TWI705148B - 銅合金板材及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種衝壓鑽孔加工性、保證應力、彎曲加工性、導電性優異且適合超小型端子之銅合金板材及其製造方法。
一種銅合金板材以及該銅合金板材之製造方法，該銅合金板材具有如下組成：含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni、0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，進而含有選自由0~0.5%質量%之Sn、0~1.0質量%之Zn、0~0.2質量%之Mg、0~0.15質量%之Mn、0~0.2質量%之Cr、0~1.5質量%之Co、0~0.02質量%之Fe、及0~0.1質量%之Ag組成之群中之至少1種，且剩餘部分由銅及不可避免之雜質構成，與軋製面平行之板厚之一半厚度位置之平面上的藉由電子背向散射繞射法進行之結晶方位解析中，具有自S方位{231}<3-46>之偏移在15°以內之方位的晶粒於60μm見方內分佈3個以上且50個以下，且具有自S方位{231}<3-46>之偏移在15°以內之方位的晶粒之平均晶粒面積為1.0μm2以上且300μm2以下。
Description
本發明係關於一種適用於電氣、電子機器用之連接器、繼電器、開關、插座、汽車車載用之連接器等之銅合金板材及其製造方法。
對用於電氣、電子機器用途之銅合金材料所要求之特性項目有導電率、保證應力(降伏應力)、拉伸強度、彎曲加工性、耐應力緩和特性、疲勞特性、衝壓鑽孔加工性等。近年來，伴隨著電氣、電子機器之小型化、輕量化、高功能化、高密度構裝化、或使用環境之高溫化，對該等特性之要求水準不斷提高。
近年來，電氣、電子機器用材料中，代替磷青銅、黃銅等藉由固溶強化、加工硬化所形成之高強度化之合金，析出強化型之銅合金之使用量增加。經析出強化之銅合金於藉由固溶化等而使其固溶之後實施時效析出熱處理，藉此，於銅合金中微細之第二相(析出物)均勻地分散，合金之強度變高，並且銅合金中之固溶元素之量減少，故導電率提高。藉此，可獲得強度、導電率優異之材料。
然而，伴隨著近來用於電子機器或汽車之零件之小型化，對於端子，其材料之高強度化、薄板化、接腳之窄幅化亦顯著，從而要求更
精密之加工。例如寬度為0.3mm以下之超小型端子於衝壓加工時擠壓材料之面積亦變小，故於加工時易產生毛邊、凹陷、塌邊，並且於鑽孔方向上產生材料之滾動，從而按照尺寸之加工極其困難。又，衝壓破面之剪切面與斷裂面之比率之不均勻化推進，加工後之尺寸與設計值存在較大差異，且對端子之壓接、變形量等機械特性造成影響。相對於此，藉由材料之擠壓或間隙調整、鑽孔速度之調整等控制，而於某種程度上改善加工性，但難以大幅改善。又，對於衝壓加工後之彎曲加工亦同樣地要求精密之加工，於如習知般之加工中會產生裂紋。
對於防止該超小型端子之衝壓加工時之毛邊、塌邊、凹陷之產生、防止剪切面與斷裂面之不均勻、及改善彎曲加工性之要求，提出有若干藉由第二相之分散與控制而解決之方案。
例如，關於Cu-Ni-Si系銅合金進行了若干如下之揭示。於專利文獻1中，揭示有於Cu-Ni-Si系合金之衝壓加工時，藉由使{110}、{111}、{311}配向於板材之ND面，而於材料之剪切變形及剪切變形之後自衝頭之刀尖使裂紋之產生均勻化，使斷裂變形良好，從而改善衝壓鑽孔加工性。又，於專利文獻2中，揭示有於Cu-Ni-Si系合金中，藉由提高Cube方位{001}<100>與S方位{231}<3-46>，而改善彎曲加工性與耐應力緩和特性。於專利文獻3中，揭示有於Cu-Ni-Si系合金中，藉由將自S方位{231}<3-46>之方位之偏移角度在30°以內之晶粒之面積率設為60%以上，而改善彎曲加工性。於專利文獻4中，揭示有藉由控制Cu-Ni-Si系合金板材之板面之I{420}結晶面、I{220}結晶面之X射線繞射強度，而改善凹槽彎曲加工性。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-68114號公報
[專利文獻2]日本專利第4875768號公報
[專利文獻3]日本專利第4615628號公報
[專利文獻4]日本特開2009-35775號公報
然而，專利文獻1~4之技術中任一者均稱不上為充分改善衝壓鑽孔加工性至足以製造超小型端子之程度。
因此，本發明之課題係提供一種衝壓鑽孔加工性、保證應力、彎曲加工性、導電性優異且適合超小型端子之銅合金板材及其製造方法。
根據本發明，提供下述手段。
(1)一種銅合金板材，其具有如下組成：含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni、0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，進而含有選自由0~0.5%質量%之Sn、0~1.0質量%之Zn、0~0.2質量%之Mg、0~0.15質量%之Mn、0~0.2質量%之Cr、0~1.5質量%之Co、0~0.02質量%之Fe、及0~0.1質量%之Ag組成之群中之至少1種，且剩餘部分由銅及不可避免之雜
