TWI794514B - 銅合金板材及銅合金板材的製造方法以及使用銅合金板材之連接器 - Google Patents

銅合金板材及銅合金板材的製造方法以及使用銅合金板材之連接器 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種銅合金板材及銅合金板材的製造方法以及使用銅合金板材之連接器，該銅合金板材的衝壓加工性優良。 本發明提供一種銅合金板材1，在包含軋延平行方向與板厚方向之剖面10中，將由100μm的軋延平行方向尺寸與板厚尺寸所區劃出之四邊形的第一區域11，在軋延平行方向與板厚方向上以10μm間隔進一步分割而細分化為10μm見方的複數個正方形的第二區域12，在構成第一區域11的複數個第二區域12之中，排除形成第一區域11的四邊之外側的第二區域13，並針對內側的第二區域14的各個，藉由電子背向散射繞射法(EBSD)來測定核心平均方位差(KAM)的平均值時，測得的核心平均方位差的平均值的最大值與最小值之間的差Δθ為25°以下。

Description

銅合金板材及銅合金板材的製造方法以及使用銅合金板材之連接器
本發明關於一種銅合金板材、銅合金板材的製造方法以及使用銅合金板材來形成之連接器，該銅合金板材的衝壓加工性優良，且用於電子機器用的連接器或汽車車載用部件的連接器等。
電子機器用的連接器或汽車車載用部件的連接器等所使用之銅合金板材，其一般會施行厚度縮減或衝切等衝壓加工。隨著近年來電子機器和汽車車載用部件的小型化，變得更加要求衝壓加工品的形狀均勻性。
已知衝壓加工品的形狀均勻性會受到銅合金板材的結晶粒徑和析出狀態的影響，於是嘗試藉由控制其組織來提升衝壓加工品的形狀均勻性。例如，在專利文獻1中，為了提升衝壓加工時的尺寸穩定性，揭示一種作成電子材料用銅合金之技術，該電子材料用銅合金含有0.5～3.0質量%的鈷(Co)、0.1～1.0質量%的矽(Si)，剩餘部分由銅(Cu)及無法避免的雜質組成，其中，軋延平行方向的0.2%偏位降伏強度(0.2% offset yield strength)為500MPa以上，導電率為60%IACS以上，軋延平行剖面中的平均結晶粒徑為10μm以下，表面處的源自{200}晶面之X射線繞射積分強度I{200}、源自{220}晶面之X射線繞射積分強度I{220}、及源自{311}晶面之X射線繞射積分強度I{311}，滿足(I{220}+I{311})/I{200}≧5.0的關係。然而，就專利文獻1等的先前技術之銅合金板材的衝壓加工性而言，還無法說是充分滿足市場要求的特性。
並且，在專利文獻2和專利文獻3中，揭示了一種技術，其藉由控制銅-鎳-矽(Cu-Ni-Si)系合金的晶粒內的平均核心平均方位差(Kernel Average Misorientation，KAM)值等來提升蝕刻後的加工面的表面平滑性，但在這些專利文獻中，僅關注晶粒內的KAM值本身，針對銅合金板材整體中的KAM值的偏差(即應變分布)、和不僅是晶粒內而且還包含晶界等之銅合金板材整體並無記載，衝壓加工品的形狀均勻性不足。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特許第6306632號公報 專利文獻2：日本特許第6154565號公報 專利文獻3：日本特許第6152212號公報
[發明所欲解決的問題] 本發明是有鑑於上述情況而完成，目的在於提供一種銅合金板材及銅合金板材的製造方法以及使用銅合金板材之連接器，該銅合金板材的衝壓加工性優良。
[用以解決問題的技術手段] 本發明人發現，藉由作成下述銅合金板材，在進行衝切(punching)加工後，隨著時間經過而釋放之應變量的偏差會受到抑制，而成為衝壓加工性優良之銅合金板材，於是完成本發明，該銅合金板材在包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中，將由100μm的軋延平行方向尺寸與板厚尺寸所區劃出之四邊形的第一區域，在軋延平行方向與板厚方向上以10μm間隔進一步分割而細分化為10μm見方的複數個正方形的第二區域，在構成第一區域的複數個第二區域之中，排除形成第一區域的四邊之外側的第二區域，並針對內側的第二區域的各個，藉由電子背向散射繞射法(Electron Backscattered Diffraction，EBSD)來測定核心平均方位差(KAM)的平均值時，測得的KAM的平均值的最大值與最小值之間的差(Δθ)為25°以下。並且，在本說明書中，「衝壓加工性優良」是指能夠獲得具有所需形狀之衝壓加工品，例如，是指藉由衝壓加工獲得之衝壓加工品的形狀均勻性優良。
亦即，本發明的主要構成如下所述。 (1)一種銅合金板材，在包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中，將由100μm的軋延平行方向尺寸與板厚尺寸所區劃出之四邊形的第一區域，在軋延平行方向與板厚方向上以10μm間隔進一步分割而細分化為10μm見方的複數個正方形的第二區域，在構成前述第一區域的複數個前述第二區域之中，排除形成前述第一區域的四邊之外側的第二區域，並針對內側的第二區域的各個，藉由電子背向散射繞射法(EBSD)來測定核心平均方位差(KAM)的平均值時，測得的KAM的平均值的最大值與最小值之間的差(Δθ)為25°以下。
(2)如(1)所述之銅合金板材，其中，前述KAM的平均值的最大值與最小值之間的差Δθ為4°以上且20°以下。
