TW201938808A

TW201938808A - 銅合金板材及其製造方法

Info

Publication number: TW201938808A
Application number: TW108106265A
Authority: TW
Inventors: 太; 杉本貴宣; 吉田和貴; 成枝宏人
Original assignee: 日商同和金屬技術有限公司
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2019-10-01
Also published as: CN111868276A; TWI763982B; DE112019000657T5; US20200407824A1; CN111868276B; WO2019171951A1; US11591673B2; JP2019157175A; JP7195054B2

Abstract

本發明可提供一種銅合金板材及其製造方法，該銅合金板材可維持高強度、彎曲加工性優異、且抗應力腐蝕破裂性及抗應力鬆弛特性優異，並且價格低廉。本發明之銅合金板材具有以下組成：含有17~32質量%之Zn、0.1~4.5質量%之Sn、0.5~2.0質量%之Si及0.01~0.3質量%之P，且剩餘部分為Cu及無法避免之不純物；其中，P含量的6倍與Si含量之和為1質量%以上，並且具有以下結晶配向：令銅合金板材之板面的{220}結晶面之X射線繞射強度為I{220}且令{420}結晶面之X射線繞射強度為I{420}時，滿足I{220}/I{420}≦2.0。

Description

銅合金板材及其製造方法

本發明有關銅合金板材及其製造方法，尤其有關用於連接器、引線框架、繼電器及開關等電氣電子零件之Cu-Zn-Sn系銅合金板材及其製造方法。

對於用於連接器、引線框架、繼電器及開關等電氣電子零件的材料，會要求良好導電性以抑制因通電而產生焦耳熱，並且會要求能夠承受得住電氣電子機器在組裝時及運作時所賦予的應力之高強度。另，連接器等電氣電子零件一般係藉由彎曲加工來成形，因此也會要求有優異彎曲加工性。並且，為了確保連接器等電氣電子零件之間的接觸可靠性，也會要求對於接觸壓力隨著時間降低的現象(應力鬆弛)之耐久性，亦即要求抗應力鬆弛特性優異。

近年來，連接器等電氣電子零件有逐漸高積體化、小型化及輕量化的傾向，隨此而來，對於屬胚料之銅或銅合金的板材，薄化的要求逐漸高漲。因此，胚料所要求的強度等級越趨嚴苛。而，為了因應連接器等電氣電子零件的小型化及形狀的複雜化，會要求提升彎曲加工品的形狀及尺寸精度。此外，近年來，有漸朝減輕環境負荷、及省資源及省能源化發展的傾向，隨之而來，就屬胚料之銅或銅合金的板材，原料成本及製造成本之減低、及製品之可回收性等的要求日益高漲。

然而，在板材之強度與導電性之間、強度與彎曲加工性之間、及彎曲加工性與抗應力鬆弛特性之間，各自有著抵換關係，以往，作為如上述之連接器等電氣電子零件的板材，係視用途之不同來適當選用導電性、強度、彎曲加工性或抗應力鬆弛特性良好且成本較低之板材。

另，以往係使用黃銅或磷青銅等，來作為連接器等電氣電子零件用之廣用材料。磷青銅之強度、耐蝕性、抗應力腐蝕破裂性及抗應力鬆弛特性之平衡較為優異，但為例如磷青銅2種(C5191)時，無法進行熱加工且含約6%之高價Sn，在成本上亦不利。

另一方面，黃銅(Cu-Zn系銅合金)係作為原料及製造成本低且製品之可回收性優異的材料，在廣泛範圍中受到使用。但，黃銅的強度較磷青銅低，強度最高之黃銅的煉度為EH(H06)，例如，以黃銅1種(C2600-SH)的板條製品來說，一般而言拉伸強度為550MPa左右，而此拉伸強度係相當於磷青銅2種之煉度H(H04)的拉伸強度。另，以黃銅1種(C2600-SH)的板條製品來說，其抗應力腐蝕破裂性亦差。

又，為了提升黃銅的強度，必須增大完工軋延率(煉度增大)，隨之而來，相對於軋延方向為垂直方向的彎曲加工性(亦即，彎曲軸相對於軋延方向為平行方向之彎曲加工性)就會明顯惡化。因此，即便係強度等級高的黃銅，有時也無法加工成連接器等電氣電子零件。例如，當提高黃銅1種之完工軋延率以使拉伸強度較570MPa高，則會變得難以壓製成形成小型零件。

尤其，以由Cu和Zn所構成之單純合金系的黃銅來說，要維持強度並使彎曲加工性提升並非易事。故，會著墨於對黃銅添加各種元素以拉高強度等級。譬如，已提出一種添加有Sn、Si及Ni等第3元素之Cu-Zn系銅合金(參照例如專利文獻1~3)。

先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2001-164328號公報(段落編號0013)
專利文獻2：日本特開2002-88428號公報(段落編號0014)
專利文獻3：日本特開2009-62610號公報(段落編號0019)

