KR20210117252A - 구리 합금 판재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 구리 합금 판재는 Co를 0.3∼2.5질량% 및 Si를 0.1∼0.7질량% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 구리 합금 판재로서, 구리 합금 판재의 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, EBSD법에 따라 실시한 결정 방위 해석은 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하이며, 또한, 상기 종단면을, 판재의 양 표면을 각각 포함한 1쌍의 표층부와, 1쌍의 표층부 사이에 위치하는 중앙부로 구분해서, 1쌍의 표층부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIS라 하고, 중앙부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIC라 할 때, CIC에 대한 CIS의 비(CIS/CIC비)가 0.8이상 2.0이하이며, 우수한 굽힘 가공성과 고강도를 높은 레벨로 양립시킬 수 있다.
Description
본 발명은 구리 합금 판재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
구리 합금 판재, 예를 들면, 전기·전자 부품이나 자동차 차재 부품에 사용되는 구리 합금 판재로서는, 종래에는 주로 석출 강화나 가공 경화에 의해서 강화된 고강도 구리 합금인 Cu-Ni-Si계 합금(콜슨계 합금)이 널리 사용되어 왔다.
그러나, Cu-Ni-Si계 합금은 도전율은 최대에서도 50%IACS 정도이며, 대전류로 통전하면 저항 발열량이 많아지고, 열에 의해서 접점부의 스프링성 저하나, 단자를 고정시키는 몰드의 열화 등에 의해서, 단자의 기능이 현저하게 저하될 우려가 있기 때문에, 대전류용 단자 재료로서 사용하기에는 적합하지 않다.
이 때문에, Cu-Ni-Si계 합금을 대신할 단자 재료를 개발하는 것이 요구되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 Cu-Ni-Si계 합금 대신 Cu-Co-Si계 합금을 사용하여, 재결정 조직에 있어서 등축립과 쌍정립계의 빈도를 제어함으로써, 판재의 굽힘 가공성과 도전성을 개선 가능한 것이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 Cu-Co-Si계 합금조는 굽힘 가공성이나 강도에 크게 영향을 주는 변형에 대해서는 아무런 검토가 이루어지고 있지 않아, 굽힘 가공성이나 강도에 관해서는 더욱 개선의 여지가 있었다.
또한, 특허문헌 2에서는, Mg을 3.3원자% 이상 6.9원자% 이하의 범위를 포함한 구리 합금에 있어서, 가공 시에 도입된 변형을 SEM-EBSD법으로 측정한, 압연의 폭 방향에 대하여 수직인 면(즉, TD면)의 CI값이 낮은 측정점의 비율로 규정한 범위에 들어감으로써, 굽힘 가공성을 향상 가능하다고 되어 있다.
더욱이, 특허문헌 3에서는, Ti을 2.0∼4.0질량% 함유하는 티타늄구리에 있어서, 표면의 변형을 SEM-EBSD법으로 측정한 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 면적율을 20% 이하로 함으로써, 굽힘 가공성을 향상시킬 수 있다고 되어 있다.
특허문헌 2 및 3은 모두 굽힘 가공성 향상이 인정되지만, Cu-Co-Si계 합금에 관해서는 기재가 없으며, 더불어, 특허문헌 2에는 도전율이 31.8∼45.1%IACS인 범위와 낮은 수치 밖에 얻지 못하였으며, 또한, 특허문헌 3에는 도전율 수치가 나타나 있지 않다.
본 발명의 목적은 Cu-Ni-Si계 합금보다 높은 도전율을 갖는 Cu-Co-Si계 합금을 사용하여, 우수한 굽힘 가공성과 고강도를 높은 레벨로 양립시킬 수 있는 구리 합금 판재 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는 Cu-Ni-Si계보다 높은 도전율을 갖는 Cu-Co-Si계 합금 조성을 갖는 구리 합금 소재를 사용해서, 압연을 실시함으로써 구리 합금 판재를 제조함에 있어서, 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 결정 방위 해석을 실시한 바, 상기 종단면에서의 신뢰성 지수(CI값)가 작은 측정 스폿 영역의 면적율을 낮게 제어함과 동시에, 상기 종단면의 표층부와 중앙부 각각에서 신뢰성 지수(CI값)의 평균치 비(CIS/CIC비)의 적정화를 도모함으로써, 가공 조직을 발달시킬 수 있으며, 그 결과, 굽힘 가공성을 확보하면서, 강도를 향상시킬 수 있다는 것을 찾아내서, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.
(I) Co를 0.3∼2.5질량% 및 Si를 0.1∼0.7질량% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 구리 합금 판재로서, 상기 구리 합금 판재의 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 실시한 결정 방위 해석은 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하이며, 또한, 상기 종단면을, 판재의 양 표면을 각각 포함한 1쌍의 표층부와, 상기 1쌍의 표층부 사이에 위치하는 중앙부로 구분해서, 상기 1쌍의 표층부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIS라 하고, 상기 중앙부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIC라 할 때, CIC에 대한 CIS의 비(CIS/CIC비)가 0.8이상 2.0이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재.
(II) Co를 0.3∼2.5질량% 및 Si를 0.1∼0.7질량% 함유하고, 추가로 Cr을 0.05∼1.0질량%, Ni을 0.05∼0.7질량%, Fe을 0.02∼0.5질량%, Mg을 0.01∼0.3질량%, Mn을 0.01∼0.5질량%, Zn을 0.01∼0.15질량% 및 Zr을 0.01∼0.15질량%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 임의 첨가 성분을 함유하며, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 구리 합금 판재로서, 상기 구리 합금 판재의 길이 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 실시한 결정 방위 해석은 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하이며, 또한, 상기 종단면을, 판재의 양 표면을 각각 포함한 1쌍의 표층부와, 상기 1쌍의 표층부 사이에 위치하는 중앙부로 구분해서, 상기 1쌍의 표층부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIS라 하고, 상기 중앙부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIC라 할 때, CIC에 대한 CIS의 비(CIS/CIC비)가 0.8이상 2.0이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재.
(III) 상기 임의 첨가 성분은 합계 1.5질량% 이하로 함유하는, 상기 (II)에 기재된 구리 합금 판재.
(IV) 상기 압연 방향과 평행하게 인장하였을 때의 인장 강도가 600MPa 이상이고, 도전율이 50%IACS 초과이며, 또한, 일본 신동 협회(JCBA) T307:2007에 준거한 W굽힘 시험을 Goodway 방향으로 r/t=0으로 실시한 후의, 굽힘 가공부의 굴곡 외면에서의 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)가 7.0㎛ 이하인, 상기 (I)∼(III) 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 판재.