質構成，與軋製面平行之板厚之一半厚度位置之平面上的藉由電子背向散射繞射法進行之結晶方位解析中，具有自S方位{231}<3-46>之偏移在15°以內之方位的晶粒於60μm見方內分佈3個以上且50個以下，且具有自S方位{231}<3-46>之偏移在15°以內之方位的晶粒之平均晶粒面積為1.0μm2以上且300μm2以下。
(2)如(1)之銅合金板材，其中，自以軋製平行方向(RD)為法線之側觀察上述銅合金板材之衝壓鑽孔破面時，剪切面長度(SRD)與斷裂面長度(DRD)之比(SRD/DRD)為1.0以下；自軋製垂直方向(TD)觀察時，剪切面長度(STD)與斷裂面長度(DTD)之比(STD/DTD)為1.0以下；進而其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}為0.8以上且1.2以下。
(3)一種銅合金板材之製造方法，其包括以下各步驟而成：將賦予上述(1)項之銅合金組成的銅合金素材熔解[步驟1]，以0.1℃/秒至100℃/秒之冷卻速度冷卻後進行鑄造[步驟2]，從而獲得鑄塊，對該鑄塊進行軋製1[步驟3]，其係對鑄塊實施於長度方向與寬度方向上分別2次以上且合計軋製加工率5%以上之軋製加工，進行保持溫度800℃以上且1050℃以下、保持時間3分鐘~10小時之均質化熱處理[步驟4]之後，以800℃以上且1050℃以下、合計軋製加工率50%以上進行熱軋[步驟5]，進而進行藉由水淬火之冷卻[步驟6]，從而獲得薄板，進行面切削[步驟7]之後，以合計軋製加工率50%以上進行冷軋2[步驟8]，從而獲得薄板，將軋製中之溫度加熱至300℃以上且600℃以下，進行合計軋製加工率30%以上之軋製加工3[步驟9]之後，實施升溫速度5℃/秒、達到溫度800℃、且於達到後
急冷之固溶化熱處理[步驟10]，進行以升溫速度5℃/秒、達到溫度400℃以上、保持時間10分鐘~10小時來熱處理之時效析出熱處理[步驟11]之後，以合計之軋製加工率成為5%以上之方式進行冷軋4[步驟12]，進行升溫速度10℃/秒、達到溫度300℃以上、且於溫度達到後急冷之最終退火[步驟13]，以及進行酸洗、表面研磨[步驟14]。
根據本發明之銅合金板材，可提供一種衝壓鑽孔加工性、彎曲加工性優異，且顯示優異之保證應力與導電性之銅合金板材。由此，可提供一種具有特別適合於電氣、電子機器用之小型連接器、端子材、汽車車載用等之連接器或端子材、繼電器、開關、插座等之性質的銅合金板材。
又，根據本發明之製造方法，可較佳地製造上述銅合金板材。
本發明之上述及其他特徵以及優點可適當參照隨附圖式且根據下述記載而變得更加明確。
1:銅合金板材
1a:接腳
RD:軋製平行方向
TD:厚度方向
ND:軋製面之法線方向
2a:剪切面
2b:斷裂面
SRD:自軋製平行方向(RD)觀察時之剪切面長度
DRD:自軋製平行方向(RD)觀察時之斷裂面長度
3a:剪切面
3b:斷裂面
STD:自軋製垂直方向(TD)觀察時之剪切面長度
DTD:自軋製垂直方向(TD)觀察時之斷裂面長度
圖1係說明S方位晶粒之存在狀態之一例之俯視圖。
圖2係說明衝壓鑽孔破面中的軋製平行方向(RD)上的剪切面長度(SRD)與斷裂面長度(DRD)之比(SRD/DRD)、及軋製垂直方向(TD)上的剪切面長度(STD)與斷裂面長度(DTD)之比(STD/DTD)、進而其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}之模式圖。
圖3係模式性地表示使用模具(衝頭、模嘴)對板材試樣進行鑽孔加工時之剖面之圖。
對本發明之銅合金板材之較佳之一實施形態進行說明。再者，於本發明中之「板材」中亦包含「條材」。
本發明人等對適合電氣、電子機器用途、汽車車載用途之銅合金進行了研究。其結果發現，於Cu-Ni-Si系銅合金板材中，為了使衝壓鑽孔加工性、強度、彎曲加工性大幅提高，提高具有S方位{231}<3-46>之晶粒之一定面積中的等分散與提高衝壓鑽孔加工性、強度、彎曲加工有關。基於該見解進行銳意研究之結果，完成了本發明。藉此，藉由上述模具之間隙研究或速度調整等衝壓加工技術、與材料(金屬組織)之控制，而預計使加工精度(斷裂面之比率較小之優異之加工性)大幅提高。又，為了實現如上所述之金屬組織，根據提高S方位晶粒之等分散與提高衝壓鑽孔加工性有關的情況，而完成了製造方法之發明。
更詳細而言，為了改善銅合金板材之衝壓鑽孔加工性，本發明人等對衝壓鑽孔加工中之塌邊、凹陷、毛邊、剪切/斷裂面之產生進行調查後確認，銅合金板材於衝壓加工中在衝頭與模嘴之間被切斷之過程中，局部地產生塑性變形，而材料自衝頭側斷裂，龜裂沿板厚方向上延伸，其後達到斷裂。發現於塑性變形中衝頭與材料以面接觸，故於衝頭、材料間產生摩擦，而產生剪切面。又，經確認，因局部之塑性變形中產生之加工硬化而引起微孔之產生與連結，達到加工極限。進而，發現為了如此般獲得良好之衝壓鑽孔加工性，提高於塑性變形中不易產生加工硬化之結晶方位之比例較為有效。
基於該等見解進一步進行調查發現，於S方位{231}<3-46>之晶粒等分散之情形時，可獲得良好之衝壓鑽孔加工性。
此處，所謂S方位晶粒等分散，於本說明書中係指與軋製面(ND面)平行之板厚之一半厚度位置之平面上的藉由電子背向散射繞射法進行之結晶方位解析中，於60μm見方(60μm×60μm)內S方位{231}<3-46>之晶粒(以下，亦存在簡稱為S方位晶粒之情況)分佈有3個以上且50個以下。
