WO2015152166A1 - 銅合金線材及びその製造方法 - Google Patents

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    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147Copper (Cu) as principal constituent

Definitions

  • the present invention relates to a copper alloy wire and a method for producing the same, and more particularly to an ultrafine copper alloy wire for a magnet wire and a method for producing the same.
  • a coil for a microspeaker used in a mobile phone, a smartphone, or the like is manufactured by winding an extra fine wire (magnet wire) having a wire diameter of 0.1 mm or less into a coil shape.
  • Patent Document 1 a high-concentration Cu-Ag alloy containing 2 to 15% by mass of Ag that can increase the tensile strength with almost no decrease in conductivity is used to adjust the workability of the final processing. It has been proposed to achieve both elongation and strength (Patent Document 1). In general, a processed metal or alloy has an increased tensile strength and a reduced elongation. However, when a heat treatment at a certain temperature or higher is applied thereto, the elongation is restored and the strength is decreased. Thus, it has been proposed that both the strength and elongation be achieved even in a low-concentration alloy by performing the heat treatment temperature below the softening temperature (Patent Document 2).
  • Patent Document 3 A technique for performing the above has been proposed (Patent Document 3).
  • JP 2009-280860 A Japanese Patent No. 3944304 Japanese Examined Patent Publication No. 4-77060
  • Patent Document 1 The method described in Patent Document 1 is for high-cost alloys containing Ag at a high concentration of 2 to 15%. For this reason, there is a need for a technique that can exhibit sufficient strength and elongation even with a lower concentration of Cu—Ag alloy or a copper alloy containing no Ag. Moreover, as described in Patent Document 1, when the Ag content is increased in order to increase the strength, on the other hand, the conductivity is lowered. Furthermore, Ag is an element that improves heat resistance, and heat treatment becomes difficult. In addition, when processing up to an ultrathin line, it may not be possible to obtain sufficient characteristics just by adjusting the final processing degree.
  • a general solid solution type highly conductive copper alloy as described in Patent Document 2 has a narrow temperature range for realizing a semi-softening heat treatment. For this reason, it is difficult to realize stable performance. Further, it is difficult to further increase the strength and improve the bending fatigue resistance while securing the conductivity and elongation with the copper alloy described in Patent Document 2.
  • the elongation of the wire obtained by the semi-softening heat treatment is lower than the elongation of the wire obtained by the softening treatment, the formability of the wire obtained by the semi-softening heat treatment is suitable for coil winding processing under more severe conditions. It is insufficient for this.
  • the method of semi-softening by adding a small amount of Zr to a low concentration Cu—Ag alloy can easily achieve both elongation and strength. In terms of elongation, it was insufficient.
  • the shape of the magnet wire is not limited to a round wire, and the use of a square wire or a flat wire is also being studied. Also in the case of these square wires and flat wires, it is required that the wire be thin enough to correspond to the diameter of the round wire.
  • the present invention has been made in view of the problems in the prior art, and has high elongation and excellent workability, that is, coil formability.
  • the characteristics of the coil obtained using the copper alloy wire An object is to provide a copper alloy wire excellent in (coil life), for example, used for a magnet wire or the like at low cost.
  • the present inventors In order to develop a copper alloy wire having high elongation, excellent workability, and excellent coil characteristics (coil life) obtained by using the copper alloy wire, the present inventors have developed various copper alloys. The inventors studied diligently about the alloy and its manufacturing method. As a result, it was found that by properly controlling the recrystallized texture of the copper alloy wire, a copper alloy wire having high elongation, excellent coil formability, and excellent coil characteristics (coil life) can be obtained. . The present invention has been completed based on this finding.
  • a copper alloy wire containing 0.1 to 4.0% by mass of Ag with the balance being Cu and inevitable impurities A copper alloy wire in which the area ratio of crystal grains having a ⁇ 101> orientation is 10% or more of the total measurement area when a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the wire is observed by an EBSD method from the normal direction of the cross section.
  • a copper alloy wire made of mechanical impurities A copper alloy wire in which the area ratio of crystal grains having a ⁇ 101> orientation is 10% or more of the total measurement area when a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the wire is observed by an EBSD method from the normal direction of the cross section.
  • (6) a step of obtaining a rough drawn wire by melting and casting a copper alloy material containing 0.1 to 4.0% by mass of Ag and the balance being an alloy composition of Cu and inevitable impurities;
  • the wire has a process of performing a final cold working and a final annealing in this order with a working degree ⁇ of 0.5 or more and 4 or less,
  • the intermediate annealing and the final annealing are both performed at 400 to 800 ° C.
  • a method for producing a copper alloy wire which is a heat treatment for 0.1 to 5 seconds at 500 to 850 ° C. (but not less than the recrystallization temperature of the copper alloy material) in an inert gas atmosphere when carried out by the formula.
  • a method for producing a copper alloy wire which is a heat treatment for 0.1 to 5 seconds at 500 to 850 ° C. (but not less than the recrystallization temperature of the copper alloy material) in an inert gas atmosphere when carried out by the formula.
  • At least one selected from the group consisting of Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr and Cr is contained in an amount of 0.05 to 0.30% by mass, and the balance is inevitable with Cu.
  • the wire has a process of performing a final cold working and a final annealing in this order with a working degree ⁇ of 0.5 or more and 4 or less,
  • the intermediate annealing and the final annealing are both performed at 300 to 800 ° C. or 400 to 800 ° C.
  • a method for producing a copper alloy wire which is a heat treatment of 0.1 to 5 seconds at a temperature higher than the recrystallization temperature of the material.
  • the wire means a square wire or a flat wire in addition to the round wire.
  • the wire of the present invention refers to a round wire, a square wire, and a flat wire unless otherwise specified.
  • the size of the wire means that the wire diameter ⁇ (diameter of the circle of the cross section) of the round wire is a square wire (in the wire drawing direction) if the wire is a round wire (a cross section perpendicular to the wire drawing direction is circular). If the cross section perpendicular to the square is square, the thickness t and width w of the square wire (both are the length of one side of the square of the cross section and have the same value) are converted into rectangular wires (drawing direction). Is the thickness t (the length of the short side of the rectangle of the cross section) and the width w (the length of the long side of the rectangle of the cross section).
  • the balance between the predetermined strength required for coil forming and good elongation is excellent, and in addition to this, the characteristics of the coil obtained by using the copper alloy wire (specifically, bending fatigue resistance) It is possible to obtain a copper alloy wire excellent in coil life expressed by characteristics and coil formability that can form a long copper alloy wire into a coil with few defects.
  • the copper alloy wire of the present invention can be suitably used for, for example, a magnet wire.
  • the manufacturing method of the copper alloy wire of this invention the said copper alloy wire can be manufactured stably cheaply.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing changes in strength and elongation of a copper alloy wire with respect to changes in heat treatment temperature.
  • FIG. 1 the example in the copper alloy composition of Example 52 was shown.
  • FIG. 2 is a front view schematically showing an apparatus used in a test for measuring the number of bending fatigue fractures (number of repetitions until fracture) performed in the examples.
  • the copper alloy wire of the present invention contains 0.1 to 4% by mass of Ag and / or at least one selected from the group consisting of Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr and Cr.
  • the content is preferably 0.05 to 0.30% by mass, and the balance consists of Cu and inevitable impurities.
  • the content of the alloy additive element is simply “%”, it means “mass%”.
  • the total content of at least one alloy component selected from the group consisting of Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr and Cr other than Ag is preferably 0.50% by mass or less. More preferably, it is 0.05 to 0.30 mass%.
  • [1] Ag may be contained alone, or [2] from Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr and Cr. Or at least one selected from the group consisting of [3] these [1] Ag and [2] group consisting of Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr and Cr You may contain both at least 1 sort (s) chosen from.
  • These elements are solid solution strengthening type or precipitation strengthening type elements, respectively, and by adding these elements to Cu, the strength can be increased without significantly reducing the conductivity.
  • This addition increases the strength of the copper alloy wire itself and improves the bending fatigue resistance.
  • the bending fatigue resistance is proportional to the tensile strength, but if processing is performed in order to increase the tensile strength, the elongation decreases and it becomes impossible to form into an ultrafine copper alloy wire such as a magnet wire.
  • the bending strain applied to the copper alloy wire during bending fatigue is larger at the outer peripheral portion of the wire, and the bending strain is smaller as it is closer to the center portion.
  • the whole wire is maintaining the softened state. For this reason, since the elongation as a whole wire can be secured sufficiently, it becomes possible to form an ultrafine copper alloy wire such as a magnet wire.
  • Ag is an element that can increase the strength without lowering the conductivity
  • a Cu—Ag alloy is suitable as the copper alloy according to the present invention used for, for example, a magnet wire.
  • Ag is an example of an essential additive element in the copper alloy according to the present invention.
  • the Ag content is 0.1 to 4.0%, preferably 0.5 to 2.0%. If the Ag content is too low, sufficient strength cannot be obtained. Moreover, when there is too much Ag content, while electroconductivity will fall, cost will become high too much. In addition, when Ag content is less than 0.1 mass%, it is regarded as an inevitable impurity.
  • At least one element selected from the group consisting of Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr and Cr is another example of the essential additive element in the copper alloy according to the present invention.
  • the content of these elements is preferably 0.05 to 0.30% by mass, more preferably 0.05 to 0.20% by mass, as the content of each.
  • this content is too small as each content, the effect of the strength increase by addition of these elements is hardly expected.
  • the fall of electrical conductivity is too large and it is unsuitable as copper alloy wires, such as a magnet wire.
  • at least one element selected from the group consisting of Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr and Cr is less than 0.05% by mass, it is regarded as an inevitable impurity.
  • the copper alloy wire of the present invention is characterized in that the ⁇ 101> texture is 10% or more of the whole.
  • the ⁇ 101> texture is preferably 20% or more of the whole.
  • ⁇ 101> the texture is 10% or more of the whole
  • a cross section perpendicular to the longitudinal direction (drawing direction) of the wire is observed from the normal direction of the cross section by the EBSD method
  • ⁇ 101 > The area ratio of crystal grains having an orientation is 10% or more of the total measurement area.
  • ⁇ 101> a copper alloy wire satisfying a texture of 10% or more of the entire structure has excellent elongation and excellent coil formability. It has been found that it exhibits its characteristics. In addition, if there are too many ⁇ 101> textures, the strength may be insufficient. Therefore, the ⁇ 101> texture is preferably 40% or less of the total.
  • EBSD method The EBSD method is used for the observation and analysis of the crystal orientation in the present invention.
  • EBSD is an abbreviation for Electron BackScatter Diffraction, and is a crystal orientation analysis technique using reflected electron Kikuchi line diffraction that occurs when a sample is irradiated with an electron beam in a scanning electron microscope (SEM).