(3)如(1)或(2)所述之銅合金板材，其中，具有下述成分組成：含有0.20質量%以上且2.00質量%以下的Co、0.05質量%以上且0.50質量%以下的Si、合計0質量%以上且1.00質量%以下的選自由錫(Sn)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、錳(Mn)及鉻(Cr)所組成之群組中的至少一種，並且，Co相對於Si之質量比(Co/Si)為2.5以上且5.0以下，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成。
(4)如(3)所述之銅合金板材，其中，含有合計0.01質量%以上且1.00質量%以下的選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種。
(5)如(1)～(4)中任一項所述之銅合金板材，其中，包含Si化合物，該Si化合物含有選自由Sn、Zn、Mg、Mn、Cr及Co所組成之群組中的至少一種元素與Si，並且，在前述包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中，直徑L為0.05μm以上且5μm以下的前述Si化合物的密度D是103 個/mm2 以上且105 個/mm2 以下。
(6)如(1)～(5)中任一項所述之銅合金板材，其中，在前述包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中，結晶粒徑的軋延平行方向尺寸(r(RD) )為3μm以上且35μm以下，板厚方向尺寸(r(ND) )為1μm以上且15μm以下。
(7)如(1)～(6)中任一項所述之銅合金板材，其中，在前述銅合金板材的表面，軋延平行方向的算術平均粗糙度Ra(RD) 相對於軋延垂直方向的算術平均粗糙度Ra(TD) 之比率(Ra(RD) /Ra(TD) )為0.5以上且2.0以下。
(8)如(1)～(7)中任一項所述之銅合金板材，其中，該銅合金板材為連接器用銅合金板材。
(9)一種連接器，其使用(1)～(8)中任一項所述之銅合金板材來形成。
(10)一種銅合金板材的製造方法，是製造(1)～(8)中任一項所述之銅合金板材的方法，其中，對銅合金材料依序施行下述步驟：鑄造(步驟1)、均質化熱處理(步驟2)、表面切削(步驟5)、冷軋(步驟6)、中間熱處理(步驟10)、精冷軋(步驟12)及調質退火(步驟13)，並且，前述冷軋(步驟6)的軋機的輥徑φ為50mm以上且200mm以下，前述精冷軋(步驟12)的軋延加工率R為5%以上且30%以下，前述調質退火(步驟13)中，將退火溫度設為T(單位：℃)且將對於軋延平行方向賦予之張力設為F(單位：N/mm2 )時，前述退火溫度(T)為200℃以上且400℃以下，並且，前述對於軋延平行方向賦予之張力(F)與前述退火溫度之間的關係滿足下述式(1)： -0.1×T+45≦F≦-0.1×T+80･･･(1)。
[發明的功效] 本發明的銅合金板材，其Δθ為25°以下，而抑制了在進行衝切加工等衝壓加工後的隨著時間經過而釋放之應變量的偏差，因此衝壓加工性優良。因此，藉由使用本發明的銅合金板材，能夠獲得形狀均勻性高的衝壓加工品。另外，本發明的銅合金板材能夠提高抗拉強度。因此，本發明的銅合金板材適合作為電子機器用的連接器和汽車車載用部件的連接器等連接器用銅合金板材。
針對具體的實施型態(以下，稱為「本實施型態」)，一邊參照圖式，一邊作詳細說明。並且，本發明不限於以下的實施型態，在不改變本發明的主旨的範圍內，可作各種變更。
本實施型態的銅合金板材，在包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中，將由100μm的軋延平行方向尺寸與板厚尺寸所區劃出之四邊形的第一區域，在軋延平行方向與板厚方向上以10μm間隔進一步分割而細分化為10μm見方的複數個正方形的第二區域，在構成第一區域的複數個第二區域之中，排除形成第一區域的四邊之外側的第二區域，並針對內側的第二區域的各個，藉由電子背向散射繞射法(EBSD)來測定KAM的平均值時，測得的KAM的平均值的最大值與最小值之間的差Δθ(以下，亦僅記載為「Δθ」)為25°以下。
EBSD法是指利用在掃描式電子顯微鏡(SEM)內對試料照射電子束時所產生的反射電子菊池線(Kikuchi line)繞射之結晶方位分析技術。在藉由EBSD實行之晶粒分析中所獲得的情報，包含電子束侵入試料深達數十奈米的情報。
另外，KAM是指測定點與其相鄰的全部測定點之間的結晶方位差的平均值。KAM值與差排密度有關，並對應於結晶的晶格應變量，這也記載於專利文獻3等中。
在本實施型態中，將上述Δθ限定在25°以下。換言之，在本實施型態中，抑制了作為銅合金板材整體的內部應變的分布的分歧(deviation)而變得均勻。藉此，在進行將銅合金板材作衝切加工等衝壓加工後，隨著時間經過而釋放之應變量的偏差會受到抑制。因此，衝壓加工性會提升，且特別是衝孔加工性優良，例如，利用衝切加工獲得之衝壓加工品的接腳(pin)的節距(pitch)的偏差會受到抑制，於是所獲得的衝壓加工品的形狀均勻性會提升。
另一方面，在Δθ大於25°時，銅合金板材的KAM值的分布狀態會有大幅分歧，這意謂應變量的分布也有所分歧。若將銅合金板材作衝壓加工，則在衝壓加工後，應變會釋放，若在衝壓加工前，KAM值的分布狀態具有大幅分歧而應變量分布具有分歧，則在對銅合金板材進行衝壓加工後，隨著時間經過而釋放之應變量會產生大幅差異。若所釋放之應變量具有差異，則會損害利用衝壓加工所獲得的衝壓加工品的形狀均勻性。例如，表現為衝壓加工品的節距間隔的偏差。