發明概要
發明欲解決之課題
然而，即便對黃銅(Cu-Zn系銅合金)添加Sn、Si及Ni等，有時仍無法充分提升彎曲加工性。

因此，本發明有鑑於上述之以往問題點，而以提供一種銅合金板材及其製造方法為目的，該銅合金板材可維持高強度、彎曲加工性優異、且抗應力腐蝕破裂性及抗應力鬆弛特性優異，並且價格低廉。

用以解決課題之手段
本發明人等為解決上述課題而潛心研究，結果發現只要設定如下，即可製出一種可維持高強度、彎曲加工性優異、且抗應力腐蝕破裂性及抗應力鬆弛特性優異，並且價格低廉之銅合金板材，終至完成本發明：設定成銅合金板材具有以下組成：含有17~32質量%之Zn、0.1~4.5質量%之Sn、0.5~2.0質量%之Si及0.01~0.3質量%之P，且剩餘部分為Cu及無法避免之不純物；其中，使P含量的6倍與Si含量之和為1質量%以上，並且具有以下結晶配向：令銅合金板材之板面的{220}結晶面之X射線繞射強度為I{220}且令{420}結晶面之X射線繞射強度為I{420}時，滿足I{220}/I{420}≦2.0。

亦即，本發明之銅合金板材具有以下組成：含有17~32質量%之Zn、0.1~4.5質量%之Sn、0.5~2.0質量%之Si及0.01~0.3質量%之P，且剩餘部分為Cu及無法避免之不純物；該銅合金板材之特徵在於：P含量的6倍與Si含量之和為1質量%以上，並且具有以下結晶配向：令銅合金板材之板面的{220}結晶面之X射線繞射強度為I{220}且令{420}結晶面之X射線繞射強度為I{420}時，滿足I{220}/I{420}≦2.0。

該銅合金板材亦可具有更含有1質量%以下之Ni或Co之組成，並且亦可具有以下組成：在合計3質量%以下之範圍內更含有選自於由Fe、Cr、Mg、Al、B、Zr、Ti、Mn、Au、Ag、Pb、Cd及Be所構成群組中之1種以上元素。另，該銅合金板材中，平均結晶粒徑宜為3~20μm。另外，銅合金板材之拉伸強度宜為550MPa以上，且0.2%偏位降伏強度宜為500MPa以上。又，銅合金板材之導電率宜為8%IACS以上。

另外，本發明之銅合金板材之製造方法，其特徵在於：在熔解銅合金原料並進行鑄造後，將650℃以下之溫度下的軋延道次之加工率設為10%以上，在900℃~300℃下進行加工率90%以上之熱軋延，接著，於進行中間冷軋延後，在400~800℃下進行中間退火，接下來，在加工率30%以下進行完工冷軋延後，在450℃以下之溫度下進行低溫退火，藉此製造銅合金板材，且前述銅合金原料具有以下組成：含有17~32質量%之Zn、0.1~4.5質量%之Sn、0.5~2.0質量%之Si及0.01~0.3質量%之P，且剩餘部分為Cu及無法避免之不純物，並且P含量的6倍與Si含量之和為1質量%以上。

該銅合金板材之製造方法中，於熱軋延中宜將650℃以下之溫度下的軋延道次之加工率設為35%以下。並且，於中間退火中，宜設定400~800℃下之維持時間及到達溫度並進行熱處理，使退火後之平均結晶粒徑成為3~20μm。

另外，該銅合金板材之製造方法中，銅合金板材亦可具有更含有1質量%以下之Ni或Co之組成，並且亦可具有以下組成：在合計3質量%以下之範圍內更含有選自於由Fe、Cr、Mg、Al、B、Zr、Ti、Mn、Au、Ag、Pb、Cd及Be所構成群組中之1種以上元素。另外，亦可交替重複多次中間冷軋延和中間退火。

此外，本發明之連接器端子之特徵在於：使用上述銅合金板材作為材料。

發明效果
根據本發明，可製造出一種銅合金板材，該銅合金板材可維持高強度、彎曲加工性優異、且抗應力腐蝕破裂性及抗應力鬆弛特性優異，並且價格低廉。

發明實施形態
本發明銅合金板材之實施形態係具有以下組成：含17~32質量%之Zn、0.1~4.5質量%之Sn、0.5~2.0質量%之Si及0.01~0.3質量%之P，且剩餘部分為Cu及無法避免之不純物；該銅合金板材中，P含量的6倍與Si含量之和為1質量%以上，並且具有以下結晶配向：令銅合金板材之板面的{220}結晶面之X射線繞射強度為I{220}且令{420}結晶面之X射線繞射強度為I{420}時，滿足I{220}/I{420}≦2.0。

本發明銅合金板材之實施形態係由Cu-Zn-Sn-Si-P合金所構成之板材，該Cu-Zn-Sn-Si-P合金係對含Cu與Zn之Cu-Zn系合金添加Sn、Si及P而成。