  • the cross section (transverse section) perpendicular to the longitudinal direction of the wire is scanned in 0.02 ⁇ m steps to analyze the orientation of each crystal grain.
  • a surface whose deviation angle from the ⁇ 101> orientation is within ⁇ 10 degrees is defined as a ⁇ 101> surface
  • a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the wire is observed by the EBSD method from the normal direction of the cross section
  • a crystal grain having a plane whose deviation angle from the ⁇ 101> orientation is within ⁇ 10 degrees is defined as a crystal grain having a ⁇ 101> orientation.
  • the ratio of the area of the crystal grains having the ⁇ 101> orientation has the ⁇ 101> orientation.
  • the area ratio (%) of crystal grains is obtained. What is necessary is just to determine the said scanning step suitably according to the magnitude
  • analysis software OIM software (trade name) manufactured by TSL Solution can be used.
  • Information obtained in the analysis of crystal grains by EBSD measurement includes information up to a depth of several tens of nanometers in which the electron beam penetrates the sample, but is sufficiently small with respect to the measured width. In the inside, it treats as an area ratio of a crystal grain.
  • the area of the crystal grains differs in the longitudinal direction (LD) of the wire, it is preferable to average some points in the longitudinal direction.
  • the average crystal grain size of base material of copper alloy wire is preferably 0.2 to 5.0 ⁇ m.
  • the average crystal grain size is too small, since the crystal grains are excessively fine, the work hardening ability is lowered, and the elongation may be slightly lowered.
  • the average crystal grain size is too large, non-uniform deformation is likely to occur, and elongation may decrease.
  • the manufacturing method of the copper alloy wire of the present invention will be described.
  • the shape of the copper alloy wire of the present invention is not limited to a round wire, and may be a square wire or a flat wire, which will be described below.
  • the copper alloy wire of the present invention is not a processed finish but an annealed finish.
  • the copper alloy round wire manufacturing method of the present invention includes, for example, casting, cold working (specifically, cold wire drawing, also called intermediate cold working), intermediate annealing, and final cold working. And each step of final annealing.
  • cold working and intermediate annealing may be performed in this order as necessary, and these processes may be repeated twice or more in this order.
  • the number of repetitions of cold working and intermediate annealing is not particularly limited, but is usually 1 to 5 times, preferably 2 to 4 times.
  • the ingot size is close to the final wire diameter (for example, when the degree of processing from the ingot to the final wire diameter is in the range of 0.5 to 4, that is, when the ingot size is small or the final wire diameter is large) It can be omitted without necessarily requiring intermediate annealing. In this case, cold working as intermediate wire drawing after intermediate annealing is also omitted.
  • the additive elements of Cu and Ag, Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr, and Cr are melted and cast.
  • the atmosphere of the crucible when melting is preferably an atmosphere of an inert gas such as a vacuum or nitrogen or argon in order to prevent formation of oxides.
  • an inert gas such as a vacuum or nitrogen or argon in order to prevent formation of oxides.
  • the continuous casting wire drawing methods such as a horizontal type continuous casting machine and an Upcast method, can be used. According to these continuous casting wire drawing methods, rough drawing wire having a diameter of about ⁇ 8 to 23 mm is usually obtained by continuously performing the steps from casting to wire drawing.
  • a billet (ingot) obtained by casting is subjected to wire drawing to obtain a rough drawing wire having a diameter of about 8 to 23 mm.
  • Cold working, intermediate annealing You may perform cold processing and heat processing (intermediate annealing) with respect to this rough drawing wire at least once in this order as needed. By performing these cold working and heat treatment (intermediate annealing), a thin wire having a diameter of usually about 0.06 to 1 mm is obtained.
  • each cold working is performed so as to obtain a wire (thin diameter wire) within a range of a working degree ( ⁇ ) of 0.5 or more and 4 or less.
  • the orientation of the ⁇ 101> texture (area ratio of the crystal grains having the ⁇ 101> orientation) is less than 10%, and instead the ⁇ 111> texture is It increases and affects the structure after finish annealing (final annealing), and the elongation becomes low.
  • each cold working may be performed by a plurality of cold working passes.
  • the number of cold working passes between two consecutive heat treatments (intermediate annealing) is not particularly limited, but is usually 2 to 40 times.
  • intermediate annealing is performed as necessary. As described above, intermediate annealing may be omitted when the ingot size is close to the final wire diameter. Although the specific heat treatment temperature differs depending on the alloy composition, the intermediate annealing needs to be performed at a temperature higher than the recrystallization temperature. Copper alloy wires are roughly classified into two types of crystal structure states. One is a processed structure. This is a structure state in which many strains are introduced into the crystal by wire drawing or the like. The other is a recrystallized structure. This is a textured state with little variation in crystal grain size and relatively little distortion.
  • the processed structure of the copper alloy wire changes to a recrystallized structure.
  • a temperature at which almost all of the metal structure is changed to a recrystallized structure is defined as a “recrystallization temperature”.
  • a heat treatment (temperature / time) that changes almost all of the metal structure to a recrystallized structure is called a softening process.
  • the temperature and time of the softening process vary depending on the composition, processing degree, thermal history, etc. of the copper alloy wire. In particular, it is known that a copper alloy wire added with Ag or Zr has a high recrystallization temperature. The greater the degree of processing, the softer the treatment becomes even at lower temperatures.
  • the softening heat treatment becomes possible even at lower temperatures.
  • the temperature of the softening treatment is increased, recrystallization further proceeds, the elongation of the copper alloy wire is recovered, and the strength is lowered.
  • the recovery of elongation and the decrease in strength reach an inflection point at the recrystallization temperature.
  • heat treatment above this inflection point is called softening treatment.
  • the heat treatment at a temperature below the recrystallization temperature up to the vicinity of the recrystallization temperature has a large elongation and change in strength with respect to the change in the heat treatment temperature, but the heat treatment temperature at a temperature higher than the recrystallization temperature. The change in elongation and strength with respect to the change is small.
  • a heat treatment at a temperature higher than the recrystallization temperature is performed, the structure is rearranged into the recrystallized structure and the strain is eliminated, so that the strength decreases and the elongation improves (recovers).
  • a heat treatment is performed for a predetermined time in a temperature range from a temperature at which the recovery of elongation and a decrease in strength occur (temperature exceeding about 200 ° C. in the example shown in FIG. 1) to below the recrystallization temperature (less than 500 ° C.).
  • the semi-softened structure is a structure in which a processed structure and a recrystallized structure are mixed.
  • the temperature range of the semi-softening heat treatment also varies depending on the alloy composition, the amount of deformation, the thermal history, etc., as in the softening treatment.
  • the relationship between the annealing temperature, strength, and elongation in the copper alloy composition of Example 52 is shown in FIG.
  • the recrystallization temperature or softening temperature is 500 ° C.
  • softening treatment and semi-softening treatment are distinguished as treatments that give different physical properties to the copper alloy wire.
  • the intermediate annealing in the method for producing a copper alloy wire according to the present invention corresponds to “softening treatment”. Therefore, the heat treatment temperature is higher than the recrystallization temperature.
  • the heat treatment method for performing the intermediate annealing is roughly classified into a batch type and a continuous type.
  • Batch-type heat treatment is inferior in productivity because it takes processing time and cost, but it is easy to control characteristics because temperature and holding time are easy to control.
  • continuous heat treatment is excellent in productivity because it can be heat treated continuously with the wire drawing process, but since heat treatment needs to be performed in an extremely short time, the heat treatment temperature and time are accurately controlled to stabilize the characteristics. It is necessary to realize this. Since each heat treatment method has advantages and disadvantages as described above, a heat treatment method according to the purpose is selected. In general, the heat treatment is performed in a shorter time as the heat treatment temperature is higher, and the heat treatment is performed in a longer time as the heat treatment temperature is lower.
  • the intermediate annealing is performed in a batch system, for example, heat treatment is performed at 300 to 800 ° C. for 30 minutes to 2 hours in a heat treatment furnace in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
  • an element for improving heat resistance such as Ag or Zr
  • the specific heat treatment temperature varies depending on the alloy composition, but the intermediate annealing temperature is equal to or higher than the recrystallization temperature.
  • the intermediate annealing performed in batch mode is also abbreviated as batch annealing.
  • examples of the continuous heat treatment include an electric heating method and an in-atmosphere heat treatment method.
  • the electric heating method is a method in which an electrode ring is provided in the middle of the wire drawing process, a current is passed through the copper alloy wire passing between the electrode wheels, and heat treatment is performed by Joule heat generated in the copper alloy wire itself.
  • the in-atmosphere running heat treatment method is a method in which a heating container is provided in the middle of wire drawing, and a copper alloy wire is passed through the heating container atmosphere heated to a predetermined temperature to perform heat treatment. Any of the heat treatment methods is preferably performed in an inert gas atmosphere in order to prevent oxidation of the copper alloy wire.
  • the heat treatment conditions when the intermediate annealing is performed continuously are preferably performed at 400 to 850 ° C. for 0.1 to 5 seconds.
  • an element for improving heat resistance such as Ag or Zr
  • the specific heat treatment temperature varies depending on the alloy composition, but the intermediate annealing temperature is equal to or higher than the recrystallization temperature.
  • the intermediate annealing performed by the two types of continuous heat treatment of the energization heating method and the in-atmosphere running heat treatment method will be abbreviated as current annealing and running annealing, respectively. If the intermediate annealing by any one of these heat treatments is insufficient, sufficient strain removal and recrystallization cannot be performed and the ⁇ 111> processed texture remains, so that the final product has sufficient elongation. It cannot be expressed.
  • finish cold working is performed on the wire subjected to the cold working and intermediate annealing to obtain a desired wire diameter.
  • This finish cold work is also performed within the range in which the degree of work ( ⁇ ) of the copper alloy wire is 0.5 or more and 4 or less, similar to the intermediate cold work.
  • the degree of work is too small, sufficient work cannot be given, so that the work hardening of the copper alloy wire becomes insufficient, and the strength of the copper alloy wire obtained after finish annealing (final annealing) becomes insufficient.
  • the degree of work is too large, ⁇ 101> texture cannot be obtained 10% or more after finish annealing, and sufficient elongation cannot be obtained.
  • the finish cold working is performed within a range where the degree of work is 0.5 or more and 3 or less, and more preferably, the finish cold work is performed within a range where the degree of work ( ⁇ ) is 0.5 or more and 2 or less. Do. By performing finish cold working at this preferred degree of work, it is possible to obtain a superior copper alloy wire having a ⁇ 101> texture of 10% or more and an elongation of 25% or more.