並且，利用專利文獻2及專利文獻3等以往的方法所製造的銅合金板材，其完全不進行作為銅合金板材整體之內部應變的分布控制，因此，由於所釋放之應變量的偏差，衝壓加工品的形狀偏差大，衝壓加工性無法說是充分滿足市場需求。另外，即使有減小晶粒內的KAM值本身，也沒有考慮到晶界，因此衝壓加工性不足。
由較能夠提升衝壓加工性的觀點而言，Δθ較佳是4°以上且20°以下。
在本實施型態中，內側的第二區域14的各個的藉由EBSD測定之KAM的平均值本身，其並無特別限定，與通常的銅合金板材的值同樣即可。例如，KAM的平均值是4°以上且40°以下，更佳是6°以上且30°以下。
在本實施型態中，雖然細節如後所述，不過會將冷軋等加工、調質退火中的退火溫度和對於軋延平行方向之張力等製造條件、及成分組成等加以特定，較佳是，藉由控制結晶粒徑、析出物尺寸、析出物密度、表面粗糙度，能夠使Δθ成為25°以下，進一步能夠使Δθ成為4°以上且20°以下。
Δθ藉由以下方法來求取。 [Δθ的求取方法] 第1圖是說明本發明中的Δθ的測定方法的圖，第1(a)圖是銅合金板材1的斜視圖，第1(b)圖是表示第1(a)圖的第一區域11的圖。 首先，如第1(a)圖所示，在將銅合金板材1的包含軋延平行方向與板厚方向之剖面10也就是將銅合金板材1在包含其軋延平行方向與板厚方向之平面作切斷而獲得之剖面10中，將由100μm的軋延平行方向尺寸與板厚尺寸所區劃出之四邊形的區域(第1圖中的斜線所示的剖面)作為第一區域11。 隨後，如第1(b)圖所示，將此第一區域11在軋延平行方向與板厚方向上分別以10μm間隔進一步分割而細分化為10μm見方的複數個正方形的第二區域12。 這些複數個第二區域12之中，將形成第一區域11的四邊者設為外側的第二區域13，並將排除外側的第二區域13之區域設為內側的第二區域14。在第1(b)圖中，表示了第一區域11由下述構成之示例：形成第一區域11的四邊之32個外側的第二區域13、與48個內側的第二區域14。 然後，針對各個內側的第二區域14，分別藉由電子背向散射繞射法(Electron backscatter diffraction，EBSD)並以0.1μm節距來測定核心平均方位差(Kernel Average Misorientation，KAM)值的平均值。 在測得的各個內側的第二區域14中的KAM的平均值之中，將最大值與最小值之間的差作為Δθ。 並且，當將第一區域11分割而細分化為第二區域12時，在板厚方向的尺寸(長度)為不滿10μm的小片區域產生在板厚方向的端部時，排除該小片區域而不作為第一區域11或第二區域使用。亦即，在將第一區域11分割而細分化為第二區域12時，板厚方向的尺寸為不滿10μm的小片區域產生在板厚方向的端部時，例如，從銅合金板材1的板厚方向的中心在上下方向分別以10μm的倍數份量作成第一區域11，並將在板厚方向的二端部產生的不滿10μm的小片區域不作為第一區域11來使用。
>關於成分組成> 本實施型態之銅合金板材，其例如是銅-鈷-矽(Cu-Co-Si)系，並具有下述成分組成：含有0.20質量%以上且2.00質量%以下的Co、0.05質量%以上且0.50質量%以下的Si、合計0質量%以上且1.00質量%以下的選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種，並且，Co相對於Si之質量比(Co/Si)為2.5以上且5.0以下，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成。以下，針對Cu-Co-Si系的各個成分來作說明。
(1)Cu-Co-Si系 [Co成分] Co含量為0.20質量%以上且2.00質量%以下。在Co含量未滿0.20質量%或多於2.00質量%時，Δθ成為大於25°，於是衝壓加工性惡化。另外，在Co含量未滿0.20質量%時，無法獲得充分的強度，於是衝壓加工品的塌邊(sagging)會變大，衝壓加工品的形狀會惡化。並且，塌邊是指衝壓加工品的衝壓切斷面的頂面側變形為圓形的部分，其由於衝壓機(press machine)的整備不良或衝壓材料的強度下降等而引起。塌邊會引起小型連接器等的彈簧特性(spring characteristics)下降，而使基本特性惡化。另外，在Co含量多於2.00質量%時，Co在固溶熱處理中不會完全固溶，而不會對銅合金的強化有所貢獻，此外，金屬錠(bullion)成本高之Co添加量的增加會招致銅合金板材的成本上升。因此，Co含量較佳是0.60質量%以上且2.00質量%以下，更佳是0.70質量%以上且2.00質量%以下。
[Si成分] Si含量為0.05質量%以上且0.50質量%以下。在Si含量未滿0.05質量%或多於0.50質量%時，Δθ成為大於25°，於是衝壓加工性會惡化。另外，在Si含量未滿0.05質量%時，與Co同樣地，會無法獲得銅合金的強度，於是衝壓加工品的塌邊會變大，形狀會惡化。若Si含量多於0.50質量%，則會招致導電率下降。Si含量較佳是0.10質量%以上且0.45質量%以下。
[Co相對於Si之質量比(Co/Si)] Co相對於Si之質量比(Co/Si)為2.5以上且5.0以下。在質量比Co/Si未滿2.5或大於5.0時，Δθ成為大於25°，於是衝壓加工性會惡化。另外，在質量比Co/Si未滿2.5時，在固溶熱處理中，相對於Co，Si會過量固溶，即使在時效熱處理析出後，也會殘留在母相中，於是Si固溶量會變多，而招致導電率下降。若質量比Co/Si大於5.0，則在固溶熱處理中，相對於Si，Co會過量固溶，同樣會引起時效熱處理後的導電率下降。質量比Co/Si較佳是2.5以上且4.5以下，更佳是2.6以上且4.4以下。