令銅合金板材之板面的{220}結晶面之X射線繞射強度為I{220}且令{420}結晶面之X射線繞射強度為I{420}時，銅合金板材的結晶配向滿足I{220}/I{420}≦2.0(較佳為I{220}/I{420}≦1.8))。若銅合金板材之I{220}/I{420}過大，則彎曲加工性會變差。

Zn具有提升銅合金板材之強度及彈性的效果。由於Zn較Cu廉價，故宜大量添加Zn。然而，若Zn含量大於32質量%，會因生成β相而導致銅合金板材之冷加工性明顯降低，且抗應力腐蝕破裂性也會降低，並且濕氣或加熱所致之鍍敷性及焊接性也降低。另一方面，若Zn含量少於17質量%，銅合金板材之0.2%偏位降伏強度及拉伸強度等強度及彈性不足，導致楊氏模數變大，並且銅合金板材在熔解時之氫氣吸留量變多，而容易產生鑄錠的氣孔，此外，廉價Zn的量少，在經濟面上也變得較不利。因此，Zn含量宜為17~32質量%，更宜為17~27質量%，且以18~23質量%最宜。

Sn具有提升銅合金板材之強度、抗應力鬆弛特性及耐應力腐蝕破裂特性的效果。為了再利用經Sn鍍敷等以Sn進行表面處理之材料，銅合金板材也以含有Sn為宜。然而，若Sn含量大於4.5質量%，銅合金板材的導電率便會急遽降低，並且在與Zn共存之下晶界偏析會變得激烈，導致熱加工性明顯降低。另一方面，若Sn含量少於0.1質量%，提升銅合金板材之機械特性的效果就變少，並且變得難以利用經施以Sn鍍敷等後之壓製屑等作為原料。因此，Sn含量宜為0.1~4.5質量%，更宜為0.2~2.5質量%。

Si就算只有少量，仍可具有提升銅合金板材之抗應力腐蝕破裂性的效果。為了充分獲得該效果，Si含量宜為0.5質量%以上。然而，若Si含量大於2.0質量%，導電性容易降低，另外，Si為易氧化元素，易使鑄造性降低，故Si含量不宜過多。因此，Si含量宜為0.5~2.0質量%，更宜為0.5~1.9質量%。

P就算只有少量，仍可具有提升銅合金板材之抗應力腐蝕破裂性的效果。為了充分獲得該效果，P含量宜多於0.01質量%。然而，若P含量大於0.3質量%，導電性易降低，故P含量不宜過多。因此，P含量宜為0.01~0.3質量%，更宜為0.01~0.25質量%。

又，若P含量的6倍與Si含量之和低於1質量%，有時會無法充分獲得提升銅合金板材之抗應力腐蝕破裂性的效果。

另，銅合金板材亦可具有更含有1質量%以下(較佳為0.7質量%以下)的Ni或Co之組成。並且，銅合金板材亦可具有以下組成：在合計3質量%以下(較宜在1質量%以下，更宜在0.5質量%以下)之範圍內更含有選自於由Fe、Cr、Mg、Al、B、P、Zr、Ti、Mn、Au、Ag、Pb、Cd及Be所構成之群組中之1種以上元素。

銅合金板材之平均結晶粒徑越小越有利於提升彎曲加工性，故宜在20μm以下，更宜在18μm以下，且以在17μm以下最宜。另一方面，銅合金板材之平均結晶粒徑若過小，則抗應力鬆弛特性有時會劣化，故宜為3μm以上，更宜為4μm以上。

為了使連接器等電氣電子零件小型化及薄化，銅合金板材的拉伸強度宜為550MPa以上，在580MPa以上更宜。並且，銅合金板材之0.2%偏位降伏強度宜為500MPa以上，更宜為520MPa以上。

隨著連接器等電氣電子零件的高積體化，為了抑制因通電所致之焦耳熱發生，銅合金板材之導電率宜為8%IACS以上，更宜為8.5%IACS以上。

銅合金板材之抗應力鬆弛特性的評估，係以日本電子材料工業協會標準規格EMAS-1011所規定之懸臂樑螺紋式應力鬆弛試驗為準據，在從銅合金板材採取試驗片(長度60mm×寬度10mm)，且該試驗片之長邊方向為LD(軋延方向)且寬度方向為TD(相對於軋延方向及板厚方向為垂直之方向)後，固定住該試驗片長邊方向一端側的部分，並且係在以其板厚方向成為撓曲位移方向之方式，於長邊方向另一端側的部分之跨距長度30mm的位置施加有相當於0.2%偏位降伏強度的80%之負荷應力的狀態下加以固定，測定將該試驗片在150℃下維持500小時後的撓曲位移，並根據該位移之變化率計算應力鬆弛率(%)時，應力鬆弛率宜在25%以下，更宜在23%以下，且以在22%以下最宜。