  • finish annealing performed in batch mode is also abbreviated as batch annealing.
  • finish annealing performed by the two types of continuous methods is also abbreviated as current annealing and running annealing, respectively.
  • the heat treatment for the finish annealing is preferably at or above the recrystallization temperature (recrystallization temperature + 200 ° C.) or less, more preferably at or above the recrystallization temperature (recrystallization temperature + 100 ° C.) or less, more preferably at or above the recrystallization temperature (recrystallization temperature). (Crystal temperature + 50 ° C.) or less. If the temperature of the final heat treatment (final annealing) is too high, the strength decreases. Furthermore, if the heat treatment is performed at a temperature higher than (recrystallization temperature + 200 ° C.), the crystal grains become coarse and elongation decreases.
  • the manufacturing method of the copper alloy rectangular wire of the present invention is the same as the manufacturing method of the round wire, except that it has a rectangular wire processing step.
  • the method for producing a copper alloy flat wire of the present invention includes, for example, casting, cold working (cold drawing), flat wire working, and final heat treatment (final annealing) in this order. .
  • intermediate annealing intermediate heat treatment
  • the conditions of processing and heat treatment in each step of casting, cold working, intermediate annealing, and final annealing, and preferable conditions thereof, and the number of repetitions of cold working and intermediate annealing are the same as in the method of manufacturing the round wire.
  • the rolling reduction and the total rolling reduction in each pass during rolling or the like are not particularly limited, and may be set as appropriate so that a desired rectangular wire size can be obtained.
  • the rolling reduction is the rate of change in thickness in the rolling direction when rectangular wire processing is performed.
  • the rolling reduction ( %) Is represented by ⁇ 1- (t 2 / t 1 ) ⁇ ⁇ 100.
  • the total rolling reduction can be 10 to 90%, and the rolling reduction in each pass can be 10 to 50%.
  • the cross-sectional shape of the rectangular wire is not particularly limited, but the aspect ratio is usually 1 to 50, preferably 1 to 20, and more preferably 2 to 10.
  • the aspect ratio (expressed as w / t below) is the ratio of the long side to the short side of the rectangle that forms the width direction (TD) cross section (ie, the cross section perpendicular to the longitudinal direction) of the flat wire.
  • the thickness t of the flat wire is equal to the short side of the rectangle forming the width direction (TD) cross section
  • the width w of the flat wire is the length of the rectangle forming the cross section of the width direction (TD). Equal to edge.
  • the thickness t of the flat wire is usually 0.1 mm or less, preferably 0.07 mm or less, more preferably 0.05 mm or less.
  • the width w of the flat wire is usually 1 mm or less, preferably 0.7 mm or less, more preferably 0.5 mm or less.
  • winding a flat wire in the thickness direction means winding the flat wire in a coil shape with the width w of the flat wire being the width of the coil.
  • a plate material or strip material having a predetermined alloy composition can be manufactured, and these plates or strips can be slit to obtain a rectangular wire material or a rectangular wire material having a desired line width.
  • this manufacturing process for example, there is a method comprising casting, hot rolling, cold rolling, finish annealing, and slit processing. If necessary, intermediate annealing may be performed during the cold rolling. In some cases, the slit processing may be performed before the finish annealing.
  • a copper alloy wire having a ⁇ 101> structure area ratio of 10% or more, preferably 20% or more (usually 40% or less) can be obtained.
  • the copper alloy wire of the present invention preferably has a tensile strength of 260 MPa or more, more preferably 300 MPa or more. If the tensile strength is too small, the strength when the diameter is reduced is insufficient, and the bending fatigue resistance may be inferior. Although there is no restriction
  • the copper alloy wire of the present invention preferably has an elongation (tensile elongation at break) of 20% or more, more preferably 30% or more. If the elongation is too small, problems such as breakage may occur when the coil is formed. Although there is no restriction
  • the copper alloy wire of the present invention preferably has a conductivity of 70% IACS or more, more preferably 80% IACS or more, and still more preferably 90% IACS or more. Higher conductivity is preferable as a magnet wire, for example, because energy loss is lower.
  • the conductivity of the magnet wire is required to be 70% IACS or more, preferably 80% IACS or more, and more preferably 90% IACS or more. Although there is no restriction
  • the copper alloy wire of the present invention preferably exhibits high bending fatigue resistance while having high elongation that can be formed as an ultrafine wire magnet wire. Moreover, the copper alloy wire of the present invention is preferably excellent in coil characteristics (coil life, coil formability). Furthermore, the copper alloy wire of the present invention preferably has a high electrical conductivity.
  • wire diameter or wire thickness is 0.1 mm or less, More preferably, it is 0.07 mm or less, More preferably, it is 0.05 mm or less.
  • the lower limit of the wire diameter or the wire thickness is not particularly limited, but is usually 0.01 mm or more in the current technology.
  • the use of the copper alloy wire of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a magnet wire that is an extra fine wire used for a speaker coil used in a mobile phone, a smartphone, and the like.
  • the cast material is made of 0.1 to 4% by mass of Ag and / or 0.05 to 0.3% by mass of Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr, and Cr as each content.
  • a book having various alloy compositions shown in Tables 1-1, 2-1, 2-6, 2-11, 4-1, which contains at least one selected from the group, and the balance being Cu and inevitable impurities The copper alloy material of the invention example (Example) and the copper alloy material of the comparative example having various alloy compositions shown in Tables 1-1, 2-1, 2-6, 2-11, 4-1 Each was cast into an ingot (rough drawing wire) having a diameter of 8 to 22 mm by a horizontal continuous casting method.
  • the rough drawing wire is subjected to cold working (intermediate cold drawing), intermediate annealing (intermediate heat treatment), final cold working (finish cold drawing) and final annealing (finish heat treatment) in this order,
  • Each round wire sample (test material) of the various wire diameters shown was created.
  • the heat treatment of intermediate annealing and final annealing was performed by any one method selected from three patterns of batch annealing, current annealing, and running annealing, and all were performed in a nitrogen atmosphere. In each table, the method of heat treatment performed is indicated as “batch”, “current”, and “running”. The heat treatment temperature and heat treatment time of the heat treatment are shown in each column.
  • the intermediate annealing and the final annealing are shown in the order of heat treatment 1 ⁇ heat treatment 2 ⁇ heat treatment 3 ⁇ .
  • “X” shown as “heat treatment X” indicates the order (number) of the number of times (Xth) annealing. Of these, the last heat treatment is final annealing.
  • the value shown in the “wire diameter” column in the “heat treatment X” section is the value of the wire after the cold working (intermediate cold working or final cold working) immediately before the X-th heat treatment. The wire diameter.
  • the degree of work in this cold work is shown in the “work degree” column.
  • the degree of working in the final cold working is shown in the “Degree of working in final working” column. .
  • Examples of rectangular wires, comparative examples Using the copper alloys of the examples of the present invention (Examples) having various alloy compositions shown in Table 3-1 and the copper alloy of the comparative example in the same manner as the round wire, except that the ingot was cold worked. After subjecting the rough drawn wire obtained by (drawing) to intermediate annealing (heat treatment 1 in the table), at least one cold working (drawing) and intermediate annealing (heat treatment 2 ⁇ heat treatment 3 in the table ⁇ After being subjected to the heat treatment 4), a rectangular wire was processed, and then finish annealing (any one of heat treatment 3, heat treatment 4, and heat treatment 5 in the table) was performed to produce a rectangular wire sample.
  • the flat wire processing is performed by converting a round wire having a diameter ⁇ (mm) before each flat wire processing into thickness t (mm) ⁇ width w (mm). Were processed by cold rolling into a rectangular wire of the size.
  • Table 3-4 shows the degree of working in the final cold working (finish cold drawing) in the column of “Degree of working in final working”.
  • Tables 1-1 to 1-3, 2-1 to 2-15, 3-1 to 3-5, and 4-1 to 4-3 show the manufacturing conditions of the copper alloy wire according to the present invention and the copper alloy wire of the comparative example. And the average crystal grain size of the base material and the area ratio of particles having ⁇ 101> orientation are shown together with the properties of the obtained copper alloy wire. In addition, the area ratio of particles having ⁇ 100> orientation or ⁇ 111> orientation is shown.
  • Tensile strength (TS) and elongation (El) were measured according to JIS Z2201 and Z2241, respectively, for the copper alloy wires after the final annealing. In the table, “tensile strength after heat treatment” and “elongation after heat treatment” are shown, respectively. A tensile strength of 260 MPa or more was judged acceptable. The elongation was judged to be 10% or more.
  • the electrical conductivity (EC) was measured according to JIS H0505.
  • the electrical conductivity was evaluated as 70% IACS or higher, 80% IACS or higher as good, 90% IACS or higher as excellent, and less than 70% IACS as unacceptable.
  • the average crystal grain size (GS) was measured by a cutting method (JIS G0551) from microstructural observation of a cross section (cross section) perpendicular to the longitudinal direction of each sample wire. In each table, it was simply indicated as “crystal grain size”.
  • the crystal orientation of the recrystallized texture was measured and evaluated as follows using an EBSD (Electron Backscatter Diffraction) method.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of each copper alloy wire sample wire was scanned in steps of 0.02 ⁇ m, and the orientation of each crystal grain was observed and analyzed.
  • analysis software OIM software (trade name) manufactured by TSL Solutions was used.
  • a plane whose deviation angle from the ⁇ 101> orientation is within ⁇ 10 degrees is defined as a ⁇ 101> plane, and a cross section perpendicular to the longitudinal direction of each copper alloy wire sample is taken from the normal direction of the cross section.
  • a crystal grain having a plane whose deviation angle from the ⁇ 101> orientation is within ⁇ 10 degrees when observed by the EBSD method is defined as a crystal grain having a ⁇ 101> orientation.
  • the area ratio (%) of the crystal grain which has ⁇ 101> orientation was calculated
  • ⁇ 101> area ratio is indicated.
  • the area ratio of particles having ⁇ 100> orientation or ⁇ 111> orientation was also determined in the same manner.
  • the coil life was evaluated by performing the bending fatigue test using the apparatus shown in FIG. 2, measuring the number of bending fatigue fractures until the test piece of the copper alloy wire broke, and evaluating the number of fractures.
  • a sample of a copper alloy wire having a wire diameter ⁇ or a wire thickness t is sandwiched between dies as a sample, and a 20 g weight (W) is hung on the lower end to apply a load in order to suppress the deflection of the wire. It was.
  • W 20 g weight
  • the sample was set so as to be sandwiched between dies in the wire thickness direction (ND). The upper end of the sample was fixed with a connector.