[Sn、Zn、Mg、Mn、Cr] 本發明的Cu-Co-Si系銅合金板材，其將上述Co及Si作為必要的含有成分，但是依據需要，能夠將選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種作為任意的添加成分並以合計1.00質量%以下的範圍來含有。選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種的含量，其較佳是0.01質量%以上且1.00質量%以下，進一步較佳是0.02質量%以上且1.00質量%以下。 藉由添加Sn、Zn、Mg、Mn及Cr中的至少一種，抗拉強度會提升，衝壓加工品的塌邊會變得較少，而具有衝壓加工性提升的效果。然而，在Sn、Zn、Mg、Mn及Cr中的至少一種的含量合計多於1.00質量%時，Δθ會大於25°，於是衝壓加工性會惡化。另外，這些元素會阻礙差排的移動，因此會阻礙衝壓加工後的應變釋放。其結果，推測由於應變分布不均勻化，衝壓加工品的形狀會產生偏差。
[無法避免的雜質] 無法避免的雜質是指在製造步驟上無法避免地包含之含量水平的雜質。作為無法避免的雜質，能夠舉出例如鉍(Bi)、硒(Se)、砷(As)、銀(Ag)等。無法避免的雜質的含量，例如，無法避免的雜質成分的合計量為0.10質量%以下。
在上述中，針對關於Cu-Co-Si系的成分組成而作了說明，但在本實施型態中，若使Δθ滿足上述預定的範圍，則可具有Cu-Co-Si系以外的成分組成。以下，針對Cu-Co-Si系以外的成分組成也就是銅-鎳-矽(Cu-Ni-Si)系、磷青銅(phosphor bronze)系、鈦銅系作說明。
(2)Cu-Ni-Si系 在Cu-Ni-Si系中，具有下述成分組成：含有2.00質量%以上且4.30質量%以下的Ni、0.10質量%以上且0.90質量%以下的Si、合計0質量%以上且1.00質量%以下的選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成。
[Ni成分] Ni含量為2.00質量%以上且4.30質量%以下。在Ni含量未滿2.00質量%或多於4.30質量%時，Δθ成為大於25°，於是衝壓加工性會惡化。另外，若Ni含量未滿2.00質量%，則無法獲得充分的材料強度，在4.30質量%以上時，對於材料強度的貢獻小。
[Si成分] 在Cu-Ni-Si系中，Si含量為0.10質量%以上且0.90質量%以下。在Si含量未滿0.10質量%或多於0.90質量%時，Δθ成為大於25°，於是衝壓加工性會惡化。
[Sn、Zn、Mg、Mn、Cr] 本發明的Cu-Ni-Si系銅合金板材，其將上述Ni及Si作為必要含有成分，但是依據需要，能夠將選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種作為任意的添加成分並以合計1.00質量%以下的範圍來含有。選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種的含量，其較佳是含有0.01質量%以上且1.00質量%以下，進一步較佳是0.02質量%以上且1.00質量%以下。
藉由添加Sn、Zn、Mg、Mn和Cr，抗拉強度會提升，衝壓製品的塌邊會變得較少，而具有提升衝壓加工性的效果。然而，在Sn、Zn、Mg、Mn、Cr的含量合計多於1.00質量%時，Δθ會變大。另外，這些元素會阻礙差排的移動，因此會阻礙衝壓加工後的應變釋放。其結果，由於應變分布不均勻化，衝壓加工品的形狀會產生偏差。另外，在Sn、Zn、Mg、Mn合計少於0.01質量%時，無法獲得強度提高的效果，而對於提升衝壓加工性沒有貢獻。
並且，針對無法避免的雜質，與Cu-Co-Si系相同。
(3)磷青銅(Cu-Sn)系 在磷青銅中，具有下述成分組成：含有0.05質量%以上且1.00質量%以下的Sn、0.01質量%以上且0.45質量%以下的磷(P)，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成。
[Sn成分] Sn含量為0.05質量%以上且1.00質量%以下。在Sn含量多於1.00質量%時，會阻礙衝壓加工後的應變釋放，因此不佳。
[P成分] P含量為0.01質量%以上且0.45質量%以下。
並且，針對無法避免的雜質，與Cu-Co-Si系相同。
(4)鈦銅(Cu-Ti)系 在鈦銅系中，具有下述成分組成：含有1.00質量%以上且3.00質量%以下的鈦(Ti)，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成。
[Ti成分] Ti含量為1.00質量%以上且3.00質量%以下。其以上的濃度，對材料強度的貢獻小。
並且，針對無法避免的雜質，與Cu-Co-Si系相同。
>關於組織> [Si化合物的直徑及密度] 本實施型態的銅合金板材，其較佳是包含Si化合物，該Si化合物含有Si。在Cu-Co-Si系中，銅合金板材含有的Si化合物較佳是一種Si化合物，其含有選自由Sn、Zn、Mg、Mn、Cr及Co所組成之群組中的至少一種元素與Si。另外，在Cu-Ni-Si系中，銅合金板材含有的Si化合物較佳是一種Si化合物，其含有：Ni；選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種元素；及，Si。
