特許第6053959号(P6053959)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6053959銅合金板材及びその製造方法、前記銅合金板材からなる電気電子部品
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6053959
(24)【登録日】2016年12月9日
(45)【発行日】2016年12月27日
(54)【発明の名称】銅合金板材及びその製造方法、前記銅合金板材からなる電気電子部品
(51)【国際特許分類】
   C22C 9/00 20060101AFI20161219BHJP
   C22C 9/04 20060101ALI20161219BHJP
   C22C 9/02 20060101ALI20161219BHJP
   C22C 9/10 20060101ALI20161219BHJP
   C22C 9/06 20060101ALI20161219BHJP
   C22F 1/08 20060101ALI20161219BHJP
   H01B 1/02 20060101ALI20161219BHJP
   H01B 13/00 20060101ALI20161219BHJP
   H01B 5/02 20060101ALI20161219BHJP
   C22F 1/00 20060101ALN20161219BHJP
【FI】
   C22C9/00
   C22C9/04
   C22C9/02
   C22C9/10
   C22C9/06
   C22F1/08 B
   C22F1/08 Q
   H01B1/02 A
   H01B13/00 511Z
   H01B5/02 Z
   !C22F1/00 602
   !C22F1/00 604
   !C22F1/00 622
   !C22F1/00 623
   !C22F1/00 630A
   !C22F1/00 630K
   !C22F1/00 650A
   !C22F1/00 661A
   !C22F1/00 682
   !C22F1/00 683
   !C22F1/00 684A
   !C22F1/00 685Z
   !C22F1/00 691B
   !C22F1/00 691C
   !C22F1/00 692A
   !C22F1/00 692B
   !C22F1/00 694A
   !C22F1/00 694B
【請求項の数】6
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2015-551901(P2015-551901)
(86)(22)【出願日】2015年5月29日
(86)【国際出願番号】JP2015065689
(87)【国際公開番号】WO2015182777
(87)【国際公開日】20151203
【審査請求日】2016年4月20日
(31)【優先権主張番号】特願2014-111771(P2014-111771)
(32)【優先日】2014年5月29日
(33)【優先権主張国】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100076439
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 敏三
(74)【代理人】
【識別番号】100161469
【弁理士】
【氏名又は名称】赤羽 修一
(72)【発明者】
【氏名】藤井 恵人
(72)【発明者】
【氏名】樋口 優
【審査官】 相澤 啓祐
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−129889(JP,A)
【文献】 特開2012−012644(JP,A)
【文献】 特開平05−051671(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C22C 9/00−9/10