  • the sample was bent 90 degrees to the left and right, repeatedly bent at a rate of 100 times per minute, and the number of bending until breaking was measured for each sample.
  • the number of times of bending was counted as one round trip of 1 ⁇ 2 ⁇ 3 in the figure, and the interval between the two dies was set to 1 mm so as not to press the copper alloy wire sample during the test.
  • the determination of breakage was made when the weight suspended at the lower end of the sample dropped.
  • the bending radius (R) was set to 1 mm depending on the curvature of the die.
  • AA (excellent) means that the number of times of repeated bending until bending (number of bending fatigue ruptures) is more than 2001, “A (excellent)” means that it is more than 1001 to 2000 times, “501” Those that were 1000 times were evaluated as “B (good)”, and those that were 500 times or less were evaluated as “D (poor)”.
  • the coil formability was evaluated by the frequency of disconnection per 100 km by testing the frequency of occurrence of disconnection when a specimen of 100 km of copper alloy wire was wound into a coil having a diameter of 3 mm ( ⁇ 3 mm). “A (excellent)” when the occurrence frequency of the disconnection was 0 times or more and less than 0.3 times, “B (good)” when the occurrence frequency was 0.3 times or more and less than 0.6 times, Those that were not less than 1.0 and less than 1.0 were evaluated as “C (possible)”, and those that were not less than 1.0 were evaluated as “D (poor)”.
  • A excellent as a copper alloy wire for ultrafine wire coils at a low cost, judging from the tensile strength, elongation, electrical conductivity, and coil characteristics (coil life, coil formability). Then, “B (good)”, “C (good)”, and “D (poor)” were evaluated.
  • Tables 1-1 to 1-3 show round wire samples (Examples 1 to 10) of the present invention in which Cu-2% Ag alloy wires were processed and heat-treated so as to have a final wire diameter of 0.1 mm ( ⁇ 0.1 mm). The results of measuring and evaluating the characteristics of the comparative round wire sample (Comparative Examples 1 to 10) are shown.
  • Example 10 where the final annealing temperature was as high as 850 ° C., the elongation was not so high as compared with the other examples. For this reason, in these Examples 8, 9, and 10, compared with other Examples, the coil formability was not so high.
  • Comparative Examples 1 to 6 since the final cold work degree was too large, the area ratio of the ⁇ 101> texture was small, and the elongation and the coil formability were inferior.
  • Comparative Example 7 since the temperature of the final heat treatment was low in the semi-softening temperature range, the area ratio of the ⁇ 101> texture was small, the strength was high and the coil life was excellent, but the elongation and the coil formability were inferior.
  • Comparative Example 8 since the degree of work ( ⁇ ) before intermediate annealing was too large exceeding 4, the texture of ⁇ 111> orientation remained much, the area ratio of the texture of ⁇ 101> orientation was small, and the elongation was Coil formability was inferior.
  • Comparative Example 9 since the intermediate heat treatment was insufficient, the processing strain could not be sufficiently removed and it was carried over to the next process. Therefore, the area ratio of ⁇ 101> texture was small, and the elongation and coil formability were low. inferior.
  • Comparative Example 10 the degree of work before heat treatment was too high, and the temperature of intermediate annealing was high, so the crystal grains were coarsened, and the elongation and coil formability were inferior.
  • These Comparative Examples 1 to 10 were all inferior in elongation and coil formability.
  • the ⁇ 101> texture can be controlled by appropriately controlling the heat treatment temperature and the degree of processing, and it has a higher level of strength and elongation, as well as coil characteristics. An excellent copper alloy wire can be obtained.
  • Tables 2-1 to 2-15 show examples and comparative examples of copper alloy round wires having various alloy compositions other than Cu-2% Ag alloy.
  • a copper alloy round wire in which at least one element selected from the group consisting of (1) Ag and / or (2) Sn, Mg, Zn, In, Ni, Co, Zr and Cr is added to Cu.
  • the Ag alloy by controlling the ⁇ 101> texture amount to obtain the area ratio of crystal grains having a predetermined ⁇ 101> orientation, the elongation, strength and conductivity are high, and the coil characteristics ( Coil life and coil formability were also excellent.
  • Cu—Ag alloy round wire has higher strength than other copper alloy round wires. For example, comparing Examples 11 to 25 and Examples 26 to 43, which were subjected to substantially the same processing and heat treatment, Examples 11 to 25 were superior in characteristics, and the Cu—Ag alloy round wire was particularly suitable for a magnet wire. It turns out that it is.
  • Tables 3-1 to 3-5 show examples of flat wire rods and comparative examples.
  • the size after flat wire processing is indicated by thickness t (mm) ⁇ width w (mm).
  • heat treatment 2 heat treatment 3 or heat treatment 4
  • Heat treatment 4 or heat treatment 5 The last heat treatment shown in the column of “Heat Treatment 3, Heat Treatment 4 or Heat Treatment 5” is the final heat treatment (final annealing).
  • Tables 4-1 to 4-3 show examples of the present invention and comparative examples of round wires in which the final wire diameter is swung from ⁇ 0.05 mm to 0.2 mm with a Cu-2% Ag alloy.
  • the bending radius R was fixed to 1 mm so that the bending strain was constant at any wire diameter.
  • the copper alloy round wire of any wire diameter showed excellent characteristics in the example of the present invention and excellent coil characteristics.