然後，在包含軋延平行方向與板厚方向之剖面(在上述KAM值中使用的包含軋延平行方向與板厚方向之剖面)中，上述Si化合物之中，直徑L為0.05μm以上且5μm以下的Si化合物的密度D，其較佳是103 個/mm2 以上且105 個/mm2 以下。
若Si化合物的直徑L為0.05μm以上且5μm以下，則能夠更加提升衝壓加工性。就直徑L未滿0.05μm的粒子而言，提升衝壓加工性的效果小，在直徑L超過5μm時，Si化合物所致之對於材料強化和衝壓加工性提升之二者的貢獻非常小。
然後，若直徑L為0.05μm以上且5μm以下的Si化合物的密度D是103 個/mm2 以上且105 個/mm2 以下，則能夠高水準地兼顧衝壓加工性與抗拉強度。若直徑L為0.05μm以上且5μm以下的Si化合物的密度D未滿103 個/mm2 ，則衝切加工時的破斷龜裂的起點少，因此提升衝壓加工性的效果小。若直徑L為0.05μm以上且5μm以下的Si化合物的密度D超過105 個/mm2 ，則相較於直徑L未滿0.05μm的Si化合物，對於強度的貢獻相對小之直徑L為0.05μm以上且5μm以下的Si化合物有在整體中佔有大的比率的傾向而無法強化，於是無法獲得製品所需的特性。直徑L為0.05μm以上且5μm以下的Si化合物的密度D，其較佳是5×103 個/mm2 以上且5×104 個/mm2 以下。
[結晶粒徑] 本實施型態的銅合金板材，其在包含軋延平行方向與板厚方向之剖面(在上述KAM值中使用的包含軋延平行方向與板厚方向之剖面)中，結晶粒徑較佳是：軋延平行方向尺寸(r(RD) )為3μm以上且35μm以下，且板厚方向尺寸(r(ND) )為1μm以上且15μm以下。在結晶粒徑為軋延平行方向尺寸(r(RD) )未滿3μm或者板厚方向尺寸(r(ND) )未滿1μm時，需要降低固溶熱處理時的溫度，而無法使Co與Si充分固溶，於是在其後進行之時效熱處理中的析出量會減少，而有銅合金板材的強度下降之虞。另一方面，在結晶粒徑為軋延平行方向尺寸(r(RD) )大於35μm或者板厚方向尺寸(r(ND) )大於15μm時，強度會下降，於是衝壓加工時的塌邊會傾向變得較大。結晶粒徑較佳是軋延平行方向尺寸(r(RD) )為5μm以上且33μm以下，板厚方向尺寸(r(ND) )為2μm以上且14μm以下。 並且，軋延平行方向尺寸(r(RD) )較佳是大於板厚方向尺寸r(ND) 。
[表面粗糙度] 在本實施型態的銅合金板材的表面，軋延平行方向的算術平均粗糙度Ra(RD) 相對於軋延垂直方向的算術平均粗糙度Ra(TD) 之比率(Ra(RD) /Ra(TD) )，較佳是0.5以上且2.0以下。若前述Ra(RD) /Ra(TD) 比為0.5以上且2.0以下，則能夠使軋延平行方向與軋延垂直方向之應變分布更加均勻，而能夠提升衝壓加工品的形狀均勻性。在銅合金板材的表面的凸部與凹部中，於軋延加工時引入的應變量是凸部較多，於是會產生分歧，因此，較佳是藉由將Ra(RD) /Ra(TD) 比控制在上述範圍內，以使應變量均勻。Ra(RD) /Ra(TD) 比更佳是0.6以上且1.9以下。
[銅合金板材的厚度] 本實施型態的銅合金板材的型態並無特別限定，能夠舉出例如銅合金板和銅合金條等。銅合金板材的板厚較佳是例如0.03mm～0.6mm。板厚為0.03mm～0.6mm的銅合金板材，其特別能夠發揮本實施形態的效果，例如，會顯著地展現應變分布均勻化所致的抑制衝壓節距偏差的效果。
[銅合金板材的抗拉強度] 本實施型態的銅合金板材能夠提高抗拉強度，例如，能夠使抗拉強度TS為400MPa以上，進一步為500MPa以上，更佳為600MPa以上。
>關於製造方法> 上述本實施型態的銅合金板材的製造方法，其對具有上述銅合金板材的成分組成之銅合金材料依序施行下述步驟：鑄造(步驟1)、均質化熱處理(步驟2)、表面切削(步驟5)、冷軋(步驟6)、中間熱處理(步驟10)、精冷軋(步驟12)及調質退火(步驟13)，並且，冷軋(步驟6)的軋機的輥徑φ為50mm以上且200mm以下，精冷軋(步驟12)的軋延加工率R為5%以上且30%以下，調質退火(步驟13)中，將退火溫度設為T(單位：℃)且將對於軋延方向賦予之張力設為F(單位：N/mm2 )時，退火溫度(T)為200℃以上且400℃以下，並且，對於軋延方向賦予之張力(F)與退火溫度之間的關係滿足下述式(1)，而能夠藉此製造方法來進行製造。另一方面，利用未滿足上述條件之製造方法，則無法製造本實施型態的銅合金板材。 -0.1×T+45≦F≦-0.1×T+80･･･(1)。
例如，依序施行下述步驟：鑄造(步驟1)、均質化熱處理(步驟2)、熱軋(步驟3)、冷卻(步驟4)、表面切削(步驟5)、冷軋(步驟6)、固溶熱處理(步驟7)、冷卻(步驟8)、冷軋(步驟9)、中間熱處理(步驟10)、時效熱處理(步驟11)、精冷軋(步驟12)、調質退火(步驟13)。以下，針對各個步驟加以說明。
鑄造(步驟1) 在鑄造步驟(步驟1)中，將Cu、Si等銅合金板材的原料(銅合金材料)，在鑄造機內部(內壁)較佳為碳製之鑄造機且例如是石墨坩堝中來加以熔化而鑄造。熔化時的鑄造機內部的氣氛，其為了防止氧化物的生成，較佳是設為真空或氮氣和氬氣等惰性氣體氣氛。就鑄造方法而言，並無特別限制，能夠使用例如水平式連續鑄造機或向上連續鑄造法(upcasting)等。
均質化熱處理(步驟2) 在鑄造(步驟1)中，鑄錠時產生的固化偏析(solidifying segregation)和晶出物(crystallized products)粗大，所以在均質化熱處理步驟(步驟2)中，盡可能地使其固溶在母相中而減小來盡可能地消除。具體而言，例如，在惰性氣體之類的氣氛中加熱至800～1000℃而進行均質化熱處理1～24小時。