本實施形態之銅合金板材係具有如下組成：該組成含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni、0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，進而分別以特定之含量含有副添加元素，且剩餘部分由銅及不可避免之雜質構成，於板厚之一半厚度之平面上的藉由電子背向散射繞射(EBSD)法進行之結晶方位解析中，S方位晶粒等分散。
又，進而，軋製平行方向(RD)(//)與軋製垂直方向(TD)(⊥)之衝壓鑽孔加工性{衝壓鑽孔破面之剪切面長度(S)與斷裂面長度(D)之比(SRD/DRD)與(STD/DTD)}為1.0以下，較佳為0.95以下，更佳為0.9以下。進而，其等之比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}為0.8以上且1.2以下，較佳為0.85以上且1.15以下，進而較佳為0.9以上且1.1以下。
以下，詳細地進行說明。
(合金組成)
本實施形態之銅合金板材較佳為具有如下組成：含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni、0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，進而分別以特定之含量含有副添加元素，且剩餘部分由銅及不可避免之雜質構成。更佳
為將Ni設為1.5質量%以上且4.8質量%以下，將Si設為0.5質量%以上且2.0質量%以下。特佳為將Ni設為2.0質量%以上且4.5%以下，將Si設為0.7質量%以上且1.5%以下。
根據上述合金組成，Ni-Si系化合物(Ni2Si相)於Cu基質中析出而使強度及導電性提高。另一方面，Ni之含量若過少則無法獲得強度，若過多則於鑄造時或熱加工時產生無助於強度提高之析出，從而無法獲得與添加量相稱之強度，進而熱加工性及彎曲加工性降低。又，由於Si與Ni形成Ni2Si相，故若決定Ni量，則Si添加量大體決定。若Si量過少則無法獲得強度，若Si量過多則會產生與Ni量較多之情形時相同之問題。因此，Ni及Si之添加量較佳為設為上述範圍。
又，銅合金板材亦可含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni、0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，進而作為副添加元素，含有選自由0~0.5%質量%之Sn、0~1.0質量%之Zn、0~0.2質量%之Mg、0~0.15質量%之Mn、0~0.2質量%之Cr、0~1.5質量%之Co、0~0.02質量%之Fe、及0~0.1質量%之Ag所組成之群中之至少1種。
該等副添加元素之總量若為上述範圍，則不易產生使導電率降低之弊端。又，若為上述範圍，則充分地利用下述添加效果，且導電率不會顯著降低。尤其是若為上述各個特定之含量，則可獲得較高之添加效果與較高之導電率。另一方面，於副添加元素過少之情形時，添加效果不會充分地顯現。另一方面，於副添加元素過多之情形時，導電率變低而不佳。以下，記載各元素之添加效果。
[0~0.20質量%之Mg]
Mg與Sn或Zn同樣地係具有使耐應力緩和特性提高並且顯著地改善焊料脆化之作用的元素。然而，若Mg之含量超過0.2質量%，則有產生如下問題之疑慮：Mg固溶於銅合金之母材而使導電率顯著惡化。因此，Mg含量係設為0~0.20質量%。再者，與單獨添加Mg相比，將Mg與Sn或Zn一併添加可藉由協同作用而使耐應力緩和特性明顯提高，故較佳為將Mg與Sn或Zn一併添加。
[0~0.50質量%之Sn]
Sn與Mg或Zn同樣地係具有使耐應力緩和特性提高並且顯著地改善焊料脆化之作用的元素。然而，若Sn含量超過0.50質量%，則有產生熱加工性及導電率惡化之問題之疑慮。因此，Sn含量係設為0~0.50質量%。再者，與單獨添加Sn相比，將Sn與Mg或Zn一併添加可藉由協同作用而使耐應力緩和特性明顯提高，故較佳為將Sn與Mg或Zn一併添加。
[0~1.0質量%之Zn]
Zn與Mg或Sn同樣地係具有使耐應力緩和特性提高並且顯著地改善焊料脆化之作用的元素。然而，若Zn含量超過1.0質量%，則有產生導電率惡化之問題之疑慮。因此，Zn含量係設為0~1.0質量%。再者，與單獨添加Zn相比，將Zn與Mg或Sn一併添加可藉由協同作用而使耐應力緩和特性明顯提高，故較佳為將Zn與Mg或Sn一併添加。
[0~0.15質量%之Mn]
Mn係具有使熱加工性提高並且提高強度之作用的元素。然而，若Mn含量超過0.15質量%，則有產生如下問題之疑慮：形成無助於強度之Mn系夾雜物。因此，Mn含量設為0~0.15質量%。
[0~0.20質量%之Cr]
Cr係如下元素：以化合物或單一成分微細地析出，有助於析出硬化，又，作為化合物以50~500nm之大小析出，具有藉由抑制晶粒成長而使結晶粒徑微細之效果，且於使彎曲加工性良好之方面有效。然而，若Cr含量超過0.20質量%，則有產生導電率降低與形成共晶Cr之問題之疑慮。因此，Cr含量設為0~0.20質量%。再者，於未添加Cr之狀態下，亦能夠藉由調整其他元素而抑制晶粒粗大化。