  • the performance difference between the example of the present invention and the comparative example becomes more prominent, and it can be seen that the present invention is very effective with an extra fine wire.
  • the same result as in the case of the round wire is obtained.

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Abstract

【課題】高い伸びを持ち加工性、つまりコイル成形性に優れ、これに加えて、その銅合金線材を用いて得られるコイルの特性(コイル寿命)にも優れた、例えばマグネットワイヤ等に用いられる銅合金線材を、安価に提供すること。 【解決手段】Agを0.1~4質量%含有し、並びに/またはSn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金線材であって、線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の10%以上である銅合金線材、並びにその製造方法。

Description

銅合金線材及びその製造方法
 本発明は、銅合金線材及びその製造方法に関し、特にマグネットワイヤ用極細銅合金線材及びその製造方法に関する。
 電子機器の発達に伴い電子部品の小型化が進み、線径が0.1mm以下の極細銅合金線に対する需要が増えてきている。例えば、携帯電話、スマートフォンなどに使用されているマイクロスピーカ用コイルは線径が0.1mm以下の極細線(マグネットワイヤ)をコイル状に巻きつけ加工して製造されている。
 この巻線加工にはターン形成が可能なだけの靭性(伸び)が必要であるため、従来靭性に優れる純銅が用いられてきた。しかし、純銅は導電性に優れるが強度が低い。また、コイル振動に伴う疲労耐性が低い為にコイル寿命が短いという問題がある。さらには、長尺の銅合金線材からコイル巻き線加工できるコイル成形性の向上が求められている。特に、小型のコイルや角型形状のコイルの場合はより厳しい加工となるため、高いコイル成形性と伸びが必要となる。なお、線径が細い線材をコイル状に加工する場合は高い伸びが要求されるが、線径が細くなるほど伸びが出にくくなるというジレンマがある。
 この問題を解決するため、導電率を殆ど下げずに引張強さを上げることのできるAg 2~15質量%を含有する高濃度のCu-Ag合金を使用し、最終加工の加工度を調整することで伸びと強度を両立させることが提案されている(特許文献1)。また、一般的に加工を加えた金属や合金は引張強さが上昇して伸びが低下するが、これに一定温度以上の熱処理を加えることで再び伸びが回復して強度が低下する。そこで、この熱処理の温度を軟化温度以下で行うことにより低濃度の合金でも強度と伸びを両立させることが提案されている(特許文献2)。しかし、この方法は熱処理温度、時間のコントロールが難しい。そこで、0.05~0.2質量%のAgと0.003~0.01質量%のZrを銅中に添加することで半軟化温度範囲を広くし、強度と伸びを両立させる半軟化処理を行う技術が提案されている(特許文献3)。
特開2009-280860号公報 特許3941304号公報 特公平4-77060号公報
 しかし、マグネットワイヤの長寿命化や極細化(例えば、線径0.07mm以下)の要求にともない、銅合金線材の高強度化と伸びの向上の両立が求められている。さらに加えて、コイル巻き線加工性の向上と、耐屈曲疲労特性のさらなる向上が求められている。耐屈曲疲労特性は、コイル寿命の尺度の1つである。
 特許文献1に記載されている方法は、2~15%までの高濃度のAgを含有する高コストな合金に対するものである。この為、より低濃度のCu-Ag合金やAgを含まない銅合金でも十分強度と伸びが発揮できるような技術が求められている。また、特許文献1に記載されているように、より強度を上げるためAg含有量を増やすと、その反面、導電性が低下してしまう。さらに、Agは耐熱性を向上させる元素であり、熱処理が困難となる。また、極細線まで加工する場合には最終加工度を調整するだけでは十分特性が出ない場合がある。
 特許文献2に記載されているような一般の固溶型の高導電性銅合金は、半軟化熱処理を実現させる温度範囲が狭い。このため、安定した性能を実現させることが困難である。また、特許文献2に記載されている銅合金で導電率、伸びを確保したまま更なる高強度化、耐屈曲疲労性向上は困難である。また、半軟化熱処理で得られる線材の伸びは軟化処理で得られる線材の伸びよりも低いために、半軟化熱処理で得られる線材の成形性は、より過酷な条件下でのコイル巻き線加工に対しては不十分である。
 さらに、低濃度のCu-Ag合金に微量のZrを添加して半軟化処理をする方法(特許文献3)は容易に伸びと強度を両立させることができるが、特許文献2の場合と同様に、伸びの点では不十分であった。また、近時、マグネットワイヤの形状としては、丸線に限らず、角線や平角線の採用も検討されている。これらの角線や平角線の場合にも、前記丸線の線径に相当する程度に厚さが薄い線材とすることが要求されている。
 本発明はかかる従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、高い伸びを持ち加工性、つまりコイル成形性に優れ、これに加えて、その銅合金線材を用いて得られるコイルの特性(コイル寿命)にも優れた、例えばマグネットワイヤ等に用いられる銅合金線材を、安価に提供することを課題とする。
 本発明者は、高い伸びを持ち加工性に優れ、これに加えて、その銅合金線材を用いて得られるコイルの特性(コイル寿命)にも優れた銅合金線材を開発すべく、種々の銅合金とその製造方法について鋭意検討を行った。その結果、銅合金線材の再結晶集合組織を適正に制御することによって、伸びが高くコイル成形性に優れ、そのコイルの特性(コイル寿命)にも優れた銅合金線材が得られることを見い出した。本発明は、この知見に基づいて完成されるに至ったものである。
 すなわち、本発明によれば以下の手段が提供される。
(1)Agを0.1~4.0質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金線材であって、
 線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の10%以上である銅合金線材。
(2)Agを0.1~4.0質量%含有し、Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金線材であって、
 線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の10%以上である銅合金線材。
(3)Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金線材であって、
 線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の10%以上である銅合金線材。
(4)前記<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の20%以上である(1)~(3)のいずれか1項に記載の銅合金線材。
(5)母材の平均結晶粒径が0.2~5.0μmである(1)~(4)のいずれか1項に記載の銅合金線材。
(6)Agを0.1~4.0質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる合金組成を与える銅合金材料を溶解、鋳造して荒引線を得る工程と、
 該荒引線に、加工度ηが0.5以上4以下の冷間加工と中間焼鈍を少なくとも1回ずつこの順で繰り返して所定の線径の線材を得る工程と、
 その後、該線材に、加工度ηが0.5以上4以下の最終冷間加工と最終焼鈍をこの順で行う工程とを有し、
 前記中間焼鈍および前記最終焼鈍は、いずれも、バッチ式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において400~800℃(ただし前記銅合金材料の再結晶温度以上)で30分~2時間、または、連続式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において500~850℃(ただし前記銅合金材料の再結晶温度以上)で0.1~5秒の熱処理である、銅合金線材の製造方法。
(7)Agを0.1~4.0質量%含有し、Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる合金組成を与える銅合金材料を溶解、鋳造して荒引線を得る工程と、
 該荒引線に、加工度ηが0.5以上4以下の冷間加工と中間焼鈍を少なくとも1回ずつこの順で繰り返して所定の線径の線材を得る工程と、
 その後、該線材に、加工度ηが0.5以上4以下の最終冷間加工と最終焼鈍をこの順で行う工程とを有し、
 前記中間焼鈍および前記最終焼鈍は、いずれも、バッチ式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において400~800℃(ただし前記銅合金材料の再結晶温度以上)で30分~2時間、または、連続式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において500~850℃(ただし前記銅合金材料の再結晶温度以上)で0.1~5秒の熱処理である、銅合金線材の製造方法。
(8)Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる合金組成を与える銅合金材料を溶解、鋳造して荒引線を得る工程と、
 該荒引線に、加工度ηが0.5以上4以下の冷間加工と中間焼鈍を少なくとも1回ずつこの順で繰り返して所定の線径の線材を得る工程と、
 その後、該線材に、加工度ηが0.5以上4以下の最終冷間加工と最終焼鈍をこの順で行う工程とを有し、
 前記中間焼鈍および前記最終焼鈍は、いずれも、バッチ式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において300~800℃若しくはZrを含有する場合は400~800℃(ただしいずれの場合も前記銅合金材料の再結晶温度以上)で30分~2時間、または、連続式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において400~850℃若しくはZrを含有する場合は500~850℃(ただしいずれの場合も前記銅合金材料の再結晶温度以上)で0.1~5秒の熱処理である、銅合金線材の製造方法。
 本発明において、線材とは、丸線の他に、角線や平角線を含む意味である。従って、本発明の線材とは、特に断らない限り、丸線、角線、平角線を合わせていう。ここで、線材のサイズとは、丸線(伸線方向に対して垂直な断面が円形)であれば丸線材の線径φ(前記断面の円の直径)を、角線(伸線方向に対して垂直な断面が正方形)であれば角線材の厚さt及び幅w(いずれも、前記断面の正方形の一辺の長さであり、同一の値である)を、平角線(伸線方向に対して垂直な断面が長方形)であれば平角線材の厚さt(前記断面の長方形の短辺の長さ)及び幅w(前記断面の長方形の長辺の長さ)をいう。
 本発明によれば、コイル成形に必要な所定の強度と良好な伸びとのバランスに優れ、これに加えて、その銅合金線材を用いて得られるコイルの特性(具体的には、耐屈曲疲労特性で表わされるコイル寿命と、長尺の銅合金線材を少ない不具合でコイルに成形できるコイル成形性)にも優れた銅合金線材を得ることができる。本発明の銅合金線材は、例えばマグネットワイヤ等に好適に用いることができる。また、本発明の銅合金線材の製造方法によれば、安価に安定して前記銅合金線材を製造することができる。
 本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
図1は、熱処理温度変化に対する銅合金線材の強度および伸びの変化を示す模式図である。図1には、実施例52の銅合金組成における例を示した。 図2は、実施例で行った屈曲疲労破断回数(破断までの繰返回数)を測定する試験に用いた装置を模式的に示す正面図である。
 以下、本発明をより詳細に説明する。
[合金組成]
 本発明の銅合金線材は、Agを0.1~4質量%含有し、並びに/又はSn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として好ましくは0.05~0.30質量%含有し、残部はCuと不可避的不純物からなる。ここで、合金添加元素の含有量について単に「%」という場合は、「質量%」の意味である。また、Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種の合金成分の合計含有量には特に制限はないが、銅合金線材の導電率の著しい低下を防ぐためには、Ag以外のSn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種の合金成分の含有量は合計で好ましくは0.50質量%以下、より好ましくは0.05~0.30質量%である。