銅合金板材之抗應力腐蝕破裂性的評估，係對從銅合金板材切出之試驗片施加相當於0.2%偏位降伏強度的80%之彎曲應力，並將該試驗片於已加入3質量%之氨水的保乾器(desiccator)內在25℃下維持，當針對每1小時取出之試驗片利用光學顯微鏡以100倍的倍率觀察破裂的情況時，至可觀察到破裂為止的時間宜為100小時以上，更宜為110小時以上，且以120小時以上最宜。並且，該時間相較於市售之黃銅1種(C2600-SH)的板材之時間(5小時)，宜為20倍以上，更宜為22倍以上，且以24倍以上最宜。

另外，銅合金板材之彎曲加工性的評估，係使用以長邊方向會成為TD(相對於軋延方向及板厚方向為垂直之方向)之方式從銅合金板材切出之彎曲加工試驗片，當令LD(軋延方向)為彎曲軸來進行以JIS H3130為準據之90°W彎曲試驗時，90°W彎曲試驗中之最小彎曲半徑R和板厚t之比R/t宜在0.7以下，更宜在0.6以下。

如上述之銅合金板材可藉由本發明之銅合金板材之製造方法之實施形態來製造。本發明之銅合金板材之製造方法之實施形態具備：熔解及鑄造步驟、熱軋延步驟、中間冷軋延步驟、中間退火步驟、完工冷軋延步驟及低溫退火步驟；該熔解及鑄造步驟係熔解具有上述組成之銅合金原料並進行鑄造；該熱軋延步驟係在該熔解及鑄造步驟後，將650℃以下(較佳係650℃~300℃)之溫度下的軋延道次之加工率設為10%以上(較佳係10~35%)，於900℃~300℃下進行加工率90%以上之熱軋延；該中間冷軋延步驟係於該熱軋延步驟後進行冷軋延；該中間退火步驟係於該中間冷軋延步驟後，在400~800℃下進行退火；該完工冷軋延步驟係於該中間退火步驟後，以加工率30%以下進行完工冷軋延；並且該低溫退火步驟係於該完工冷軋延步驟後，在450℃以下之溫度下進行退火。以下，詳細說明該等步驟。又，於熱軋延後可視需要進行表面切削，於各熱處理後亦可視需要進行酸洗、研磨及脫脂。

(熔解及鑄造步驟)
藉由與一般黃銅之熔製方法同樣的方法來熔解銅合金原料後，利用連續鑄造或半連續鑄造等來製造鑄片。又，熔解原料時的氣體環境，在大氣環境下即已足夠。

(熱軋延步驟)
通常，Cu-Zn系銅合金之熱軋延係在650℃以上或700℃以上之高溫區中軋延，並且係為了透過軋延中及軋延道次間的再結晶來破壞鑄造組織及使材料軟化而進行。然而，以如上述之一般熱軋延條件，難以製造出如本發明銅合金板材之實施形態之具有特異集合組織之銅合金板材。亦即，若為如上述之一般熱軋延條件，就算使後續步驟之條件於廣範圍中變化，仍係難以製造出具有以下結晶配向之銅合金板材：令銅合金板材之板面的{220}結晶面之X射線繞射強度為I{220}且令{420}結晶面之X射線繞射強度為I{420}時，滿足I{220}/I{420}≦2.0。因此，本發明之銅合金板材之製造方法之實施形態中，就熱軋延步驟，係將650℃以下(較佳為650℃~300℃)的溫度下之軋延道次的加工率設為10%以上(較佳為10~35%、更佳為10~20%)，於900℃~300℃下進行加工率90%以上之軋延。又，在熱軋延鑄片時，藉由在容易發生再結晶之較600℃更高溫的區域中進行最初之軋延道次，即可破壞鑄造組織，且能謀求成分與組織之均勻化。但若在高於900℃之高溫下進行軋延，則恐會在合金成分的偏析部分等熔點降低之部分發生破裂，故不宜。

(中間冷軋延步驟)
此冷軋延步驟中，宜將加工率設為50%以上，更宜設為60%以上，且以設為70%以上最宜。

(中間退火步驟)
此中間退火步驟中，係在400~800℃(較佳為400~700℃)下進行退火。並且，該中間退火步驟中，宜設定400~800℃(較佳係400~700℃、更佳係450~650℃)下之維持時間及到達溫度並進行熱處理，使退火後之平均結晶粒徑成為20μm以下(較佳係18μm以下、更佳係17μm以下)且在3μm以上(較佳係4μm以上)。又，雖然利用該退火而產生之再結晶粒粒徑會依退火前之冷軋延加工率及化學組成的不同而有所變動，但只要就各個合金事先透過實驗來求算退火熱曲線與平均結晶粒徑之關係，便能在400~800℃下設定維持時間及到達溫度。具體而言，若為本發明之銅合金板材之化學組成，便可就在400~800℃下維持數秒至數小時之加熱條件，設定適當條件。