[0~1.5質量%之Co]
Co係與Si鍵結而形成Co-Si系析出物且具有使析出強化提高之作用的元素。然而，若Co含量超過1.5質量%，則固溶化熱處理中之Co之固溶變得困難，而有產生無法獲得充分之析出強度之問題之疑慮。因此，Co含量係設為0~1.5質量%。再者，於未添加Co之情形時，由NiSi系析出物負責析出強化。藉由添加Co並調整Ni量，可使析出強化量增加。
[0~0.1質量%之Ag]
Ag係具有使熱加工性提高並且提高強度之作用的元素。然而，若Ag含量超過0.1質量%，則有產生冷加工性惡化之問題之疑慮。因此，Ag含量設為0~0.1質量%。
[0~0.02質量%之Fe]
Fe係以化合物或單一成分微細地析出，有助於析出硬化。又，Fe係如下一種元素：作為化合物以50~500nm之大小析出，具有藉由抑制晶粒成長而使結晶粒徑微細之效果，且使彎曲加工性良好。然而，若Fe含量超過0.02質量%，則有產生冷加工性惡化與導電率顯著降低之問題之疑慮。因
此，Fe含量係設為0~0.02質量%。
(晶粒之分佈與面積率)
本實施形態之銅合金板材中，如圖1所示，S方位晶粒係以於60μm見方(60μm×60μm)內S方位{231}<3-46>之晶粒(以下，亦存在簡稱為S方位晶粒之情況)分佈3個以上且50個以下之態樣等分散，於該情形時，可獲得衝壓鑽孔加工之各向異性降低、其後之彎曲加工性改善的良好特性。
另一方面，於上述S方位晶粒於每1晶塊之個數少於3個或多於50個之情形時，衝壓鑽孔破面之軋製平行方向(RD)與軋製垂直方向(TD)上之剪切面長度(S)與斷裂面長度(D)之比(SRD/DRD)與(STD/DTD)變得過大，於衝壓加工時產生各向異性，進而易產生凹陷、毛邊、塌邊。因此，衝壓加工不穩定化，於小型連接器之成形時，會產生尺寸偏差或於彈簧特性(壓接、位移量)方面產生偏差，從而特性惡化。
再者，S方位晶粒於60μm見方內較佳為4個以上且45個以下，進而更佳為5個以上且40個以下。如此，只要S方位晶粒更多數地分佈則更佳。
於本實施形態之銅合金板材中，S方位{231}<3-46>之晶粒之平均晶粒面積為1.0μm2以上且300μm2以下，較佳為2.0μm2以上且250μm2以下，更佳為2.0μm2以上且200μm2以下。
再者，於本發明之銅合金板材中，作為S方位以外之結晶方位，產生Cube方位{0 0 1}<1 0 0>、Copper方位{1 2 1}<1-1 1>、D方位{4 11 4}<11-8 11>、Brass方位{1 1 0}<1-1 2>、Goss方位{1 1 0}
<0 0 1>、R1方位{2 3 6}<3 8 5>、RDW方位{1 0 2}<0-1 0>等。關於該等方位成分之面積率，只要S方位面積率相對於所觀測之所有方位之面積為上述範圍，則可為任意值。
(結晶方位解析)
於如上所述之結晶方位之解析中，使用電子背向散射繞射(以下記為EBSD)法。所謂EBSD法係Electron BackScatter Diffraction之簡記，且係使用於掃描電子顯微鏡(SEM)內對樣品表面之1點照射電子束時所產生之反射電子繞射花樣(EBSP：electron back-scattering pattern)對局部區域之結晶方位或結晶構造進行解析之結晶方位解析技術。
上述結晶方位之解析中，作為S方位{231}<3-46>之晶粒，將自S方位之理想方位起±15°以內之晶粒全部計數。利用EBSD法進行之方位解析中所獲得之資訊包含電子束穿透至樣品之數10nm之深度為止之方位資訊，但相對於測定之寬度足夠小，故於本說明書中以方位晶粒個數、面積率之形式記載。又，方位分佈係板厚方向上一半之位置代表整體，利用EBSD法進行之方位解析係於板厚方向上將樣品之ND面切削至一半之位置，且於該位置處之平面上利用EBSD法進行方位解析。
例如於利用EBSD法進行之結晶方位解析中，以0.5μm步進進行掃描，將其中之60μm見方設為1晶塊，進行2晶塊以上之解析。將1晶塊之面積(60μm×60μm=3600μm2)T乘以該晶塊之S方位面積率R而求出每1晶塊之S方位晶粒之總面積Ts，將該總面積Ts之值除以1晶塊內之S方位晶粒之個數Ns，而求出1晶塊內之S方位之每1個晶粒之平均面積、即平均晶粒面積A=Ts/Ns。
進行解析之晶塊數只要為2晶塊以上即可，但為了提高解析結果之精度，較佳為使晶塊數儘可能多。
(製造方法)
其次，對本發明之銅合金板材之製造方法之較佳之實施形態進行說明。
本實施形態之銅合金板材係為了控制S方位晶粒之平均晶粒面積、分散性，而對均質化熱處理前之鑄塊以冷軋施加應變，一面保持固溶化熱處理前不會再結晶之溫度帶一面實施軋製，藉此可將軋製材整體之應變之導入與解除控制為適當之狀態。藉此，可使上述S方位晶粒等分散。又，同時亦能夠控制S方位晶粒之平均晶粒面積。
以下，詳細地進行說明。
首先，習知之析出型銅合金之製造方法係如下方法：將上述銅合金素材熔解[步驟1]、鑄造[步驟2]而獲得鑄塊。將該鑄塊於熱處理爐中進行均質化熱處理[步驟4]，並進行熱軋[步驟5]之後，進行冷卻[步驟6]。其次，為了去除材料表面之氧化被膜而進行面切削[步驟7]。其後，以軋製加工率80%以上進行冷軋[步驟8]而獲得薄板。其後，進行使薄板材之溶質原子再固溶之中間固溶化熱處理[步驟10]。於該中間固溶化熱處理[步驟10]之後，依序進行時效析出熱處理[步驟11]、精冷軋[步驟12]、調質退火[步驟13]、酸洗、表面研磨[步驟14]，而滿足所需之強度與導電率。