 本発明の銅合金線材においては、Cuと不可避不純物以外に、[1]Agを単独で含有してもよく、あるいは、[2]Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を単独で含有してもよく、あるいは、[3]これらの[1]Agと[2]Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種とを両方とも含有してもよい。
 これらの元素は、それぞれ固溶強化型あるいは析出強化型の元素であり、Cuにこれらの元素を添加することで導電率を大幅に低下させることなく強度を上げることができる。
 この添加によって、銅合金線材自体の強度が上がり、耐屈曲疲労特性が向上する。一般に耐屈曲疲労特性は引張強さに比例するが、引張強さを大きくするために加工を加えると伸びが低下しマグネットワイヤ等の極細銅合金線材へ成形することができなくなる。ここで、屈曲疲労時に銅合金線材にかかる曲げ歪は線材の外周部ほど大きく、中心部に近いほど曲げ歪量は小さくなる。本発明によれば、線材全体が軟化状態を維持している。この為、線材全体としての伸びを十分確保することができるので、マグネットワイヤ等の極細銅合金線材への成形が可能となる。
 Agは、これらの元素の中でも特に導電率を下げずに強度を上げることができる元素であって、例えばマグネットワイヤ等に用いられる本発明に係る銅合金としてCu-Ag系合金は好適である。Agは、本発明に係る銅合金における必須添加元素の一例である。本発明において、Ag含有量は0.1~4.0%とし、好ましくは0.5~2.0%である。Ag含有量が少なすぎる場合、十分な強度を得ることができない。また、Ag含有量が多すぎると導電性が低下するとともにコストが高くなりすぎる。
 なおAg含有量が0.1質量%よりも少ない場合は不可避不純物と見做す。
 Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素は、本発明に係る銅合金における必須添加元素の別の一例である。本発明において、これらの元素の含有量は各々の含有量として、好ましくは0.05~0.30質量%、さらに好ましくは0.05~0.20質量%である。この含有量が各々の含有量として少なすぎる場合、これらの元素添加による強度上昇の効果が殆ど見込めない。また、この含有量が多すぎる場合、導電率の低下が大きすぎて、マグネットワイヤ等の銅合金線材として不適である。
 なおSn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素が0.05質量%よりも少ない場合は不可避不純物と見做す。
[結晶方位]
 本発明の銅合金線材は、<101>集合組織が全体の10%以上であることを特徴としている。<101>集合組織が全体の20%以上であることが好ましい。ここで、<101>集合組織が全体の10%以上であるとは、線材の長手方向(伸線方向)に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の10%以上であることをいう。銅合金線に、従来通常の条件によって引抜加工、熱処理を行うと、<100>集合組織と<111>集合組織が発達する。しかし、本発明者は、様々な組織を持つ銅合金極細線材について検討を重ねた結果、<101>集合組織が全体の10%以上を満たす銅合金線材が、伸びに優れコイル成形性にも優れた特性を発揮することを見い出した。また、<101>集合組織が多すぎると強度不足となる場合があるため、<101>集合組織が全体の40%以下であることが好ましい。
[EBSD法]
 本発明における上記結晶方位の観察と解析には、EBSD法を用いる。EBSDとは、Electron BackScatter Diffractionの略で、走査電子顕微鏡(SEM)内で試料に電子線を照射したときに生じる反射電子菊池線回折を利用した結晶方位解析技術のことである。
 本発明におけるEBSD測定では、線材の長手方向に垂直な断面(横断面)に対して0.02μmステップでスキャンして、各結晶粒の有する方位を解析する。その解析の結果、<101>方位とのズレ角が±10度以内である面を<101>面と定義し、線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位とのズレ角が±10度以内である面を有する結晶粒を<101>方位を有する結晶粒と定義する。そして、線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積の全測定面積に対する割合から、<101>方位を有する結晶粒の面積率(%)を求める。前記スキャンステップは、試料の結晶粒の大きさに応じて適宜決定すればよい。測定後の結晶粒の解析には、例えば、TSLソリューション社製の解析ソフトOIMソフトウェア(商品名)を用いることができる。EBSD測定による結晶粒の解析において得られる情報は、電子線が試料に侵入する数10nmの深さまでの情報を含んでいるが、測定している広さに対して充分に小さい為、本明細書中では結晶粒の面積率として扱う。また、結晶粒の面積は線材の長手方向(LD)で異なる為、長手方向で何点かを任意にとって平均を取ることが好ましい。
[銅合金線材の母材の平均結晶粒径]
 本発明での特性をさらに向上させるために平均結晶粒径は0.2~5.0μmが好ましい。平均結晶粒径が小さすぎる場合、結晶粒が過剰に微細であるため加工硬化能が低下し、伸びが若干低下する場合がある。一方、平均結晶粒径が大きすぎる場合、不均一変形を生じやすくなり、やはり伸びが低下してしまう場合がある。
[製造方法]
 本発明の銅合金線材の製造方法について説明する。
 前記のとおり、本発明の銅合金線材の形状は、丸線に限定されず、角線や平角線としても良いので、これらについて以下に説明する。なお、本発明の銅合金線材は、加工上がり材ではなく、焼鈍上がり材である。
[丸線材の製造方法]
 まず、本発明の銅合金丸線材の製造方法は、例えば、鋳造、冷間加工(具体的には冷間伸線加工であり、中間冷間加工ともいう。)、中間焼鈍、最終冷間加工及び最終焼鈍の各工程からなる。ここで、冷間加工と中間焼鈍とは、必要に応じてこの順で行えばよく、これらをこの順で2回以上繰り返して行ってもよい。冷間加工と中間焼鈍とを繰り返す回数は、特に制限されるものではないが、通常1回~5回であり、好ましくは2回~4回である。鋳塊サイズと最終線径が近い場合(例えば、鋳塊から最終線径までの加工度で0.5~4の範囲の場合、つまり、鋳塊サイズが小さいもしくは最終線径が太い場合)は必ずしも中間焼鈍を必要とせずに省略することができる。この場合、中間焼鈍後の中間伸線としての冷間加工も省略する。
[鋳造]
 坩堝にてCuとAg、Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr、Crの添加元素を溶解し鋳造する。溶解するときの坩堝の雰囲気は酸化物の生成を防止するために真空もしくは窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。鋳造方法には特に制限はなく、例えば横型連続鋳造機やUpcast法などの連続鋳造伸線法を用いることができる。これらの連続鋳造伸線法によれば、鋳造から伸線の工程を連続して行うことによって、通常直径φ8~23mm程度の荒引線が得られる。一方、連続鋳造伸線法によらない場合には、鋳造によって得たビレット(鋳塊)を伸線加工に付すことによって、同様に直径φ8~23mm程度の荒引線を得る。
[冷間加工、中間焼鈍]
 この荒引線に対して冷間加工と熱処理(中間焼鈍)を必要に応じて少なくとも1回ずつこの順で繰り返して行ってもよい。これらの冷間加工と熱処理(中間焼鈍)を施すことによって、直径が通常φ0.06~1mm程度の細径線を得る。
 この各冷間加工での加工度及び加工率について述べる。
 各々の冷間加工は、加工度(η)が0.5以上4以下の範囲内で線材(細径線)を得るように行う。ここで、加工度(η)は、加工前の線材の断面積をS、加工後の線材の断面積をSとした時に、η=ln(S/S)で定義される。この加工度が小さすぎる場合は、加工後の熱処理(中間焼鈍)によって強度、伸びが十分発現せず、また、工程数が増えてしまうためエネルギー消費量が大きくなる為に製造効率が悪く、好ましくない。また、加工度が大きすぎる場合は、<101>集合組織の配向性(前記の<101>方位を有する結晶粒の面積率)が10%未満と小さくなって、代わりに<111>集合組織が多くなってしまい、仕上焼鈍(最終焼鈍)後の組織にも影響を与え伸びが低くなる。
 ここで、各冷間加工は、複数回の冷間加工パスで行ってもよい。連続する2つの熱処理(中間焼鈍)間の冷間加工のパス数は、特に制限されるものではないが、通常2~40回とする。
 特許文献1に示された製造方法では、最終熱処理前の加工における加工度のみを調整している。これに対して、本発明の製造方法では、各2つの熱処理工程間での冷間加工として各中間冷間伸線(中間冷間加工)及び仕上冷間伸線(最終冷間加工)での加工度を全て適正に制御することによって、再結晶集合組織の配向性を適正に制御することができて、強度と伸びがバランスよく高いレベルとされ、さらにコイル特性にも優れた銅合金線材とすることができる。
 この各冷間加工の後には、必要に応じて中間焼鈍を行う。前述のとおり、鋳塊サイズと最終線径が近い場合には中間焼鈍を省略してもよい。合金組成によって具体的な熱処理温度は異なるが、中間焼鈍は再結晶温度以上で施す必要がある。銅合金線材では、大きく分けて2種類の結晶組織状態がある。1つは加工組織である。これは、伸線加工等によって結晶中に多くの歪みが導入された組織状態である。もう1つは再結晶組織である。これは、結晶粒径のばらつきが少なく、また、比較的歪みが少ない組織状態である。
 一定の熱量の中間焼鈍を施すことにより、銅合金線材の加工組織は再結晶組織へと変化する。本発明では、金属組織のほぼ全てを再結晶組織へと変化させる温度を「再結晶温度」と定義する。そして、金属組織のほぼ全てを再結晶組織と変化させる熱処理(温度・時間)を軟化処理と呼ぶ。軟化処理の温度と時間は、銅合金線材の組成や加工度、熱履歴等によって変化する。特に、AgやZrが添加された銅合金線材は、再結晶温度が高くなることが知られている。加工度が大きい程より低温でも軟化処理が可能となる。また、既に経ている熱処理時間が長い程より低温でも軟化熱処理が可能となる。軟化処理の温度を高くすると再結晶がさらに進み、銅合金線材の伸びが回復して強度が低下する。ただし、一般的には、伸びの回復と強度の低下は、再結晶温度で変曲点を迎える。材料特性的には、この変曲点以上の熱処理を軟化処理と呼ぶ。換言すると、一般的に、再結晶温度の近傍までの再結晶温度未満の温度での熱処理では熱処理温度の変化に対する伸び、強度の変化は大きいが、再結晶温度以上の温度での熱処理では熱処理温度の変化に対する伸び、強度の変化は小さくなる。
 再結晶温度以上の熱処理を施せば、組織は再結晶組織に再配列され歪がなくなるために強度は低下し伸びが向上(回復)する。しかし、再結晶温度より低い温度で熱処理を施しても回復(転位の再配列)や部分的な再結晶が生じ、伸びの回復と強度の低下が起こり始める。本発明では、この伸びの回復と強度の低下が生じ始める温度(図1に示した例では約200℃を超える温度)から再結晶温度未満(500℃未満)までの温度範囲で所定時間行う熱処理を半軟化処理と呼ぶ。再結晶温度未満での熱処理であるため、半軟化状態の組織は加工組織と再結晶組織が混在する組織となる。半軟化熱処理の温度範囲も、軟化処理と同様に合金組成、変形量、熱履歴等によって変化する。
 参考として、実施例52の銅合金組成における焼鈍温度と強度、伸びの関係を図1に示した。この例では、再結晶温度つまり軟化温度は500℃である。このように、軟化処理と半軟化処理は銅合金線材に異なる物性を与える処理として、区別されるものである。本発明の銅合金線材の製造方法における中間焼鈍は、「軟化処理」に該当するものである。したがって、熱処理温度は再結晶温度以上で行うものである。
 この中間焼鈍を行う熱処理方法としては大きく分けてバッチ式と連続式が挙げられる。
 バッチ式の熱処理は処理時間、コストがかかるため生産性に劣るが、温度や保持時間の制御が行いやすいため特性の制御を行いやすい。これに対して、連続式の熱処理は伸線加工工程と連続で熱処理が行えるため生産性に優れるが、極短時間で熱処理を行う必要があるため熱処理温度と時間を正確に制御し特性を安定して実現させることが必要である。それぞれの熱処理方法は以上のように長所と短所があるため、目的に沿った熱処理方法を選択する。なお、一般に、熱処理温度が高いほど短時間で、熱処理温度が低いほど長時間で熱処理を行う。
 中間焼鈍をバッチ式で行う場合は、例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気の熱処理炉で、300~800℃で30分~2時間熱処理を行う。特に、Ag、Zrといった耐熱性を高める元素を添加した場合は400~800℃で30分~2時間熱処理することが好ましい。前述のとおり、合金組成によって具体的な熱処理温度は異なるが、中間焼鈍温度は再結晶温度以上である。以下、バッチ式で行う中間焼鈍をバッチ焼鈍とも略記する。
 一方、連続式の熱処理としては、通電加熱式と雰囲気内走間熱処理式が挙げられる。
 まず、通電加熱式は、伸線工程の途中に電極輪を設け、電極輪間を通過する銅合金線材に電流を流し、銅合金線材自身に発生するジュール熱によって熱処理を行う方法である。
 次に、雰囲気内走間熱処理式は、伸線の途中に加熱用容器を設け、所定の温度に加熱された加熱用容器雰囲気の中に銅合金線材を通過させ熱処理を行う方法である。