C22F 1/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Crを0.10〜0.50質量%と、Mgを0.01〜0.50質量%含み、Zr、Tiのうち少なくとも一種を合計で0.00〜0.20質量%含有する第1添加元素群、およびZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種を合計で0.00〜0.50質量%含有する第2添加元素群からなる群から選ばれる一種を含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金板材であって(ただし、上記Zr、Tiのうち少なくとも一種、およびZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種からなる群から選ばれる一種は、いずれか1種以上を含有させてもよいし、いずれの一種も含有させなくてもよい。)、
板幅方向TDに垂直な断面において、銅合金材料の材料組織が、加工組織と、結晶粒径が30μm以下の再結晶組織からなり、粒径が30μm以下の前記結晶粒が30〜70%の面積率を有することを特徴とする銅合金板材。
【請求項2】
Zr、Tiのうち少なくとも一種を合計で0.01〜0.20質量%含有する第1添加元素群、およびZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種を合計で0.01〜0.50質量%含有する第2添加元素群からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する、請求項1に記載の銅合金板材。
【請求項3】
材料表面への初期負荷応力を0.2%耐力の80%として、150℃中で1000時間放置した時の応力緩和率が20%以下であり、
90°W曲げした際にR/tが1.0で割れが発生しない、請求項1または2に記載の銅合金板材。
【請求項4】
導電率が60%IACS以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の銅合金板材。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に記載の銅合金板材の製造方法であって、
(a)銅合金板材に相当する合金素材の溶解鋳造
(b)850〜1050℃で均質加熱処理
(c)750℃以上で熱間加工を行い、熱間加工を終えた後、700℃まで1.3〜1.6℃/秒で冷却
(d)90%以下の加工率で冷間加工
(e)450〜650℃で10分〜24時間の熱処理後、冷却速度2℃/分以下で300℃まで冷
f)50%以下の加工率で仕上げ加工
(g)250〜650℃で5秒〜10時間の歪取り焼鈍
をこの順で有することを特徴とする、銅合金板材の製造方法。
【請求項6】
請求項1〜4のいずれか1項に記載の銅合金板材からなる電気電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、EV(Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)を中心とした車載部品および周辺インフラや太陽光発電システムなどのコネクタのほか、リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等に好適な銅合金材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
EV、HEVを中心とした車載部品及び周辺インフラや太陽光発電システム等のコネクタ、その他リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等の用途においては、銅合金材料が一般的に使用されている。近年のEV、HEVの技術開発競争とそれに伴う性能向上の要求に伴い、回路電源の高電圧化や電子機器寸法の小型化による、回路の高電流密度化が進行しており、これに対応して通電時の抵抗発熱及びそれに伴う回路接続信頼性をさらに高めることが必要となっている。この問題を解決するに当たり、銅合金材料には、抵抗発熱を抑制するための高い導電性、発熱した際に回路接続信頼性を維持するための優れた耐応力緩和特性が要求される。また小型化等において、部品設計の自由度を高める観点から、曲げ加工性のような加工性が良好であることが必要となっている。
【0003】
中程度の強度と高い導電性を有する合金系として、銅−クロム(Cu−Cr)系銅合金、銅−ジルコニウム(Cu−Zr)系銅合金、銅−希薄チタン(Cu−希薄Ti)系銅合金等が挙げられる。このような銅合金では、一般的に、加工により得られる加工組織に比べ、熱処理後に得られる再結晶組織の方が、曲げ加工性が良好となる。特許文献1では、Cu−Cr系銅合金の合金成分と製造条件を調整することで、再結晶後の結晶粒径とその変動係数を制御し、曲げ加工性と耐応力緩和特性を改善している。特許文献2では、Cu−Cr系銅合金、Cu−Zr系銅合金、Cu−希薄Ti系銅合金の合金成分と製造条件を調整することで、再結晶方位であるCube方位を発達させ、曲げ加工性と耐応力緩和特性を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2013−129889号公報