於製造本發明之銅合金板材時，其製造方法係包括以下各步驟而成：對將銅合金素材熔解、鑄造而獲得之鑄塊利用軋製加工施加應變之步驟；其後，實施熱處理與軋製，進而藉由冷軋而成形為薄板之後，一面加熱至未達上述薄板之再結晶溫度一面進行軋製，其後，進行使薄板中
之溶質原子再固溶之中間固溶化熱處理。
上述銅合金素材具有如下組成，：含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni、0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，且視需要分別以特定量含有選自由Sn、Zn、Mg、Mn、Cr、Co、Fe、及Ag組成之群中之至少1種副添加元素，且剩餘部分由銅及不可避免之雜質構成。
此處所謂軋製加工率係將軋製前之剖面積減去軋製後之剖面積所得的值除以軋製前之剖面積並乘以100，以百分比表示之值。即，以下述式表示。
[軋製加工率]={([軋製前之剖面積]-[軋製後之剖面積])/[軋製前之剖面積]}×100(%)
對將本發明之銅合金板材之各步驟之條件更詳細地設定後之製造條件進行說明。
於熔解[步驟1]及鑄造[步驟2]中，將下述合金素材藉由高頻熔解爐熔解，並將其以0.1℃/秒以上且100℃/秒以下之冷卻速度冷卻而獲得鑄塊，上述合金素材至少含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni，且含有0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，關於其他副添加元素，以分別以特定量含有之方式摻合元素，且剩餘部分由Cu及不可避免之雜質構成。繼而，對該鑄塊於鑄塊之長度方向與寬度方向上分別以合計5%以上之軋製加工率進行軋製1[步驟3]。此處，各自之軋製次數係設為2次以上。對該軋製材以800℃以上且1050℃以下實施3分鐘至10小時之均質化熱處理[步驟4]。其後，以合計軋製加工率50%以上進行熱軋[步驟5]之後，實施藉由水淬火之冷卻[步驟6]與去除表面氧化膜之面切削[步驟7]，從而獲得薄板。
其次，以50%以上之軋製加工率進行冷軋2[步驟8]，一面
以達到溫度成為300℃以上且600℃以下之方式進行加熱，一面以軋製加工率成為30%以上之方式進行軋製加工3(冷軋3)[步驟9]。其後，實施升溫速度5℃/秒以下、達到溫度800℃、且於達到後急冷(水冷)之固溶化熱處理[步驟10]，且進行以升溫速度5℃/秒以下、達到溫度400℃以上、保持時間10分鐘~10小時來熱處理之時效析出熱處理[步驟11]。其次，以合計之軋製加工率成為5%以上之方式進行冷軋4[步驟12]，進行升溫速度10℃/秒以下、達到溫度300℃以上、且於溫度達到後急冷之最終退火[步驟13]，且為了去除板材表層之氧化膜及調整表面粗糙度，而進行酸洗、表面研磨[步驟14]。以此方式，製作銅合金板材。
其次，對將各步驟之條件更詳細地設定後之實施態樣進行說明。
於本實施形態中，於熔解[步驟1]、鑄造[步驟2]中，添加所需之副添加元素，而自液相凝固成固相。此處，較佳為以0.1℃/秒以上且100℃/秒以下之冷卻速度進行冷卻。若冷卻速度過慢，則為獲得1個鑄塊需花費時間而導致生產性降低。另一方面，若冷卻速度過快，則冷卻後之鑄塊之內部應力會變高，對以下步驟中之製造性造成不良影響。因此，以上述範圍適當地進行條件選定。
其次，進行軋製1[步驟3]，其係對鑄塊實施於長度方向與寬度方向上各2次以上且分別合計軋製加工率為5%以上之軋製加工。此處，為了S方位之發展，而在以高溫保持之均質化熱處理[步驟4]之前，進行軋製加工。藉由此處之軋製，而使S方位發展，並且形成於均質化熱處理[步驟4]中之再結晶時使S方位易於發展的組織。由此，藉由軋製1[步驟3]，能夠控制
使S方位晶粒以何種程度等分散地生成。
其次，於均質化熱處理[步驟4]中，實施保持溫度800℃以上且1050℃以下、保持時間3分鐘~10小時之熱處理，其後，進行熱軋[步驟5]。於均質化熱處理中，以產生一部分再結晶之方面、讓熱軋中之強壓下所致之變形阻力降低之方面、進而使鑄造冷卻中之析出物等固溶之方面為目的進行熱處理。進而，於熱軋[步驟5]中，於800℃以上且1050℃以下之溫度區域，以合計軋製加工率50%以上進行熱軋。此處，進行用以破壞鑄造組織或偏析而形成均勻之組織之加工、及為了藉由動態再結晶實現晶粒之微細化而進行熱軋加工。於熱軋結束後，以水冷急速地進行冷卻(稱為水淬火)[步驟6]，從而獲得薄板。
其次，為了去除表面之氧化膜而進行面切削[步驟7]，並進行合計軋製加工率為50%以上之冷軋2[步驟8]之後，將軋製中之溫度加熱至300℃以上且600℃以下，進行合計軋製加工率為30%以上之軋製加工3[步驟9]。藉由該軋製加工，使S方位之晶粒一面適度地等分散一面發展。此處，若軋製中之溫度過低，則S方位不會充分地發展，若溫度過高，則產生再結晶而使S方位之平均晶粒面積粗大化。於軋製後急冷，且以升溫速度5℃/秒以上、達到溫度800℃以上進行固溶化熱處理[步驟10]。此處，於時效析出熱處理[步驟11]中，為了使NiSi化合物高密度地析出，而使添加元素固溶。於之前之步驟為止所形成之S方位亦因一部分再結晶而產生晶粒成長，但調整為不過度地晶粒成長之程度。