另，中間冷軋延步驟和中間退火步驟亦可依序重複進行。當重複中間冷軋延步驟和中間退火步驟時，於最後的中間退火(再結晶退火)步驟中，宜在其他的中間退火溫度以上之溫度下進行熱處理，並且宜設定400~800℃(較佳係400~700℃、更佳係450~650℃)下之維持時間及到達溫度並進行熱處理，使最後的中間退火後之平均結晶粒徑成為20μm以下(較佳係18μm以下、更佳係17μm以下)且在3μm以上(較佳係4μm以上)。

(完工冷軋延步驟)
完工冷軋延係為了提升強度等級而施行。完工冷軋延之加工率若過低，強度便低，而隨著完工冷軋延之加工率增加，以{220}為主方位成分之軋延集合組織會逐漸發達。另一方面，完工冷軋延之加工率若過高，{220}方位之軋延集合組織相對變得過於強勢，而無法實現可提升強度與彎曲加工性兩者的結晶配向。因此，完工冷軋延必須以加工率30%以下進行軋延，且宜以加工率5~29%進行軋延，以加工率10~28%進行軋延為最宜。藉由進行如上述之完工冷軋延，便能維持滿足I{220}/I{420}≦2.0之結晶配向。又，最終板厚宜製成為0.02~1.0mm左右，更宜製成為0.05~0.5mm，且以製成為0.05~0.3mm最宜。

(低溫退火步驟)
於完工冷軋延後亦可進行低溫退火，以透過減低銅合金板材之殘留應力來提升耐應力腐蝕破裂特性及彎曲加工性，並透過減低空孔及滑動面上之差排來提升抗應力鬆弛特性。尤其，當係Cu-Zn系銅合金時，必須在450℃以下之溫度下進行低溫退火，並且宜在150~400℃(更佳係300~400℃)之加熱溫度(較佳係較中間退火步驟中之退火溫度更低的溫度)下進行低溫退火。藉由該低溫退火，可同時提升強度、耐應力腐蝕破裂特性、彎曲加工性及抗應力鬆弛特性，並且可使導電率上升。若該加熱溫度過高，在短時間內便會軟化，而不論以分批式或以連續式皆容易發生特性之參差。另一方面，若加熱溫度過低，便無法充分獲得提升上述特性的效果。此外，於該加熱溫度下之維持時間宜為5秒以上，而通常在1小時以內即可獲得良好結果。

實施例
以下，詳細說明本發明之銅合金板材及其製造方法之實施例。

[實施例1~18、比較例1~5]
從藉由分別熔解以下銅合金並進行鑄造而得之鑄塊，分別切出100mm×100mm×100mm的鑄片：含20質量%之Zn、0.79質量%之Sn、1.9質量%之Si及0.05質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例1)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn、1.9質量%之Si及0.10質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例2)；含20質量%之Zn、0.79質量%之Sn、1.9質量%之Si及0.20質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例3)；含20質量%之Zn、0.78質量%之Sn、1.1質量%之Si及0.05質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例4)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn、1.0質量%之Si及0.10質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例5)；含20質量%之Zn、0.79質量%之Sn、1.0質量%之Si及0.20質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例6)；含20質量%之Zn、0.79質量%之Sn、0.5質量%之Si及0.10質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例7)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn、0.5質量%之Si及0.20質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例8)；含20質量%之Zn、0.78質量%之Sn、1.0質量%之Si及0.02質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例9)；含30質量%之Zn、0.20質量%之Sn、1.8質量%之Si及0.10質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例10)；含20質量%之Zn、2.10質量%之Sn、1.7質量%之Si及0.10質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例11)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn、1.7質量%之Si及0.10質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例12)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn、1.8質量%之Si、0.10質量%之P及0.5質量%之Ni，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例13)；含19質量%之Zn、0.78質量%之Sn、1.8質量%之Si、0.10質量%之P及0.5質量%之Co，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例14)；含20質量%之Zn、0.77質量%之Sn、1.9質量%之Si、0.10質量%之P、0.15質量%之Fe、0.07質量%之Cr及0.08質量%之Mn，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例15)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn、1.7質量%之Si、0.10質量%之P、0.08質量%之Mg、0.08質量%之Al、0.1質量%之Zr及0.1質量%之Ti，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例16)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn、1.7質量%之Si、0.10質量%之P、0.05質量%之B、0.05質量%之Pb及0.1質量%之Be，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例17)；含21質量%之Zn、0.79質量%之Sn、1.9質量%之Si、0.10質量%之P、0.05質量%之Au、0.08質量%之Ag、0.08質量%之Pb及0.07質量%之Cd，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(實施例18)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn及0.20質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(比較例1)；含20質量%之Zn和0.80質量%之Sn，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(比較例2)；含20質量%之Zn、0.79質量%之Sn及0.5質量%之Si，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(比較例3)；含19質量%之Zn、0.77質量%之Sn及1.0質量%之Si，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(比較例4)；含20質量%之Zn、0.80質量%之Sn、1.9質量%之Si及0.10質量%之P，且剩餘部分由Cu所構成之銅合金(比較例5)。又，各個銅合金中之P含量的6倍與Si含量之和(6P+Si)分別係：2.2質量%(實施例1)、2.5質量%(實施例2、15、18、比較例5)、3.1質量%(實施例3)、1.4質量%(實施例4)、1.6質量%(實施例5)、2.2質量%(實施例6)、1.1質量%(實施例7、9)、1.7質量%(實施例8)、2.4質量%(實施例10、13、14)、2.3質量%(實施例11、12、16、17)、1.2質量%(比較例1)、0質量%(比較例2)、0.5質量%(比較例3)及1.0質量%(比較例4)。