熱軋(步驟3) 在熱軋(步驟3)中，例如，在850℃～1000℃程度的處理溫度，以成為所需板厚的方式加以軋延。關於熱加工，只要是軋延加工或擠出加工的任一者，則無特別限制。均質化熱處理後的熱軋(步驟3)可以省略。
冷卻(步驟4) 在冷卻步驟(步驟4)中，將已施行熱軋的銅合金板材加以冷卻。較佳是在施行熱軋後，立即冷卻。在不進行熱軋(步驟3)時，冷卻(步驟4)可以省略。
表面切削(步驟5) 在表面切削步驟(步驟5)中，去除銅合金板材表皮的氧化皮膜和變質層等。能夠藉由通常的公知方法來進行，例如，能夠藉由機械研磨來進行。
冷軋(步驟6) 在本實施型態中，冷軋(步驟6)中使用的軋機的輥徑(直徑)φ為50mm以上且200mm以下。在輥徑φ未滿50mm時，軋延時的咬合角(bite angle)變小，軋延油的引入量變少，會發生油膜破裂而產生對於輥材料的熔執(seizure)，於是生產性會下降。另外，在輥徑φ大於200mm時，相反地，咬合角會變大，軋延油的引入量會增加，輥的粗糙度變得不易轉移，於是無法適當地控制銅合金板材的表面粗糙度。其結果，會招致生成油坑(oil pit)，表面變得粗糙，在後段的精冷軋(步驟12)中，會招致不均勻的應變分布。
並且，在冷軋(步驟6)中，進行軋延加工率為例如30%～99%的冷軋。在本說明書中，軋延加工率是由下述式求得的值。 軋延加工率(%)=(軋延前的板厚(mm)-軋延後的板厚(mm))/軋延前的板厚(mm)×100
固溶熱處理(步驟7) 在固溶熱處理步驟(步驟7)中，相應於含有元素濃度來設定適合的固溶溫度條件而進行固溶熱處理。固溶溫度為例如650～1000℃。固溶熱處理(步驟7)可以省略。
冷卻(步驟8) 在冷卻步驟中，將已施行固溶熱處理的銅合金板材加以冷卻。較佳是在施行固溶熱處理後，立即冷卻。在未進行固溶熱處理(步驟7)時，冷卻(步驟8)可以省略。
冷軋(步驟9) 在冷軋中，進行軋延加工率為例如1.0～90%的冷軋。第二次冷軋可以省略。
中間熱處理(步驟10) 在中間熱處理(步驟10)中，例如，藉由在低於固溶熱處理溫度之溫度進行熱處理，能夠使材料不完全地再結晶而獲得部分再結晶的次級退火組織。中間熱處理例如在20℃～500℃進行0.5～2小時。
時效熱處理(步驟11) 在時效熱處理(步驟11)中，例如，在400～500℃進行1～3小時的時效熱處理。時效熱處理(步驟11)可以省略。
精冷軋(步驟12) 在本實施型態中，於精冷軋(步驟12)中，進行軋延加工率R為5%以上且30%以下的冷軋。在軋延加工率R未滿5%時，會無法獲得充分的材料強度，在軋延加工率R大於30%時，即使進一步加工，銅合金的強化的增加也會飽和，軋延步驟所需的時間變長，只有製造成本上升。精冷軋中的軋延加工率R是由下述式求得的值。 軋延加工率R(%)=(軋延前的板厚(mm)-軋延後的板厚(mm))/軋延前的板厚(mm)×100
調質退火(步驟13) 在本實施型態中，當調質退火中的退火溫度設為T(單位：℃)且對軋延平行方向賦予的張力設為F(單位：N/mm2 )時，退火溫度(T)為200℃以上且400℃以下，且對軋延平行方向賦予的張力(F)與退火溫度之間的關係滿足下述式(1)。亦即，如第2圖所示，其表示了本實施型態中的調質退火的退火溫度T與張力F之間的關係，在表示式(1)的左邊也就是F=-0.1×T+45之下側直線、表示式(1)的右邊也就是F=-0.1×T+80之上側直線、及表示溫度範圍的虛線所包圍的區域內，進行調質退火(步驟13)。 -0.1×T+45≦F≦-0.1×T+80･･･(1)
在退火溫度T未滿200℃時，會損害銅合金的伸長率，因此加工性會惡化，在退火溫度T高於400℃時，會招致材料軟化。
然後，退火溫度T越高、又特別是張力F越大，越會促進應變釋放，於是越會對Δθ賦予影響，因此，為了獲得本實施型態的銅合金板材，需要以滿足式(1)的方式，相對於退火溫度T而適當地且平衡良好地控制張力F。
此處，在調質退火中，對軋延平行方向賦予之張力F，以往並無其與KAM值相關的詳細探討，但在本發明中發現會有影響。基於此見解，將調質退火(步驟13)的退火溫度T及此時的張力F作各種變更來進行實驗，而導出了式(1)的關係。為了獲得本實施型態的銅合金板材，需要以滿足式(1)的方式來加以控制。例如，在張力F未滿-0.1×T+45時，應變釋放量會變少，而無法發揮應變分布均勻化的效果。另一方面，若張力F變成大於-0.1×T+80，則由於軋延方向的張力增加，軋延平行方向的應變容易釋放，軋延平行方向的應變量會變得少於軋延垂直方向的應變量，於是應變分布的均勻性會下降。
>銅合金板材的用途> 本實施型態的銅合金板材，其衝切性等衝壓加工性優良，例如，能夠形成接腳的形狀均勻性優良之電子機器用連接器或汽車車載用部件連接器等。 [實施例]
以下，基於實施例進一步詳細說明本發明，但本發明不限於這些實施例。
[實施例1～20及比較例1～19] 在大氣下藉由高頻熔化爐來熔化表1及表2所示的合金成分，並將其鑄造(步驟1)而獲得厚度30mm、寬度100mm、長度150mm的鑄錠。隨後，在惰性氣體氣氛中，於1000℃加熱1小時，施行均質化熱處理(步驟2)後，立即施行熱軋(步驟3)而作成板厚0.3mm，其後，立即加以冷卻(步驟4)。隨後，施行表面切削(步驟5)、冷軋(步驟6)而作成0.1～0.2mm(厚度)。隨後，在700℃～950℃施行固溶熱處理(步驟7)後，立即加以冷卻(步驟8)，並且依序施行下述處理：冷軋(步驟9)、在20℃～500℃實行1小時的中間熱處理(步驟10)、在400℃～500℃實行2小時的時效熱處理(步驟11)、精冷軋(步驟12)、調質退火(步驟13)，而獲得厚度0.100mm的銅合金板材。在時效熱處理(步驟11)中，以強度成為最高的方式來設定溫度。並且，在實施例18及比較例17中，並未進行熱軋(步驟3)、冷卻(步驟4)、固溶熱處理(步驟7)、冷卻(步驟8)及時效熱處理(步驟11)。將各個實施例1～20及比較例1～19中的冷軋(步驟6)所使用的軋機的輥徑φ、精冷軋(步驟12)的軋延加工率R、調質退火(步驟13)的溫度T、對軋延方向之張力F，表示於表3及表4中。