(由銅合金板材獲得之特性)
根據以上本實施形態之銅合金板材，可獲得充分之衝壓鑽孔加工性，
並且可獲得0.2%保證應力為700MPa以上，進而較佳為750MPa以上。進而，作為彎曲加工性，於180°彎曲加工中，在以與板厚相同之彎曲半徑進行加工時，於彎曲表面不會產生裂紋。又，可獲得導電率為25%IACS以上。再者。以下對衝壓鑽孔加工性詳細地進行說明。
(衝壓鑽孔加工性之評價)
對本實施形態之銅合金板材所要求之特性之一即衝壓鑽孔加工性之評價方法進行說明。
於圖3(A)~3(D)中模式性地表示使用模具(衝頭、模嘴)對板材進行鑽孔加工時之剖面。圖中，分別Specimen係指(板材)試樣，Punch係指衝頭，B.H.係指壓料板(Blank Holder)，Die係指模嘴(dies)，Genesis of crack係指裂紋之起源(開端)，Coalescence of crack係指裂紋之合併，Shear droop係指剪切之塌邊(下垂)，Sheared surface係指剪切面，Fracture surface係指斷裂面，及Burr係指毛邊。上述「B.H.」係按壓材料(板材)之零件。
圖3(A)~3(C)中，表示衝壓加工中之模具之運動、及材料至斷裂為止之變化。根據材料至斷裂為止之變化決定塌邊、毛邊、凹陷、剪切面、斷裂面之形成方式，故圖3(A)~3(C)中材料變形之說明較為重要。(雖然僅為表示一般之衝壓加工與材料變形者)。圖3(D)係板材之衝壓鑽孔加工結束後之代表性之衝壓剖面，且表示塌邊、剪切面、斷裂面各自之位置。
衝壓鑽孔加工性係將脫脂後之銅合金板材設置於有數條間隙之模具，利用衝壓機於軋製平行方向與軋製垂直方向分別進行鑽孔加
工。已鑽孔之破面係利用光學顯微鏡、SEM(掃描電子顯微鏡)進行觀察。剪切面、斷裂面上之塌邊、毛邊、凹陷係利用SEM以高倍率觀察，並進行評價。
作為此種評價之結果，良好之衝壓鑽孔加工性係於衝壓鑽孔破面上之剪切長度與斷裂長度之比為特定關係的情形時獲得。使用圖2對此進行說明。
即，於圖2(a)~2(c)中表示衝壓鑽孔加工後之本實施形態之銅合金板材1。圖2中，將軋製平行方向表示為RD，將厚度方向表示為TD，將軋製面之法線方向表示為ND。如圖2(a)所示，藉由衝壓鑽孔而於銅合金板材1形成多個接腳1a。以將該等接腳1a個別地切開之方式切開銅合金板材1，藉此製造超小型端子。如圖2(b)所示，將接腳1a之衝壓鑽孔破面之自軋製平行方向(RD)觀察時的剪切面2a之剪切面長度設為SRD，將斷裂面2b之斷裂面長度設為DRD。將圖2(c)所示之衝壓鑽孔破面之自軋製垂直方向(TD)觀察時的剪切面3a之剪切面長度設為STD，將斷裂面3b之斷裂面長度設為DTD。
此時，於比(SRD/DRD)為1.0以下、比(STD/DTD)為1.0以下、進而其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}為0.8以上且1.2以下之情形時，不易產生剪切面、斷裂面之塌邊、毛邊、凹陷，故視為衝壓鑽孔加工性良好。
本實施形態之銅合金板材之衝壓鑽孔加工性滿足上述數值範圍。
[實施例]
以下，基於實施例對本發明進一步詳細地進行說明，但本發明並不限定於該等實施例。
(實施例2~16及比較例1~9)
將含有表1所示之各種含量之Ni、Si及分別特定量之副添加元素、且剩餘部分由Cu及不可避免之雜質所構成之合金素材利用高頻熔解爐進行熔解[步驟1]，並將其以0.1℃/秒至100℃/秒之冷卻速度冷卻並鑄造[步驟2]，從而獲得鑄塊。
進行軋製1[步驟3]，其係對該鑄塊實施於長度方向與寬度方向上各2次以上、分別合計軋製加工率為5%以上之軋製加工，其後，進行保持溫度800~1050℃、保持時間3分鐘~10小時之均質化熱處理[步驟4]之後，以800℃以上且1050℃以下、合計軋製加工率50%以上進行熱軋[步驟5]，進而進行藉由水淬火之冷卻[步驟6]，從而獲得薄板。其次，為了去除板材表面之氧化膜而進行面切削[步驟7]之後，以合計軋製加工率50%以上進行冷軋2[步驟8]，從而獲得薄板。其次，將軋製中之溫度加熱至300℃以上且600℃以下，進行合計軋製加工率為30%以上之軋製加工3[步驟9]。其後，實施升溫速度5℃/秒以上、達到溫度800℃、且於達到後急冷之固溶化熱處理[步驟10]。其後，進行以升溫速度5℃/秒以下、達到溫度400℃以上、保持時間10分鐘~10小時來熱處理之時效析出熱處理[步驟11]。其次，以合計之軋製加工率成為5%以上之方式進行冷軋4[步驟12]，且進行升溫速度10℃/秒以下、達到溫度300℃以上、且於溫度達到後急冷之最終退火[步驟13]，為了去除板材表層之氧化膜及調整表面粗糙度，而進行酸洗、表面研磨[步驟14]，從而製作銅合金板材之樣品(各實施例及比較例)。各樣品之板厚設為0.08mm。
關於該等實施例2至16及比較例1至9各自之組成及特性，
如表1及表2所示。
再者，於各熱處理或軋製之後，根據材料表面之氧化或粗糙度之狀態進行酸洗或表面研磨，且根據形狀而利用張力校平機進行矯正。
對各樣品進行了下述特性調查。