 いずれの熱処理方法も銅合金線材の酸化を防止するために不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
 中間焼鈍を連続式で行う場合の熱処理条件は、400~850℃で0.1~5秒行うことが好ましい。特に、Ag、Zrといった耐熱性を高める元素を添加した場合は500~850℃で0.1~5秒熱処理することが好ましい。前述のとおり、合金組成によって具体的な熱処理温度は異なるが、中間焼鈍温度は再結晶温度以上である。
 以下、前記通電加熱式と雰囲気内走間熱処理式の2種類の連続式熱処理で行う中間焼鈍をそれぞれ、電流焼鈍、走間焼鈍と略記する。このいずれかの熱処理による中間焼鈍が不十分な熱処理であると、十分な歪の除去と再結晶ができずに<111>の加工集合組織が残存してしまうため、最終製品で十分な伸びを発現することができない。
[仕上冷間加工(最終冷間加工)]
 必要により前記冷間加工と中間焼鈍が施された線材に対して、仕上冷間加工を施して、所望の線径とする。この仕上冷間加工も、前記中間の冷間加工と同様に、銅合金線材の加工度(η)が0.5以上4以下となる範囲内で行う。加工度が小さすぎる場合は、十分な加工を与えられないため銅合金線材の加工硬化が不十分となり、仕上焼鈍(最終焼鈍)後に得られる銅合金線材の強度が不十分となってしまう。一方、加工度が大きすぎる場合は、仕上焼鈍後に<101>集合組織を10%以上得ることができず、十分な伸びを得ることができない。好ましくは、仕上冷間加工は加工度が0.5以上3以下となる範囲内で行い、さらに好ましくは、仕上冷間加工は加工度(η)が0.5以上2以下となる範囲内で行う。この好ましい加工度で仕上冷間加工を行うことによって、<101>集合組織を10%以上とするとともに、伸び25%以上というより優れた銅合金線材を得ることができる。
[仕上焼鈍(最終焼鈍)]
 上記仕上冷間加工(最終冷間加工)工程により所望のサイズまで伸線加工した銅合金線材に対して、最終熱処理として再結晶温度以上で仕上焼鈍を施す。この熱処理もまた、軟化処理に相等するものである。仕上焼鈍をバッチ式で行う場合は、300~800℃で30分~2時間の熱処理を行う。一方、仕上焼鈍を連続式で行う場合は、400~850℃で0.1~5秒の熱処理を行う。特に、Ag、Zrといった耐熱性を高める元素を添加した場合は、バッチ式の場合は400~800℃で30分~2時間の熱処理を行い、一方、連続式の場合は500~850℃で0.1~5秒の熱処理を行う。前述のとおり、合金組成によって具体的な熱処理温度は異なるが、仕上焼鈍温度は再結晶温度以上である。
 以下、バッチ式で行う仕上焼鈍をバッチ焼鈍とも略記する。また、前記2種類の連続式で行う仕上焼鈍をそれぞれ、電流焼鈍、走間焼鈍とも略記する。
 前記仕上焼鈍の熱処理は、好ましくは再結晶温度以上で(再結晶温度+200℃)以下、より好ましくは再結晶温度以上で(再結晶温度+100℃)以下、さらに好ましくは再結晶温度以上で(再結晶温度+50℃)以下の範囲で行う。最終熱処理(最終焼鈍)の温度を高くし過ぎると強度が低下してしまう。さらに、(再結晶温度+200℃)よりも高い温度で熱処理すると結晶粒の粗大化を引き起こして伸びが低下してしまう。
[平角線材の製造方法]
 次に、本発明の銅合金平角線材の製造方法は、平角線加工工程を有する以外は、前記丸線材の製造方法と同様である。具体的には、本発明の銅合金平角線材の製造方法は、例えば、鋳造、冷間加工(冷間伸線)、平角線加工、最終熱処理(最終焼鈍)の各工程をこの順に施してなる。必要に応じて、冷間加工と平角線加工の間に中間焼鈍(中間熱処理)を入れても良いことも、前記丸線材の製造方法と同様である。鋳造、冷間加工、中間焼鈍、最終焼鈍の各工程の加工・熱処理の各条件とそれらの好ましい条件や、冷間加工と中間焼鈍の繰り返し回数も丸線材の製造方法と同様である。
[平角線加工]
 平角線加工の前までは、丸線材の製造と同様にして、鋳造で得た鋳塊に冷間加工(伸線加工)を施して丸線形状の荒引線を得て、必要により中間焼鈍を施す。平角線加工としては、こうして得た丸線(荒引線)に、圧延機による冷間圧延、カセットローラーダイスによる冷間圧延、プレス、引抜加工等を施す。この平角線加工により、幅方向(TD)断面形状を長方形に加工して、平角線の形状とする。この圧延等は、通常1~5回のパスによって行う。圧延等の際の各パスでの圧下率と合計圧下率は、特に制限されるものではなく、所望の平角線サイズが得られるように適宜設定すればよい。ここで、圧下率とは平角線加工を行った時の圧延方向の厚さの変化率であり、圧延前の厚さをt、圧延後の厚さをtとした時、圧下率(%)は{1-(t/t)}×100で表される。また、本発明において平角線加工での加工度ηはη=ln(t/t)と定義する。例えば、この合計圧下率は、10~90%とし、各パスでの圧下率は、10~50%とすることができる。ここで、本発明において、平角線の断面形状には特に制限はないが、アスペクト比は通常1~50、好ましくは1~20、さらに好ましくは2~10である。アスペクト比(下記のw/tとして表わされる)とは、平角線の幅方向(TD)断面(つまり、長手方向に垂直な断面)を形成する長方形の短辺に対する長辺の比である。平角線のサイズとしては、平角線材の厚さtは前記幅方向(TD)断面を形成する長方形の短辺に等しく、平角線材の幅wは前記幅方向(TD)断面を形成する長方形の長辺に等しい。平角線材の厚さtは、通常0.1mm以下、好ましくは0.07mm以下、より好ましくは0.05mm以下である。平角線材の幅wは、通常1mm以下、好ましくは0.7mm以下、さらに好ましくは0.5mm以下である。
 この平角線材を厚さ方向に巻線加工する場合、本発明による丸線材と同様に、高い引張強度、伸び、導電率を発現することができる。ここで、平角線材を厚さ方向に巻線加工するとは、平角線材の幅wをコイルの幅として、平角線をコイル状に巻きつけることをいう。
[角線材の製造方法]
 さらに、角線材を製造する場合には、前記平角線材の製造方法において、幅方向(TD)断面が正方形(w=t)となるように設定すればよい。
[平角線材及び角線材の製造方法の別の実施形態]
 前記の製造方法に代えて、所定の合金組成の板材または条材を製造し、これらの板または条をスリットして、所望の線幅の平角線材または角線材を得ることができる。
 この製造工程として、例えば、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、仕上焼鈍、スリット加工からなる方法がある。必要に応じて冷間圧延の途中に中間焼鈍を入れても良い。スリット加工は場合によっては仕上焼鈍の前に行っても良い。
[物性]
 以上で説明した本発明の製造方法によって、<101>組織の面積率が全体の10%以上、好ましくは20%以上(通常40%以下)である銅合金線材を得ることができる。本発明の銅合金線材は、好ましくは260MPa以上、さらに好ましくは300MPa以上の引張強さを有する。引張強度が小さすぎる場合には、細径化したときの強度が足りず、耐屈曲疲労特性に劣ることがある。引張強さの上限値には特に制限はないが、通常400MPa以下である。また、本発明の銅合金線材は、好ましくは20%以上、さらに好ましくは30%以上の伸び(引張破断伸び)を有する。伸びが小さすぎる場合には、コイルを成形する際に破断等の不具合が生じてしまうことがある。伸びの上限値には特に制限はないが、通常40%以下である。
 本発明の銅合金線材は、好ましくは70%IACS以上、より好ましくは80%IACS以上、さらに好ましくは90%IACS以上の導電率を有する。導電率が高い方がエネルギーロスが低いため、例えばマグネットワイヤとして好ましい。マグネットワイヤとして導電率は70%IACS以上が必要であり、好ましくは80%IACS以上、さらに好ましくは90%IACS以上である。導電率の上限値には特に制限はないが、通常100%IACS以下である。
 本発明の銅合金線材は、好ましくは、極細線マグネットワイヤとして成形可能な高い伸びを有しながら高い耐屈曲疲労性を示す。また、本発明の銅合金線材は、好ましくはコイル特性(コイル寿命、コイル成形性)にも優れる。さらに、本発明の銅合金線材は、好ましくは導電率が高い。
[線径または線材の厚さ、用途]
 本発明の銅合金線材の線径または線材の厚さには、特に制限はないが、好ましくは0.1mm以下、さらに好ましくは0.07mm以下、より好ましくは0.05mm以下である。線径または線材の厚さの下限値には特に制限はないが、現在の技術では通常0.01mm以上である。
 本発明の銅合金線材の用途は、特に制限されないが、例えば、携帯電話、スマートフォンなどに使用されているスピーカコイルに用いられる極細線であるマグネットワイヤ等が挙げられる。
 以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[丸線材の実施例、比較例]
 鋳造材は、0.1~4質量%のAg、並びに/または、各々の含有量として0.05~0.3質量%のSn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる表1-1、2-1、2-6、2-11、4-1に示した種々の合金組成を有する本発明例(実施例)の銅合金素材と、表1-1、2-1、2-6、2-11、4-1に示した種々の合金組成を有する比較例の銅合金素材とを、それぞれ横型連続鋳造方法でφ8~22mmの鋳塊(荒引線)に鋳造した。
 この荒引線に冷間加工(中間冷間伸線)、中間焼鈍(中間熱処理)、最終冷間加工(仕上冷間伸線)及び最終焼鈍(仕上熱処理)をこの順に施して、各々表中に示した各種線径の、各丸線材サンプル(供試材)を作成した。
 中間焼鈍、最終焼鈍の熱処理は、バッチ焼鈍、電流焼鈍、走間焼鈍の3パターンから選ばれるいずれかの方式で実施し、いずれも窒素雰囲気下で行った。各表中には、行った熱処理の方式を「バッチ」、「電流」、「走間」と示した。当該熱処理の熱処理温度と熱処理時間を各欄に示した。なお、中間焼鈍及び最終焼鈍は、熱処理1→熱処理2→熱処理3→…として、行った順に示した。「熱処理X」として示した「X」が何回目(第X回目)に行った焼鈍であるかの順番(番号)を示す。この内、最後に行った熱処理が最終焼鈍である。各表に示した試験例では、中間焼鈍を1回から4回行った場合と、中間焼鈍を1回も行わなかった場合とがある。各試験例において「熱処理X」の項の「線径」欄に示した値は、当該第X回目の熱処理に付す直前の冷間加工(中間冷間加工または最終冷間加工)後の線材の線径である。この冷間加工(中間冷間加工または最終冷間加工)における加工度を「加工度」の欄に示した。
 表1-2、2-4、2-9、2-14には、当該最終に施した冷間加工(最終冷間加工)における加工度を「最終加工での加工度」の欄に示した。
[平角線材の実施例、比較例]
 表3-1に示した種々の合金組成を有する本発明例(実施例)の銅合金と比較例の銅合金とを用いて、前記丸線材と同様にして、但し、鋳塊を冷間加工(伸線)して得た荒引線に中間焼鈍(表中の熱処理1)を付した後、少なくとも1回ずつの冷間加工(伸線)と中間焼鈍(表中の熱処理2→熱処理3→熱処理4)に付した後に、平角線加工を施してから仕上焼鈍(表中の熱処理3、熱処理4、熱処理5のいずれか)を施して、平角線材サンプルを作製した。
 平角線加工は、表3-3~3-4に示したように、各平角線加工前に線径φ(mm)であった丸線を、厚さt(mm)×幅w(mm)のサイズの平角線に冷間圧延によって加工した。
 表3-4には、最終に施した冷間加工(仕上冷間伸線)における加工度を「最終加工での加工度」の欄に示した。
 表1-1~1-3、2-1~2-15、3-1~3-5、4-1~4-3に、本発明による銅合金線材と比較例の銅合金線材の製造条件と、母材の平均結晶粒径、<101>方位を有する粒子の面積率を、得られた銅合金線材の特性とともに示す。併せて、<100>方位または<111>方位を有する粒子の面積率を示す。
[特性]
 以上のようにして得た丸線材と平角線材のサンプルについて、各種特性を試験、評価した。
 引張強さ(TS)、伸び(El)は、それぞれ最終焼鈍後の銅合金線材について、JIS Z2201、Z2241に従い測定した。表中では、「熱処理後引張強さ」、「熱処理後伸び」とそれぞれ示した。引張強さは260MPa以上を合格と判断した。伸びは10%以上を合格と判断した。
 導電率(EC)についてはJIS H0505に従い測定した。導電率が70%IACS以上を合格、80%IACS以上を良、90%IACS以上を優、70%IACS未満を不合格と評価した。
 平均結晶粒径(GS)は、各サンプル線材の長手方向に垂直な断面(横断面)のミクロ組織観察から切断法(JIS G0551)により測定した。各表では、単に「結晶粒径」と示した。
 再結晶集合組織の結晶方位は、EBSD(Electron BackScatter Diffraction)法により、以下のように測定、評価した。各銅合金線材サンプル線材の長手方向に垂直な断面に対して0.02μmステップでスキャンして、各結晶粒の有する方位を観察、解析した。該解析には、TSLソリューション社製の解析ソフトOIMソフトウェア(商品名)を用いた。その解析の結果、<101>方位とのズレ角が±10度以内である面を<101>面と定義し、各銅合金線材サンプルの長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位とのズレ角が±10度以内である面を有する結晶粒を<101>方位を有する結晶粒と定義する。そして、このように観察、測定した<101>方位を有する結晶粒の面積の、全測定面積に対する割合から、<101>方位を有する結晶粒の面積率(%)を求めた。各表では、<101>面積率と示す。なお、<100>方位または<111>方位を有する粒子の面積率も同様に求めた。