將各個鑄片在750℃下加熱30分鐘後，在900℃~300℃之溫度區中進行熱軋延，將厚度製成10mm(加工率90%)。就該熱軋延，900℃~300℃之溫度區當中，在650℃~300℃之溫度區中係分別將加工率設為15%(實施例1~18)和5%(比較例1~5)。

接著，在加工率84%下進行冷軋延直到厚度1.60mm為止之後，進行在500℃下維持1小時之中間退火。

接下來，在進行冷軋延後進行(最後的)中間退火(再結晶退火)，該冷軋延係分別以加工率76%進行至厚度0.38mm(實施例1~3、10、13~18)、以加工率75%進行至厚度0.40mm(實施例4~6、比較例4)、以加工率74%進行至厚度0.42mm(實施例7~9、12、比較例3)、以加工率78%進行至厚度0.35mm(實施例11)、以加工率72%進行至厚度0.45mm(比較例1~2)、及以加工率77%進行至厚度0.37mm(比較例5)為止，並且該(最後的)中間退火(再結晶退火)係分別在500℃(實施例1~3、5~10、15~18、比較例1、3~4)、550℃(實施例4、11)、600℃(實施例12~14)、525℃(比較例2)及350℃(比較例5)下維持10分鐘。

然後，在進行完工冷軋延後進行低溫退火，該完工冷軋延係分別以加工率21%進行至厚度0.30mm(實施例1~3、10、13~18)、以加工率25%進行至厚度0.30mm(實施例4~6、比較例4)、以加工率27%進行至厚度0.30mm(實施例7~9、12、比較例3)、以加工率15%進行至厚度0.30mm(實施例11)、以加工率33%進行至厚度0.30mm(比較例1~2)、及以加工率15%進行至厚度0.31mm(比較例5)為止，並且該低溫退火係分別在350℃(實施例1~3、7~8、10~18、比較例3)、300℃(實施例4、9、比較例1~2、5)及325℃(實施例5~6、比較例4)下維持30分鐘。

從以上述方式製得之實施例1~18及比較例1~5之銅合金板材採取試樣，並且以如下之方式調查了結晶粒組織之平均結晶粒徑、X射線繞射強度、導電率、拉伸強度(0.2%偏位降伏強度和拉伸強度)、抗應力鬆弛特性、抗應力腐蝕破裂性及彎曲加工性。

結晶粒組織之平均結晶粒徑，係在研磨銅合金板材的板面(軋延面)後進行蝕刻，並以光學顯微鏡觀察該面，且利用JIS H0501之切割法來測定。其結果，平均結晶粒徑分別為5μm(實施例1~10、13~18、比較例1~4)、6μm(實施例11)、15μm(實施例12)及2μm(比較例5)。

X射線繞射強度(X射線繞射積分強度)之測定係藉由以下方式進行：採用X射線繞射裝置(XRD)(Rigaku股份有限公司製之RINT2000)，在使用Cu管球且管電壓40kV、管電流20mA的條件下，針對試樣的板面(軋延面)測定{220}面之繞射峰的積分強度I{220}、和{420}面之繞射峰的積分強度I{420}。利用該等測定值求算X射線繞射強度比I{220}/I{420}，結果分別為1.6(實施例1~4、6、10~11、13~14、17)、1.7(實施例5、8、12)、1.8(實施例7、9)、1.5(實施例15~16、18)、2.6(比較例1)、2.7(比較例2)、2.5(比較例3~4)及2.4(比較例5)。

銅合金板材之導電率，係依據JIS H0505之導電率測定方法進行測定。其結果，導電率分別係：10.1%IACS(實施例1)、9.6%IACS(實施例2)、9.3%IACS(實施例3)、14.2%IACS(實施例4)、13.4%IACS(實施例5)、13.0%IACS(實施例6)、16.0%IACS(實施例7)、15.8%IACS(實施例8)、14.2%IACS(實施例9)、14.0%IACS(實施例10)、8.9%IACS(實施例11)、9.6%IACS(實施例12)、10.4%IACS(實施例13)、10.1%IACS(實施例14)、9.6%IACS(實施例15)、9.8%IACS(實施例16)、9.5%IACS(實施例17)、9.6%IACS(實施例18)、24.1%IACS(比較例1)、25.5%IACS(比較例2)、16.0%IACS(比較例3)、13.0%IACS(比較例4)及9.0%IACS(比較例5)。