(V) 상기 (I)∼(IV) 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 판재를 제조하는 방법으로서, 상기 구리 합금 판재의 상기 합금 조성과 실질적으로 같은 합금 조성을 갖는 구리 합금 소재에 주조 공정[공정 1], 제1 면삭 공정[공정 2], 균질화 열처리 공정[공정 3], 열간 압연 공정[공정 4], 냉각 공정[공정 5], 제2 면삭 공정[공정 6], 제1 냉간 압연 공정[공정 7], 용체화 열처리 공정[공정 8], 시효 열처리 공정[공정 9], 제2 냉간 압연 공정[공정 10] 및 소둔 공정[공정 11]을 순차 실시하여, 상기 균질화 열처리 공정[공정 3]에서 승온 속도를 10∼110℃/초 및 유지 온도를 950∼1250℃로 하고, 상기 냉각 공정[공정 5]에서 판재 표층부에서의 냉각 개시 온도를 680∼850℃ 및 평균 냉각 속도를 5∼20℃/초로 하고, 상기 시효 열처리 공정[공정 9]에서 도달 온도를 450∼650℃ 및 유지 시간을 500∼20000초로 하고, 그리고, 상기 제2 냉간 압연 공정[공정 10]은 1패스당의 가공율이 10% 이상 40% 이하이며, 또한, 압연 롤 지름을 R, 가공량을 Δh 및 최종 판 두께를 h라 할 때, 파라미터(M)는 하기 (1)식으로 나타나며, 6이상 40이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재의 제조 방법.
M={(R·Δh)0.5}/h ····(1)
(VI) 상기 용체화 열처리 공정[공정 8] 후, 시효 열처리 공정[공정 9] 전에, 추가 냉간 압연 공정[공정 12]을 추가로 실시하는, 상기 (V)에 기재된 구리 합금 판재의 제조 방법.
본 발명의 구리 합금 판재는 Co를 0.3∼2.5질량% 및 Si를 0.1∼0.7질량% 함유하고, 추가로 필요에 따라, Cr을 0.05∼1.0질량%, Ni을 0.05∼0.7질량%, Fe을 0.02∼0.5질량%, Mg을 0.01∼0.3질량%, Mn을 0.01∼0.5질량%, Zn을 0.01∼0.15질량% 및 Zr을 0.01∼0.15질량%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 임의 첨가 성분을 함유하며, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 구리 합금 판재로서, 구리 합금 판재의 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 실시한 결정 방위 해석은 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하이며, 또한, 상기 종단면을, 판재의 양 표면을 각각 포함한 1쌍의 표층부와, 1쌍의 표층부 사이에 위치하는 중앙부로 구분해서, 1쌍의 표층부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIS라 하고, 중앙부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIC라 할 때, CIC에 대한 CIS의 비(CIS/CIC비)가 0.8이상 2.0이하임으로 인해서, Cu-Ni-Si계 합금보다 높은 도전율을 가짐과 동시에, 우수한 굽힘 가공성과 고강도를 높은 레벨로 양립시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 구리 합금 판재의 제조 방법은 상기 구리 합금 판재의 합금 조성과 실질적으로 같은 합금 조성을 갖는 구리 합금 소재에 주조 공정[공정 1], 제1 면삭 공정[공정 2], 균질화 열처리 공정[공정 3], 열간 압연 공정[공정 4], 냉각 공정[공정 5], 제2 면삭 공정[공정 6], 제1 냉간 압연 공정[공정 7], 용체화 열처리 공정[공정 8], 시효 열처리 공정[공정 9], 제2 냉간 압연 공정[공정 10] 및 소둔 공정[공정 11]을 순차 실시하여, 상기 균질화 열처리 공정[공정 3]에서 승온 속도를 10∼110℃/초 및 유지 온도를 950∼1250℃로 하고, 상기 냉각 공정[공정 5]에서 판재의 표층부에서의 냉각 개시 온도를 680∼850℃ 및 평균 냉각 속도를 5∼20℃/초로 하고, 상기 시효 열처리 공정[공정 9]에서 도달 온도를 450∼650℃ 및 유지 시간을 500∼20000초로 하고, 그리고, 상기 제2 냉간 압연 공정[공정 10]은 1패스당의 가공율이 10% 이상 40% 이하이며, 또한, 압연 롤 지름을 R, 가공량을 Δh 및 최종 판 두께를 h라 할 때, 파라미터(M)는 하기 (1)식으로 나타나며, 6이상 40이하임으로 인해서, 상술한 구리 합금 판재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구리 합금 판재를, 압연 방향으로 평행인 종단면에서, EBSD법에 따라 결정 방위 해석을 실시하여, 신뢰성 지수(CI값)를 구하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 2종류의 구리 합금 판재에 대하여, W굽힘 시험을 Goodway 방향으로 r/t=0으로 실시한 후의, 굽힘 가공부의 굴곡 외면 상태를, 주사형 전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰하였을 때의 SEM 사진으로서, (a)가 실시예 12(Rq=5. 7㎛)인 경우, (b)가 실시예 9(Rq=3.0㎛)인 경우를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 2종류의 구리 합금 판재에 대하여, W굽힘 시험을 Goodway 방향으로 r/t=0으로 실시한 후의, 굽힘 가공부의 굴곡 외면 상태를, 주사형 전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰하였을 때의 SEM 사진으로서, (a)가 실시예 12(Rq=5. 7㎛)인 경우, (b)가 실시예 9(Rq=3.0㎛)인 경우를 나타낸다.
이하, 본 발명의 구리 합금 판재의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 구리 합금 판재는 Co를 0.3∼2.5질량% 및 Si를 0.1∼0.7질량% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 구리 합금 판재로서, 상기 구리 합금 판재의 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 실시한 결정 방위 해석은 신뢰성 지수(CI값)의 수치가 0.2이하가 되는 면적율이 40% 이하이며, 또한, 상기 종단면을, 판재의 양 표면을 각각 포함한 1쌍의 표층부와, 상기 1쌍의 표층부 사이에 위치하는 중앙부로 구분해서, 상기 1쌍의 표층부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIS라 하고, 상기 중앙부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIC라 할 때, CIC에 대한 CIS의 비(CIS/CIC비)가 0.8이상 2.0이하이다.
(I) 구리 합금 판재의 조성
우선, 본 발명의 구리 합금 판재의 조성을 한정한 이유에 대해서 설명한다.
본 발명의 구리 합금 판재는 Co를 0.3∼2.5질량% 및 Si를 0.1∼0.7질량% 함유시킨 것이다.