【特許文献2】特許第5170916号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
EV、HEVを中心とした車載部品及び周辺インフラや太陽光発電システム等のコネクタ、その他リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等において、回路の接続信頼性を維持するためには、通電時の抵抗発熱等により熱が付加された際に、接圧を維持する必要がある。このような要求から銅合金材料には、高い導電性と耐応力緩和特性が要求される。また部品設計の自由度の観点から、曲げ加工性が良好であることも要求される。
【0006】
特許文献1では、合金成分と製造条件を調整し、再結晶粒径とその変動係数を制御することで、耐応力緩和特性と良好な曲げ加工性を兼ね備えた合金材料の技術が記載されている。この材料は、応力緩和率(SRR:Stress Relaxation Ratio)が、25%まで高くなることを許容したものである。しかし、上記のように今後のさらなる回路の高電流密度化の条件下で使用する材料としては、さらに耐応力緩和特性を改善することが要求されている。
【0007】
また特許文献2に記載されるCu−Cr系銅合金、Cu−Zr系銅合金、Cu−希薄Ti系銅合金は、再結晶方位であるCube方位を発達させることで曲げ加工性を改善し、合金成分と製造条件を調整することで耐応力緩和特性を兼ね備えている。SRRが30%までになることがあり、上述のように、今後のさらなる回路の高電流密度化を考えると、耐応力緩和特性にさらに改良の余地がある。
【0008】
上記の事情に鑑み、本発明の課題は、近年、技術進歩が著しいEV、HEVを中心とした車載部品及び周辺インフラや太陽光発電システム等に用いるコネクタ、その他リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等に適した、高い導電性と耐応力緩和特性に優れ曲げ加工性を兼ね備えた銅合金材料及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記の観点からEV、HEVを中心とした車載部品及び周辺インフラや太陽光発電システム等のコネクタ、その他リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等の要求性能の向上に対応できる銅合金材料について研究を重ねた。その結果、Crを0.10〜0.50質量%とMgを0.10〜0.50質量%、さらにZr、Tiのうち少なくとも一種類を合計で0.01〜0.20質量%、Zn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種類を合計で0.01〜0.50質量%含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金材料の製造条件を工夫して、加工組織と再結晶組織の入り混じった特定の半軟化組織の金属組織とすることで、優れた耐応力緩和特性と曲げ加工性を両立できることを見出した。これにより、高い導電性、耐応力緩和特性、及び良好な曲げ加工性を兼ね備えた銅合金材料を得ることができた。本発明はこの知見に基づいて完成するに至ったものである。
【0010】
すなわち、本発明によれば、以下の手段が提供される。
(1)Crを0.10〜0.50質量%と、Mgを0.01〜0.50質量%含み、Zr、Tiのうち少なくとも一種を合計で0.00〜0.20質量%含有する第1添加元素群、およびZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種を合計で0.00〜0.50質量%含有する第2添加元素群からなる群から選ばれる一種を含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金板材であって(ただし、上記Zr、Tiのうち少なくとも一種、およびZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種からなる群から選ばれる一種は、いずれか1種以上を含有させてもよいし、いずれの一種も含有させなくてもよい任意添加成分である。)、