作為銅合金板材之機械特性的拉伸強度，係分別採取3個銅合金板材之LD(軋延方向)之拉伸試驗用試驗片(JIS Z2201之5號試驗片)，針對各個試驗片進行以JIS Z2241為準據之拉伸試驗，並根據平均值來求算LD之0.2%偏位降伏強度與拉伸強度。其結果，LD之0.2%偏位降伏強度與拉伸強度分別係：524MPa、639MPa(實施例1)；531MPa、640MPa(實施例2)；535MPa、645MPa(實施例3)；526MPa、585MPa(實施例4)；532MPa、616MPa(實施例5)；530MPa、600MPa(實施例6)；545MPa、620MPa(實施例7)；549MPa、612MPa(實施例8)；576MPa、620MPa(實施例9)；550MPa、650MPa(實施例10)；620MPa、714MPa(實施例11)；535MPa、610MPa(實施例12)；534MPa、638MPa(實施例13)；535MPa、640MPa(實施例14)；532MPa、641MPa(實施例15)；530MPa、635MPa(實施例16)；530MPa、632MPa(實施例17)；538MPa、640MPa(實施例18)；533MPa、587MPa(比較例1)；515MPa、600MPa(比較例2)；570MPa、621MPa(比較例3)；591MPa、645MPa(比較例4)；及，520MPa、639MPa(比較例5)。

銅合金板材之抗應力鬆弛特性，係透過日本電子材料工業協會標準規格EMAS-1011所規定之懸臂樑螺紋式應力鬆弛試驗來進行評估。具體而言，係從銅合金板材採取試驗片(長度60mm×寬度10mm)，該試驗片之長邊方向為LD(軋延方向)且寬度方向為TD(相對於軋延方向及板厚方向為垂直之方向)，將該試驗片之長邊方向一端側的部分固定於懸臂樑螺紋式之撓曲位移負荷用試驗治具，並且係在以其板厚方向成為撓曲位移方向之方式，於長邊方向另一端側的部分之跨距長度30mm的位置(利用撓曲位移負荷用螺栓)施加有相當於0.2%偏位降伏強度的80%之負荷應力的狀態下加以固定，測定將該試驗片在150℃下維持500小時後的撓曲位移，並根據該位移之變化率計算應力緩和率(%)，藉此進行評估。其結果，應力緩和率分別為20%(實施例1~2、5~6、10、14)、19%(實施例3、15~16)、21%(實施例4、7)、18%(實施例8~9、12、17)、16%(實施例11)、17%(實施例13、18)、40%(比較例1、5)及45%(比較例2)。

銅合金板材之抗應力腐蝕破裂性，係將從銅合金板材採取而得之寬度10mm的試驗片彎曲成拱狀，使其長邊方向中央部的表面應力成為0.2%偏位降伏強度的80%之大小，並在此狀態下將該試驗片於已加入3質量%之氨水的保乾器內在25℃下維持，並且針對每1小時取出之寬度10mm的試驗片，利用光學顯微鏡以100倍的倍率觀察破裂的情況，藉以進行評估。其結果，分別在以下時間後觀察到破裂的情形：160小時(實施例1)、199小時(實施例2)、324小時(實施例3)、135小時(實施例4)、165小時(實施例5)、250小時(實施例6)、124小時(實施例7)、150小時(實施例8)、135小時(實施例9)、185小時(實施例10)、201小時(實施例11)、189小時(實施例12)、190小時(實施例13)、200小時(實施例14)、190小時(實施例15)、205小時(實施例16)、192小時(實施例17)、199小時(實施例18)、40小時(比較例1)、30小時(比較例2)、92小時(比較例3)、95小時(比較例4)及180小時(比較例5)；相較於市售之黃銅1種(C2600-SH)的板材之時間(5小時)，至可觀察到破裂為止的時間分別為：32倍(實施例1)、40倍(實施例2)、65倍(實施例3)、27倍(實施例4)、33倍(實施例5)、50倍(實施例6)、25倍(實施例7)、30倍(實施例8)、27倍(實施例9)、37倍(實施例10)、40倍(實施例11)、38倍(實施例12)、38倍(實施例13)、40倍(實施例14)、38倍(實施例15)、41倍(實施例16)、38倍(實施例17)、40倍(實施例18)、8倍(比較例1)、6倍(比較例2)、18倍(比較例3)、19倍(比較例4)及35倍(比較例5)。

為了評估銅合金板材之彎曲加工性，係以長邊方向會成為TD(相對於軋延方向及板厚方向為垂直之方向)之方式從銅合金板材切出彎曲加工試驗片(寬度10mm)，並設LD(軋延方向)為彎曲軸(BadWay彎曲(B.W.彎曲))而進行了以JIS H3130為準據之90°W彎曲試驗。就該試驗後之試驗片，利用光學顯微鏡以100倍的倍率觀察彎曲加工部的表面及截面，並求算不會發生破裂之最小彎曲半徑R，將該最小彎曲半徑R除以銅合金板材之板厚t，藉此求得各自的R/t值。其結果，R/t分別為0.3以下(實施例1、9)、0.6(實施例2~3、5~6、8、11~12、14、18、比較例5)、0.3(實施例4、7、10、13、15~17)、1.0(比較例1~2)及0.8(比較例3~4)。