<Co: 0.3∼2.5질량%>
Co(코발트)는 Cu의 모상(매트릭스)중에, 단체 또는 Si와의 화합물로 이루어지는 제2상 입자의 석출물로서, 예를 들면 50∼500㎚ 정도의 크기로 미세 석출하고, 이 석출물이 전위 이동을 억제함으로써 석출 경화시키며, 더욱이, 립성장이 억제되어 결정립의 미세화에 의해서 재료 강도를 상승시킴과 동시에, 굽힘 가공성도 향상시키는 작용을 갖는 중요한 성분이다. 이러한 작용을 발휘하려면, Co 함유량을 0.3질량% 이상으로 하는 것이 필요하다. 또한, Co는 Ni에 비하여 고용되었을 때의 도전율의 저하 비율이 작지만, Co 함유량이 2.5질량%를 넘으면, 도전율 저하가 현저해져서, 50%IACS 초과인 도전율을 얻지 못하게 되기 때문에, Co 함유량은 2.5질량% 이하로 할 필요가 있다. 예를 들면, 일반적인 Cu-Ni-Si계 합금(Cu-2.3질량% Ni-0.65질량% Si)의 경우, 도전율은 38%IACS 정도이지만, Co 함유량을 0.3∼2.5질량%의 범위로 하는 본 발명의 구리 합금 판재는 도전율이 50%IACS 초과로 높은 수치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 구리 합금 판재의 인장 강도는 제조 조건에도 따르지만, 특정 제조 조건을 채택함으로써, 시효 석출 후에 600MPa 정도를 얻을 수 있으며, Cu-Ni-Si계 합금으로 이루어지는 구리 합금 판재와 동등 레벨의 고강도를 얻을 수 있다. 또한, 인장 강도와 도전율 양 특성을 균형있게 만족시키려면, Co 함유량은 0.8∼1.6질량%의 범위인 것이 바람직하다. 이 때문에, Co 함유량은 0.3∼2.5질량%의 범위로 한다.
<Si: 0.1∼0.7질량%>
Si(규소)는 Cu의 모상(매트릭스)중에, Co나 Cr 등과 함께 화합물로 이루어지는 제2상 입자의 석출물로서 미세 석출하고, 이 석출물이 전위 이동을 억제함으로써 석출 경화시키며, 더욱이, 립성장이 억제되어 결정립의 미세화에 의해서 재료 강도를 상승시키는 작용을 갖는 중요한 성분이다. 이러한 작용을 발휘하려면, Si 함유량을 0.1질량% 이상으로 하는 것이 필요하다. 또한, Si 함유량이 0.7질량%를 넘으면, 도전율 저하가 현저해져서, 50%IACS 초과인 도전율을 얻지 못하게 되기 때문에, Si 함유량은 0.7질량% 이하로 할 필요가 있다. 이 때문에, Si 함유량은 0.1∼0.7질량%의 범위로 한다. 또한, 인장 강도와 도전율 양 특성을 균형있게 만족시키려면, Si 함유량은 0.2∼0.5질량%의 범위인 것이 바람직하다.
<임의 첨가 성분>
본 발명의 구리 합금 판재는 Co 및 Si를 필수 기본 함유 성분으로 하지만, 더욱이, 임의의 부첨가 성분으로서, 추가로 Cr을 0.05∼1.0질량%, Ni을 0.05∼0.7질량%, Fe을 0.02∼0.5질량%, Mg을 0.01∼0.3질량%, Mn을 0.01∼0.5질량%, Zn을 0.01∼0.15질량% 및 Zr을 0.01∼0.15질량%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 임의 첨가 성분을 함유할 수 있다.
(Cr: 0.05∼1.0질량%)
Cr(크롬)은 Cu의 모상(매트릭스)중에, 화합물이나 단체로서, 예를 들면 50∼500㎚ 정도 크기의 석출물 형태로 미세 석출하고, 이 석출물이 전위 이동을 억제함으로써 석출 경화시키며, 더욱이, 립성장이 억제되어 결정립의 미세화에 의해서 재료 강도를 상승시킴과 동시에, 굽힘 가공성도 향상시키는 작용을 갖는 성분이다. 이 작용을 발휘하려면, Cr 함유량을 0.05질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Cr 함유량이 1.0질량% 이하이면, 도전율의 저하 비율이 작아서, 50%IACS 초과인 도전율을 얻을 수 있는 경향이 있다. 이 때문에, Cr 함유량은 0.05∼1.0질량%로 하는 것이 바람직하다.
(Ni: 0.05∼0.7질량%)
Ni(니켈)은 Cu의 모상(매트릭스)중에, 화합물이나 단체로서, 예를 들면 50∼500㎚ 정도 크기의 석출물 형태로 미세 석출하고, 이 석출물이 전위 이동을 억제함으로써 석출 경화시키며, 더욱이, 립성장이 억제되어 결정립의 미세화에 의해서 재료 강도를 상승시킴과 동시에, 굽힘 가공성도 향상시키는 작용을 갖는 성분이다. 이 작용을 발휘하려면, Ni 함유량을 0.05질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ni 함유량이 0.7질량% 이하이면, 도전율의 저하 비율이 작아서, 50%IACS 초과인 도전율을 얻을 수 있는 경향이 있다. 이 때문에, Ni 함유량은 0.05∼0.7질량%로 하는 것이 바람직하다.
(Fe: 0.02∼0.5질량%)
Fe(철)은 도전율, 강도, 응력 완화 특성, 도금성 등의 제품 특성을 개선시키는 작용을 갖는 성분이다. 이러한 작용을 발휘시키려면, Fe 함유량을 0.02질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Fe 함유량을 0.5질량%보다 많게 하면, 더 이상의 향상 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 도전율이 저하되는 경향이 있다. 이 때문에, Fe 함유량은 0.02∼0.5질량%로 하는 것이 바람직하다.
(Mg: 0.01∼0.3질량%)
Mg(마그네슘)은 내응력 완화 특성을 향상시키는 작용을 갖는 성분이다. 이러한 작용을 발휘시키려면, Mg 함유량을 0.01질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Mg 함유량을 0.3질량%보다 많게 하면, 도전성이 저하되는 경향이 있다. 이 때문에, Mg 함유량은 0.01∼0.3질량%로 하는 것이 바람직하다.
(Mn: 0.01∼0.5질량%)
Mn(망간)은 모상으로 고용되어 압연 가공성을 향상시킴과 동시에, 입계 반응형 석출의 급격한 발달을 억제해서, 입계 반응형 석출에 의해서 생기는 불연속성 석출 셀 조직의 제어를 가능하게 하는 작용을 갖는 성분이다. 이러한 작용을 발휘시키려면, Mn 함유량을 0.01질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Mn 함유량을 0.5질량%보다 많게 하면, 더 이상의 향상 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 도전율 저하나 굽힘 가공성 열화가 생길 우려가 있다. 이 때문에, Mn 함유량은 0.01∼0.5질량%로 하는 것이 바람직하다.