板幅方向TDに垂直な断面において、銅合金材料の材料組織が、加工組織と、結晶粒径が30μm以下の再結晶組織からなり、粒径が30μm以下の前記結晶粒が30〜70%の面積率を有することを特徴とする銅合金板材。
(2)Zr、Tiのうち少なくとも一種を合計で0.01〜0.20質量%含有する第1添加元素群、およびZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種を合計で0.01〜0.50質量%含有する第2添加元素群からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する、(1)に記載の銅合金板材。
(3)材料表面への初期負荷応力を0.2%耐力の80%として、150℃中で1000時間放置した時の応力緩和率が20%以下であり、
90°W曲げした際にR/tが1.0で割れが発生しない、(1)または(2)に記載の銅合金板材。
(4)導電率が60%IACS以上である、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の銅合金板材。
(5)(1)〜(4)のいずれか1項に記載の銅合金板材の製造方法であって、
(a)銅合金板材に相当する合金素材の溶解鋳造
(b)850〜1050℃で均質加熱処理
(c)750℃以上で熱間加工を行い、熱間加工を終えた後、700℃まで1.3〜1.6℃/秒で冷却
(d)90%以下の加工率で冷間加工
(e)450〜650℃で10分〜24時間の熱処理後、冷却速度2℃/分以下で300℃まで冷
f)50%以下の加工率で仕上げ加工
(g)250〜650℃で5秒〜10時間の歪取り焼鈍
をこの順で有することを特徴とする、銅合金板材の製造方法。
(6)(1)〜(4)のいずれか1項に記載の銅合金板材からなる電気電子部品。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、下記の記載からより明らかになるであろう。
【発明の効果】
【0011】
本発明の銅合金材料は、高い導電性、優れた耐応力緩和特性、及び良好な曲げ加工性を兼ね備え、EV、HEVを中心とした車載部品及び周辺インフラや太陽光発電システム等のコネクタ、その他リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット用等に好適であり、これらの車載部品及び周辺インフラや太陽光発電システム等の回路接続信頼性を高めることができる。また本発明の銅合金材料の製造方法は、上記の優れた物性を具備した銅合金材料を製造できる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の銅合金材料の好ましい実施の形態について、説明する。ここで、「銅合金材料」とは、(加工前であって所定の合金組成を有する)銅合金素材が所定の形状(例えば、板、条、箔など)に加工されたものを意味する。以下では実施形態として板材、条材について説明するが、その形状はこれに限定されるものではない。
【0013】
本発明の銅合金材料は、Crを0.10〜0.50質量%と、Mgを0.01〜0.50質量%含み、Zr、Tiのうち少なくとも一種を合計で0.00〜0.20質量%含有する第1添加元素群、およびZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種を合計で0.00〜0.50質量%含有する第2添加元素群からなる群から選ばれる一種を含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金板材で、板幅方向TDに垂直な断面において、粒径が30μm以下の結晶粒が30〜70%の面積率を有することを特徴とする銅合金板材であることを特徴とする。この規定の範囲を満たすことで、導電率(EC:Electrical Conductivity)が60%IACS以上で、材料表面への初期負荷応力を0.2%耐力の80%とし、150℃中で1000時間放置した時の応力緩和率(SRR)が20%以下であり、さらに90°W曲げにおいて、R/tが1.0以下である、高い導電性、耐応力緩和特性、良好な曲げ加工性を兼ね備えた材料が得られる。本発明の銅合金材料の構成組織、合金成分を、以下に詳細に説明する。応力緩和率の下限値には特に制限はないが、例えば0%以上である。さらに90°W曲げにおいて割れが生じないR/tの下限値には特に制限はないが、例えば0以上である。また、導電率の上限値には特に制限はないが、例えば101%IACS以下である。
