 작은 강도 이방성(즉, 저온 소둔 후의 0.2% 내력의 압연 평행 방향(RD)과 압연 직각 방향(TD)의 차이가 40MPa 이하)을 달성하지 못하고 있다.
비교예 26 및 27도 저온 소둔을 실시하지 않는 제조예이다. 이 예는, 강도 이방성 및 굽힘 가공성은 양호하지만, 조성이 부적절하고 저온 소둔 미실시이기 때문에, 0.2% 내력 및 도전율이 근년의 요구 레벨보다 큰 폭으로 낮다.

Claims (4)

  1. Ni：0.5~2.5질량%, Co：0.5~2.5질량%, Si：0.30~1.2질량%, 및 Cr：0.0~0.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되며, 판면에서의 {200｝결정면의 X선 회절 강도를 I{200}으로 하고, 순동(純銅} 표준 분말의 {200｝결정면의 X선 회절 강도를 I0{200}으로 하면, 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0이며, 압연 평행 방향(RD)의 0.2% 내력이 800MPa 이상 950MPa 이하이고, 도전율이 43.5%IACS 이상 53.0%IACS 이하이며, 압연 평행 방향(GW) 및 압연 직각 방향(BW)의 180도 굽힘 가공성이 R/t=0이고, 또한 0.2% 내력의 압연 평행 방향(RD)과 압연 직각 방향(TD)의 차이가 40MPa 이하인 것을 특징으로 하는, 구리합금 판재.
  2. 제1항에 있어서,
    Mg, Sn, Ti, Fe, Zn 및 Ag으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 최대 0.5질량%까지 추가로 함유하는, 구리합금 판재.
  3. Ni：0.5~2.5질량%, Co：0.5~2.5질량%, Si：0.30~1.2질량%, 및 Cr：0.0~0.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성을 가지는 구리합금의 원료를 용해해서 주조하는 용해·주조 공정과, 이 용해·주조 공정 후에 950℃~400℃에서 온도를 낮추면서 열간압연을 실시하는 열간압연 공정과, 이 열간압연 공정 후에 30% 이상의 가공도로 냉간압연을 실시하는 냉간압연 공정과, 이 냉간압연 공정 후에 가열 온도 700~980℃에서 10초~10분간 용체화 처리를 실시하는 용체화 처리 공정과, 이 용체화 처리 공정 후에 400~600℃에서 5~20시간 시효 처리를 실시하는 시효 처리 공정과, 이 시효 처리 공정 후에 30~50%의 가공도로 냉간압연을 실시하는 마무리 냉간압연 공정을 포함하고, 이 마무리 냉간압연 공정에 의해 도전율이 43.5~49.5%IACS를 나타내며, 또한 마무리 냉간압연 공정 후의 {200｝결정면이 1.0≤I{200}/I0{200}≤5.0을 만족시키는 구리합금판을 얻고, 이 구리합금판에 250~600℃의 온도에서 10~1000sec 시간의 저온 소둔 공정을 실시하는 공정을 포함하며, 마무리 냉간압연 공정의 가공도 a(%)와 마무리 압연 공정 후의 도전율 EC(%IACS)와 저온 소둔 공정의 온도 K(℃) 사이에 K=(a/30)×{3.333×EC2-291.67EC＋6631｝의 계산식이 성립하도록 제조 조건을 조정하는 것을 포함하는, 구리합금 판재의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구리합금의 원료가, Mg, Sn, Ti, Fe, Zn 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 최대 0.5질량%까지 추가로 함유하는, 구리합금 판재의 제조 방법.
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