針對所獲得的銅合金板材，利用下述方法進行Δθ、直徑L為0.05μm以上且5μm以下的Si化合物的密度D、結晶粒徑(軋延平行方向尺寸(r(RD) )、板厚方向尺寸(r(ND) ))、銅合金板材表面的算術平均粗糙度Ra、抗拉強度TS的測定以及衝切加工性的評估。結果表示於表5及表6中。
[Δθ] 按照上述[Δθ的求取方法]，使用SEM-EBSD(日本電子股份有限公司(JEOL Ltd.)製，JSM-7001FA(型號))來求取Δθ。結果表示於表5及表6中。在EBSD的測定數據之分析中，使用TSL公司製的分析軟體OIM Analysis(商品名)。
[直徑L為0.05～5μm的Si化合物的密度D的測定] 藉由掃描式電子顯微鏡(Scannig Electron Microscope，SEM)來觀察在包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中的100μm的軋延平行方向尺寸與板厚尺寸(在實施例中為100μm)之四邊形的區域(在上述KAM值中使用的第一區域11)，對於由所獲得的二次電子影像觀測到的各個Si化合物，將連接二處外緣所獲得的最長直線與最短直線的平均值作為各個Si化合物的直徑L。然後，根據直徑L為0.05μm以上且5μm以下的Si化合物的個數來算出密度D(單位：個/mm2 )。結果表示於表5及表6的「Si化合物的密度D」欄中。並且，Si化合物是利用附屬於SEM之EDX來判斷構成元素是否包含Si。
[結晶粒徑(在前述剖面10的晶界的軋延平行方向尺寸(r(RD) )、板厚方向尺寸(r(ND) )的測定] 將包含軋延平行方向與板厚方向之剖面10(在上述KAM值中使用的包含軋延平行方向與板厚方向之剖面)作酸蝕刻而使晶界在光學顯微鏡下容易觀察後，使用光學顯微鏡，在500倍下拍攝任意三處。結晶粒徑是從該照片對於軋延平行方向及板厚方向(軋延垂直方向)分別基於JISH0501-1986規定的結晶粒度的測定方法(切斷法)來作測定。
[銅合金板材的表面的算術平均粗糙度Ra(軋延平行方向的算術平均粗糙度Ra(RD) 、軋延垂直方向的算術平均粗糙度Ra(TD) )的測定] 銅合金板材的表面的算術平均粗糙度Ra，其使用小坂研究所股份有限公司(Kosaka Laboratory Ltd.)製的Surfcorder SGA31(型號)並按照JIS B0601-1994算出。測定條件將截止值設為0.8mm，將基準長度設為0.8mm，將評估長度設為4.0mm，將測定速度設為0.1mm/s，並將接觸針前端半徑設為2μm。表5及表6表示了表面的算術平均粗糙度的比率Ra(RD) /Ra(TD) 。
[衝切加工性的評估(衝壓節距偏差的評估)] 對於所獲得的銅合金板材進行衝切加工，評估衝切加工性。參照第3圖來說明衝切加工方法及衝切加工性的評估方法。
第3圖是從上方觀察利用衝切加工所獲得的樣品(衝壓加工品)的示意圖，第3(a)圖表示了接腳的節距無偏差之理想的衝切加工後的樣品，第3(b)圖表示了接腳的節距有偏差的狀態。然後，如第3圖所示，將接腳與接腳的前端間隔設為dT (單位：mm)，將根部間隔設為dB (單位：mm)，將接腳的長度設為L(單位：mm)，將接腳的寬度設為W(單位：mm)，並將表示衝切節距偏差之指標也就是V利用下式來定義。 V=|100-(dT /dB )×100|/L
衝切加工的餘隙(clearance)為6%，在衝壓材料的形狀成為接腳間距沒有偏差之理想樣品時，使用dT =dB =0.4mm，L=1.0mm，W=0.3mm之模具。
在利用衝切加工所獲得的樣品中，針對相鄰的接腳，算出連續10萬個V，求取V成為10(單位：mm-1 )以下的比率，並利用以下的基準來評估節距偏差。◎表示節距偏差少，×表示節距偏差多。 ◎：95%以上且100%以下 ○：90%以上且未滿95% ×：未滿90%
[抗拉強度] 依據JIS Z2241測定三個從試片的軋延平行方向切出的JIS Z2241的13B號的試片，並將其平均值表示於表5及表6中。
[表1]
Figure 02_image001
[表2]
Figure 02_image003
[表3]
Figure 02_image005
[表4]
Figure 02_image007
[表5]
Figure 02_image009
[表6]
Figure 02_image011
如表1及表2所示，實施例1～14及比較例1～14是Cu-Co-Si系，實施例15～17及比較例15～16是Cu-Ni-Si系，實施例18及比較例17是Cu-Sn系，實施例19～20及比較例18～19是Cu-Ti系。 在成分組成及製造條件於上述預定範圍內且Δθ為25°以下之實施例1～20中，節距偏差少，衝切加工性優良。然後，在Cu-Co-Si系的實施例1～14中，滿足Δθ為4°以上且20°以下之實施例2、6、7、10、11，其評價為◎，且特別是衝切加工性優良。並且，在Cu-Co-Si系以外的實施例中，滿足Δθ為4°以上且20°以下的實施例，其評價為○，Δθ等的對節距偏差造成的影響之大小，依據合金系而有所不同。 另一方面，成分組成及製造條件在上述預定範圍外且Δθ大於25°之比較例1～14，其節距偏差大，衝切加工性差。