【0014】
<本発明の銅合金材料の材料組織>
本発明の銅合金材料は、加工組織と再結晶組織が入り混じった半軟化組織を有しており、板幅方向TDに垂直な断面(圧延方向RDと板厚方向NDからなる断面)を観察した際に、その断面において粒径が30μm以下の結晶が30〜70%の面積率を有する。前記粒径の下限値には特に制限はないが、例えば1μm以上である。板幅方向TDは、圧延垂直方向ともいう。単に、板材の短手方向を指すものではなく、板材製造時の圧延方向RDに対して垂直であり、かつ板材の圧延面法線方向(板厚方向ND)に対しても垂直な方向が板幅方向TDである。
【0015】
本発明の銅合金材料の加工組織は、上記の合金組成の材料を、後述のように、熱間加工後に冷間加工を実施することで得られる。一般的に、熱間加工後の材料の結晶粒径は100μm前後と大きく、材料中の粒界密度は小さい。そのため、それを冷間加工して得られる加工組織においても材料中の粒界密度が小さくなり、耐応力緩和特性は良好となる。これに対し本発明における再結晶組織は、加工組織を熱処理し再結晶させることで得られ、結晶粒径30μm以下であり、加工組織の元となる熱間加工後の材料に比べ結晶粒径が小さいため、材料中の粒界密度が大きく、加工組織に比べ耐応力緩和特性は劣ることとなる。
【0016】
これに対し、本発明は、板幅方向TDに垂直な断面において粒径が30μm以下の結晶が30〜70%の面積率を有するように制御することで、耐応力緩和特性の低下を防止し、かつ良好な曲げ加工性を維持できる。なお、面積率は、40000μm程度の領域を観察して測定するのが好ましい。この領域を観察すれば、銅合金板材全域を測定せずとも、目的の面積率とすることができる。また、銅合金板材が加工されて他の部品の一部となった場合であっても、その部品から銅合金板材の板幅方向TDに垂直な断面を特定し、40000μm程度の領域を観察することによって、目的の面積率を測定することができる。
【0017】
本発明の銅合金板材の板幅方向TDに垂直な断面において、結晶粒径が30μm以下の領域が30%未満の場合、加工組織が過剰となり、曲げ加工性が不十分である。また結晶粒径が30μm以下の領域が70%より大きい場合、再結晶組織が過剰となり、耐応力緩和特性が低下する。本発明で規定した上記の半軟化組織の形成は、後述の製造条件を満たすことで得られる。また本発明における結晶粒径とは、結晶粒の長径と短径のうち、長径を意味する。
【0018】
(合金成分)
<Cr>
Crは、銅合金母相中に析出させることで、導電性を損なうことなく、強度と耐応力緩和特性を向上させることができる。本発明において、Crは0.10〜0.50質量%、好ましくは0.15〜0.40質量%、さらに好ましくは0.20〜0.35質量%含まれる。Cr量が少なすぎると、銅母相中のCrまたはCrを含む化合物の量が少なくなるため、所望の強度、耐応力緩和特性が得られない。また熱処理工程において再結晶が過剰に進行し、上記の半軟化組織が得づらくなる。一方、多すぎると、導電性の低下、銅母相中における粗大な化合物の発生による強度の低下、曲げ加工性への悪影響といった問題が生じる。
【0019】
<Mg>
Mgは、銅母相中に固溶元素として作用することで、強度と耐応力緩和特性を向上させることができる。本発明において、Mgは0.01〜0.50質量%、好ましくは0.05〜0.40質量%、さらに好ましくは0.10〜0.30質量%含まれる。含有量が少なすぎると上記の各特性の改善効果が十分に得られない。また熱処理工程において再結晶が過剰に進行し、上記の半軟化組織が得づらくなる。一方、多すぎると、導電性の低下、加工性(例えば、熱間加工性)への悪影響といった問題が生じる。Mgは、銅母相中に固溶元素として作用することで耐応力緩和特性を向上させるため、PのようにMgと化合物を形成し析出させる元素を同時に添加することは、好ましくない。
【0020】
<Ti、Zr>
本発明において、任意添加成分として添加できる、第1添加元素のTi、Zrは、銅母相中に析出させることで、強度と耐応力緩和特性を向上させることができる。本発明のこの態様において、Ti、Zrのうち少なくとも1種類を合計で0.01〜0.20質量%、好ましくは0.05〜0.15質量%、さらに好ましくは0.10〜0.15質量%含有させても良い。含有量が少なすぎるとその添加の効果が十分でなく、多すぎると、導電性の低下、加工性(例えば、熱間加工性)への悪影響といった問題が生じる。
【0021】