(Zn: 0.01∼0.15질량%)
Zn(아연)은 굽힘 가공성을 개선시킴과 동시에, Sn 도금이나 땜납 도금의 밀착성이나 마이그레이션 특성을 개선시키는 작용을 갖는 성분이다. 이러한 작용을 발휘시키려면, Zn 함유량을 0.01질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Zn 함유량을 0.15질량%보다 많게 하면, 도전성이 저하되는 경향이 있다. 이 때문에, Zn 함유량은 0.01∼0.15질량%로 하는 것이 바람직하다.
(Zr: 0.01∼0.15질량%)
Zr(지르코늄)은 주로 결정립을 미세화시켜서, 강도나 굽힘 가공성을 향상시키는 작용을 갖는 성분이다. 이러한 작용을 발휘시키려면, Zr 함유량을 0.01질량 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Zr 함유량을 0.15질량%보다 많게 하면, 화합물을 형성해서, 도전율 및 프레스 펀칭 가공성이 현저하게 저하되는 경향이 있다. 이 때문에, Zr 함유량은 0.01∼0.15질량%로 하는 것이 바람직하다.
(임의 첨가 성분의 합계 함유량: 1.5질량% 이하)
상술한 Cr, Ni, Fe, Mg, Mn, Zn 및 Zr으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 임의 첨가 성분을 2종 이상 함유할 경우에는, 임의 첨가 성분의 합계 함유량을 1.5질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 임의 첨가 성분의 합계 함유량이 1.5질량% 이하이면, 프레스 펀칭 가공성이나 도전율이 크게 저하되는 일은 없기 때문이다.
<잔부: Cu 및 불가피 불순물>
상술한 필수 함유 성분 및 임의 첨가 성분 이외에는 잔부가 Cu(구리) 및 불가피 불순물로 이루어진다. 또한, 여기서 말하는 「불가피 불순물」이란, 대체로 금속 제품에 있어서, 원료중에 존재하는 것이나, 제조 공정에 있어서 불가피하게 혼입되는 것으로, 본래는 불필요한 것이지만, 미량이고, 금속 제품의 특성에 영향을 미치지 않기 때문에 허용되고 있는 불순물이다. 불가피 불순물로서 들 수 있는 성분으로서는, 예를 들면, 은(Ag), 주석(Sn), 산소(O) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 성분 함유량의 상한은 상기 성분마다 0.05질량%, 상기 성분의 총량 0.20질량%로 하면 좋다.
(II) EBSD법의 신뢰성 지수(CI)
본 발명의 구리 합금 판재는 구리 합금 판재의 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 실시한 결정 방위 해석은 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하이며, 또한, 상기 종단면을, 판재의 양 표면을 각각 포함한 1쌍의 표층부와, 상기 1쌍의 표층부 사이에 위치하는 중앙부로 구분해서, 상기 1쌍의 표층부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIS라 하고, 상기 중앙부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIC라 할 때, CIC에 대한 CIS의 비(CIS/CIC)가 0.8이상 2.0이하이다.
본 발명자는 Cu-Ni-Si계 합금보다 높은 도전율을 갖는 Cu-Co-Si계 합금을 사용하여, 우수한 굽힘 가공성과 고강도를 높은 레벨로 양립시키기 위한 검토를 실시한 바, 압연된 판재, 특히, 판재의 표층부에 있어서 도입되는 변형이 클수록 굽힘 가공성이 악화되는 것이 판명되었다.
또한, 이 판재에 도입되는 변형의 대소를 평가 가능한 수법에 대해서 추가로 예의 검토를 실시한 바, 구리 합금 판재의 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 실시한 결정 방위 해석으로써, 각 측정 스폿 영역에서의 신뢰성 지수(CI)를 산출하여, 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하인 경우, 비교적 변형이 적은 압연 조직이 유지되고 있어, 굽힘 가공성이 악화되지 않고 확보 가능한 경향이 있는 것을 찾아냈다. 그렇지만, 상기 면적율이 40% 이하이더라도, 높은 레벨의 굽힘 가공성을 얻지 못한 경우도 있었다.
그 때문에, 본 발명자는 추가로 예의 검토를 실시한 바, 상기 종단면에서 표층부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치(CIS)의, 중앙부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치(CIC)에 대한 CIS의 비(CIS/CIC비)를 0.8이상 2.0이하로 함으로써, 우수한 굽힘 가공성과 고강도를 높은 레벨로 양립시키는 것을 가능하게 하였다. 상기 CIS/CIC비가 0.8보다 작으면, 판재의 표층부가 중앙부(내부)에 비하여 표면 변형이 너무 커지기 때문에, 판재의 인장 강도에 대한 굽힘 가공성 비율이 낮아져서, 인장 강도와 굽힘 가공성을 균형있게 양립시킬 수 없게 되기 때문이다. 또한, 상기 CIS/CIC비가 2.0보다 크면, 판재의 인장 강도에 대한 굽힘 가공성 비율은 높아지지만, 판재 중앙부(내부)의 변형 분포 편중이 커져서, 프레스 가공 시에 형상의 불균일함이 발생할 가능성이 높아지기 때문이다. 이 때문에, CIS/CIC비는 0.8이상 2.0이하로 하고, 바람직하게는 1.0∼1.8로 한다.
또한, 신뢰성 지수(CI값)의 산출 방법은 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 측정한 결정 방위를, 해석 소프트를 이용해서 각 측정 스폿 영역(스폿 사이즈: 0.5㎛×0.5㎛)의 CI값을 계산하였다. 구리 합금 판재의 압연 방향으로 평행인 종단면, 바꾸어 말하면, 구리 합금 판재의 압연 방향에 대하여 수직인 단면은 EBSD법에 따른 측정 전에, 내수 연마지, 다이아몬드 지립(砥粒)을 사용하여 기계 연마를 실시한 후, 콜로이달 실리카 용액을 사용해서 마무리 연마를 실시하였다. 그리고, EBSD법으로, 측정 면적 64×104㎛2(800㎛×800㎛), 스캔 스텝은 0.1㎛의 조건에서 측정을 실시하였다. 스캔 스텝은 미세한 결정립을 측정하기 위해서, 0.1㎛ 스텝에서 실시하였다. 해석에서는, 64×104㎛2의 EBSD 측정 결과로부터, 해석으로써 역극점도 IPF(Inverse Pole Figure)를 확인하였다. 전자선은 주사 전자현미경의 W필라멘트로부터의 열전자를 발생원으로 하였다. 또한, 측정 시의 프로브 지름은 약 0.015㎛이다. EBSD법의 측정 장치로는 (주)TSL 솔루션즈제의 OIM5.0(상품명)을 사용하였다.
도 1은 본 발명의 구리 합금 판재(10)를 압연 방향으로 평행인 종단면에서, EBSD법에 따라 결정 방위 해석(맵핑)을 실시하여, 신뢰성 지수(CI값)를 구하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 각 측정 스폿 영역은 도 1에 나타내는 바와 같이, 압연 방향으로 평행인 종단면에서, 한쪽 표층부(11a)로부터 중앙부(12)를 지나 다른 한쪽 표층부(11b)까지 전자선을 주사시키고, 주사한 전체 측정 스폿 영역에 대하여, 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 차지하는 면적율을 산출하였다.