1‧‧‧銅合金板材 10‧‧‧銅合金板材的包含軋延平行方向與板厚方向之剖面 11‧‧‧第一區域 12‧‧‧第二區域 13‧‧‧外側的第二區域 14‧‧‧內側的第二區域 dT、dB‧‧‧間隔 W‧‧‧寬度 L‧‧‧長度
第1圖是說明本發明中的Δθ的測定方法的圖。 第2圖是表示本發明中的調質退火的退火溫度T與張力F之間的關係的圖。 第3圖是從上方觀察利用衝切加工所獲得的樣品的示意圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
1‧‧‧銅合金板材
10‧‧‧銅合金板材的包含軋延平行方向與板厚方向之剖面
11‧‧‧第一區域
12‧‧‧第二區域
13‧‧‧外側的第二區域
14‧‧‧內側的第二區域

Claims (9)

  1. 一種銅合金板材，在包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中，將由100μm的軋延平行方向尺寸與板厚尺寸所區劃出之四邊形的第一區域，在軋延平行方向與板厚方向上以10μm間隔進一步分割而細分化為10μm見方的複數個正方形的第二區域，在構成前述第一區域的複數個前述第二區域之中，排除形成前述第一區域的四邊之外側的第二區域，並針對內側的第二區域的各個，藉由電子背向散射繞射法來測定核心平均方位差的平均值時，測得的核心平均方位差的平均值的最大值與最小值之間的差△ θ為25°以下，該銅合金板材具有下述成分組成：含有0.20質量%以上且2.00質量%以下的Co、0.05質量%以上且0.50質量%以下的Si、合計0質量%以上且1.00質量%以下的選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種，並且，Co相對於Si之質量比亦即Co/Si為2.5以上且5.0以下，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成；含有2.00質量%以上且4.30質量%以下的Ni、0.10質量%以上且0.90質量%以下的Si、合計0質量%以上且1.00質量%以下的選自由Sn、Zn、 Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種，並且，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成；含有0.05質量%以上且1.00質量%以下的Sn、0.01質量%以上且0.45質量%以下的P，並且，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成；或，含有1.00質量%以上且3.00質量%以下的Ti，並且，剩餘部分由銅及無法避免的雜質組成。
  2. 如請求項1所述之銅合金板材，其中，前述核心平均方位差的平均值的最大值與最小值之間的差△ θ為4°以上且20°以下。
  3. 如請求項1所述之銅合金板材，其中，含有合計0.01質量%以上且1.00質量%以下的選自由Sn、Zn、Mg、Mn及Cr所組成之群組中的至少一種。
  4. 如請求項1~3中任一項所述之銅合金板材，其中，包含Si化合物，該Si化合物含有選自由Sn、Zn、Mg、Mn、Cr及Co所組成之群組中的至少一種元素與Si，並且，在前述包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中，直徑L為0.05μm以上且5μm以下的前述Si化合物的密度D是103個/mm2以上且105個/mm2以下。
  5. 如請求項1~3中任一項所述之銅合金板材，其中，在前述包含軋延平行方向與板厚方向之剖面中，結晶粒徑的軋延平行方向尺寸r(RD)為3μm以上且35μ m以下，板厚方向尺寸r(ND)為1μm以上且15μm以下。
  6. 如請求項1~3中任一項所述之銅合金板材，其中，在前述銅合金板材的表面上，軋延平行方向的算術平均粗糙度Ra(RD)相對於軋延垂直方向的算術平均粗糙度Ra(TD)之比率Ra(RD)/Ra(TD)為0.5以上且2.0以下。
  7. 如請求項1~3中任一項所述之銅合金板材，其中，該銅合金板材為連接器用銅合金板材。
  8. 一種連接器，其使用請求項1~7中任一項所述之銅合金板材來形成。
  9. 一種銅合金板材的製造方法，是製造請求項1~7中任一項所述之銅合金板材的方法，其中，對銅合金材料依序施行下述步驟：鑄造(步驟1)、均質化熱處理(步驟2)、表面切削(步驟5)、冷軋(步驟6)、中間熱處理(步驟10)、精冷軋(步驟12)及調質退火(步驟13)，並且，前述冷軋(步驟6)的軋機的輥徑φ為50mm以上且200mm以下，前述精冷軋(步驟12)的軋延加工率R為5%以上且30%以下，前述調質退火(步驟13)中，將退火溫度設為T(單位：℃)且將對於軋延平行方向賦予之張力設為F(單位： N/mm2)時，前述退火溫度T為200℃以上且400℃以下，並且，前述對於軋延平行方向賦予之張力F與前述退火溫度之間的關係滿足下述式(1)：-0.1×T+45≦F≦-0.1×T+80‧‧‧(1)。
TW108120991A 2018-06-28 2019-06-18 銅合金板材及銅合金板材的製造方法以及使用銅合金板材之連接器 TWI794514B (zh)

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