<Zn、Fe、Sn、Ag、Si、Ni>
本発明の好ましい態様として、任意添加成分として、第2添加元素のZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niを添加することで、強度、耐応力緩和特性、プレス性、めっき性といった材料特性を向上させることができる。この場合、Zn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種類を合計で0.01〜0.50質量%、好ましくは0.05〜0.40質量%、さらに好ましくは0.10〜0.30質量%含有させても良い。含有量が少なすぎると、第2添加元素の添加の効果が十分でなく、多すぎると、導電性の低下、加工性(例えば、熱間加工性)への悪影響、原料費の増加といった問題が生じることがある。
【0022】
(製造方法)
次に、本発明の銅合金材料の製造方法の好ましい一例について説明する。
本発明の銅合金材料の通常の製造工程を示すと、a.溶解鋳造、b.均質化熱処理、c.熱間加工、d.冷間加工、e.熱処理、f.仕上げ加工、g.歪取り焼鈍を順に行なうことで製造される。さらに熱間加工後で冷間加工前に面削を行うことが好ましい。
この製造方法は、従来と同程度の工程数でありながら、それぞれの工程条件を適切に設定することで、目的の、材料特性の向上を実現できる。以下に詳述するように、本発明の製造方法においては、熱間加工後の冷却速度と冷間加工の加工率が重要であり、その後工程である仕上加工や歪取り焼鈍は、複数回実施しても良い。
【0023】
<溶解鋳造>
Crを0.10〜0.50質量%と、Mgを0.01〜0.50質量%含み、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金素材を用意する。もしくは、Crを0.10〜0.50質量%と、Mgを0.01〜0.50質量%含み、Zr、Tiのうち少なくとも一種を合計で0.01〜0.20質量%含有する第1添加元素群、およびZn、Fe、Sn、Ag、Si、Niのうち少なくとも一種を合計で0.01〜0.50質量%含有する第2添加元素群からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有し、残部がCuと不可避的不純物からなる銅合金素材を用意する。この銅合金素材を溶解炉により溶解鋳造を実施し、冷却して所定の成分を持つ鋳塊を得る。溶解鋳造は、通常の方法で行うことができる。
【0024】
<均質化熱処理>
均質化熱処理は、鋳塊に含まれる化合物を銅母相中に固溶させ、鋳塊の成分を均質化するために実施する。これにより、添加した成分の効果を十分に得られるようになり、また材料中の特性のばらつきを小さくすることができる。本発明においては、好ましくは850〜1050℃の温度で0.5〜12時間、より好ましくは900〜1050℃、さらに好ましくは950〜1050℃で均質化熱処理を行う。
【0025】
<熱間加工>
均質化熱処理した直後の鋳塊を熱間加工(熱間圧延など)して板厚を薄くする。熱間加工は750℃以上の温度で終了し、その後700℃まで1.3〜1.6℃/sで冷却(例えば水冷)し、その後水冷する。熱間加工を高温で終了することで加工後の結晶粒径が大きくなり、さらに700℃までの冷却速度を遅くすることで結晶粒が成長するため、熱間圧延後に得られる材料の結晶粒径が所定の範囲に成長する。これにより、後工程である冷間加工で得られる加工組織の耐応力緩和特性が向上するだけでなく、熱処理工程において再結晶の起点となる結晶粒界が少なくなるため、目標とする半軟化組織が得易くなる。700℃までの冷却速度が遅すぎると、均質化熱処理により銅母相中に固溶させた添加元素が、冷却時に粗大な化合物として析出し、添加元素の効果を十分に得られなくなる。また冷却時に結晶粒が粗大に成長し、熱間圧延後に得られる材料の結晶粒径が所定の範囲より大きくなり、後工程である熱処理工程において、目標とする半軟化組織を得ることが難しくなる。また700℃までの冷却速度が速すぎると、冷却時に結晶粒が十分に成長せず、熱間圧延後に得られる材料の結晶粒径が所定の範囲より小さくなり、後工程である熱処理工程において、目標とする半軟化組織を得ることが難しくなる。
【0026】
<面削>
熱間加工後の材料表面に形成された酸化皮膜を面削により取り除く。面削工程は任意で行ってよい。面削は、公知の方法で行うことができる。
【0027】
<冷間加工>