또한, 본 발명에서 말하는 판재의 표층부(11a 및 11b)는 판재 양면으로부터 각각 판 두께의 1/8두께에 해당하는 판재 부분을 의미하고, 또, 중앙부(12)는 1쌍의 표층부(11a 및 11b)가 끼워진 판재 부분을 의미한다.
더욱이, 판재 표층부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치(CIS)와, 판재 중앙부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치(CIC)의 산출 방법은 판재의 두께 방향(도 1의 상하 방향)에 대하여 판재의 종단면 상을 소정 간격(예를 들면, 20㎛ 간격)으로 주사하는 10개의 선을 긋고, 각각의 선상의 CI값 분포로부터, 판재의 표층부와 중앙부 각각의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 구하였다. 측정에는 각 조재(條材)에 대해서 10시야 측정을 실시하여, 그 평균치를 값으로서 사용하였다. 이 EBSD법의 신뢰성 지수(CI값)는 EBSD 장치의 해석 소프트 OIM Analysis로 측정되는 값으로서, 평가·해석한 결과의 결정 패턴이 양호하지는 않은, 즉 가공 조직이며, 가공에 따른 변형이 클수록 CI값은 저하된다.
(III) 인장 강도
본 발명에서는, 압연 방향과 평행하게 인장하였을 때의 인장 강도가 600MPa 이상인 것이 바람직하다. 인장 강도 측정은 압연 평행 방향으로부터 잘라낸 JIS Z2241:2011에 규정되어 있는 13B호의 3개 시험편으로 실시하고, 인장 강도는 3개 시험편으로부터 얻어진 인장 강도의 평균치로 하였다.
(IV) 도전율(EC)
본 발명의 구리 합금 판재는 도전율이 50%IACS 초과인 것이 바람직하다. 도전율은 20℃(±0.5℃)로 유지된 항온조 중에서 사단자법으로 계측한 비저항 수치로부터 산출할 수 있다.
(V) 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)
본 발명의 구리 합금 판재는 일본 신동 협회(JCBA) T307:2007에 준거한 W굽힘 시험을 Goodway 방향으로 r/t=0으로 실시한 후의, 굽힘 가공부의 굴곡 외면에서의 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)가 7.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)가 7.0㎛ 이하이면, 굽힘 가공부의 굴곡 외면의 표면 거칠기가 충분히 작고, 굽힘 가공성이 양호한 경향이 있기 때문이다. 각 공시재에 대하여 일본 신동 협회 기술 표준 JCBA-T307:2007의 시험 방법에 준거하여 굽힘 가공을 실시하였다. 압연 방향과 시험편의 길이 방향이 평행이 되도록, 각 공시재로부터 폭 10㎜×길이 30㎜의 시험편을 복수 채취하고, 굽힘 각도가 90도, 굽힘 반경이 0㎜인 W형 치구를 사용해서, W굽힘 시험을 실시하였다. 그리고, 굽힘부의 외주부에 대하여, 90° W굽힘 시험편의 굽힘 표면을 레이저 현미경으로 0.1㎛ 피치로 요철을 측정하였다. 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)는 JIS B0601:2013에 준거하여, 하기 (2)식에 대입함으로써 산출한다. 굽힘부의 표면 거칠기가 작다는 것은 재료의 굽힘 가공성이 양호한 것을 나타내고 있다.
[수 1]
다만, l은 기준 길이이다.
(VI) 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 합금 판재의 제조 방법
상술한 구리 합금 판재는 합금 조성이나 제조 프로세스를 조합해서 제어함으로써 실현 가능하다. 이하, 본 발명의 구리 합금 판재의 적합한 제조 방법에 대해서 설명한다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 합금 판재의 제조 방법은 상술한 구리 합금 판재의 상기 합금 조성과 실질적으로 같은 합금 조성을 갖는 구리 합금 소재에 주조 공정[공정 1], 제1 면삭 공정[공정 2], 균질화 열처리 공정[공정 3], 열간 압연 공정[공정 4], 수냉 공정[공정 5], 제2 면삭 공정[공정 6], 제1 냉간 압연 공정[공정 7], 용체화 열처리 공정[공정 8], 시효 열처리 공정[공정 9], 제2 냉간 압연 공정[공정 10] 및 소둔 공정[공정 11]을 순차 실시하여, 상기 균질화 열처리 공정[공정 3]에서 승온 속도를 10∼110℃/초 및 유지 온도를 950∼1250℃로 하고, 상기 냉각 공정[공정 5]에서 판재의 표층부에서의 냉각 개시 온도를 680∼850℃ 및 평균 냉각 속도를 5∼20℃/초로 하고, 상기 시효 열처리 공정[공정 9]에서 도달 온도를 450∼650℃ 및 유지 시간을 500∼20000초로 하고, 그리고, 상기 제2 냉간 압연 공정[공정 10]은 1패스당의 가공율이 10% 이상 40% 이하이며, 또한, 압연 롤 지름을 R, 가공량을 Δh 및 최종 판 두께를 h라 할 때, 파라미터(M)는 하기 (1)식으로 나타나며, 6이상 40이하이다.
M={(R·Δh)0.5}/h ····(1)
본 발명의 구리 합금 판재의 제조 방법은 특히, 균질화 열처리 공정[공정 3] 및 시효 열처리 공정[공정 9]을 제어함과 동시에, (열간 압연 공정[공정 4] 후의) 냉각 공정[공정 5] 및 제2(최종) 냉간 압연 공정[공정 10]을 제어하는 것이 중요하다. 즉, 균질화 열처리 공정[공정 3]에서 승온 속도를 10∼110℃/초 및 유지 온도를 950∼1250℃로 하고, 또, 열간 압연 공정[공정 4] 후에 실시하는 냉각 공정[공정 5]에서 판재의 표층부에서의 냉각 개시 온도를 680∼850℃ 및 평균 냉각 속도를 5∼20℃/초로 하고, 추가로 시효 열처리 공정[공정 9]에서 도달 온도를 450∼650℃ 및 유지 시간을 500∼20000초로 하고, 그리고, 제2(최종) 냉간 압연 공정[공정 10]에 있어서, 1패스당의 가공율을 10% 이상 40% 이하로 하고, 또, M={(R·Δh)0.5}/h로 나타나는 파라미터(M)를 6이상 40이하로 하는 것이 필요하다.