於表1~表4示出該等實施例及比較例之銅合金板材的製造條件及特性。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

從表1~表4可知：如實施例1~18之銅合金板材這種具有17~32質量%之Zn、0.1~4.5質量%之Sn、0.5~2.0質量%之Si及0.01~0.3質量%之P，且剩餘部分為Cu及無法避免之不純物之組成之銅合金板材中，若P含量的6倍與Si含量之和為1質量%以上，並且具有以下結晶配向：令銅合金板材之板面的{220}結晶面之X射線繞射強度為I{220}，且令{420}結晶面之X射線繞射強度為I{420}時，滿足I{220}/I{420}≦2.0，即為可維持高強度、彎曲加工性優異、且抗應力腐蝕破裂性及抗應力鬆弛特性優異之銅合金板材。

而，可知：如同比較例1及2之銅合金板材，若不含Si，並且使650℃以下之溫度下的熱軋延之軋延道次加工率低於10%，而使I{220}/I{420}＞2.0，則抗應力腐蝕破裂性、抗應力鬆弛特性及彎曲加工性變差。

並且可知：如同比較例3及4之銅合金板材，若不含P，並且使650℃以下之溫度下的熱軋延之軋延道次加工率低於10%，而導致I{220}/I{420}＞2.0，則抗應力腐蝕破裂性及彎曲加工性變差。

此外，還可知：如同比較例5之銅合金板材，若使650℃以下之溫度下的熱軋延之軋延道次加工率低於10%，而導致I{220}/I{420}＞2.0，並且使最後的中間退火之溫度低於400℃，而使平均結晶粒徑為2μm，則抗應力鬆弛特性變差。

Claims

一種銅合金板材，具有以下組成：含有17~32質量%之Zn、0.1~4.5質量%之Sn、0.5~2.0質量%之Si及0.01~0.3質量%之P，且剩餘部分為Cu及無法避免之不純物；該銅合金板材之特徵在於：P含量的6倍與Si含量之和為1質量%以上；並且具有以下結晶配向：令銅合金板材之板面的{220}結晶面之X射線繞射強度為I{220}且令{420}結晶面之X射線繞射強度為I{420}時，滿足I{220}/I{420}≦2.0。
如請求項1之銅合金板材，前述銅合金板材具有以下組成：更含有1質量%以下之Ni或Co。
如請求項1之銅合金板材，前述銅合金板材具有以下組成：在合計3質量%以下之範圍內更含有選自於由Fe、Cr、Mg、Al、B、Zr、Ti、Mn、Au、Ag、Pb、Cd及Be所構成群組中之1種以上元素。
如請求項1之銅合金板材，前述銅合金板材之平均結晶粒徑為3~20μm。
如請求項1之銅合金板材，前述銅合金板材之拉伸強度為550MPa以上。
如請求項1之銅合金板材，前述銅合金板材之0.2%偏位降伏強度為500MPa以上。
如請求項1之銅合金板材，前述銅合金板材之導電率為8%IACS以上。
一種銅合金板材之製造方法，其特徵在於：在熔解銅合金原料並進行鑄造後，將650℃以下之溫度下的軋延道次之加工率設為10%以上，在900℃~300℃下進行加工率90%以上之熱軋延，接著，於進行中間冷軋延後，在400~800℃下進行中間退火，接下來，在以加工率30%以下進行完工冷軋延後，在450℃以下之溫度下進行低溫退火，藉此製造銅合金板材，且前述銅合金原料具有以下組成：含有17~32質量%之Zn、0.1~4.5質量%之Sn、0.5~2.0質量%之Si及0.01~0.3質量%之P，且剩餘部分為Cu及無法避免之不純物，並且P含量的6倍與Si含量之和為1質量%以上。
如請求項8之銅合金板材之製造方法，其中前述熱軋延中，係將650℃以下之溫度下的軋延道次之加工率設為35%以下。
如請求項8之銅合金板材之製造方法，其中前述中間退火中，係設定400~800℃下之維持時間及到達溫度並進行熱處理，使退火後之平均結晶粒徑成為3~20μm。
如請求項8之銅合金板材之製造方法，其中前述銅合金板材具有以下組成：更含有1質量%以下之Ni或Co。
如請求項8之銅合金板材之製造方法，其中前述銅合金板材具有以下組成：在合計3質量%以下之範圍內更含有選自於由Fe、Cr、Mg、Al、B、Zr、Ti、Mn、Au、Ag、Pb、Cd及Be所構成群組中之1種以上元素。
如請求項8之銅合金板材之製造方法，其交替重複多次前述中間冷軋延和前述中間退火。
一種連接器端子，其特徵在於：使用如請求項1之銅合金板材作為材料。