面削後の材料を、冷間加工(例えば冷間圧延)90%以下の加工率で行う。加工率は、好ましくは30〜85%、さらに好ましくは加工率50〜85%である。冷間加工の加工率が大きすぎる場合、後工程である熱処理工程において再結晶が進行しやすく、目標とする半軟化組織が得られなくなる。また冷間加工の加工率が小さすぎると、後工程である熱処理工程で再結晶が起こりづらくなる可能性があるため、好ましくは30%以上の加工率で冷間加工を行う。
【0028】
<熱処理>
冷間加工後の材料に対して、450〜650℃で、10分〜24時間の熱処理を行なう。熱処理により、加工組織の一部が再結晶し半軟化組織が得られるほか、銅母相中に微細な析出物が析出し、強度、導電性、耐応力緩和特性が向上する。低温で短時間処理する場合、熱処理時に再結晶が生じづらく、目標とする半軟化組織が得られないだけでなく、析出量が少なく、また析出する化合物の粒子径が微細すぎるため、強度、導電性、耐応力緩和特性の向上は望めない。また高温で長時間処理する場合、熱処理時に再結晶が過剰に進行し、目標とする半軟化組織が得られなくなるだけでなく、析出する化合物が粗大化し、導電性は向上するものの、強度、耐応力緩和特性の向上は望めない。また、時効熱処理後の300℃までの冷却速度は、≦2℃/分とすることが好ましい。300℃までの冷却速度をこの範囲とすることで、強度、導電性、耐応力緩和特性をより向上させることができる。
【0029】
<仕上げ加工>
熱処理後の材料に、50%以下、より好ましくは10〜40%の加工率で、仕上げ加工(仕上げ圧延など)を行なう。仕上げ加工により、強度が向上するが、導電性、耐応力緩和特性、曲げ加工性が低下する。仕上げ加工率が大きすぎる場合、導電性、耐応力緩和特性、曲げ加工性が著しく低下し、後の歪取り焼鈍工程で、これらの特性の回復と強度の維持を両立することが困難となる。
【0030】
<歪取り焼鈍>
仕上げ加工後の材料に歪取り焼鈍を行なうことで、強度が低下するが、導電性、耐応力緩和特性、曲げ加工性が改善される。本発明では、250〜650℃の温度で、5秒〜10時間の歪取り焼鈍を行うのが好ましい。低温で短時間処理した場合、仕上げ加工で低下した導電性、耐応力緩和特性、曲げ加工性を回復できないことがある。またあまり高温で長時間処理すると、強度が著しく低下することがある。
【0031】
本発明の銅合金材料は、高い導電性、耐応力緩和特性、良好な曲げ加工性を兼ね備えており、EV、HEVを中心とした車載部品及び周辺インフラや太陽光発電システム等のコネクタ、その他リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等に好適である。
【実施例】
【0032】
以下に、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0033】
原料の銅合金素材を溶解鋳造して鋳塊を作製し、均質化熱処理直後に熱間加工を行ない、750℃以上で熱間加工を終え、700℃まで冷却速度を制御して冷却した後、水冷した。水冷後、面削により材料の酸化皮膜を除去した後に冷間加工を行い、450〜650℃で10分〜24時間熱処理し、2℃/分の冷却速度で冷却した。冷却後、50%以下の加工率の仕上げ圧延、250〜650℃の温度で、5秒〜10時間の歪取り焼鈍を続けて行なうことで、銅合金材料を得た。各工程の条件を規定の範囲内に収めることで、目標とする銅合金材料組織を有する発明例の試料を得た。また比較例として、鋳塊成分、製造方法の異なる材料を作製した。作製した材料は、全て最終板厚を1.0mmとした。
【0034】
なお、各熱処理や圧延の後に、材料表面の酸化や粗度の状態に応じて酸洗浄や表面研磨を行った。
【0035】
このようにして製造した供試材について、下記の評価試験を実施した。
【0036】
(組織観察)
金属顕微鏡により、材料の板幅方向TDに垂直な断面を観察(圧延方向RDと板厚方向NDからなる断面)し、結晶粒径が30μm以下の領域の面積率を算出した。観察は、熱処理工程後の材料について板幅方向TDに垂直な断面に湿式研磨およびバフ研磨を施し、クロム酸:水=1:1(容量比)の割合で混合した液にて数秒間研磨面を腐食した後、金属顕微鏡にて50〜500倍の倍率で行った。また結晶粒径が30μm以下の領域の面積率については、次のようにして求めた。まず観察写真上、200μm×200μmの領域について、10μmのスパンで観察写真をます目状に区切り、結晶粒径が30μm以下の粒子が各ます目の半分以上の領域を満たす場合は、そのます目は結晶粒径が30μm以下の領域とみなした。その後、結晶粒径が30μm以下の領域とみなしたます目の総数を計数した。結晶粒径が30μm以下の領域とみなしたます目の総数を、観察したます目の総数で除して100をかけた値を、結晶粒径が30μm以下の領域の面積率とした。