(i) 주조 공정[공정 1]
주조 공정은 대기하에서 고주파 용해로에 의해서 표 1에 나타내는 합금 성분을 갖는 구리 합금 소재를 용해하고, 이것을 주조함으로써 소정 형상(예를 들면, 두께 300㎜, 폭 500㎜, 길이 3000㎜)의 주괴를 제조한다. 또한, 구리 합금 소재의 합금 조성은 제조의 각 공정에 있어서, 첨가 성분에 따라서는 용해로에 부착되거나 휘발되거나 하여 제조되는 구리 합금 판재의 합금 조성과는 반드시 완전하게는 일치하지 않는 경우가 있지만, 구리 합금 판재의 합금 조성과 실질적으로 같은 합금 조성을 갖고 있다.
(ii) 제1 면삭 공정[공정 2]
제1 면삭 공정은 구리 합금 소재를 용해하는 주조 공정(공정 1)에서 얻은 주괴의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위해서, 주괴의 표리 양면을 각각 0.5㎜이상의 두께분만큼 깍아내는 공정이다.
(iii) 균질화 열처리 공정[공정 3]
균질화 열처리 공정은 승온 속도를 10∼110℃/초 및 유지 온도를 950∼1250℃로 한다. 균질화 열처리 공정의 승온 속도가 10℃/초 미만 혹은 110℃/초 초과이거나, 또는 유지 온도가 950℃ 미만이면, 주조 시에 생기는 창출물의 고용이 불충분해져서, 제조된 구리 합금 판재에 있어서, 만족 레벨의 강도와 도전율을 얻지 못하게 된다. 한편, 균질화 열처리 공정의 유지 온도가 1250℃ 초과이면, 결정립계 근방이 부분적으로 액상화되어, 열간 압연 시의 균열이 발생하기 쉬워져서, 제조할 수 없는 경우가 있기 때문이다.
(iv) 열간 압연 공정[공정 4]
열간 압연 공정은 균질화 열처리 직후의 주괴에 대하여, 소정의 두께가 될 때까지 열간 압연을 실시해서 열연판을 제작하는 공정이다. 열간 압연 조건은 예를 들면, 압연 온도는 600∼1100℃, 압연 회수는 4회 이상, 합계 압연 가공율은 60% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 「압연 가공율」이란, 압연 전의 단면적에서 압연 후의 단면적을 뺀 값을 압연 전의 단면적으로 나누고, 100을 곱해서 퍼센트로 나타낸 값이다. 즉, 하기 식으로 나타난다.
[압연 가공율]={([압연 전의 단면적]-[압연 후의 단면적])/[압연 전의 단면적]}×100(%)
(v) 냉각 공정[공정 5]
냉각 공정은 또한, 열간 압연 공정(공정 4) 후에 실시하는 것으로서, 냉각 공정에서 판재(열연판)의 표층부(판재의 표면으로부터 판 두께의 1/8 두께에 해당하는 판재 부분)에서의 냉각 개시 온도를 680∼850℃ 및 평균 냉각 속도를 5∼20℃/초로 하는 것이 필요하다. 냉각 개시 온도가 680℃ 미만 혹은 평균 냉각 속도가 5℃/초 미만이면, 냉각중에 용질 원소의 조대 석출이 진행되어, 제조된 구리 합금 판재에 있어서, 만족 레벨의 강도와 도전율을 얻을 수 없기 때문이다. 한편, 냉각 개시 온도가 850℃ 초과 혹은 평균 냉각 속도가 20℃/초 초과이면, 압연 조직의 형성이 불충분해져서, 최종 공정 후의 굽힘 가공성에 악영향을 미친다. 더불어, 평균 냉각 속도가 20℃/초 초과이면, 표면의 석출이 너무 적어서, 용체화 공정에서 표면의 결정립 조대화가 진행되고, 변형을 축적하기 쉬워져서, 목표로 하는 CI값 분포를 만족하지 못하고, 굽힘 가공성이 저하된다.
(vi) 제2 면삭 공정[공정 6]
제2 면삭 공정은 열연재 표면의 산화막 제거를 위해서, 열연재의 표리 양면을 각각 0.5㎜ 이상의 두께분만큼 깍아내는 공정이다.
(vii) 제1 냉간 압연 공정[공정 7]
제1 냉간 압연 공정은 제2 면삭 공정 후에, 소정의 두께가 될 때까지 냉간 압연을 실시해서 냉연판을 제작하는 공정이다. 냉간 압연 조건은 예를 들면, 압연 회수 2회 이상, 합계 압연 가공율 50% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
(viii) 용체화 열처리 공정[공정 8]
용체화 열처리 공정은 승온 속도 1∼150℃/초, 도달 온도 800∼1000℃, 유지 시간 1∼300초, 냉각 속도 1∼200℃/초로 열처리를 실시하는 공정이다.
(ix) 추가 냉간 압연 공정[공정 12]
추가 냉간 압연 공정은 상기 용체화 열처리 공정[공정 8] 후, 시효 열처리 공정[공정 9] 전에, 필요에 따라 실시하는 공정으로서, 필수 공정은 아니다. 추가 냉간 압연 공정을 실시함으로써, 굽힘 가공성을 해하지 않고 인장 강도를 보다 한층 더 향상시킬 수 있다. 압연 조건은 예를 들면, 압연 회수 1회 이상, 합계 압연 가공율 10∼70%로 하는 것이 바람직하다.
(x) 시효 열처리 공정[공정 9]
시효 열처리 공정은 도달 온도를 450∼650℃ 및 유지 시간을 500∼20000초로 하는 것이 필요하다. 도달 온도가 450℃ 미만 혹은 유지 시간이 500초 미만인 경우, 시효 석출량이 불충분하고 강도, 도전율이 부족하다. 한편, 도달 온도가 650℃ 초과 혹은 20000초 초과이면, 석출물의 조대화가 생겨서, 강도가 불충분해진다.
(xi) 제2(최종) 냉간 압연 공정[공정 10]
제2(최종) 냉간 압연 공정은 1패스당의 압연 가공율을 10% 이상 40% 이하로 하고, 또, M={(R·Δh)0.5}/h로 나타나는 파라미터(M)를 6이상 40이하로 하는 것이 필요하다. 1패스당의 압연 가공율이 10% 미만이면, 가공 경화량이 적어서 충분한 인장 강도를 얻지 못하고, 또, 1패스당의 압연 가공율이 40% 초과이면, 판재 전체에 커다란 전단 변형이 들어가서 굽힘 가공성이 저하되기 때문이다. 또한, 파라미터(M)가 6미만이면, 표면에 변형이 축적되어 목표하는 CI값 분포를 만족하지 못하기 때문이며, 한편, 파라미터(M)가 40을 넘으면, 압연 설비에 대한 부하가 극히 커져서 현실적이지 않기 때문이다. 제2 냉간 압연 조건으로서는, 예를 들면, 압연 회수 2회 이상, 합계 압연 가공율이 10% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 파라미터(M)는 R이나 Δh가 작아지거나, 혹은 h가 커질수록 작아진다. 특히, CI값에 대한 현저한 영향으로서, R이 작아짐으로써, 재료와 롤의 접촉 길이가 감소하고, 표면 근방만이 전단됨으로써, 변형량이 상대적으로 높아져서, 내부까지 균일한 변형 상태가 되지 않기 때문에, CIS/CIC가 낮아지는 경향이 있다. 한편, 파라미터(M)는 R이나 Δh가 커지거나 혹은 h가 작아질수록 커진다. 특히, CI값에 대한 현저한 영향으로서 Δh, 즉, 가공량이 많아지면 CI값이 0.2이하가 되는 면적율이 저하되고, 가공성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, 압연 롤 지름(R), 가공량(Δh) 및 최종 판 두께(h)를 적정하게 설정함으로써, CI값, CIS/CIC, 나아가서는 강도와 굽힘 가공성을 제어하는 것이 가능해진다.