(a)S方位面積率
此處，將端子形成前之條材作為樣品進行測定。由此可確保非常大之測定面積，故於縱5晶塊×橫5晶塊之合計25晶塊進行測定。
即，將樣品之軋製面(ND面)設為削入至板厚之一半厚度位置之平面，對其中90,000μm2(300μm×300μm)之測定面積藉由EBSD法進行測定。再者，此時，該測定面積係將60μm×60μm作為1晶塊且於1視野內分割為5晶塊×5晶塊之合計25晶塊(300μm×300μm=90,000μm2)，對其各別進行解析。該情形時之電子束係將來自掃描型電子顯微鏡之鎢絲之熱電子作為產生源，關於掃描步進，為了測定微細之晶粒而如上所述般設為0.5μm步進。於解析中，求出各晶塊(60μm×60μm)之S方位之晶粒之個數、及平均晶粒面積。
(b)衝壓鑽孔加工性
銅合金板材之衝壓鑽孔加工係於將板材表面洗淨、脫脂之後，設置於專用之模具，進行寬度5mm之鑽孔加工。模具之間隙為5%，針對軋製平行方向(RD)與軋製垂直方向(TD)之2方向進行衝壓鑽孔加工。此時，利用鑽孔面兩側之導引件將板材固定。再者，對模具塗佈潤滑油而進行。衝壓鑽孔後之破面係進行SEM觀察，求出軋製平行方向(RD)與軋製垂直方向(TD)上之剪切面長度(S)與斷裂面長度(D)之比(SRD/DRD)與
(STD/DTD)。又，求出其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}，且利用上述詳細敍述之評價方法進行評價。
(c)180°U彎曲試驗(180°密接彎曲試驗)
與軋製方向垂直地以寬度成為0.25mm、長度成為1.5mm之方式藉由衝壓之鑽孔而進行加工。將對其以使彎曲之軸成為與軋製方向成直角之方式W彎曲而成者設為GW(Good Way)，以成為與軋製方向平行之方式W彎曲而成者設為BW(Bad Way)，依據日本伸銅協會技術標準JCBA-T307(2007)進行90°W彎曲加工後，利用壓縮試驗機不帶內側半徑地進行180°密接彎曲加工。利用100倍之掃描型電子顯微鏡觀察彎曲加工表面，調查裂紋之有無。將無裂紋者以A(良)表示，將有裂紋者以D(劣)表示。此處之裂紋尺寸之最大寬度為30μm~100μm，最大深度為10μm以上。
(d)0.2%保證應力[Y]
試驗片係以與軋製方向垂直地寬度成為0.25mm、與軋製方向平行地長度成為1.5mm之方式藉由衝壓之鑽孔進行加工。於該加工中，根據下述式(2)，且根據至各試驗片之彈性極限為止之壓入量(位移)算出保證應力[Y](MPa)。
Y={(3E/2)×t×(f/L)×1000}/L (2)
E為彎曲係數，t為板厚，L為固定端與負載點之距離，f為位移(壓入深度)。
將0.2%保證應力為700MPa以上之情形設為合格，將未達700MPa之情形設為不合格。
(e)導電率[EC]
於保持為20℃(±0.5℃)之恆溫槽中藉由四端子法測量比電阻而算出導電率。再者，端子間距離設為100mm。
將導電率為25%IACS以上之情形設為合格，將未達25%IACS之情形設為不合格。
如表2所示，於實施例2至實施例16之製造條件下，軋製1[步驟3]係對鑄塊設為長度方向之合計軋製加工率為5%以上，軋製次數為2次以上，寬度方向之合計軋製加工率為5%以上，軋製次數為2次以上。
此時，鑄塊之長度係以軋製輥之寬度以下進行製作。又，於冷軋3[步驟9]中，以合計軋製加工率30%以上、軋製中之加熱溫度400℃以上進行軋製加工。金屬組織係以如下方式予以控制：實施例2至實施例16之60×60μm見方內之S方位{231}<3-46>晶粒之個數為3個以上且50個以下，60×60μm見方內之S方位{231}<3-46>晶粒之平均晶粒面積成為1μm2以上且300μm2以下。
藉此，實施例2至實施例16之軋製平行方向(RD)與軋製垂直方向(TD)之剪切面長度(S)與斷裂面長度(D)之比(SRD/DRD)與(STD/DTD)之任一者均為1.0以下，進而其各向異性{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}成為0.8以上且1.2以下，可實現良好之衝壓鑽孔加工性。
相對於此，於比較例1至比較例9中，結果如下：不滿足本發明之製造方法之規定、或上述S方位之參數(個數、平均晶粒面積)，衝壓鑽孔加工性較差，且彎曲加工性亦較差。
如表1、表2所示，於滿足本發明之範圍、即具有含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni、0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，且分別以特定之含量含有選自由Sn、Zn、Mg、Mn、Cr、Co、Fe、Ag及B所組成之群中之至少1種，且剩餘部分由銅及不可避免之雜質構成之組成，與軋製面平行之板厚之一半厚度位置之平面上的藉由電子背向散射繞射法進行之結晶方位解析中，具有自S方位{231}<3-46>之偏移在15°以內之方位的晶粒於60μm見方內分佈3個以上且50個以下，該晶粒之平均晶粒面積為1.0μm2以上且300μm2以下之情形時，於衝壓鑽孔破面之軋製平行方向(RD)與軋製垂直方向(TD)上之剪切面長度(S)與斷裂面長度(D)之比(SRD/DRD)與(STD/DTD)為1.0以下，進而其比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}成為0.8以上且1.2以下，顯示各向異性較小之優異之衝壓鑽孔加工性，0.2%保證應力、彎曲加工性之特性之任一者均為良好。0.2%保證應力值顯示700MPa以上，彎曲加工性於180°U彎曲之頂點部未產生裂紋。