【0037】
(引張強度(TS:Tensile Strength))
圧延平行方向から切り出した試験片を、JIS Z2241に準じて3本測定し、その平均値を示した。TSが400MPa以上を合格とし、TSが400MPa未満を不合格とした。
【0038】
(EC)
20℃(±0.5℃)に保たれた恒温漕中で、四端子法により比抵抗を計測し、導電率を算出した。なお、端子間距離は100mmとした。
【0039】
(SRR)
日本伸銅協会 JCBA T309:2004「銅及び銅合金薄板条の曲げによる応力緩和試験方法」に準じ、片持ちはり法(片持ちはりブロック式ジグ使用)により、材料表面への初期負荷応力を0.2%耐力の80%とし、150℃で1000時間保持の条件で測定した。試験片は幅10mmの短冊形とし、圧延平行方向と試験片の長さ方向を一致させた。応力緩和率の算出方法は、特許第5307305号に記載された算出方法による。すなわち、熱処理前、試験台に片持ちで保持した試験片に、耐力の80%の初期応力を付与した時の試験片の先端の位置は、基準位置から距離δの高さにある。これを150℃の恒温槽に1000時間保持(初期応力を付与した状態で上記試験片を熱処理)し、負荷を除いた後の試験片の先端の位置は、上記基準位置から距離Hの高さにある。また応力を負荷しなかった場合の試験片に対して上記の熱処理を行った場合の試験片の先端の位置は、上記基準位置から距離Hの高さにある。これらの関係から、応力緩和率(%)は(H−H)/(δ−H)×100と算出した。
【0040】
(曲げ加工性)
曲げ加工試験は、JIS Z 2248に準じて行った。材料を幅10mm、長さ50mmに切り出し、曲げ軸が圧延方向に垂直となるような90°W曲げ(GW:Good Way)、あるいは圧延方向に平行となるような90°W曲げ(BW:Bad Way)を実施した後、曲げ部表面を光学顕微鏡により200倍で観察し、割れの有無を調査した。曲げ加工性は、板厚をt、90°W曲げの内側曲げ半径をRとしたときに、R/tが1.0の条件でGWとBWの両方ともで割れが生じなかった場合を良好(A)、GWとBWのいずれか一方でも割れが生じた場合を劣(D)として判断した。
【0041】
【表1】
【0042】
表1に、作製した鋳塊の合金組成をまとめた。合金No.1〜14は本発明の範囲内であり、合金No.15〜24は範囲外である。
【0043】
【表2】
【0044】
表2は、製造方法が本発明の範囲内であり、成分も本発明の範囲内である発明例と、成分が本発明の範囲外である比較例について示す。発明例は、いずれもTS≧400MPa、EC≧60%IACS、SRR≦20%、曲げ加工性良好で、高い導電性、耐応力緩和特性、良好な曲げ加工性を兼ね備えた銅合金材料である。これに対し、合金成分の添加量が本発明で規定する範囲を満たさない比較例では、強度、導電性、耐応力緩和特性、及び曲げ加工性のいずれかがが劣る結果となった。
【0045】
【表3】
【0046】
表3は、合金組成が本発明の範囲内であり、製造方法も本発明の範囲内である発明例と、製造方法が本発明の範囲外である比較例について示す。発明例は、いずれもTS≧400MPa、EC≧60%IACS、SRR≦20%、曲げ加工性良好で、高い導電性、耐応力緩和特性、良好な曲げ加工性を兼ね備えた銅合金材料である。これに対し、製造条件が本発明の範囲外である比較例は、耐応力緩和特性、曲げ加工性のいずれかが劣り、高い目標の要求性能の材料として不十分である。
【0047】
本発明の範囲内の銅合金材料は、高い導電性、優れた耐応力緩和特性、良好な曲げ加工性を兼ね備えることが出来るため、EV、HEVを中心とした車載部品及び周辺インフラや太陽光発電システム等のコネクタ、その他リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等に好適である。
【0048】
本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々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。
【0049】
本願は、2014年5月29日に日本国で特許出願された特願2014−111771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。