(xii) 소둔 공정[공정 11]
소둔 공정은 제2(최종) 냉간 압연 공정 후에 실시하는 열처리이다. 소둔 조건으로서는, 예를 들면, 도달 온도 200∼600℃, 유지 시간 1∼3600초로 하는 것이 바람직하다.
(VII) 구리 합금 판재의 용도
본 발명의 구리 합금 판재는 예를 들면 차재 부품용이나 전기·전자 기기용 리드 프레임, 커넥터, 단자재, 릴레이, 스위치, 소켓 등에 사용하기 적합하다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 개념 및 특허 청구범위에 포함되는 모든 양태를 포함하며, 본 발명의 범위 내에서 각종 개변이 가능하다.
[실시예]
다음으로, 본 발명의 효과를 더욱 명확하게 하기 위해서, 본 발명예 및 비교예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(본 발명예 1∼16 및 비교예 1∼9)
표 1에 나타내는 합금 조성을 갖는 구리 합금 소재를 용해하는 주조 공정(공정 1)에서 얻은 주괴(사이즈: 두께 300㎜, 폭 500㎜, 길이 3000㎜)의 표면에 형성한 산화막을 제거하기 위해서 표리 양면을 각각 0.5㎜ 이상의 두께분만큼 깍아내는 제1 면삭 공정(공정 2)을 실시한 후에, 표 2에 나타내는 승온 속도 및 유지 온도의 조건에서 균질화 열처리 공정(공정 3)을 실시하고, 이어서, 압연 온도 600∼1100℃, 압연 회수 4회 이상, 합계 가공율 60% 이상의 조건하에서 열간 압연 공정(공정 4)을 실시한 후, 표 2에 나타내는 표층부에서의 냉각 개시 온도 및 냉각 속도의 조건에서 냉각 공정(공정 5)을 실시하였다. 이어서, 표면의 산화막 제거를 위해, 열연재의 표리 양면을 각각 0.5㎜ 이상의 두께분만큼 깍아내는 제2 면삭 공정(공정 6)을 실시한 후에, 압연 회수 2회 이상, 합계 가공율 50% 이상의 조건하에서 제1 냉간 압연 공정(공정 7)을 실시하고, 그 후, 승온 속도 1∼150℃/초, 도달 온도 800∼1000℃, 유지 시간 1∼300초, 냉각 속도 1∼200℃/초의 조건에서 용체화 열처리 공정(공정 8)을 실시한다. 다음으로, 표 2에 나타내는 도달 온도 및 유지 시간 조건에서 시효 열처리 공정(공정 9)을 실시한 후에, 표 2에 나타내는 1패스당의 가공율 및 파라미터(M)가 되도록 압연 회수 2회 이상, 합계 가공율 5% 이상의 조건하에서 제2 냉간 압연 공정(공정 10)을 실시하였다. 그 후, 도달 온도 200∼600℃, 유지 시간 1∼3600초로 소둔 공정(공정 11)을 실시하였다. 또한, 본 발명예 3, 4, 6∼8 및 12 및 비교예 1, 3, 8 및 9에 대해서는, 용체화 열처리 공정 후, 시효 열처리 공정 전에, 추가 냉간 압연 공정(공정 12)을 합계 압연 가공율 5∼70%로 추가로 실시하였다. 이렇게 해서, 본 발명의 구리 합금 판재를 제작하였다.
[각종 측정 및 평가 방법]
상기 본 발명예 및 비교예와 관련되는 구리 합금 판재를 사용하여, 하기에 나타내는 특성 평가를 실시하였다. 각 특성의 평가 조건은 하기와 같다.
[1] 구리 합금 판재 조성의 측정 방법
합금 조성은 ICP 분석에 의해서 측정하였다.
[2] EBSD 측정 방법
제작한 각 공시재(구리 합금 판재)의 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 내수 연마지, 다이아몬드 지립을 사용하여 기계 연마를 실시한 후, 콜로이달 실리카 용액을 사용하여 마무리 연마를 실시하였다. 그리고, EBSD법으로, 측정 면적 64×104㎛2(800㎛×800㎛), 스캔 스텝은 0.1㎛의 조건에서 측정을 실시하였다. 스캔 스텝은 미세한 결정립을 측정하기 위해서, 0.1㎛ 스텝에서 실시하였다. 해석에서는, 64×104㎛2의 EBSD 측정 결과로부터, 해석으로써 역극점도 IPF(Inverse Pole Figure)를 확인하였다. 전자선은 주사 전자현미경의 W필라멘트로부터의 열전자를 발생원으로 하였다. 또한, 측정 시의 프로브 지름은 약 0.015㎛이다. EBSD법의 측정 장치로는 (주)TSL 솔루션즈제의 OIM5.0(상품명)을 사용하였다.
[3] 신뢰성 지수(CI)의 측정 방법
신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율은 도 1에 나타내는 바와 같이, 압연 방향으로 평행인 종단면에서, 한쪽 표층부(11a)로부터 중앙부(12)를 지나 다른 한쪽 표층부(11b)까지 전자선을 주사시키고, 주사한 전체 측정 스폿 영역으로부터 산출하였다. 또한, 공시재의 표층부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치(CIS)와 공시재의 중앙부의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치(CIC)의 산출 방법은 판재의 두께 방향(도 1의 상하 방향)에 대하여 판재의 종단면 상을 소정 간격(예를 들면, 20㎛ 간격)으로 주사하는 10개의 선을 긋고, 각각의 선상의 CI값 분포로부터, 판재의 표층부와 중앙부 각각의 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 구하였다. 측정에는 각 조재에 대해서 10시야 측정을 실시하고, 그 평균치를 값으로서 사용하였다. 이 EBSD법의 신뢰성 지수(CI값)는 EBSD 장치의 해석 소프트 OIM Analysis로 측정되는 값이다.