因此，滿足本發明之要件之銅合金板材可作為適合電氣、電子機器用之連接器、繼電器、開關、插座、汽車車載用之連接器等之銅合金板材而提供。
相對於此，如表2所示，比較例之樣品成為任一特性均較差之結果。即，比較例1、3、4、7~9中，60μm見方內之S方位{231}<3-46>之晶粒之個數較少或較多，故比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}小於0.8或大於1.2，於衝壓鑽孔加工性(各向異性)方面較差，且彎曲加工性較差。比較例2、5、6中，S方位平均晶粒之面積過小，於比較例2中軋製平行方向(RD)與軋製垂直方向(TD)之(SRD/DRD)與(STD/DTD)分別大
於1.0，於衝壓鑽孔加工性(各向異性)方面較差。又，比較例1~9中，任一者於彎曲加工性方面均較差。比較例3中，軋製平行方向(RD)與軋製垂直方向(TD)之比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}小於0.8，於衝壓鑽孔加工性(各向異性)方面較差，且彎曲加工性較差。進而，比較例3中，由於副添加元素過多，故導電率較差。比較例4中，60μm見方內之S方位{231}<3-46>之平均晶粒面積過大，故於軋製平行方向(RD)與軋製垂直方向(TD)上之剪切面長度(S)與斷裂面長度(D)之比(SRD/DRD)與(STD/DTD)小於0.8，於衝壓鑽孔加工性(各向異性)方面較差，且彎曲加工性較差。又，比較例9中，由於未進行軋製1[步驟3]與冷軋3[步驟9]，故析出強化不充分，0.2%保證應力較差。
將本發明與其實施態樣一併進行了說明，但認為只要我等並未特別指定，則於說明之任一細節均並非欲限定我等之發明，應不違背隨附之申請專利範圍所示之發明之精神與範圍而廣泛地解釋。
本案主張基於2015年5月20日於日本提出申請之日本特願2015-102952之優先權，在此參照該申請案並將其內容作為本說明書之記載之一部分而引入。
Claims (3)
- 一種銅合金板材，其具有如下組成：含有1.0質量%以上且5.0質量%以下之Ni、0.1質量%以上且2.0質量%以下之Si，進而含有選自由0~0.5%質量%之Sn、0~1.0質量%之Zn、0~0.2質量%之Mg、0~0.15質量%之Mn、0~0.2質量%之Cr、0~1.5質量%之Co、0~0.02質量%之Fe、及0~0.1質量%之Ag組成之群中之至少1種，且剩餘部分由銅及不可避免之雜質構成；與軋製面平行之板厚之一半厚度位置之平面上的藉由電子背向散射繞射法進行之結晶方位解析中，具有自S方位{231}<3-46>之偏移在15°以內之方位的晶粒於60μm見方內分佈3個以上且50個以下，且具有自S方位{231}<3-46>之偏移在15°以內之方位的晶粒之平均晶粒面積為1.0μm2以上且300μm2以下，具有自S方位{231}<3-46>之偏移在15°以內之方位的晶粒於60μm見方內之總晶粒面積為1475μm2以下，且其總晶粒面積率為41%以下。
- 如申請專利範圍第1項之銅合金板材，其中，自以軋製平行方向(RD)為法線之側觀察上述銅合金板材之衝壓鑽孔破面時，剪切面長度(SRD)與斷裂面長度(DRD)之比(SRD/DRD)為1.0以下；自軋製垂直方向(TD)觀察時，剪切面長度(STD)與斷裂面長度(DTD)之比(STD/DTD)為1.0以下，而且，其 比{(SRD/DRD)/(STD/DTD)}為0.8以上且1.2以下。
- 一種銅合金板材之製造方法，其包括以下各步驟而成：將賦予申請專利範圍第1項之銅合金組成的銅合金素材熔解[步驟1]，以0.1℃/秒至100℃/秒之冷卻速度冷卻後進行鑄造[步驟2]，從而獲得鑄塊，進行軋製1[步驟3]，其係對該鑄塊實施於長度方向與寬度方向上分別為2次以上且合計軋製加工率5%以上之軋製加工，進行保持溫度800℃以上且1050℃以下、保持時間3分鐘~10小時之均質化熱處理[步驟4]之後，以800℃以上且1050℃以下、合計軋製加工率50%以上進行熱軋[步驟5]，進而進行藉由水淬火之冷卻[步驟6]，從而獲得薄板，進行面切削[步驟7]之後，以合計軋製加工率50%以上進行冷軋2[步驟8]，從而獲得薄板，將軋製中之溫度加熱至300℃以上且600℃以下，進行合計軋製加工率30%以上之軋製加工3[步驟9]之後，實施升溫速度5℃/秒、達到溫度800℃、且於達到後急冷之固溶化熱處理[步驟10]，進行以升溫速度5℃/秒、達到溫度400℃以上、且保持時間10分鐘~10小時來熱處理之時效析出熱處理[步驟11]之後， 以合計之軋製加工率成為5%以上之方式進行冷軋4[步驟12]，進行升溫速度10℃/秒、達到溫度300℃以上、且於溫度達到後急冷之最終退火[步驟13]，以及進行酸洗、表面研磨[步驟14]。
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