 コイル寿命は、図2に示した装置により屈曲疲労試験を行い、銅合金線材の供試材が破断するまでの屈曲疲労破断回数を測定し、その破断回数で評価した。図2に示すように、試料として線径φまたは線材の厚さtの銅合金線材の試料をダイスで挟み、線材のたわみを抑えるため下端部に20gの錘(W)をつるして荷重を掛けた。平角線の場合には、線材の厚さ方向(ND)でサンプルをダイスで挟むようにセットした。試料の上端部は接続具で固定した。この状態で試料を左右に90度ずつ折り曲げて、毎分100回の速さで繰り返しの曲げを行い、破断するまでの曲げ回数をそれぞれの試料について測定した。なお、曲げ回数は、図中の1→2→3の一往復を一回と数え、また、2つのダイス間の間隔は、試験中に銅合金線材の試料を圧迫しないように1mmとした。破断の判定は、試料の下端部に吊るした錘が落下したときに、破断したものとした。なおダイスの曲率によって、曲げ半径(R)は1mmとした。破断に至るまでの繰り返し曲げ回数(屈曲疲労破断回数)が2001回以上であったものを「AA(特に優)」、1001~2000回以上であったものを「A(優)」、501~1000回であったものを「B(良)」、500回以下であったものを「D(劣)」と評価した。
 コイル成形性は、銅合金線材の供試材100kmを直径3mm(φ3mm)のコイルに巻き線加工したときの断線発生頻度を試験して、100kmあたりの断線頻度で評価した。断線の発生頻度が0回以上0.3回未満であったものを「A(優)」、0.3回以上0.6回未満であったものを「B(良)」、0.6回以上1.0回未満であったものを「C(可)」、1.0回以上であったものを「D(劣)」として評価した。
 総合評価は、前記引張強度、伸び、導電率、及び前記コイル特性(コイル寿命、コイル成形性)から判断して、低コストで極細線コイル用銅合金線材として優れるものを「A(優)」、次いで「B(良)」、「C(可)」、「D(劣)」で評価した。
 表1-1~1-3にCu-2%Ag合金線を最終線径0.1mm(φ0.1mm)となるよう加工、熱処理した本発明例の丸線材サンプル(実施例1~10)と比較例の丸線材サンプル(比較例1~10)の特性を測定、評価した結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 実施例1~10はいずれも、<101>方位の集合組織の面積率が10%以上となるように加工、熱処理条件を適正に調整した為に、伸びが25%以上で強度が300MPa以上といずれも高く、かつ、導電率、コイル寿命とコイル成形性も良好な特性を示している。特に、最終焼鈍前の最終冷間加工における最終加工度(η)が0.5以上2以下の実施例1~4は<101>集合組織の面積率が20%以上であって、伸びが35%以上と高く、コイル成形性もさらに良好な特性を示している。また、仕上焼鈍前の仕上冷間加工における最終加工度(η)が3を超え4以下の値であった実施例8、9は結晶粒径が0.1μmと微細化したため、他の実施例と比較すると、伸びはそれ程高くなかった。最終焼鈍温度が850℃と高かった実施例10も同様に、他の実施例と比較すると、伸びはそれ程高くなかった。この為、これらの実施例8、9、10では、他の実施例と比較すると、コイル成形性はそれ程高くなかった。
 これに対し、比較例1~6では最終の冷間加工度が大きすぎるために、<101>集合組織の面積率が小さく、伸びとコイル成形性が劣った。比較例7は最終熱処理の温度が半軟化温度域で低かったため、<101>集合組織の面積率が小さく、強度は高くコイル寿命に優れたが、伸びとコイル成形性が劣った。比較例8は中間焼鈍前の加工度(η)が4を超えて大きすぎたために、<111>方位の集合組織が多く残存して<101>方位の集合組織の面積率が小さく、伸びとコイル成形性が劣った。比較例9では中間熱処理が不十分であったために加工ひずみを十分に除去することが出来ずに次工程に持ち越してしまったため、<101>集合組織の面積率が小さく、伸びとコイル成形性が劣った。比較例10では熱処理前の加工度が高すぎたのと併せ、中間焼鈍の温度が高かったために、結晶粒が粗大化してしまい、伸びとコイル成形性が劣った。これらの比較例1~10は、いずれも伸びとコイル成形性に劣った。
 このように、本発明によれば、熱処理温度と加工度を適正に制御することで<101>集合組織を制御することができて、より高いレベルの強度と伸びを有するとともに、コイル特性にも優れた銅合金線材を得ることができる。
 表2-1~2-15にCu-2%Ag合金以外の様々な合金組成の銅合金丸線材の実施例と比較例を示す。
 表中、「最終加工での加工度」の欄には、「熱処理1~5」の内、最終に行った熱処理x(x回目、x=最終)の直前に行った最終の仕上冷間加工(x回目、x=最終)における加工度を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
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Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
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Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
 Cuに(1)Ag並びに/または(2)Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、Zr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を添加した銅合金丸線材の場合にも、Cu-Ag合金の場合と同様に、<101>組織量を制御して所定の<101>方位を有する結晶粒の面積率とすることによって、伸びと強度と導電率が高く、かつ、コイル特性(コイル寿命とコイル成形性)にも優れた特性を示した。この中で、Cu-Ag系合金の丸線材は他の銅合金丸線材と比較して強度が高い。例えば、ほぼ同じ加工と熱処理を施した実施例11~25と実施例26~43を比較すると実施例11~25の方が特性に優れており、Cu-Ag合金丸線材は特にマグネットワイヤに好適であることが分かる。
 表3-1~3-5に平角線材の実施例と比較例を示す。
 表3中、平角線加工後のサイズを厚さt(mm)×幅w(mm)で示した。「熱処理2、熱処理3または熱処理4」の内、最終に行った中間熱処理x(x回目、x=最終)後の線径φ(mm)の丸線に対して、平角線加工を「熱処理3、熱処理4または熱処理5」の欄に示した加工度で施した。最後に行った「熱処理3、熱処理4または熱処理5」の欄に示した熱処理が最終熱処理(最終焼鈍)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
 表3-1~3-5から、平角線材の場合にも、前記表1-1~1-3と表2-1~2-15に示した丸線材の場合と同様の結果となったことがわかる。
 表4-1~4-3にCu-2%Ag合金で最終線径をφ0.05mm~0.2mmまで振った場合の丸線材について本発明の実施例と比較例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000026
 屈曲試験は曲げ歪がいずれの線径でも一定となるように曲げ半径Rを1mmに固定して試験を行った。比較例に対して、いずれの線径の銅合金丸線材でも本発明の実施例の方が伸びに優れ、かつ、コイル特性にも優れた特性を示した。特に線径が細い銅合金丸線材の場合、より本発明の実施例と比較例との性能差が顕著となり、極細線で本発明は非常に有効であることが分かる。
 なお、平角線材の場合にも、前記丸線材の場合と同様の結果が得られる。
 本発明をその実施態様とともに説明したが、私は特に指定しない限り私の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
 本願は、2014年3月31日に日本国で特許出願された特願2014-072611に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。

Claims (8)

  1.  Agを0.1~4.0質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金線材であって、
     線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の10%以上である銅合金線材。
  2.  Agを0.1~4.0質量%含有し、Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金線材であって、
     線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の10%以上である銅合金線材。
  3.  Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金線材であって、
     線材の長手方向に垂直な断面を該断面の法線方向からEBSD法で観察した際に、<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の10%以上である銅合金線材。
  4.  前記<101>方位を有する結晶粒の面積率が全測定面積の20%以上である請求項1~3のいずれか1項に記載の銅合金線材。
  5.  母材の平均結晶粒径が0.2~5.0μmである請求項1~4のいずれか1項に記載の銅合金線材。
  6.  Agを0.1~4.0質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる合金組成を与える銅合金材料を溶解、鋳造して荒引線を得る工程と、
     該荒引線に、加工度ηが0.5以上4以下の冷間加工と中間焼鈍を少なくとも1回ずつこの順で繰り返して所定の線径の線材を得る工程と、
     その後、該線材に、加工度ηが0.5以上4以下の最終冷間加工と最終焼鈍をこの順で行う工程とを有し、
     前記中間焼鈍および前記最終焼鈍は、いずれも、バッチ式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において400~800℃(ただし前記銅合金材料の再結晶温度以上)で30分~2時間、または、連続式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において500~850℃(ただし前記銅合金材料の再結晶温度以上)で0.1~5秒の熱処理である、銅合金線材の製造方法。
  7.  Agを0.1~4.0質量%含有し、Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる合金組成を与える銅合金材料を溶解、鋳造して荒引線を得る工程と、
     該荒引線に、加工度ηが0.5以上4以下の冷間加工と中間焼鈍を少なくとも1回ずつこの順で繰り返して所定の線径の線材を得る工程と、
     その後、該線材に、加工度ηが0.5以上4以下の最終冷間加工と最終焼鈍をこの順で行う工程とを有し、
     前記中間焼鈍および前記最終焼鈍は、いずれも、バッチ式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において400~800℃(ただし前記銅合金材料の再結晶温度以上)で30分~2時間、または、連続式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において500~850℃(ただし前記銅合金材料の再結晶温度以上)で0.1~5秒の熱処理である、銅合金線材の製造方法。
  8.  Sn、Mg、Zn、In、Ni、Co、ZrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種を各々の含有量として0.05~0.30質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる合金組成を与える銅合金材料を溶解、鋳造して荒引線を得る工程と、
     該荒引線に、加工度ηが0.5以上4以下の冷間加工と中間焼鈍を少なくとも1回ずつこの順で繰り返して所定の線径の線材を得る工程と、
     その後、該線材に、加工度ηが0.5以上4以下の最終冷間加工と最終焼鈍をこの順で行う工程とを有し、
     前記中間焼鈍および前記最終焼鈍は、いずれも、バッチ式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において300~800℃若しくはZrを含有する場合は400~800℃(ただしいずれの場合も前記銅合金材料の再結晶温度以上)で30分~2時間、または、連続式で行う場合は不活性ガス雰囲気下において400~850℃若しくはZrを含有する場合は500~850℃(ただしいずれの場合も前記銅合金材料の再結晶温度以上)で0.1~5秒の熱処理である、銅合金線材の製造方法。
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