[4] 인장 강도
인장 강도 측정은 압연 평행 방향으로부터 잘라낸 JIS Z2241:2011에 규정되어 있는 13B호의 3개 시험편으로 실시하고, 인장 강도는 3개 시험편으로부터 얻어진 인장 강도의 평균치로 하였다. 또한, 본 실시예에서는, 인장 강도가 600MPa 이상을 합격 레벨로 하였다.
[5] 도전율(EC)의 측정 방법
도전율은 20℃(±0.5℃)로 유지된 항온조 중에서 사단자법으로 계측한 비저항 수치로부터 산출할 수 있다. 또한, 단자간 거리는 100㎜로 하였다. 본 실시예에서는, 도전율이 50%IACS 초과인 경우를 합격 레벨로 하였다.
[6] 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)의 측정 방법
각 공시재에 대하여, 일본 신동 협회 기술 표준 JCBA-T307:2007의 시험 방법에 준거하여 굽힘 가공을 실시하였다. 시험편의 길이 방향이 평행이 되도록, 각 공시재로부터 폭 10㎜×길이 30㎜의 시험편을 복수 채취하고, 굽힘 각도가 90도, 굽힘 반경이 0㎜인 W형 치구를 사용해서, W굽힘 시험을 실시하였다. 그리고, 굽힘부의 외주부에 대하여, 90° W굽힘 시험편의 굽힘 표면을 레이저 현미경으로 0.1㎛ 피치로 요철을 측정하였다. 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)는 JIS B0601:2013에 준거하여, 하기 (2)식에 대입함으로써 산출하였다. 또한, 본 실시예에서는, 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)가 7.0㎛ 이하인 경우를 합격 레벨로 하였다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
표 1∼3의 결과로부터, 본 발명예 1∼16의 구리 합금 판재는 모두 합금 조성이 본 발명의 적정 범위 내이며, 신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하이고, 또, CIS/CIC비가 0.8이상 2.0이하이기 때문에, 인장 강도와 굽힘 가공성의 밸런스 성능이 우수하며, 도전율도 50%IACS 초과였다.
한편, 비교예 1∼9의 구리 합금 판재는 모두 합금 조성, 상기 면적율 및 CIS/CIC비 중 적어도 하나가 본 발명의 적정 범위 밖이기 때문에, 인장 강도와 굽힘 가공성 중 적어도 한쪽이 합격 레벨에 이르지 못하였다.
10 구리 합금 판재
11a, 11b 구리 합금 판재의 표층부
12 구리 합금 판재의 중앙부
11a, 11b 구리 합금 판재의 표층부
12 구리 합금 판재의 중앙부
Claims (6)
- Co를 0.3∼2.5질량% 및 Si를 0.1∼0.7질량% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 구리 합금 판재로서,
상기 구리 합금 판재의 압연 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 실시한 결정 방위 해석은,
신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하이며, 또한,
상기 종단면을, 판재의 양 표면을 각각 포함한 1쌍의 표층부와, 상기 1쌍의 표층부 사이에 위치하는 중앙부로 구분해서, 상기 1쌍의 표층부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIS라 하고, 상기 중앙부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIC라 할 때, CIC에 대한 CIS의 비(CIS/CIC비)가 0.8이상 2.0이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재. - Co를 0.3∼2.5질량% 및 Si를 0.1∼0.7질량% 함유하고, 추가로 Cr을 0.05∼1.0질량%, Ni을 0.05∼0.7질량%, Fe을 0.02∼0.5질량%, Mg을 0.01∼0.3질량%, Mn을 0.01∼0.5질량%, Zn을 0.01∼0.15질량% 및 Zr을 0.01∼0.15질량%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 임의 첨가 성분을 함유하며, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 구리 합금 판재로서,
상기 구리 합금 판재의 길이 방향으로 평행인 종단면에 대하여, 전자 후방 산란 회절(EBSD)법에 따라 실시한 결정 방위 해석은,
신뢰성 지수(CI값)가 0.2이하인 측정 스폿 영역이 전체 측정 스폿 영역에서 차지하는 면적율이 40% 이하이며, 또한,
상기 종단면을, 판재의 양 표면을 각각 포함한 1쌍의 표층부와, 상기 1쌍의 표층부 사이에 위치하는 중앙부로 구분해서, 상기 1쌍의 표층부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIS라 하고, 상기 중앙부의 상기 신뢰성 지수(CI값)의 평균치를 CIC라 할 때, CIC에 대한 CIS의 비(CIS/CIC비)가 0.8이상 2.0이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재. - 제2항에 있어서,
상기 임의 첨가 성분은 합계 1.5질량% 이하로 함유하는, 구리 합금 판재. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압연 방향과 평행하게 인장하였을 때의 인장 강도가 600MPa 이상이고,
도전율이 50%IACS 초과이며, 또한,
일본 신동 협회(JCBA) T307:2007에 준거한 W굽힘 시험을 Goodway 방향으로 r/t=0으로 실시한 후의, 굽힘 가공부의 굴곡 외면에서의 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)가 7.0㎛ 이하인, 구리 합금 판재. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 판재를 제조하는 방법으로서,
상기 구리 합금 판재의 상기 합금 조성과 실질적으로 같은 합금 조성을 갖는 구리 합금 소재에 주조 공정[공정 1], 제1 면삭 공정[공정 2], 균질화 열처리 공정[공정 3], 열간 압연 공정[공정 4], 냉각 공정[공정 5], 제2 면삭 공정[공정 6], 제1 냉간 압연 공정[공정 7], 용체화 열처리 공정[공정 8], 시효 열처리 공정[공정 9], 제2 냉간 압연 공정[공정 10] 및 소둔 공정[공정 11]을 순차 실시하여,
상기 균질화 열처리 공정[공정 3]에서 승온 속도를 10∼110℃/초 및 유지 온도를 950∼1250℃로 하고,
상기 냉각 공정[공정 5]에서 판재의 표층부에서의 냉각 개시 온도를 680∼850℃ 및 평균 냉각 속도를 5∼20℃/초로 하고,
상기 시효 열처리 공정[공정 9]에서 도달 온도를 450∼650℃ 및 유지 시간을 500∼20000초로 하고, 그리고,
상기 제2 냉간 압연 공정[공정 10]은 1패스당의 가공율이 10% 이상 40% 이하이며, 또한, 압연 롤 지름을 R, 가공량을 Δh 및 최종 판 두께를 h라 할 때, 파라미터(M)는 하기 (1)식으로 나타나며, 6이상 40이하인 것을 특징으로 하는 구리 합금 판재의 제조 방법.
M={(R·Δh)0.5}/h ····(1) - 제5항에 있어서,
상기 용체화 열처리 공정[공정 8] 후, 시효 열처리 공정[공정 9] 전에, 추가 냉간 압연 공정[공정 12]을 추가로 실시하는, 구리 합금 판재의 제조 방법.
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